电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术

祁鹏飞

【摘  要】随着全球工业化的发展，“节能”和“环保”日益成为人类发展所关注的焦点。如何提高我国中小型热电企业的综合能源利用效率并降低环境污染，已成为当前热电行业急需解决的主要问题之一。对于电厂来讲，通常使循环冷却水经过冷却塔（凉水池）冷却降温后循环使用，冷却塔释放了大量的热被直接排放到大气中，造成能源的浪费以及对环境的热污染，这是电厂综合利用热效率低的主要原因之一，也是电厂和节能工作者关注的焦点。

【关键词】电厂循环水;余热回收供暖节能;改造技术;

节能减排政策方针正是基于我国面临的经济可持续性发展因素、环境因素、国际政治因素而制定，是一项长期坚定不移执行的国策。汽轮机低真空循环水供暖正是为了满足回收这部分热量节约能源而发展起来的一项节能技术。

一、存在的问题

热电联产是由发电厂将一部分热能通过供热管线输送到千家万户用于取暖。热电联产的蒸汽没有冷源损失，所以热效率较高。但是，随着供暖事业的不断提高，热电厂普遍面临着热源供应不足、管网输送能力有限等瓶颈，限制了集中供热的发展。然而，热电厂在生产中产生了大量的低温循环冷却水，这部分低位热能含量巨大，但是却只高于环境温度10℃左右，在实际生产中很难直接再利用，往往直接排放到环境中，不仅造成环境的热污染，而且浪费能源。如果能将这部分低温热能回收利用，不仅解决了热源供应不足的问题，而且有巨大的经济效益。

二、电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术

1.电厂循环水余热回收供暖节能分析。目前常用的热泵装置，根据驱动能源的类型分类，主要有以热能为驱动能源的吸收式热泵和以电能（或机械能）为驱动能源的压缩式热泵。循环水供热由于供回水温差较小（为10-15℃左右），同样供热负荷下较城市热网需要更大的管网投资和水泵电耗。因此循环水供热的适用范围为电厂周边半径3-5公里以内。理论上热泵既可以设置在热源端（电厂内），也可以设置在用户端。但从减少管网输送热损失和热泵规格的角度考虑，热泵应尽量设置在靠近用户端。循环水供热系统基本方案如图1所示，将热电厂的循环冷却水通过一次循环水管网输送到设立在各个用户处的热力站，热力站内分别安装有吸收式热泵机组或者电动压缩式热泵机组。电厂循环水在相应的热泵机组中放热降温后，返回电厂凝汽器吸热升温后再输送到热力站。如此循环往复地将电厂凝汽器余热输送到用户热力站，热泵机组从循环水吸热并加热二次侧热媒，通过二次管网输送到用户处的采暖末端设备。热力站具体采用哪种形式的热泵，需要结合电厂周边用户地区的能源供应状况而定。吸收式热泵技术主要是采用高温热水（120℃-130℃）、蒸汽或天然气驱动，吸收电厂循环水的低位热量，产生45℃-55℃的中温热量用于采暖。对于电厂周边热水网采暖的用户以及具备燃气或蒸汽条件的用户，可以将循环水通过管道引到热力站，并在热力站增设吸收式热泵，从而实现相应地区周边的高效供热，节约用能一倍以上。蒸汽或天然气没有到达同时电力容量不受限制的电厂周边地区，可采用压缩式热泵技术回收电厂循环水热量。压缩式热泵系统综合能源利用率略低于吸收式热泵，但是压缩式热泵的一个优势就是占地小，设置灵活，可以设施在热力站甚至是设置在住户家中，实现设备冬夏两用，降低设备初投资。水源热泵机组对水源的水质有一定的要求，如果水质达不到要求，会对阀门、主机及其附件构成危害，从而影响系统的运行，但通常可以采取一些处理手段：如设置除污器，电子除垢仪，从而满足机组对水质的要求。本文的水源为电厂循环冷却水，在进锅炉前已经经过水处理设备，水质完全符合要求。电厂循环水在相应的热泵机组中放热降温后，返回电厂凝汽器吸热升温后再输送到热力站。如此循环往复地将电厂凝汽器余热输送到用户热力站，热泵机组从循环水吸热并根据不同的用户采暖末端设备的要求加热二次侧热水至不同的温度范围。例如，在针对地板低温辐射采暖的热用户，热泵机组出口水温达到40℃～50℃;而针对采用暖气片的热用户，则要求热泵机组出口水温达到55℃～65℃，另外，也可满足家庭用热水等需求。夏季，则可使用同一套系统实现夏季供冷。

2.改造技术。循环水供热节能环保分析以下对热水型吸收式热泵、蒸汽型吸收式热泵、电动压缩式热泵等不同循环水供热方式与传统的燃煤锅炉、燃气锅炉及城市热网供热的能效和能源成本进行比较，采用吸收式热泵提取循环水热量供热成本接近于热网和燃煤锅炉房;而采用电动压缩式热泵提取循环水余热供热成本明显高于燃煤锅炉房，但远低于燃气锅炉房的供热成本。假设按照40%余热采用电动压缩式热泵利用，其余60%采用吸收式热泵利用的方案。以北京市现有循环水余热量为计算依据：整个采暖季实现供热量1859万GJ，回收循环水余热约943万GJ，共计消耗电能29935万度，消耗蒸汽量为320.7万吨，将该种方式与相同规模的燃煤锅炉房和燃气锅炉房比较。第一燃煤锅炉房供热锅炉效率80%;煤热值29.3MJ/kg;第二燃气锅炉房供热锅炉效率90%，天然气低位热值LHV=35.16MJ/Nm3;第三循环水泵电耗按温差15℃时的流量计算;第四发电煤耗按照2006年全国平均供电标准煤耗水平366g/kWh进行折算;燃气发电效率按照燃气--蒸汽轮机联合循环方式计算，目前其供电效率已达到60%，此处按55%计算。相对与燃煤锅炉和燃气锅炉房，现状循环水余热全部利用后，每年可以节约标煤33.9万吨或节气2.76亿立方米;而规划的循环水余热全部利用后，每年可以节约标煤49.5万吨或者节气4.04亿立方米。同时，考虑现状循环水余热全部利用，一个采暖季提取循环水余热943万GJ，每年可以减少的循环水蒸发损失1000-1200万吨。可以看出，相对于燃煤锅炉房，每年将减少CO2排放880507吨，减少SOx排放12918吨，减少NOx排放3830吨，减少烟尘排放5042吨;相对于燃气锅炉房，每年将减少CO2排放586672吨，减少SOx排放3吨，减少NOx排放334吨。另外因热泵对循环水的冷却作用可减小冷却塔负荷，每年可减少电厂循环水蒸发损失1000-1200万吨，弱化了循环水热湿排放对电厂周边环境的影响，因此该技术推广后的环境效益非常显著。通过降低凝汽机组真空，提高排汽温度，利用循环水供热来降低冷源损失是非常成功的，改造比较简单，设备可以安全稳定运行，特别是节能效果显著，经济效益非常可观。汽轮机低真空运行，循环冷却水采暖技术，目前属于国内冬季采暖最先进的方法，具有诸多优点和显著的经济效益，并且符合国家规定的热电厂以热定电的运行方式。

在能源日益紧张的今天，在大力推广热电联产集中供热技术的基础上，利用热电厂的现有机组，同时可减少循环水的蒸发而对环境造成的热污染，在温度条件适宜的地区，系统还能实现冬、夏两季的空气调节，其运行费用较低、经济合理，适合作为电厂及其周边小区的集中供热制冷系统，系统稳定可靠、舒适性高，充分体现了系统的经济性、节能性和环保性。

参考文献：

[1]王星，张小松.温度参数对升温型溴化锂吸收式热泵性能系数影响程度模拟分析[J].流体机械，2018.36（7）：55-58.

[2]徐德仁，陈坚红，李蔚.等效焓降法理论剖析与扩展[J].浙江大学學报：工学版，2016.38（3）：347-350.

（作者单位：天津华赛尔传热设备有限公司）