浅析火电厂循环水余热利用改造

雷明洋 王跃辉

摘 要：文章重点分析了火力发电厂循环水余热回收项目，对火力发电企业在降低供电标煤耗方面的重大影响，阐述了目前火力发电厂循环水余热充分利用的方式，重点阐明了火力发电厂的循环水低温余热使用的现有技术和技改方式，并对各种改造方法的优缺点进行了分析。

关键词：余热回收;热泵;低真空;余热利用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.143

十三五以来，随着社会的进步和城市的发展，国家相关部门逐步提高了企业在能源综合使用、环境保护、节约使用资源和能源等方面的要求。国家环境保护部、国家发改委和国家能源局特别制定了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》，文件提出到2020年，所有现役燃煤发电机组在通过改造后平均供电煤耗必须低至310g/kwh以下，对没有达到的机组将进行关停。随着国家文件的出台，面对火电厂大量的循环水低温余热浪费，各个火电企业结合热电厂实际，进行机组循环水余热回收，实现了有效降低供电煤耗，在促进企业可持续健康发展的同时，满足了火力发电厂的自身生存需求，循环水低温余热的综合利用成为了一条捷径。大量的资料显示，火力发电厂中有45%左右的热量被循环水带走排入大气中，导致目前的火电机组效率普遍在40%左右，假如可以通过现有的科学技术手段把循环水的低温余热，转化后利用到城市供暖和企业生产过程中，不但可以大幅的提高我国电厂现有的供热能力，也能使我国的火电机组综合效率大幅度提高。但由于循环水在冬季供热期间水温会比较低，在非供暖期的夏季循环水温度却又比较高等方面的因素，导致火力发电厂在利用循环水余热方面常常会遇到一些难题，这些都需要我们想尽一切办法适度提高循环水的温度。结合现有的在循环水余热利用改造方面的技术，我们可以把电厂的循环水当做一种低温热源进行回收并加以利用，改善我们的居民生活环境和降低用汽企业的生产成本。但各种改造方案各有优缺点，需要我们根据本厂的实际进行选择。

1 电动热泵技术

把电厂循环水或汽轮机低压缸排出的乏汽看做作为低温热源，通过使用电能驱动的热泵技术，回收汽轮机低压缸做功后排出乏汽的余热，加热城市供热热网的回水。此种模式其实可等效于热电联产抽汽加热方式，定义能源利用效率COPe=输出供热量/用电量（或少发电量），电动热泵COPe=4，通常汽轮机低压缸部分发电效率约为15%，则热电联产COPe=6.7。显然，用电力驱动热泵提升凝汽余热的供热方式，需要经过两次汽轮机和热泵两次转换，其能效要低于常规的热电联产，在经济上和能源利用率上都是不合理的。

2 吸收式（热驱动）热泵技术

在火电厂中改造安装蒸汽驱动的热泵，以电厂改造前原有的供暖抽汽或其它段抽汽驱动热泵工作，吸收汽轮机低压缸排出的乏汽热量或循环水热量，用于加热热网回水。吸收式热泵利用蕴含在机组抽汽中的做功能力，不额外消耗高品位能，若能实现全部乏汽余热回收，则可实现较高的系统能效。

3 机组高背压回收余热技术

提高机组背压，进而提高相应乏汽饱和温度，将热网水引入凝汽器与乏汽直接换热，实现乏汽余热回收。在实际中，因为大型湿冷机组的汽轮机末级叶片都比较长，在机组的真空降低以后运行会对汽轮机组末级叶片的安全造成影响。通常采用以下两种改造方式：

（1）通过系统优化设计，在保证机组能够安全运行的真空区间内，根据实际情况适度的降低汽机真空运行，该方式需要对机组“高背压、小容积流量”工况的安全性进行评估，当马赫数大于0.23时，机组满足末级运行安全条件，可进行高背压改造。

（2）低压缸“双转子互换”技术：在采暖季更换叶片级数较少的短转子，保证供热工况下的机组末级安全;在非采暖季更换原配备转子，保证机组发电效率，通过多厂的改造经验表明，汽轮机在进行高背压改造时，机组背压维持在55kPa以内比较合适。

4 低压缸光轴或零出力改造技术

（1）汽轮机低压转子去叶片技术：这种技术俗称“低压转子光轴技术”，就是在冬季供暖期到来的前期，把汽轮机的低压转子更换为一根没有叶片的光轴转子，机组在实际运行期间，将中压缸至低压缸的蒸汽阀门全部关闭，中压缸排汽不再进入低压缸做功，而全部引入城市热网换热器，变为背压机运行方式，采用这种改造方式时现有的城市热网循环水系统不用做较大的改造，汽轮机的低压缸用一根光轴转子与中压转子和发电机转子连接，低压缸不做功仅传递扭矩。在供暖期结束后，再将低压光轴转子更换为带叶片的低压转子，恢复到汽轮机的原有运行工况。这种改造的方式可以全部回收低壓缸排出乏汽的热量，但是由于低压缸用光轴运行期间，低压缸内没有蒸汽流动，无法将鼓风摩擦产生的热量带走，所以运行中需要专门通入一股蒸汽对低压转子和低压缸进行冷却，保证汽轮机组运行安全。一般的改造方式是在将中压缸的某段抽汽抽取一部分通过减温减压后进入汽轮机低压缸。这种改造方式的优点机组可以最大限度的提高对外供热量，在供热期结束后不影响机组的发电。缺点是供热期来临前和结束后必须停机更换低压转子。

（2）汽轮机低压缸零出力改造：在原有的中压缸至低压缸的蒸汽管道上，安装可以全关的蒸汽蝶阀，同时蝶阀旁边安装一个小蒸汽旁路，当冬季供热时全关蒸汽蝶阀，只有少量的蒸汽通过蒸汽旁路进入低压缸，用于带走鼓风摩擦产生的热量。这种改造技术的优点是：供暖期前后不用停机更换低压转子，同时改造也比较简单，投较少。缺点是提高的对外供热能力没有低压缸光轴改造提高的多。

5 结束语

对于现代的大容量、高参数机组，不能适应低真空运行，但面对当前的国家政策，降低机组的供电标煤耗又迫在眉睫，怎样合理有效的利用热能蕴含量巨大的电厂循环水热量，是每个火电企业都必须考虑的问题，如果能够把循环水热量回收后用于城市供热和工业用热，势必将会大幅度的降低机组供电标煤耗，对减少原煤使用和保护环境都是有益的，但企业在进行改造时又要根据企业自身实际情况，灵活的选择某种方式或多种方式相结合的改造方案，才能使改造产出比最大，为企业带来丰厚的经济回报。

参考文献：

[1]李青，公维平.火力发电厂节能和指标管理技术[M].中国电力出版社.

[2]郭继平.利用电厂余热的水环热泵系统设计与研究[D].大连理工大学，2003.