热电厂循环水余热利用和节能减排效益研究

李猛

摘要：电厂热力系统的能源损失主要由于冷端损失过大，汽轮机在冬季额定供暖供热情况下，损失可达燃料总发热量的30%。本文基于热泵技术，对热电厂循环水余热利用系统进行分析，在确定汽轮机、辅助机主要技术参数的基础上，根据冬季实际供暖情况对循环水余热利用方案进行合理设计，并对结果进行节能减排分析，以期提高热电厂能源利用效率，缓解我国能源紧张的局面。

关键词：热电厂;循环水;余热利用;节能减排

前言：近年来，热泵技术广泛应用在热电厂循环水余热利用系统的节能减排改造中，该技术主要是利用大型吸收式热泵机组，回收循环冷却水余热，以此提高城市冬季供热供暖量。在这一整套改造方案中，循环水余热利用系统产生的节能减排效益可有效补偿余热回收成本，提升企业经济效益的同时，促进我国能源利用率的提升。

1基于热泵技术的热电厂循环水余热利用系统

基于热泵技术的电厂供热系统，主要是在传统供热系统基础上，将热泵接入系统中。这种供热系统主要驱动力来源于采暖蒸汽母管，利用热泵吸收器与冷凝器提取循环冷却水的低位余热，再利用热网加热器继续加热热网回水流，大约提升130℃左右。以此满足不同用户的供热需求。基于热泵技术的供热系统可具体分为循环冷却水系统、热网水循环系统、蒸汽系统以及蒸汽凝结水回收系统。其中，在循环冷却水系统中，循环水的热量会被热泵组吸收，然后再进入冷却塔底部，最终进入凝汽器;热网回水会在热网水循环系统中集热器的作用下，提升温度后再进入供热管网，用户调整设定参数会输出相应的热网供水温度;蒸汽系统的主要设备是汽轮机，为吸收式热泵机组提供驱动蒸汽，以此驱动整个循环水换热过程;在蒸汽凝结水回收系统中，蒸汽放热后形成的凝结水会被凝结水回收装置回收，在加热疏水箱的作用下进入到主机系统[1]。

2热电厂循环水余热利用设计方案

以某能源熱电分公司循环水余热利用系统节能方案为例，该公司共有5台汽轮机组，采暖抽汽中的中压、低压调整抽汽分别为0.981MPa与0.294MPa，为减少冷端损失，最终决定采用0.981MPa中压调整抽汽，并对两台双抽凝汽器循环水量进行设计，保证电厂的热负荷，为用户供热、供暖需求提供有力保障。

2.1总体设计思路

一般情况下，吸收式热泵以对环境无污染的溴化锂溶液作为主要工作介质，充分利用各种余热、废热回收技术，以此提高电力企业能源利用效率，降低能源消耗。主要工作原理是：驱动热源为蒸汽或废热水，提升低温热源温度，当温度达到中温或高温时，便实现了能源利用率的提升。在热电厂利用热泵技术回收利用循环水余热过程中，通常会将汽轮机抽气作为制冷效应的驱动能源，将0.6-08MPa的供暖抽气作为加热循环水的驱动热源，使得热网循环水温度提升50℃，循环冷却水温度降低23-25℃。然后，利用凝汽器实现循环水回收利用的目的。这种方案可有效提升热电厂供热量，降低能源消耗，提升电厂节能减排效果。

2.2汽轮机主要技术参数确定

该工厂改造方案中，分别对不同类型、功能的汽轮机进行参数调整，1号、2号均为单缸、中压、冲动双抽凝汽式汽轮机，两台主机的最高蒸汽压力可达5.1MPa，最低为4.61MPa;蒸汽最高温度可达445℃，最低为420℃。在实际运转、正常工作中，蒸汽压力与蒸汽温度分别为4.9MPa、435℃。两台汽轮机在额定抽汽工况下，汽耗为7.69kg/kW.h，可将循环水升高150℃，改造设计方案中，凝汽器可将循环水降低20℃，为系统下一步骤工作奠定扎实的基础。

2.3凝汽器参数确定

凝汽器在冬季与夏季的参数存在一定差异，当在夏季工况时，这时的吸收式热泵机组的效率较高，冷却水可回收的余热量较多，使得余热利用系统效率升高。该厂选用冷却面积为1000平方米、循环水流量为3200-3600t/h的凝汽器，可将热网循环水温度下降20-30℃。在实际施工过程中，注意循环冷却水水槽是否开裂结合当地气候、气温特点，做好防腐蚀工作，采用节能环保材料来加强工厂隔音效果，实现热电厂节能减排的改造目的[2]。

2.4冷却水泵与凝结水泵参数确定

冷却水泵与凝结水泵主要负责冷却热网循环水、凝结蒸汽。凝结水泵主要是抽出系统热井中的凝结水，并对其进行加压处理，在低压加热器的作用下，不断被送入到除氧器中，对工作环境真空度有着较高要求，具有流量大、扬程高的特点，若系统出现漏气，会严重影响凝结水、低压加热器、凝结水管道的增长使用。冷却水泵负责向凝汽器输入循环水，确保将汽轮机排出的蒸汽转换为凝结水。该工厂采用扬程为16米、转速为970r/min、效率为80%的循环水泵，采用扬程为52米、转速为2950r/min、效率为61%的凝结水泵，以此提升循环水余热利用效率，为整个系统提供有力保障。

2.5热网水泵参数确定

2.5.1循环水泵

该厂共有7台热网循环泵，其中五台为型号一样，流量参数为1200m3/h、扬程为65m、转速为1450r/min，另外两台型号一致，流量参数为、扬程为、转速为分别为1650m3/h、76m、1480r/min。

2.5.2疏水泵

热网疏水泵根据用途不同，其介质存在较大差异，流量、扬程、结构形式、材料也存在很大不同。在热电厂循环水余热利用系统中，热网疏水泵主要负责把疏水箱中的水重新输入到除氧器中，以供系统循环再利用，在很大程度上提高水资源利用效率。疏水箱与蒸汽管道中的水质也存在一定差异，分别是软水与疏水，在除氧器的作用下，促使水中气泡较快地排出来，以此实现循环再利用的目的。

2.5.3加热器

加热器指循环水余热利用系统的重要组成部分，该厂主要选用两种不同类型的加热器，换热面积、壳程设计温度分别为300m2、180℃与563m2、220℃，以满足不同方案需求[3]。

2.5.4补水泵

补水泵主要负责将带有一定温度的水送入到除氧器中，以满足锅炉用水需求，降低热电厂的生产运营成本。该厂选用两种不同热网补水泵，流量、扬程、电机功率分别为32t/h、100m、15kW与50t/h、50m、15kW。

2.6节能减排分析

2.6.1余热量分析

综合以上汽轮机主要技术参数与热网水泵参数，对额定汽流量、额定中压调整抽汽流量、最小排汽量进行计算，以此得出最优循环水余热利用节能减排方案，保证热电厂能够满足冬季、夏季施工供暖工程的需求，推动热电厂可持续发展进程。此外，从全厂能源利用角度出发，比较传统循环水余热利用系统与基于热泵技术的循环水余热利用系统，对节能毛收入、支出成本计算，再对供热面积、凝汽器热负荷进行计算，确保方案更加科学合理。

2.6.2减排效果分析

热电厂循环水余热利用方案节能减排效果分析，主要是计算供热期热泵运行期间，回收热量中二氧化碳、二氧化硫、氢氮化物、烟尘等物质的含量，以此为分析热电厂经济效益与社会效益奠定扎实的数据基础。该厂通过使用先进的循环水余热利用系统，与常规运行方案相比，在很大程度上降低了耗煤量、煙尘排放量，降低热电厂排放烟气对大气环境的污染程度，有效改善了城市空气质量。同时，对供水总管口的水质样品进行测试，根据循环冷却水水质的在线监测，可控制加药量，确保循环水水质在一定范围内波动，使发电厂获得更加良好的设备形象，有利于电力企业实现长远发展目标。

结论：综上所述，热电厂应在利用原有传统循环水余热利用，充分结合自身在冬季的实际供热情况，不断引进先进的技术设备，以此实现节能减排的目标。热电厂专业技术人员需要整合循环水余热利用系统运行资料，为余热利用系统中各项设备参数的确定提供更加合理的依据，以此降低企业成本，提高热电厂的经济效益与社会效益，推动热电厂可持续发展进程。

参考文献：

[1]贾丕建，孙立梅，邢学荣，等.热电厂循环水余热利用和节能减排效益分析[J].能源研究与利用，2020（02）：46-50.

[2]王春昌，马剑民，张宇博，等.1000 MW机组锅炉空气预热器旁路余热利用系统节能效果分析[J].热力发电，2019，48（11）：56-61.

[3]王军.吸收式热泵在燃气热电厂余热回收中的应用[J].节能与环保，2018（05）：66-67.