熱電廠余熱利用技術研究

摘要：隨著環境問題日益突出，國家已經逐步取消了小型燃煤供熱鍋爐采暖，大力發展熱電聯產集中供熱。

熱電廠擴容改造過程中，如何最大限度利用熱電廠余熱進行集中供熱是熱電廠余熱利用技術的重要研究方向。

本文基于熱電廠基本原理，從余熱利用技術展開研究，提出了存在的問題和應對策略。

引言

  冬季集中供熱對于我國北方居民來說，與燃氣、自來水、電力一樣，已經成為不可或缺的民生工程。我國目前城鎮供熱以集中供熱的方式為主，集中供熱方式近年來呈現多樣化發展，但熱電廠供熱方式仍占有較大比重。具備供熱功能的電廠簡稱熱電廠。熱電聯產機組能很大程度上利用電廠余熱，提高電廠經濟效益，減少環境污染和能源浪費。熱電廠作為一個復雜程度高、專業設備多的系統，在余熱利用方面有較大提升和改造空間。近年來，在供熱面積擴張和節能環保政策的雙重壓力下，熱電廠的余熱利用技術獲得了較大發展和較多實踐。熱電廠實施余熱利用技術，一方面直接給熱電廠帶來了可觀的經濟效益，另一方面節能項目還可以獲得國家的政策和資金支持，具有很高的社會意義和推廣價值。

1 熱電廠和集中供熱

    熱電廠將做功余熱用于集中供熱，與純冷凝機組發電廠相比，實現熱能梯級充分利用，更加合理的利用了熱能。純凝汽發電廠，只利用了發電效益高的高品位能量。為了提高鍋爐效率，需要將做功乏汽在冷凝器中凝結為水。如此一來，大量低品位熱能通過冷凝器傳遞給冷卻水，散失到環境里，不僅造成能源浪費，還對環境環境造成污染。熱電廠的設立，從建設之初就需要綜合考慮供熱需求，盡量實現經濟效益最大化，常“以熱定電”以確保能量合理高效利用。鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機做功時，依次進入高壓缸、中壓缸和低壓缸，其做功效率也逐漸降低。熱電廠將發電能力已經較低的中、低壓蒸汽引入汽水換熱器，將熱量傳遞給集中供熱回水，以達到所需溫度。我國熱電廠集中供熱系統一般由位于熱電廠內的換熱首站、連接熱電廠和熱力站的一次管網系統、一二次系統的換熱站、連接換熱站和用戶的二次管網系統和熱用戶房間，這五個部分組成。熱電廠內的換熱首站內，主要包括換熱設備、循環水泵、補水系統等部分設備。換熱首站的換熱器一般為汽水換熱器，其作用為利用汽輪機抽汽加熱一次管網回水。加熱后的軟化水在循環泵的作用下，經由供熱一次管網通過供熱介質將熱量輸送到換熱站。換熱首站所需提供的熱量為各換熱站所需熱量之和，各換熱站所需熱量又為各熱用戶所需熱量之和。熱量計算公式如下：

Q＝q×A×10－3 KW

式中： Q－采暖熱負荷（KW）

q－采暖熱指標（W/m2）

A－采暖建筑面積（m2）

q取值應考慮管網熱損失，約5%

熱電廠抽汽量根據蒸汽溫度和壓力計算確定，通過電動調節閥門實現調節，確保汽水換熱器在高效工作區間。

2 熱電廠余熱及其利用技術

     熱電廠余熱主要是蒸汽發電乏汽凝結為水的潛熱，溫度雖然較低，但數量巨大，供應穩定。根據熱力學第二定律，熱量會自發的從高溫物體流向低溫物體，而不會自發的從低溫物體流向高溫物體。熱電廠余熱利用范圍小，往往直接通過涼水塔散放到大氣中去，或通過海水直流冷卻帶入大海。隨著技術的發展，我國熱電廠余熱利用技術較多，較為成熟的利用方式有以下兩種：第一種方案是通過機組改造提高余熱溫度。犧牲蒸汽的部分發電量，將余熱水溫提高至60攝氏度左右，直接用于集中供熱。第二種方案是利用低溫余熱。目前主要通過熱泵（Heat Pump）技術，在部分電能或高溫熱媒的驅動下，將低溫余熱提取到更高的溫度，用于電廠冷水余熱或加熱供熱回水。第一種余熱利用方案不適用于較大機組，且冬季采暖期之外運行效率較低，不適合推廣。熱泵的作用原理與水泵類似。水泵通過機械力作用于水，以提高水的動能，熱泵利用高品質能源提高低品位熱能。熱泵在電力壓縮或者化學能驅動下，實現制冷劑在兩個換熱器中氣液相變，實泵送熱能的效果。熱泵技術源自發過，經由英國科學家完善，后又經過后續近百年的持續研究和發展。熱泵技術獲得了不斷的發展和提高，并逐漸推廣使用。

3 存在問題及對策

  目前熱電廠余熱利用較多依托集中供熱展開，仍面臨兩方面問題。（1）高負荷運轉時間占比低。熱電廠的設計工況在采暖季，超出設計工況，其效率也將降低。華北供熱從十一月份至次年三月份，極北地區供熱時間接近半年時間。供暖季之外，熱電廠的運行采用純冷凝發電模式，余熱利用率低。（2）供暖利用熱電廠余熱，成本較高，無法充分利用。仍有較大比例熱能的利用不具備經濟性，通過冷卻塔散失到大氣中去。針對上述熱電廠余熱利用技術中存在的兩個問題，提出以下兩個應對策略：（1）依托熱電廠和既有集中供熱設備，開展夏季集中供冷。熱量只會從高向低傳遞，根據熱力學第二定律，利用熱泵技術，已經實現了多種途徑的夏季供冷。或者通過在熱電廠增加大型熱泵系統統一制取冷水，或者通過在用戶側設置吸收式熱泵機組，夏季繼續向用戶輸送高溫熱水用于制冷。無論是集中式還是分散式，依托熱電廠和既有集中供熱設備開展夏季集中供冷已經有較多實例應用。（2）降低集中供熱回水溫度，直接利用熱電廠余熱，實現一次供水的梯級加熱。具體實現型式是，通過在熱力站增加壓縮式熱泵機組，梯級利用一次供熱管網熱量，將回水溫度控制在三十度左右。降低一次供熱管網回水溫度，用于吸收乏汽冷凝熱。再此基礎上，再經過換熱首站汽水換熱器二級加熱。或者在此期間，增加太陽能、其他能源等，實現多級換熱。降低高品位蒸汽消耗，增加低品位熱能利用率。與此同時，在供水溫度不變、其他設備不變的基礎上，降低回水溫度，實現擴大一次供回水溫差，提高熱量輸送效率。實現余熱利用和低成本擴供的雙重目的，滿足了擴供、環保、節能和低碳的要求，附加價值極高。

4 結束語

  隨著我國環境政策的持續高壓和一次能源成本的逐年提高，熱電廠余熱回收利用的需求十分迫切。熱電廠余熱利用技術已經有較多的技術儲備，新技術和新組合不勝枚舉。特別需要注意的是，在項目前期務必進行充分調研和可行性論證，對實際數據進行詳細的經濟技術分析，確保熱電廠余熱利用技術的實際應用效果。

參考文獻

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