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熱電廠余熱利用技術(shù)研究

摘要：隨著環(huán)境問題日益突出，國家已經(jīng)逐步取消了小型燃煤供熱鍋爐采暖，大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱。

熱電廠擴(kuò)容改造過程中，如何最大限度利用熱電廠余熱進(jìn)行集中供熱是熱電廠余熱利用技術(shù)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(shù)展開研究，提出了存在的問題和應(yīng)對策略。

引言

  冬季集中供熱對于我國北方居民來說，與燃?xì)狻⒆詠硭?、電力一樣，已?jīng)成為不可或缺的民生工程。我國目前城鎮(zhèn)供熱以集中供熱的方式為主，集中供熱方式近年來呈現(xiàn)多樣化發(fā)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(lián)產(chǎn)機(jī)組能很大程度上利用電廠余熱，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。熱電廠作為一個(gè)復(fù)雜程度高、專業(yè)設(shè)備多的系統(tǒng)，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(kuò)張和節(jié)能環(huán)保政策的雙重壓力下，熱電廠的余熱利用技術(shù)獲得了較大發(fā)展和較多實(shí)踐。熱電廠實(shí)施余熱利用技術(shù)，一方面直接給熱電廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面節(jié)能項(xiàng)目還可以獲得國家的政策和資金支持，具有很高的社會(huì)意義和推廣價(jià)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(jī)組發(fā)電廠相比，實(shí)現(xiàn)熱能梯級充分利用，更加合理的利用了熱能。純凝汽發(fā)電廠，只利用了發(fā)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(jié)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(huán)境里，不僅造成能源浪費(fèi)，還對環(huán)境環(huán)境造成污染。熱電廠的設(shè)立，從建設(shè)之初就需要綜合考慮供熱需求，盡量實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，常“以熱定電”以確保能量合理高效利用。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功時(shí)，依次進(jìn)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(fā)電能力已經(jīng)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(dá)到所需溫度。我國熱電廠集中供熱系統(tǒng)一般由位于熱電廠內(nèi)的換熱首站、連接熱電廠和熱力站的一次管網(wǎng)系統(tǒng)、一二次系統(tǒng)的換熱站、連接換熱站和用戶的二次管網(wǎng)系統(tǒng)和熱用戶房間，這五個(gè)部分組成。熱電廠內(nèi)的換熱首站內(nèi)，主要包括換熱設(shè)備、循環(huán)水泵、補(bǔ)水系統(tǒng)等部分設(shè)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(jī)抽汽加熱一次管網(wǎng)回水。加熱后的軟化水在循環(huán)泵的作用下，經(jīng)由供熱一次管網(wǎng)通過供熱介質(zhì)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(jì)算公式如下：

Q＝q×A×10－3 KW

式中： Q－采暖熱負(fù)荷（KW）

q－采暖熱指標(biāo)（W/m2）

A－采暖建筑面積（m2）

q取值應(yīng)考慮管網(wǎng)熱損失，約5%

熱電廠抽汽量根據(jù)蒸汽溫度和壓力計(jì)算確定，通過電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，確保汽水換熱器在高效工作區(qū)間。

2 熱電廠余熱及其利用技術(shù)

     熱電廠余熱主要是蒸汽發(fā)電乏汽凝結(jié)為水的潛熱，溫度雖然較低，但數(shù)量巨大，供應(yīng)穩(wěn)定。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量會(huì)自發(fā)的從高溫物體流向低溫物體，而不會(huì)自發(fā)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(shù)的發(fā)展，我國熱電廠余熱利用技術(shù)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(jī)組改造提高余熱溫度。犧牲蒸汽的部分發(fā)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(shù)，在部分電能或高溫?zé)崦降尿?qū)動(dòng)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(jī)組，且冬季采暖期之外運(yùn)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(jī)械力作用于水，以提高水的動(dòng)能，熱泵利用高品質(zhì)能源提高低品位熱能。熱泵在電力壓縮或者化學(xué)能驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)制冷劑在兩個(gè)換熱器中氣液相變，實(shí)泵送熱能的效果。熱泵技術(shù)源自發(fā)過，經(jīng)由英國科學(xué)家完善，后又經(jīng)過后續(xù)近百年的持續(xù)研究和發(fā)展。熱泵技術(shù)獲得了不斷的發(fā)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(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間占比低。熱電廠的設(shè)計(jì)工況在采暖季，超出設(shè)計(jì)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(qū)供熱時(shí)間接近半年時(shí)間。供暖季之外，熱電廠的運(yùn)行采用純冷凝發(fā)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(jīng)濟(jì)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(shù)中存在的兩個(gè)問題，提出以下兩個(gè)應(yīng)對策略：（1）依托熱電廠和既有集中供熱設(shè)備，開展夏季集中供冷。熱量只會(huì)從高向低傳遞，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，利用熱泵技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)統(tǒng)一制取冷水，或者通過在用戶側(cè)設(shè)置吸收式熱泵機(jī)組，夏季繼續(xù)向用戶輸送高溫?zé)崴糜谥评?。無論是集中式還是分散式，依托熱電廠和既有集中供熱設(shè)備開展夏季集中供冷已經(jīng)有較多實(shí)例應(yīng)用。（2）降低集中供熱回水溫度，直接利用熱電廠余熱，實(shí)現(xiàn)一次供水的梯級加熱。具體實(shí)現(xiàn)型式是，通過在熱力站增加壓縮式熱泵機(jī)組，梯級利用一次供熱管網(wǎng)熱量，將回水溫度控制在三十度左右。降低一次供熱管網(wǎng)回水溫度，用于吸收乏汽冷凝熱。再此基礎(chǔ)上，再經(jīng)過換熱首站汽水換熱器二級加熱?；蛘咴诖似陂g，增加太陽能、其他能源等，實(shí)現(xiàn)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(shí)，在供水溫度不變、其他設(shè)備不變的基礎(chǔ)上，降低回水溫度，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大一次供回水溫差，提高熱量輸送效率。實(shí)現(xiàn)余熱利用和低成本擴(kuò)供的雙重目的，滿足了擴(kuò)供、環(huán)保、節(jié)能和低碳的要求，附加價(jià)值極高。

4 結(jié)束語

  隨著我國環(huán)境政策的持續(xù)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(shù)已經(jīng)有較多的技術(shù)儲(chǔ)備，新技術(shù)和新組合不勝枚舉。特別需要注意的是，在項(xiàng)目前期務(wù)必進(jìn)行充分調(diào)研和可行性論證，對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，確保熱電廠余熱利用技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果。

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