电厂循环水供热

电厂循环水供热我国大多数热电联产电厂属抽凝式热电联产，在发电过程中通过对汽轮机中间抽汽获取热量。然而为了维持汽轮机尾部有足够的蒸汽流量从而保证汽轮机正常运行，这类机组在按照供热工况运行时，仍需要由凝汽器冷却末端乏汽，冷凝产生的大量低温余热通过冷却塔排放掉。在供热工况下此部分排出的热量约占锅炉总的产热量的20％，约占占热电厂供热量的40％以上。如果这部分热量能够得以利用，将大幅度提高热电厂产热能力和能源转换效率。我国目前相当多的热电联产系统目前热源不足，合理的利用这部分热量可以是这一问题得到缓解正常情况下此工况进出凝汽器的循环水的温度为20～30℃，不能直接供热，因此必须设法适当提高其温度。目前成熟的技术方法有两个：一个方法是适当降低凝汽器真空度，提高乏汽温度，从而使循环水可直接通过热网供热，这就是通常所说的汽轮机组低真空运行；另一个是采用热泵技术从循环水中提取低位热量用于供热。1.凝气器低真空运行的电厂循环水供热方式传统的低真空运行循环水供热方式，为了适应采用传统散热器形式作为末端散热设备的热用户，循环水在凝汽器中通常被加热到50℃～60℃，此时汽轮机排汽压力由0.04～0.06bar提高到0.3bar左右。这种供热方式多年来已经在各地不少小型机组和少数中型机组上成功运行。如果对于现代大型机组进行低真空运行改造，在变工况运行的同时，还涉及排汽缸结构、轴向推力的改变、轴封漏汽、末级叶轮的改造等多方面问题的限制。尽可能降低供热系统的水温，而不是恶化真空，提高凝汽器温度，对大型机组的安全可靠高效运行由重要意义。大型机组循环水在凝汽器进口允许的最高温度一般在33℃左右，对应的出口温度不超过45℃。此温度水平恰好能够满足某些高效散热器（如地板辐射采暖）的要求。因此可以采用适合于现代大型机组的低真空运行方式，即在用户侧采用低温供热末端，如地板辐射采暖等，同时保持机组排汽压力不超过厂家规定值，以40℃左右的循环水直接供给采用低温辐射采暖系统的热用户采暖，同时部分循环水仍然通过冷却系统排放，调节供热热量与冷却系统排放热量之比，实现热电负荷的独立调节。由于采用40℃左右的低温水供热，因此必须单独铺设低温供热管网，与汽轮机中间抽气制备的高温热水系统分开独立地运行。低温供热供回水温差远小于高温热水系统，循环流量大，管道粗，循环泵能耗高。为此，低温供热系统的供热半径应远小于常规的高温供热系统，否则会由于初投资和循环水泵运行费高而失去经济性。采用上述适合现代大型机组的低真空运行循环水供热方式的主要优点是对机组改造的投资相对较小，经济性好，工程周期短见效快。除需要独立的低温热网进行低温供热外，低真空运行循环水供热方式的致命缺点为：在周边用户负荷偏低时，如果供热热量远小于机组的凝气排热量。此时大部分热量从冷却塔排走。而为了保证供热温度，凝汽器压力又不能降低，这就影响了发电效率。当低温供热热量占总的凝气热量之比低到一定的程度时，这种方式从能源利用效率上看实际上是得不偿失的。2.利用热泵技术的电厂循环水供热方式由于低真空运行循环水供热方式固有的局限性，在更多的应用场合，可以采用热泵技术直接提取循环水中的低位热量用于供热。利用电厂循环冷却水作为热泵低位热源进行供热的基本形式如图3-10所示，汽轮机排汽经过凝汽器后冷凝的凝结水被重新送到锅炉去。根据用户侧热负荷需求的情况，直接将来自凝汽器的一部分循环水送入冷却塔，完成正常的冷却循环，另一部分通过循环水管网送入设置在用户处的热泵装置的蒸发器作为热泵的低位热源，驱动热泵的高位能量加上从低位热源提取的热量作为热泵产热用于加热用户侧的二次网回水。循环冷却水在热泵蒸发器放热降温后返回到凝汽器入口与流经冷却塔的冷却水汇合，再被送入凝汽器吸热升温。如此实现将电厂循环水低位余热用于供热的目的。利用热泵技术的循环水利用方式与上述凝气器低真空运行方式相比，机组的发电量和安全运行不受影响，同时供热系统还可根据热负荷的大小和分布来确定热泵的配置和运行方式。通过灵活的分布式热泵形式，选择不同的热泵供热温度，可以满足地板采暖、风机盘管、暖气片等不同形式末端散热设备的要求，从而使整个循环水余热利用系统的运行更加高效。当电厂循环水余热的利用份额较小时，这种热泵回收循环水余热的形式更加适合。当然，由于需要增加热泵设备，使得这种供热形式的投资较大。当电厂循环水余热利用比例大、供热温度低的情况下，其能效不如凝气器低真空运行方式高。与图3-10中所示系统将热泵置于用户处的供热方式略有不同，还可以采取将热泵直接放置在电厂内的供热方式，直接在电厂内将循环水余热提取出来用于加热热网回水。这种方式便于利用电厂内丰富的高温高压蒸汽资源，同时避免了敷设独立的循环水管网，而可以直接并入高温热网中。在常规热电厂系统中，相对于热网供回水温度而言，汽轮机抽汽参数较高。例如，一般热网供回水温度在120℃/60℃，而汽轮机，尤其是大容量的汽轮机，用于供热的抽汽压力往往在4～10bar，远高于加热热网所需要的参数要求。为此，利用该参数下的抽汽驱动吸收式热泵，可以回收电厂循环水的余热，产生60～90℃热量。用于这种工况下的吸收式热泵COP为1.3～1.4，即一份抽汽热量可以回收0.3～0.4份循环水余热。由于汽轮机抽汽本来就用于加热热网，因而所回收的余热从运行成本上看是无代价的。图3-11给出了这种利用吸收式热泵回收电厂循环水余热的示意图，热泵将热网回水由60℃加热到一定温度，然后再用抽汽加热至要求的供水温度，即120℃。图3-11利用吸收式热泵回收电厂循环水余热的示意图由于热泵制热温度相对较低，机组抽汽往往不能全部用于驱动热泵回收循环水余热，而需要一部分抽汽进一步加热热网供水以满足要求的供水温度。因此，受热泵效率和制热温度的制约，为了保证热网供水温度的要求，系统可回收的余热量与驱动热泵的抽汽量之间存在一定的匹配关系。表3-9给出了两个典型容量的汽轮机组循环水余热回收系统各热量之间的匹配关系。其中热网供水温度为120/60℃。热泵制热系数为1.33。两种机组抽汽压力不同，其制热温度分别为90℃和80℃。可以看出，这两种大机组的循环水余热不能全部被吸收式热泵回收利用，可回收的比例只有50－60％。当然，有些机组循环水余热量相对较少，例如小型供热机组等，循环水余热可能全部通过吸收式热泵得以回收。因而循环水余热可回收的比例取决于机组形式和容量等因素。典型供热机组的循环水余热回收系统的热量匹配关系表3-9汽机容量（MW）抽汽压力（bar）抽汽热量(MW)循环水余热量（MW）热泵耗热量（MW）热泵制热温度余热回收热量（MW）循环水余热回收比例3005360100150905050%2002.452905078802656%