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电厂乏汽余热利用技术

余热利用

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      汽轮机乏汽余热利用是电厂余热利用的主要范畴,乏汽余热量相对于其他余热如烟气余热等,数量更大,效益更明显。汽轮机乏汽余热是指排入空冷塔或湿冷塔中的冷凝热。由于这部分热量占电厂总能量的35-55%,如果能充分利用,对于电厂节能改造意义重大。


汽轮机乏汽余热利用的主要用途是向城市集中供暖,这是国家节能环保的政策要求,是实现热电联产或深化热电联产的主要措施,也是电厂提升经济效益和降低发电煤耗的有效途径。



随着城镇化进程的发展,对于已供热的电厂,当供热能力满足不了采暖热负荷增加的要求时,电厂余热利用改造是提升电厂供热能力、扩大供热面积的有效措施。


目前利用汽轮机乏汽余热供热的技术主要有溴化锂吸收式热泵供热和高背压供热以及上述两种技术的组合。压缩式热泵、喷射式热泵等供热技术在电厂虽有应用,但不普及。


吸收式热泵供热.jpg

溴化锂吸收式热泵供热技术

            是通过消耗汽轮机0.8~0.3MPa.a的有效蒸汽,来提取一定数额的汽轮机乏汽余热用于供热。蒸汽能量与乏汽能量的比例一般为1:0.7,采暖循环水的温度可被加热到85℃或更高,汽轮机背压不需要改变,可按原方式运行。

高背压供热图.jpg

高背压供热技术

          是在保证机组安全运行的前提下,提高机组的背压,利用机组高背压排汽直接对热网循环水进行加热。按照汽轮机背压的大小分为高背压和超高背压。高背压一般控制在35kPa以内,对汽轮机不做机械改造。超高背为35--70 kPa,需对汽轮机低压缸叶片进行改造。



根据电厂的运行情况和热负荷的大小,可以选择热泵或高背压方案,也可以两者进行组合,如热泵+背压,高背压串接等。这些方案均有运行的案例。

上述余热利用方式,其供水温度一般不会高于90℃。当热网循环水温度需要更高时,采用常规的汽水换热器继续加热。




电厂乏汽余热利用技术图.jpg

乏汽余热利用还有一种特殊的背压供热方式,即光轴方案。光轴供热技术是利用纯凝机改背压机技术将机组改造为背压机。改造后,采暖季将低压转子拆除,更换成一根光轴,连接中压转子与发电机,起到传递扭矩的作用。该方案的背压一般在0.1MPa以上,背压抽汽直接进入汽水换热器进行换热。



吸收式热泵供热技术


吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和不影响机组背压为特点,在电厂余热利用中得到了广泛的应用。吸收式热泵常以溴化锂溶液作为工质,对环境没有污染,不破坏大气臭氧层,回收低品位的余热,达到节能、减排、降耗的目的。


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图1即为单效溴化锂吸收式热泵的工作原理:热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、节流装置、溶液泵、冷剂泵等组成;为了提高机组的热力系数还设有溶液热交换器;为了使装置能连续工作,使工质在各设备中进行循环,因而还装有屏蔽泵(溶液泵、冷剂泵)以及相应的连接管道、阀门等。其工作过程为:蒸发器连续地产生冷效应,从低位热源吸热,吸收器和冷凝器连续地产生热效应,将热水(中温热源)加热。热水在吸收器和冷凝器中的吸热量等于驱动热源和低位热源在热泵中的放热量之和。


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吸收式热泵机组在电厂的余热回收应用系统流程如图2所示,与常规热电联产集中供热系统相比,即采用吸收式热泵替代汽水换热器低温加热部分。山东某余热回收项目和阳泉某项目即是用这种模式将汽轮机凝汽余热回收技术应用于集中供热。具体方案为:采用吸收式热泵回收汽轮机排汽冷凝热,将一次网热水从50℃加热到85℃,热水85℃到110℃仍然使用汽轮机抽汽来加热;这样从50℃加热到85℃的加热过程中,其热量的40%来自汽轮机排汽余热,这就是节能效果。 


 吸收式热泵机组的优点是机组的背压不受影响,对供热面积适应性广,即余热利用可以是一部份,也可以是全部;缺点是投资较高。


我公司在国内率先开始溴化锂吸收式热泵供热应用的研究,从技术原理、系统设计、运行调节等各方面对吸收式热泵技术进行了深入的研究,开发了利用前置凝汽器联合供热、湿冷机组部分回水不上塔等一系列技术,使热泵技术成功应用于大型火电机组,大幅提高了电厂的供热能力和能源利用效率。典型2x300MW机组应用热泵后,可增加乏汽供热能力约120MW,年回收乏汽热量180万GJ,增加供热年收益约3000万。


2013年4月21号,我公司申报的科技成果“火电厂热泵供热技术研究与应用”通过山西省科技厅的鉴定。我公司负责编写“发电厂热泵系统设计技术规程”,是国内第一部电厂热泵应用方面的技术规程。



高背压凝汽器供热技术


 高背压是相对于机组的正常运行背压而言,在保证机组安全运行的前提下,提高机组的背压,利用机组高背压排汽直接通过凝汽器对热网循环水进行加热。按照机组背压的高低分为高背压和超高背压。高背压一般控制在35KPa以内,对汽轮机不做机械改造。超高背压指汽轮机背压抬高到35--70 KPa,这需要对汽轮机低压缸的末级叶片进行改造。

根据背压的不同,热网循环水在凝汽器中可被加热到70-88℃。在采暖室外温度比较高的地区,大部分时间内凝汽器的出水温度能满足采暖的需要,余热利用率很高。


高背压供热图.jpg

当热电厂进行扩容改造时,高背压凝汽器供热改造是首选的方案。以省内某热电厂为例,单台330MW机组实施高背压供热改造后,单机供热能力提升约50%,达360MW。



 高背压供热的优点是系统简单,投资比热泵低。缺点是对供热面积有要求,适合于大负荷供热,尤其适合于在采暖期内,其余热能全部或大部分被吸收的情况。


空冷机组乏汽余热多级串联供热系统解决了现有余热供热技术存在的余热利用率低的问题。当电厂有多台机组时,才有使用该系统的条件。该系统包括不少于两级不同背压的凝汽器,如第一级背压供热系统、第二级背压供热系统、第三级背压供热系统等。各级凝汽器顺序连接,凝汽器背压逐级升高,热网循环水依次通过各级系统实现梯级加热。本系统的最大特点是在利用余热的同时最大限度的降低了机组背压,减小了煤耗损失。


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