熱電廠余熱利用技術

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。