热电厂余热回收利用探析

热电厂余热回收利用探析

朱斌皓 ,屠利建

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摘要：目前，随着社会的进步，根据低碳供暖的理念，以热电联产为平台，采用热泵技术开发多种低温能源用于供热。在供热系统末端，将暖气片用户和地暖用户串联供热，实现热能的梯级利用。依据供暖期各阶段的热负荷变化进行供热调节，同时，在非采暖季，开发非采暖季热力产品，实现热电多产。结合实例，与传统供暖方式进行比较分析，说明该供热系统在经济、节能环保等方面的优越性。

关键词：热电厂；余热回收；利用

引言

随着近年来余热利用以及科学技术的不断发展，我国的长距离、大温差输送技术已经得以实现和落实。这为我国大规模的热电厂余热利用提供了有效前提，因此中国供热协会也已指出：从现有工业余热以及热电联产中不断挖掘其供热潜力是我国较长一段时间内能够实现城市清洁、环保供热的一大重要途径。下面，我们通过文章内容来对余热利用技术及其应用于工程实例中所涉及的大温差和大高差供热等主要技术措施进行详细了解。

1系统介绍

如今，热电厂已不再是简单的蒸汽动力循环的燃煤热电厂，而是燃气蒸汽联合循环、太阳能、地热能、热泵等多种能源转换设备，还有工业废热、余热等低温能源作为热网的补充，这将很大程度上提高热能利用率，减少燃料消耗和温室气体排放。根据低碳供暖的要求，以热电联产作为供暖平台，在热电厂内采用吸收式热泵，通过消耗部分蒸汽热能，利用凝汽器中的冷却水和汽轮机组的乏汽，以热电厂冷却水为低温热源，结合供热区域的实际情况，设置热泵站，开发利用区域内地热、空气源、海洋能等可再生能源和工业废热等低温能源。(1)在热电厂内，设置吸收式热泵机组利用循环水作为低温热源，将汽轮机组的抽汽或者背压机组的排汽作为驱动热源，回收利用余热，承担基本热负荷，在供暖初期和末期，一次供水温度为65℃，不启动混水泵，相当于直供；在严寒期，抽取蒸汽送至尖锋加热器，再热供水至95℃，然后再送至热用户，在换热站内经混水后将65℃二次供水送至暖气片用户，回水再输送到地暖用户。(2)热泵站具体采用哪种形式的热泵,需要结合周边用户地区的能源供应状况而定。吸收式热泵主要是采用高温热水(120-130℃)、蒸汽(6bar)或天然气驱动，对于周边热水网采暖的用户以及具备燃气或蒸汽条件的用户可以将循环水通过管道引到热力站，并在热力站增设吸收式热泵,从而实现相应的区周边的高效供热。蒸汽或天然气没有到达同时电力容量不受限制的周边地区，可采用电动压缩式热泵技术回收电厂循环水热量。利用热泵技术把区域内可开发利用的地热、空气、地下水、地表水和土壤、海洋能、废热、工业余热等低温热源用来供热或供冷，节省常规能源，合理利用能源并减轻环境污染。不同地区的建筑，可根据不同季节的要求，因地制宜地综合利用太阳能、地热能等可再生能源和周围的低温热能

2热电厂余热回收利用

2.1热泵回收余热技术

电驱动以及蒸汽驱动是热泵在回收余热中能够采用的两种运作形式。电驱动与蒸汽驱动运作原理其实没有太大差别，只不过两者所应用的驱动能源不同。该项技术的工程实例也不在少数，例如获2013年首批国家节能技术改造奖励的大唐黑龙江发电有限公司哈尔滨第一热电厂，其运用热泵技术得以实现的1号机循环水余热回收利用项目完成了174万平方米的集中供热。（1）电驱动热泵供热。热电厂内通常将电驱动热泵设置为压缩式，电驱动压缩式热泵可以借助电力开始运作。热泵在收集来自于凝汽器的低位热源循环水后对其进行加热，70℃的供暖回水可在热泵加温后达85℃左右，最终经换热器加热水温便可升至130℃用于城市供暖。不过，该项技术在应用时由于供暖回水的温度较高，相应的热泵能效会随之降低，并且热电厂在应用电驱动热泵时会增加一定的用电量。（2）蒸汽驱动热泵供热。热电厂内通常将蒸汽驱动式热泵设置为吸收式，其借助汽轮机抽汽动力实现运作。类似于上述电驱动式热泵余热回收工作原理，蒸气驱动吸收式热泵以及汽水换热器可将原先70℃左右的供暖回水加热升温至供热标准。相比较之下，该项技术的运作占地面积较大，并且余热回收的能源效率也要低于电驱动压缩式热动供热技术。

2.2热电联产集中供热技术

该项技术基于吸收式循环模式可得以实现，应用该技术前需要在热力站和电厂内均安装其余热利用设备。（1）基本原理。我们能够观察到，安装在热力站内的换热机组由板式换热器和吸收式热泵两个主要部分组成。运作时，利用该换热机组能够将一级管网的供水温差从60℃上升到110℃。通过大温差输送能够在提高其输送能力的同时，为热电厂余热回收提供前提基础。再者，借助一级管网的130℃高温能够有效驱动其换热机组，并以此实现高换热效率的二级管网供暖回水加热流程。（2）技术优势。热电联产集中供热技术在实践中，具有扩容以及节能两大方面的技术优势。扩容是指借助其吸收式换热机组能够有效降低一级管网内的回水温度，这样一来即使输送热水量及一级管网不变，也可扩大城市的集中供热面积。节能则是指热电厂能够通过该技术回收更多热能，这主要是由于一级管网内的回水温度在降低后能够直接实现汽轮机凝汽与热网回水的换热流程。

2.3储能技术

（1）压缩空气的储能技术。压缩空气的储能技术是指在能耗非峰值时段，利用多余的能量驱动压缩机将空气储存在容器内，在能耗峰值时段，储存的空气驱动发电机发电。压缩空气储能的技术储能效率可达70%，运行周期较长，可以灵活调节1个工厂或地区的能源消耗情况。目前，德国的Huntorf电站和中科院工程热物理所建设的示范装置都成功利用压缩空气储能技术实现了能源的高效利用。但是，目前相关技术在热电厂余热回收中投入使用的案例较少，而且储能设备造价高昂，经济效益较弱。（2）潜热储能技术。该方式是利用物质发生固-液相变的相变潜热进行储能，因此具有较高的储能容量。用于潜热储存的原介质有磷酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐、氟化物、氯化物以及氢氧化合物的低共熔混合物，根据实际工况的温度，选择不同的储热介质。目前，相变储能技术在工业领域中已有实际应用，但是这项技术由于存在相变过程，存在传热效率较低、导热性能较差等问题。（3）热化学储能技术。热化学储能技术是先利用吸热反应储存能量，再利用放热反应释放能量。这种系统与潜热储能系统同样具有在恒温下存储、释放能量的优点。热化学储能系统不需要绝缘的储能容器，但其反应装置复杂、精密，必须由经过训练的人员进行仔细维护，只适用于较大型的系统。

结语

综上所述，目前我国的热电厂余热利用技术与工程已经得到了一定规模上的落实与拓展。这能够有效应对我国部分城市突出的热源成本过高、热源供应不足以及大气治理投入力度过大等发展难题。有效应用余热利用供暖技术，能够在实现清洁供暖的同时，确保我国社会的发展同时具有经济效益与环境效益。

参考文献

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