火电厂循环水余热利用方式的分析

2022-09-12

正文:

1 前言

当前, 节能减排已经成为了时代大势所趋, 尤其是在重型工业行业之中。火力发电厂是重要的电力供应来源, 其除了会消耗很多的能源之外, 同时也会导致严重的环境污染情况。为了达到节能减排, 部分火电厂实验性的将循环水余热回收, 并投入到市政供热的大型溴化锂吸收式热泵之中, 从而达到节能减排的目的, 然而由于此类能源节约方法的复杂性较强, 设备规模庞大, 同时在近些年才得以投产运用, 所以仍需要不断的优化。本文探讨了水源热泵系统、低真空循环水供热技术以及汽轮机NCB技术在火电厂中的应用, 希望可以提升余热循环利用的效率, 使火电厂的环保效益和经济效益得以提升。

2 水源热泵系统的应用

2.1 系统供热原理

一般水源热泵会将循环水当做是低温热源, 这是由于汽轮机排汽凝结之后会排放出大量的热量, 而循环水通过凝汽器来吸收这一热量会使得其自身温度升高, 同时经由凝汽器出口依次经过输水管道以及蒸发器, 之后在蒸发器中释放出自身的热量之后重新的回到循环水泵之中。由于循环水会于蒸发器中释放大量的热量, 利用制冷剂来吸收这一热量, 并通过压缩机升温升压, 然后于冷凝器中释放热量, 以提供给供暖热水, 再通过膨胀阀降温降压, 最后再回到蒸发器设备之内继续吸热, 这样即是一次循环。制冷剂会在冷凝器设备内释放出大量的热量, 而供暖热水会吸收这一热量而出现温度升高情况, 之后供暖热水会进入到具体的散热器散热, 在散热完毕之后需要回到冷凝器装置之内继续循环, 具体流程可见下图1。

2.2 在循环水余热利用方面, 水源热泵的优势

从我国当前的实际情况来看, 火电厂循环水中包含巨大的热量, 可以产生众多的余热资源, 同时这一资源具有水质质量达标、温度适中以及流量稳定等优势, 有很强的利用价值。所以在选择确定水源热泵手段的低温热源时, 需要首选火电厂的循环水。利用水源热泵设备来对凝汽器循环水加以回收, 能够使其进水温度降低, 并使汽轮机凝汽设备的真空度增强, 使得机组的发电效率以及通流量均获得保障。另外水源热泵可以去除锅炉以及烟囱, 可以省去燃烧过程, 进而防止了排烟污染圈的出现;水源热泵设备的成本造价低, 运行效率高, 同时因为系统设计的难度较小、稳定性较好、维护成本低等, 和传统的暖通空调相比, 其可以产生巨大的经济效益;通过水源热泵还可以使循环水的蒸发热量得到应用, 降低了蒸发损失, 也可以使冷却塔装置的热负荷得到减少;在机组方面, 由于水源热泵的使用可以吸收循环水中的温度, 使得循环水温度降低, 进水温度减少, 保证了机组的真空效果, 机组的发电能力也会提升, 热耗率会得到降低。

若是将循环水余热投入到火电厂之中, 即可以使电厂获得充沛并且廉价的电力, 也能够由电厂近距离发出, 避免了输电损失出现, 也可以降低耗电损失。和空气源热泵进行对比, 使用循环水余热的水源热泵其电力消耗可以降低到百分之三十以上, 同时在冬季空气源热泵容易出现冬季除霜等情况, 而循环水余热不容易发生此问题。比如说某火电厂装机容量达到了2 x300MW, 通过电厂运行数据可以得知, 全厂利用凉水塔向大气之中所排出的热量可以达到1600GJ/h, 约等于54.6t标煤所产生的热量。如果通过水源热泵装置进行回收余热, 那么一年可以降低40.055 t煤炭的使用量, 若是根据750元/t煤来进行换算, 一年可以节省大约三千万左右的人民币。总之, 通过热泵技术来对火电厂循环水之中的余热进行回收, 除了可以起到资金节约的作用, 同时也可以避免由于循环水余热所产生的热污染。若是可以科学的通过水源热泵对城市进行供热, 能够同时的产生社会效益、经济效益以及环境效益。

3 低真空循环水供热技术

汽轮机低真空循环水供热技术现在已经应用到各种小型的火电厂之中, 在不优化和改造汽轮机主体装置的基础上, 不断的减少和排汽缸真空一直到-45k Pa状态, 同时增强乏汽温度并利用此来对循环冷却水实施加热, 使得循环冷却水问题能够超过70摄氏度, 之后需要将高温循环水输送至预期的热网内来为用户实施供热。循环水在用户端实施放热之后, 其温度会减少, 然后经由回水管再次的回到热电厂之后, 此时需要对循环水实施除污器过滤, 使循环水再次进入凝汽器装置, 通过吸收汽轮机装置的排汽热量, 其温度会再次的上升。这样周而复始, 不仅可以使电厂乏热得到有效的运用, 使综合热效率的利用率得到保证, 同时还可以产生一定的经济效益, 也就是利用此热量来取代城镇的一些小型供热锅炉房, 进而使城镇地区的环境得到保护。在我国低真空改造方法正越发成熟, 其也具有很强的可操作性, 这使得这种技术被大量的投入到我国的北方以及西部地区。具有的低真空循环水运行方式可见下图2。

相关文献中指出, 将低真空循环水供热技术应用到小型凝汽式发电厂之中, 可以使能源利用率提升至百分之八十左右, 而传统的改造方法只可以将能源的利用率保持在百分之四十左右, 所以低真空循环水供热手段具有非常好的应用价值和经济效益。另外在实施, 低真空改造后会大致相同于背压机组, 用户的热负荷会直接的约束到汽轮机发电功率, 所以很难开展独立的调节, 尽管该方法可以使能源得到有效的运用, 但也会导致电厂的发电量受到不良影响, 所以该方法可以拖入到用户热负荷相对稳定的城镇中。

低真空改造尽管不会关系到汽轮机装置的本体部分, 然而由于其仍旧需要对凝汽器装置实施改造, 所以现代大型机组几乎不会考虑这种设备。因为低真空供热方式一定要使汽轮机装置于高背压下运行, 会导致末级叶片焓降以及做功能力减弱, 最终导致汽动特性状态不佳, 排汽温度也会出现上升情况, 导致后轴承温度增加, 进而导致轴承标高出现变化, 造成轴系稳定性降低。同时因为在受到高背压之后, 末几级叶片所具有的压差会降低, 导致低压区域的各级反动度降低, 最终导致轴向推力会出现变动, 进而造成机组振动。

4 汽轮机NCB的应用

汽轮机NCB技术属于是一种大容量供热机组, 并且这种技术也是较为新颖的。汽轮机NCB一般是通过低压缸以及高压缸这两个部分来带动发电机, 为发电机的启动提供能源。汽轮机NCB在处于基本抽气条件之下时, 能够通过调整或者是关小联通管道上所安装的蝶阀来分散压力。若是负荷已经上升至最大程度, 为了防止低压缸中渗入到蒸汽, 需要完全的关闭相关通管道之中的蝶阀, 此时低压缸转速会持续的减弱, 一直到完全的停机。此时, 低压转子以及离合器设备会相互脱离, 则发电机的运行能源会由高压转子以及中压转子所提供, 并通过排除水蒸气来获取热量, 通过盖中运行方式, 大大提升了水余热的循环以及利用效率, 同时也充分利用了高压缸以及中压缸设备的排气作用, 降低了由于冷源所导致的损失。另外该机组也可以使停止运行工作的低压缸转化成背压机, 同时根据具体的情况来运行启动低压缸, 使低压缸可以转换成纯凝机或者是抽凝机。由于该原理的使用, 使得机组能够根据具体的情况、需求来转化运行的模式, 大大保证了机组的热负荷核电负荷适应性与其承受能力。

汽轮机NCB尽管有诸多的优势, 但是其也存在很多的问题。首先是汽轮机NCB的成本造价非常昂贵, 导致众多火电厂只能对其望而却步。这是由于汽轮机NCB中需要投入使用SSS离合器, 但是由于技术水平的限制, 该类离合器主要需从国外采购, 这类离合器的本身的价格偏高再加上运输费用等成本, 导致离合器采购价格升高。该类离合器也有一定的使用要求, 比如说对机组中转子跨距存在一定的要求, 所以还应当改造优化机组转子, 需要投入一定的改造成本;其次是汽轮机NCB设备的投入和使用均应当建设以及增加一部分检修场地, 从而关系到土地建设问题, 为此火电厂需要投入一部分物力、人力以及财力;最后汽轮机NCB毕竟是一种新技术, 需要使用新机组, 为了保证其正常运行, 需要配备专业的人才, 使用新的管理办法, 使火电厂的投入加大。但是不管是从火电厂的发展和内在需求角度, 还是由行业的角度而言, 汽轮机NCB具有非常广阔的发展前景, 也是今后火电厂实现循环水余热利用效率的有效途径。当前汽轮机NCB技术已经趋于成熟, 只要火电厂能够解决资金问题、人力问题以及场地建设问题等, 一定可以实现科学的投入, 使火电厂具有更高的效益。

结语:

因为我国的能源问题正越发的严峻, 为了更为合理的应用资源, 一定要解决火电厂对能源需求量大这一问题。减少能源损失是一种非常有效的能源控制手段, 但是这种方法尚未有效应用到大中型机组之中, 因此一定要对问题展开综合、科学的分析, 以使能源的利用效率得以提升。通过科学的运用循环水供暖, 可以使能源得到更为合理的运用, 同时也可以产生节能、环保的作用, 同时也可以起到控制经济投入的作用。通过实践可以得知, 低真空循环水供暖方法正越发成熟, 将其投入到小型热电企业之中, 不仅可以起到环保的作用, 同时也可以保证能源综合利用的质量和效率。随着中大型机组的应用力度逐步增强, 循环水利用已有了很大的发展, 水源热泵循环水热技术由于可以减少经济投入, 保证节能质量等作用, 同时在使用过程中能够解决污染物的排放, 有利于环境的保护, 所以其发展前景非常广阔。最后汽轮机NCB技术虽然具有很强的创新性, 同时能够满足大型机组循环水技术在节能方面的需求, 然而实际的研究仍旧处于理论研究阶段, 仍需要不断的开展研究以及反复实践论证, 这样才可以真正应用到循环水余热利用方面。

摘要：我国属于是能源经济大国, 各行各业对能源的需求量是非常大的, 由此导致了能源危机问题。单从火电厂方面来看, 火电厂的运行需要投入大量的能源, 但是其对能源的使用效率是偏低的, 并且余热会经由烟气以及循环水而逐步的散失到大气和周围环境之中。但是循环水会带走非常多的热量, 导致严重的能源浪费问题。随着城市化的进程逐步的加快, 生活用水以及供暖等方面对热量的需求正在不断增加, 使得供暖工作的强度增大, 若是可以通过回收与利用电厂循环水余热来进行供热, 即可以起到节能的效果, 使能源获得综合的利用, 进而起到经济效益和环保效益的双重作用。本文就此论述了几种循环水余热利用手段, 希望可以在一定程度上起到能源节约的效率。

关键词：火电厂,水源热泵系统,低真空循环水供热技术