电厂汽轮机排汽冷凝热的回收与利用研究

电厂汽轮机排汽冷凝热的回收与利用研究

粟显

广州环投增城环保能源有限公司 广东省广州市 511300

摘要：发电厂汽轮机排气冷凝热的有效回收与利用对提高发电厂能源利用率，促进发电厂高质量发展存在重要意义。本研究采用理论与案例结合研究法，对电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用技术方案进行了简要分析，指出汽轮机低真空运行技术、吸收式热泵技术、压缩式热泵技术等是目前常用排汽冷凝热回收与利用方案，且技术方案不同所具有的优缺点也不同，实践中应根据发电厂实际情况合理选择技术方案进行改造，不断提高发电厂热能利用率，促进发电厂优化发展。

关键词：汽轮机；发电厂；冷凝热；排汽；回收

引言：发电厂汽轮机运行时，在热媒交换过程中、循环过程中，冷却水会带走大量低压蒸汽冷凝热，造成发电厂热源浪费，制约发电厂综合效益提高。因此，在当前高度重视能源高效利用，提倡安全、绿色、低碳、节能、环保、创新发展背景下，有必要加强发电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用研究，积极探寻科学、合理、有效排汽冷凝热回收与利用技术方案，切实提高发电厂热能利用率。以下是笔者对汽轮机排汽冷凝热回收与利用的几点认识，意在抛砖引玉。

1电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用理论分析

1.1基于低真空运行技术的排汽冷凝热回收利用

低真空运行技术是汽轮机排汽冷凝热回收与利用工程建设过程中应用较为广泛的一种技术。该技术通过低真空运行能够有效提高汽轮机排气压力，从而改善汽轮机凝汽器真空度，进而促进汽轮机运行过程中循环水供回水温度，改善系统热力性能，提高系统热能利用率。值得注意的是，汽轮机低真空运行循环水供热系统运行过程中，可能增加机组轴向推力，提高机组末级出口蒸汽温度，提高汽轮机背压，影响系统运行稳定性。故在应用该技术进行排汽冷凝热回收利用时，应做好系统设计工作，降低上述因素影响。

1.2基于吸收式热泵技术的排汽冷凝热回收利用

吸收式热泵技术主要是通过在电厂内建立热泵站房，通过吸收式热泵机组运用有效回收排汽冷凝热，一方面作为热泵热源驱动热泵运行，另一方面作为加热工质进行热网供热。吸收式热泵技术适用于大型电厂汽轮机排汽冷凝热回收利用，在热效率提高、发电量增加、㶲效率提高等方面存在积极影响。值得注意的是汽轮机吸收式热泵供热系统排汽冷凝热回收效果较好，但受热网回水温度影响较大，且对改造场地面积具有较高要求。某发电厂300MW等级亚临界供热机组改造过程中，则采用了吸收式热泵技术进行汽轮机排汽冷凝热回收与利用，具体表现为：在发电厂内构建含有吸收式热泵、蒸汽凝水泵、循环水泵等的热泵站房；开通一条钢管路、热水管路、蒸汽管路，分别将汽轮机组凝汽器循环水出水排水暗沟、系统供热管回水管、汽轮机抽汽口与热泵站房连接，从而使汽轮机做功后产生的循环水、系统热网水、低压抽汽引入热泵站房中，经热泵站房处理后分别通过循环水管、热水增压泵、凝水管道进入凝汽器、热网加热器、疏水罐使用^[1]。系统实际运行过程中循环冷却水经吸收式热泵实现余热回收，当循环水温度由38℃降至28℃后再次进入凝汽器利用，同时供热回水经吸收式热泵实现加热处理，当供热回水温度由55℃升至87℃再次进入加热器并在温度达到供热需求后送至热力站利用。系统改造优化后，循环水余热得到利用，循环水出口温度、循环水进口温度提高，热泵性能（公式1）得到改善，系统供热效率提高。通过热泵供热系统效率㶲效率（ηex）公式（2）计算发现系统改造优化后㶲效率提高。

COP=（Q1+Q2）÷Q2= （1）

ηex= （2）

式（1）与式（2）中：Q₁、Q₂表示循环水余热与驱动蒸汽热量；c_p表示循环水比COP表示热泵性能系数；D_w表示循环水流量；t₁表示循环水进口温度；t₂表示循环水出口温度；D_i表示驱动蒸汽流量；h₁、h₂表示驱动蒸汽与热泵疏水比焓定压热容；e₁、e₂、e₃、e₄、e₅、e₆分别表示热泵驱动蒸汽比㶲、热泵疏水比㶲、热网回水比㶲、热网供水比㶲、热网消耗蒸汽比㶲、热网疏水比㶲；P_u表示泵功率；D_r、D_k分别表示热网水流量、进入热网加热器蒸汽流量^[2]。

1.3其他汽轮机排汽冷凝热回收利用技术方案

压缩式热泵系统是电厂汽轮机排汽冷凝热回收利用工程建设中较为常用的一种热泵系统。该系统可借助分布式电动压缩式热泵改善热源品质，将低温蒸汽转变为高温蒸汽引入用户热力站进行利用。除此之外，发电厂也可运用大型凝抽背技术、大温差集中技术、疏水箱热源回收技术等构建汽轮机排汽冷凝热回收与利用系统，用以提高发电厂热能利用率，促进发电厂综合效益提升。

2电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用案例分析

2.1系统改造

某发电厂采用选择性催化还原技术（SCR）处理锅炉烟气，系统运行过程中发现SGH疏水器疏水效果不佳，回送至疏水箱的疏水压力偏高且带汽，造成疏水箱对空排汽量大，汽水未能充分回收，导致热能大量浪费。为提高热能利用率，设计在疏水箱SGH疏水管加装汽水分离器，实现机组排汽冷凝热回收与利用。实际操作过程中，在汽轮机4.5米层疏水箱上方过道位置，配备规格为DN200 PN1.6的汽水分离器；在汽水分离器进口变径至DN100后安装型号为J41H-16C DN100的截止阀与型号为YQF-100/LW/FZ/JT11的压力表；用变径三通将SGH疏水母管与疏水扩容器管道相连，并配备接入疏水扩容器；采用Ф76*5mm管将汽水分离器底部排水口引至疏水器进口；系统增装倒置桶型疏水器，安装示意图见图1。

图 1 安装示意图

2.2效益分析

系统改造属于锅炉烟气SCR系统小改造工程，施工周期短，对发电厂生产影响较小。与此同时，系统运行后，发电厂排汽冷凝热回收与利用的供热量大幅度增加，约为25×10⁴GJ，如果按照28元/GJ计算，汽轮机排汽冷凝热回收利用每年可带来收益为700万元，去除系统改造增加的电费（约20万元）、维修费（约10万元）以及其他耗能费（约42万元），每年增加经济效益仍超过600万元。

结论：在新时期新形势下加强发电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用工程建设建设已成为推动发电厂高质量发展重要路径。发电厂汽轮机排汽冷凝热回收与利用技术方案的有效应用，不仅能够提高发电厂热能利用率，也能够节约发电厂能源消耗，减少发电厂温室气体排放量，实现发电厂经济效益、环境效益、社会效益协同提高，促进发电厂可持续稳定发展。因此，发电厂以及相关人员有必要加强汽轮机排汽冷凝热回收与利用研究，能够根据发电厂实际情况制定工程建设或改造方案，有效提高汽轮机排汽冷凝热回收与利用水平。

参考文献：

[1]杨开敏,唐文捷,刘瑞,等.铝用阳极生产过程的热平衡分析及余热利用[J].热科学与技术,2020,19(06):530-536.

[2]张鹏,王利伟.电站余热利用方案热经济性分析对比[J].电站系统工程,2018,34(05):65-68+72.