《热泵回收余热技术在火力发电厂的应用》
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摘 要：火力发电厂运行过程中会产生大量热量,如何利用这些余热正越来越受到关注,本文将热泵技术用于火力发电厂的余热回收工作,旨在达到节能环保的目的.介绍了热泵技术,给出了凝汽式汽轮机发电厂运用热泵余热回收技术的案例,研究了火力发电厂热泵锅炉余热回收工艺的经济效益.最后,给出了热泵技术在火力发电厂推广时的难点及解决途径.
关键词：凝汽器;热泵技术;余热
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.168
1 概述
随着生产力和科学技术的不断提高,生产与生活用电量与日俱增,火力发电厂正发挥着倍增器的作用.火力发电厂余热的合理回收及利用既提高了发电机组热经济性,又加强了环境保护作用,因此越来越受到关注.实际生产过程中,火力发电厂余热存在严重损失,其中汽轮机冷源损失成为其主要部分,占发电总量比重高达六成,是减少火力发电厂热循环效率的主因.在凝汽式火力发电厂,源自汽轮机的乏气进入凝汽机后冷却凝结为水,其部分热量被传递给冷却水,剩余热能则经水塔向环境释放,汽轮机的冷源损失由此形成.表1展示了目前火力发电厂的主要损失参数.分析表1能够发现,汽轮机排汽热损失（即冷端损失）的总量十分惊人.
在普通火力电厂发电过程中,为了减少汽轮机排气热损失,汽轮机经历了以下4个阶段的改进：（1）回热抽汽;（2）背压式汽轮机或调整抽汽式汽轮机;（3）汽轮机低真空供热;（4）热泵技术应用.其中,利用热泵技术将电厂排气冷却水作为低温热水源,汲取以往被当做工业废热排放的凝汽热量,提升回热凝结水及以及热网水温度,此种做法不但有助于火电厂建立起封闭的冷却水循环系统,减少水的蒸发量,又能提高整体发电效率降低煤耗率.
目前,能源日益紧张且环境污染日趋严重,在国家大力推行节能减排能源的政策的大背景下,火力发电厂丰富的余热资源正引起人们越来越多的关注.火力发电厂输入燃料总热量的35%左右转变为电能,而60%以上的热能则通过锅炉排烟和汽轮机凝汽器的循环水散失到环境中.锅炉所排出的烟气问题偏高,因此余热回收使用的难度较低,长期是火电厂技术人员以及科研人员研究与分析的热点之一.而凝汽器循环水水温和空气温度的差值约为10℃,品味较低,所以其利用率长期偏低,大多未经处理便释放到空气中,引发热污染及能源短缺等问题.
针对上述问题,本文利用热泵技术对火力发电厂余热进行回收,以期达到节能和环保双重效果.
2 热泵技术
自上世纪七十年代起,热泵步入了高速发展阶段,逐渐成为了众多学者分析与探讨的热点,全球能源组织与欧盟共同体也明确了大型热泵的建设方案.伴随着各种新兴热泵技术的不断涌现,热泵的运用范围越发广泛,功能越发丰富,现已在空调等工业产业中获得了大范围的推广,对于能源环保事业做出了突出的贡献.相较于欧美发达国家,国内关于热泵的学术研究要滞后二三十年.自建国起,伴随着工业化建设步伐的加快,我国才开始启用热泵技术.到了新世纪,因为我国沿海地区城市化水平的大幅提升,人均GPD一路上行,再加上2008年北京奥运会和2010年上海世*的成功举办,均有力推动了我国空调行业的发展,加速了热泵技术的更新与创新速度.
在中国,热泵技术诞生于2001年,而后历经数年的不断发展,我国热泵市场慢慢自起步阶段过渡到快速发展阶段,现已颇具规模.全球能源问题的日渐加剧突出了热泵良好的节能环保特性,同时社会各界的积极参与也加速了热泵技术的改良与创新.
近年来,热泵技术已成为备受关注的新能源技术.泵是一种提升位能的装置,诸如水泵主要用以提升水的高度.但是热泵却能够提取环境中空气、土壤或水中的低品位能量,通過电能做功的方式,输出可供使用的高品位热量.热泵系统中的低温热源多为平时比较常见的介质,诸如地表水、消防水、河水、空气、城市污水或生产设备释放的物质,工质和周边介质的温度差较小.热泵系统与压缩制冷系统两者的运行机理相同,对于小型制冷设备而言,为了全面发挥其作用,实现夏季制冷或冬季制热功能,均选用的同一设备实现.在夏日需制冷的条件下,启用制冷模式,压源自压缩机的高压蒸汽流过换向阀（又名四通阀）流入冷凝器,制冷蒸汽凝结为冷冻水,经过节流后流入蒸发器,蒸发吸热使户内气温降低,蒸发所得的制冷剂气体,流过换向阀或进入压缩机,由此不断循环,形成制冷循环系统.在冬日需要制热时,则首先将换向阀切换到热泵模式,压缩机对制冷剂加压,流经换向阀进入户内蒸发器中（兼任冷凝器功能）利用制冷器气体的凝结潜热,增加户内温度,实现户内制热的效果.冷凝所得的液态制冷剂,逆向流经节流设备后流入泠凝器（兼任蒸发器）,吸热后蒸发,所得的蒸汽流经换向阀流入压缩机,由此实现循环制热.以上向户内转移户外空气或循环水热能的系统,即为热泵系统.
若以火力发电厂循环水作为热源,通过热泵回收余热技术,便能够大幅降低能源消耗量.火力发电厂的冷却水余热作为低温热源具有以下6方面优势：
（1）水量充沛,且蕴含的余热资源丰富.
（2）水质不含腐蚀性盐类,比城市污水更清洁,因此对水质的处理也相对简单.
（3）流量与温度都比较平稳,换热系统的结构比较简单,因为水温偏高,避免了冬天制热时蒸发器结霜的问题,热循环系数可保持在较高水平.
（4）热泵设备的启动速度快且流动性佳.
（5）热容量高,仅需不多的水便能够传输较高的热能,由此能够进一步缩小换热系统的外形规格.
（6）搜集与运用火电厂冷却循环水余热,既能够降低冷却塔向大气释放的热量,同时能够减少循环水的蒸发量,节省水资源,在火电厂循环水系统中引入热泵余热回收技术,兼具节能与环保的两重优点,且机组负荷越大相应的节能效果越显著.
3 实例分析
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火力发电厂引用文献:
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