火电厂乏汽热泵余热回收利用技术

概述：

① 我国火电行业煤的热利用率不到50% ，乏汽、烟气热损失超过50% ：这意味着每年超过10 亿吨煤、近60 亿吨水蒸汽、排放二氧 化碳20 多亿吨。

② 我国人为排放水蒸汽总量估算160 亿吨，这是雾霾的最大源头，也是能效低的根本原因，还是减少二氧化碳排放的潜在市场。

③ 为了减少二氧化碳排放，国家一直在调整能源结构，逐步减少火电的比例。面对巨大的存量，淘汰火电需要时间，研究现有火电提高能效、减少碳排放更实际。

④ 如何回收乏汽余热？现在主要有哪些回收利用技术？存在什么 问题？如何改进？

一、凝汽器

火电汽水系统工艺流程图

① 高压水在锅炉内吸收燃料燃烧产生的热量，蒸发、过热为高温高压蒸汽。

② 高温高压蒸汽通过汽轮机取动发电机发电。

③ 发电后的蒸汽变为乏汽排除汽轮机，进入凝汽器凝结为水，再去锅炉循环。

什么是凝汽器？

凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器。凝汽器主要用于汽轮机动力装置中，分为水冷凝汽器和空冷凝汽器两种。

1 、水冷表面式凝汽器：乏汽通过循环水间接冷凝，循环水上塔冷却，或直流冷却。配有抽气设备，不断将漏入凝汽器中的空气和其他不凝结 气体抽出。抽气设备主要有射水抽气器、射汽抽气器、机械真空泵和联合真空泵等。

2 、空冷表面式凝汽器：乏汽—空气直接换热冷凝，背压比水冷凝器高得多。

3 、混合式凝汽器：有喷雾式和平面射流式两种。在喷雾式凝汽器中， 冷却水被雾化成滴状；而在平面射流式中，冷却水以膜状与汽轮机的排 汽接触。一般多采用平面射流式结构，因它具有更高的真空，能把不凝 结气体全部排出。

二、火电厂乏汽凝汽器的种类

A 冷却塔凝汽：最常用

B 直冷凝汽：沿海沿河电厂用

C 直接空冷凝汽：西部缺水地区用

D 间接空冷凝汽：应用比较少

1、水冷表面凝汽器

① 全国大约60% 的火电厂采用。

② 乏汽与循环冷却水通过表面式凝汽器换热冷凝为凝结水，通过凝结水泵送回锅炉循环。

③ 循环水升温后，上塔冷却后循环。

④ 有些电厂循环冷却水的补水用生活污水处理厂外排中水。

⑤ 一些沿海、河、湖的电厂，也有的采用直流冷却。

2、直接空冷表面式凝汽器

① 西部缺水地区的火电厂采用。

② 乏汽与环境空气通过表面式凝汽器换热冷凝为凝结水， 通过凝结水泵送回锅炉循环。

③ 凝汽压力高，夏季20-30kPa 、冬季11-15kPa 。

④ 夏季需要往换热管表面喷软化水，冬季需要防冻。

3、混合式凝汽器：哈蒙式间接空冷凝汽器

① 西部缺水地区的火电厂采用。

② 乏汽与循环水通过表面式凝汽器换热冷凝为凝结水，通过凝结水泵送回锅炉循环。

③ 循环冷却水通过间接空冷塔冷却。

4、混合式凝汽器：海勒式间接空冷凝汽器

① 西部缺水地区的火电厂采用。

② 乏汽与软水通过直接喷淋式凝汽器换热 冷凝为凝结水，部分凝结水通过凝结水 泵送回锅炉循环。

③ 大部分凝结水水通过间接空冷塔冷却。

三、凝汽器：最佳背压的确定

最佳背压与最佳循环水流量：

凝汽器是机组冷端系统中核心的换热设备，其主要作用是使汽轮机低压缸排汽口维持一定的真空度，帮助汽轮机能够最大程度地做功，并将进入凝汽器的饱和蒸汽冷凝成水。降低凝汽器背压，即提高凝汽器真空度，有利于提高机组出力。在机组负荷和冷却水温一定的条件下，通常通过增加循环水流量来降低背压。但是，增加循环水流量的同时，会使循环水泵耗功增加。因此，存在着功是否大于过得问题，即降低背压而增加的汽轮机出力能否补偿循环水流量增加而引起的循环水泵耗功增加。如下图所示，随着循环水流量D w 的增加，凝汽器背压P c 逐渐降低，机组出力N T 升高；而循环水流量增加，使循环水泵的耗功N p 也增加，因此机组出力与循环水泵耗功量之差存在最大值，即机组最大净出力N max 。

最大净出力点，此时对应的凝汽汽背压为最佳背压Pcop ，对应的循环冷却水量为最佳循环水量。

影响最佳背压的三个主要参数：

① 循环水进水温度

② 循环水温升

③ 传热端差

四、乏汽余热利用现有技术：

1、湿冷机组乏汽余热供暖

工艺简介

① 原来的凝汽器、循环水冷却塔均保留不动，非采暖季利用。

② 采暖季凝汽循环排水送入吸收式热泵，回收余热后回凝汽器循环。

③ 溴化锂热泵采用0.4MPa 的饱和蒸汽驱动，吸收乏汽 余热将热网循环回水从60°C 升温到90°C ，再用蒸 汽补热到120°C 。

④ 热网采用大温差改造后，回水温度20°C ，可以回收和输送更多余热。

关键设备：

2、空冷机组：蒸汽喷射乏汽余热回收供暖

工艺简介：

1 ）用驱动蒸汽抽引乏汽。

2 ）乏汽增温增压后，用供热回水冷凝。

3 ）冷凝水回锅炉循环，供热回水逐渐升温、补热达到128 ℃后用于供热。

关键设备：

3、乏汽热泵供暖

工艺简介：

1 ）原有凝汽器系统完整保留不变，非采暖季用。

2 ）采暖季，将部分或全部乏汽，通过新增的旁路乏汽管道，引入乏汽热泵。

3 ）乏汽热泵= 冷凝器

4 ）乏汽热泵通过抽汽驱动实现冷凝和供暖。

5 ）能效COP2.4

6 ）更多效益：多发电、凝气系统节电。

关键设备：乏汽热泵（凝汽器）

五、问题与解决方案

1 ）汽机背压收环境空气影响大

2 ）夏季背压高，背压增加1kPa ，煤耗增加1 —1.2g/kwh

3 ）空冷机组夏季背压20 —30kPa

4 ）空冷机组容易泄漏、冬季需防冻

5 ）循环水泵、风机电耗量大

6 ）循环水冷却塔耗水量大

7 ）乏汽余热全部浪费

8 ）蒸汽喷射式制冷：蒸汽消耗量大、循环水量大

9 ）溴化锂吸收式热泵：操作维护难，投资比较大

10 ）空气能热泵：供电限制，不适合大余热量回收

11 ）余热供暖属于季节性，影响收益，供暖属于特许经营，市场准入难

六、乏汽余热烘干预热煤的可能性探讨

解决方案：多背压凝汽器+ 余热烘煤

七、凝汽器改进：多背压大温差混合式凝汽器

性能特点

① 一年四级恒定最佳背压，增加发电

② 零端差：用直接喷淋换热、软水循环

③ 大温差5-130°C ，降低进水温度，增加余热用途

④ 循环水量减少90% ，600MW 机组循环水量从10 万减少到1 万t/h ，减少厂用电耗

⑤ 彻底解决凝汽器结垢

⑥ 冬季无需防冻

⑦ 系统密封容易，解决泄漏

工艺介绍

① 从凝汽器前管道、或壳体上，开旁路乏汽管道

② 在维持凝汽器真空的情况下，采用蒸汽/ 机械混合压缩升压，多背压冷凝

③ 组合采用串级喷软水冷凝

④ 采用间接换热器，与余热利用循环水换热

八、开发余热用途：余热制冰等更多用途

通过原始创新，研制出具有自主知识产权的TC 多 元工质，创造性的实现了利用120 ℃ 左右的低温 热源驱动高效制取-40 ℃ 以上的冷能，能量转化 效率高达40%-70% ，填补了热驱动低温制冷的应 用领域空白，具有极强的技术优势性。

一吨饱和蒸汽可以制2 吨冰

九、结论与建议

1 、我国火电乏汽余热极限回收利用节能，年可减少碳排超20 亿吨。

2 、乏汽、烟气、炉渣余热利用应重点多研究企业内、或就近利用，通过余热驱动的乏汽热泵凝汽系统，可以有效益的回收利用乏汽余热。

3 、火电企业通过补丁式乏汽余热回收，并与碳循环结合实现碳中和，为企业碳中和增加选项，并为企业生存和健康发展赢得时间。