熱電廠余熱梯級利用模式研究

周澤先

（廣東省輕紡建筑設(shè)計院）

熱電廠余熱梯級利用模式研究

周澤先

（廣東省輕紡建筑設(shè)計院）

在國家迅速發(fā)展的今天，節(jié)能減排政策也越來越為國家所倡導(dǎo)，針對在生產(chǎn)中如何合理有效的利用余熱，擴(kuò)大余熱的使用范圍，實現(xiàn)能源的梯級利用，提升總體熱電廠的綜合使用效益成為現(xiàn)階段最嚴(yán)峻的研究問題。針對能源的缺少，相關(guān)部門也想出了解決的方法：①開發(fā)新能源，開發(fā)新能源解決現(xiàn)存能源不足的問題，如果開發(fā)出的新能源是可再生能源，就更加值得人們的深究。②節(jié)約現(xiàn)存能源，在能源的使用中實現(xiàn)梯級利用，減少能源的流失，國家和地方相關(guān)部門對節(jié)能技術(shù)的支持和幫助。本文就熱電廠的能源余熱梯級綜合利用進(jìn)行研究。

熱電廠；余熱梯級；利用模式

企業(yè)生產(chǎn)都需要大量的電能、熱能，因此很多工業(yè)區(qū)都會就近建設(shè)各種規(guī)模的熱電廠以滿足該地區(qū)企業(yè)對用電、用汽的需求。由于不同企業(yè)對電能的用量不同，供熱參數(shù)各異，需熱電廠對整個供熱區(qū)域進(jìn)行綜合考慮以尋求較經(jīng)濟(jì)合理的集中供熱介質(zhì)及參數(shù)。因此各個熱電廠的形式各有不同，工藝完善程度也參差不齊，甚至有的電廠余熱資源利用率嚴(yán)重低下。每一種余熱都具有自身的特點，有的呈液態(tài)的形式出現(xiàn)，有的呈氣態(tài)的形式出現(xiàn)，如何科學(xué)合理地利用余熱資源成為現(xiàn)在熱電廠面臨的主要技術(shù)問題，需要相關(guān)專業(yè)部門的綜合分析和研究，以提升熱電廠的整體效率和整體經(jīng)濟(jì)效益。

圖1為熱電廠余熱梯級利用的一個示意圖。

圖1

1 熱電廠余熱利用實例

平煤集團(tuán)坑口電廠位于平頂山市西北部，距平頂山市區(qū)約12km，距平頂山新城區(qū)邊緣約1km?？涌陔姀S是平煤集團(tuán)目前最大的企業(yè)自備電廠，余熱資源主要服務(wù)平煤集團(tuán)中西部礦區(qū)和新城區(qū)起步區(qū)，自建廠以來，電廠就十分重視能源的梯級綜合利用。利用供熱管網(wǎng)實施公共建筑和重點居民區(qū)的中央空調(diào)，同時對周邊的高溫礦井實施經(jīng)濟(jì)可靠的余熱制冷降溫，使坑口電廠的余熱由單純供熱轉(zhuǎn)變?yōu)槔錈崧?lián)供，余熱利用由3個月延長至10個月，擴(kuò)大了余熱利用途徑，提高電廠的熱效率和整體經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)上面的余熱利用實例，進(jìn)行下面的技術(shù)和優(yōu)勢分析。

2 余熱利用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 用熱平衡

根據(jù)上面的實例分析可以看出，余熱的合理利用關(guān)鍵點在于季節(jié)變換的過程中，都可以達(dá)到雙方需要的熱平衡關(guān)系，如果在供給方和使用方之間達(dá)到余熱使用的平衡狀態(tài)，就可以有效地實現(xiàn)熱電廠的綜合節(jié)能要求。

2.2 熱電廠自身的供熱范圍

熱電廠的供熱范圍是有明確的要求和界定的，合理的掌控?zé)犭姀S供熱的有效范圍對選擇熱電廠的相關(guān)設(shè)備，掌握熱電廠的運行狀況以及熱電廠可以帶來的經(jīng)濟(jì)效益都有決定性的影響。

2.2.1 最合適的供熱范圍

熱電廠供熱的范圍越大，越可以提升相關(guān)供熱規(guī)模的優(yōu)勢，但與此同時，熱電廠的供熱面積越大，其相關(guān)的管道線路輸出熱量的損耗也越明顯，資金力量的投入也越多，所以，就熱電廠供熱面積的大小需要有相應(yīng)的規(guī)定，并在實施過程中，嚴(yán)格的按照規(guī)定制定實施計劃。

2.2.2 熱電廠用戶的性質(zhì)

由于熱電廠所服務(wù)的用戶不同，根據(jù)用戶的分類可以分為以下幾種：

（1）以采暖為主的用戶

針對以采暖為主要用途的用戶，換熱器設(shè)置在熱電站內(nèi)部，一次網(wǎng)向用戶群體提供高溫?zé)崴?，對于供熱距離較遠(yuǎn)地區(qū)增加中繼泵輸送。

（2）以工業(yè)用汽為主的用戶

針對以工業(yè)用汽為主的用戶群體，通過供熱管網(wǎng)直接向外提供蒸汽，根據(jù)各個用戶對蒸汽參數(shù)的要求尋求一個經(jīng)濟(jì)合適的集中供熱參數(shù)值進(jìn)行供汽。遇到低壓力用戶，可以在用戶端采取減壓的方式來滿足用戶的需求。應(yīng)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析盡可能的考慮設(shè)置冷凝水回收管道，以減少熱電廠正常補(bǔ)水量。

（3）既有工業(yè)用汽又有冷負(fù)荷的用戶

針對此種類型用戶通常與工業(yè)用汽用戶一樣，通過供熱管網(wǎng)向用戶提供供熱蒸汽，在用戶端設(shè)置蒸汽吸收式制冷裝置制冷來滿足用戶的用熱用冷需要。

（4）以空調(diào)為主的用戶

針對以空調(diào)為主的用戶群體，當(dāng)輸送蒸汽時，應(yīng)該在各個小區(qū)內(nèi)設(shè)置蒸汽吸收式制冷裝置以滿足用戶的冷負(fù)荷要求；當(dāng)輸送高溫?zé)崴畷r，應(yīng)該根據(jù)各用戶對熱水參數(shù)的要求以及一次網(wǎng)熱水參數(shù)確定采用直接連接或是在用戶端設(shè)置換熱器來滿足用戶的用熱要求。

3 能源余熱梯級利用效益的分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

從熱用戶的使用角度來分析，熱電廠的集中供熱與企業(yè)分散小鍋爐的供熱相比熱價相當(dāng)，但熱電廠噸蒸耗鋼量及耗煤量都較分散小鍋爐低。根據(jù)上述材料提出的平煤集團(tuán)中西部礦區(qū)全年供電供熱量的相關(guān)數(shù)據(jù)來說，年耗煤量將大大減少，充分體現(xiàn)了節(jié)能減排效益。

3.2 環(huán)境效益

熱電廠的燃料通常為煤炭，尤其對于坑口電站來說更是如此，煤的燃燒必然會對環(huán)境造成負(fù)面影響。企業(yè)分散小鍋爐通常熱效率較低，煙囪高度較低，噸蒸耗煤量較大、占地面積大。通過集中供熱可以有效地實施能源梯級利用，減少供熱區(qū)域內(nèi)影響環(huán)境的煙塵、污水以及噪音。取締企業(yè)分散小鍋爐還能節(jié)約企業(yè)及城市用地。在相同供熱的前提下，熱電廠鍋爐熱效率比分散型小鍋爐的熱效率高出10%以上，從而可以大幅度的減少煤耗量，煙塵、二氧化硫、二氧化碳的排放值也很大程度的減少。供冷采用蒸汽吸收式制冷裝置，采用供熱蒸汽為熱媒，而所采用的制冷劑對環(huán)境是安全無污染的，區(qū)別于蒸汽壓縮式制冷所采用的氨或者氟利昂工質(zhì)有毒或者可以破壞臭氧層所帶來的危害，因此利用新型的制冷技術(shù)可以有效的減少有害物質(zhì)的排放。另外，針對余熱制冷，還可以有效的節(jié)約用戶用電從而實現(xiàn)雙贏的目的。

3.3 社會的相關(guān)效益

在各個企業(yè)和政府的推進(jìn)以及相關(guān)技術(shù)部門的創(chuàng)新下，全國大多數(shù)礦區(qū)都設(shè)置了自己的熱電廠，利用熱電廠進(jìn)行冷熱電聯(lián)供，可以有效地節(jié)約煤資源，響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)和諧社會的長遠(yuǎn)規(guī)劃。

4 結(jié)語

就以上的課題可以得到如下結(jié)論：遵循能量的合理利用原則是今后發(fā)展的重中之重，只有將能源分梯級合理利用才能更好地完成節(jié)能減排任務(wù)，能級分析建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律基礎(chǔ)之上，以能級系數(shù)作為匹配用能的標(biāo)準(zhǔn)，將功能和用能質(zhì)量的差值量化到最小值，才是真正的能源梯級利用。在熱電聯(lián)產(chǎn)的實施中，一定要合理的掌控?zé)犭娐?lián)產(chǎn)相關(guān)的三級技術(shù)指標(biāo)：熱電比、總熱效率、熱化系數(shù)。只有控制好這三個指標(biāo)，才能將節(jié)約資源的過程細(xì)化和完善。熱電廠的余熱梯級利用是一項長遠(yuǎn)的目標(biāo)，只有將相關(guān)部門的技術(shù)有效的結(jié)合在一起，才能將這個問題規(guī)制到一個合理、規(guī)范的軌道中去，使它的產(chǎn)生能更好地服務(wù)于人民的日常生活和環(huán)境保護(hù)中。

[1]楊佳霖.基于總能系統(tǒng)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱節(jié)能研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]林世平.分布式能源系統(tǒng)中能源與環(huán)境耦合特性及優(yōu)化集成模型研究[D].武漢理工大學(xué)，2011.

[3]楊筱靜.蒸汽型雙效溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組性能及優(yōu)化研究[D].天津大學(xué)，2012.

[4]吳波.分布式能源冷熱電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能效分析與可比性方法研究[D].北京科技大學(xué)，2015.

[5]田嘉.大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組余熱梯級利用研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2016）13-0234-02

2016-4-15

周澤先（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事電廠集中供熱和壓力管道設(shè)計工作。