最全面的火电厂中低温余热利用技术介绍
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火电厂是以朗肯循环为基础进行热功转化获得电能的，这其中将伴随着大量的热量损失。火电厂中主要的热量损失源是汽轮机冷源损失和锅炉烟气的排热损失，其中汽轮机冷端损失占到火电厂热损失的40%左右，锅炉排烟热损失占到火电厂热损失的8%左右。

据统计，汽轮机冷源损失是凝汽式火力发电厂最大热量损失之一，即使是1000MW超超临界纯凝机组，冷端损失也约占汽水循环热量的50%以上。大型火力发电厂锅炉的排烟温度通常为120～150℃，相对应的热量损失约为燃料热量的5%～12%。排烟温度每升高10℃，排烟热损失会相应的提高0.6%～1%。如果能有效的将这些损失的热量回收利用，将对整个社会的节能减排工作做出巨大贡献。但是这部分热量的温度较低，利用难度较大。

要想将这部分能量利用好，不仅需要技术手段，还需要外界真正的需求，以实现温度对口、梯级利用。本文重点介绍以下中低温余热利用技术：

蒸汽压缩式热泵的工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热冷凝、节流和吸热蒸发四个主要热力过程，从而在蒸发器中吸收低温热源的热量，以实现供热为目的的热泵循环。

在热泵系统中，压缩机起着压缩和输送热泵工质蒸汽的作用，它是整个系统的心脏；节流阀对热泵工质起节流降压作用并调节进入蒸发器热泵工质的流量，它是系统高低压的分界线；蒸发器是吸收热量的设备，热泵工质在其中吸收低温热源的热量而产生冷效应；冷凝器是放出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量一起在冷凝器中被供热介质（水或空气）带走。在热泵循环中，只有消耗一定的能量后，热泵工质才能把从低温物体吸取的热量不断地传递到高温物体中去，从而实现供热的目的。

高温出水（蒸汽）系统的工作原理：闪蒸后的尾水与补充水混合，经水泵加压后进入冷凝器吸收来自热泵工质的冷凝热变成高温高压水，之后高温高压水进入闪蒸器中闪蒸出高温蒸汽。

与传统蒸汽生产技术相比，具有如下优势：

吸收式热泵分为第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵两种类型。

第一类吸收式热泵也称增热型热泵，即利用高温驱动热源（如蒸汽、烟气或高温热水）把低温热能提高到中温可用热能，从而提高了热能的利用效率。第一类吸收式热泵的性能系数COP大于1，一般为1.5～2.5。

溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，制冷剂液体先从蒸发器的喷淋装置喷淋到传热管上，吸收了传热管内流动的热源水(废热水)的热量而蒸发成低温冷剂蒸汽进入吸收器，低温冷剂蒸汽在吸收器内被溴化锂浓溶液喷淋吸收，成为稀溶液，在吸收过程中放出热量加热应用水，此应用水进入冷凝器。

稀溶液由泵输送到发生器内，受到外界高温热源的加热，产生高压冷剂蒸汽，同时溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液，经换热器放热进入吸收器。高压冷剂蒸汽进入冷凝器凝结放热成冷剂水，同时此放热进一步加热应用水。溴化锂吸收式一类热泵的性能系数大约在1.5~1.7之间。其可以利用15~40℃的废热源，将20~50℃的应用水加热到50~90℃的热水供用。

单机制热范围：0.3MW～60MW

制取热水：不高于100℃

驱动热源：

蒸汽——0.1MPa~0.8MPa

热水——90℃以上

烟气——250℃以上

燃料——天然气、城市煤气、轻油等

余热源：10～70℃乏汽或热水，供回水温差10℃

制热效率COP：1.7~2.4

第二类吸收式热泵也称升温型热泵，是利用大量的中温热能产生部分高温有用热能，从而提高了热能的利用品位。第二类吸收式热泵的性能系数COP总是小于1，一般为0.4～0.5。本文主要介绍第一类吸收式热泵，也简称为吸收式热泵。

溴化锂溶液先流入发生器，收到发生器管内外界提供的废热蒸汽(热水)的加热，产生低压冷剂蒸汽，溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液，由泵打入到吸收器。产生的冷剂蒸汽在冷凝器中被冷却成冷剂液体，由泵打入到蒸发器，蒸发器内冷剂液体通过喷淋装置，吸收了传热管内外界提供的废热蒸汽(热水)的热量蒸发成高压冷剂蒸汽进入吸收器，该冷剂蒸汽被溴化锂浓溶液吸收，成为溴化锂稀溶液，同时产生吸收热，加热了应用热水。溴化锂吸收式二类热泵的性能系数在0.4~0.6之间。由于溴化锂吸收式二类热泵用的是60~100℃的废热，冷却水在10~40℃时，输出的热水或蒸汽的温度可在100~150℃，因此节能效果十分明显。

单机制热范围：0.3～15t/h（0.8MPa蒸汽）

驱动热源：80℃以上的废热水、乏汽或蒸汽

制取热媒：不超过175℃的热水或蒸汽

余热源（也是驱动能源）：80℃以上的废热水、乏汽或蒸汽

制热效率COP：0.33~0.48

吸收式热泵与压缩式热泵相比，在耗功、功率工质对等方面有存在较大的不同，具体如下：

纯凝式汽轮机组大约有40%的冷端余热通过冷却塔散热而排放至环境中，即使对于抽汽式汽轮机组来说，在最大抽汽工况下，为保证机组安全运行，仍有约20%的冷端余热被排放。这部分余热由于品位低而无法直接利用，以至于被排放浪费，造成了很大的冷端热损失。而背压式汽轮机组，通过提高机组背压来增加循环水的温度，并将循环水输送至外界热用户来满足采暖需求。背压式机组由于不存在冷端损失，因此理论上可以理解为能源利用效率接近于100%。因此，国家为促进国内能源利用效率的整体提升，大力倡导在推行集中供热时优先采用背压式汽轮机组。但是，背压式汽轮机组的运行方式为“以热定电"，对外供热负荷受机组出力的限制。

凝抽背(NCB)供热技术，具体是指机组在供热工况时可以实现纯凝(N)、抽汽(C)与背压(B)三种工况间的在线切换。当前，可以实现汽轮机组在纯凝、抽汽与背压三种工况之间在线切换的NCB技术有3S离合器技术、NCB新型专用供热机组。

新型凝抽背供热技术是一种可在线实现汽轮机在纯凝(N)、抽汽(C)与背压(B)三种工况间灵活切换的供热技术，是对国产热电机组运行理念的重大突破，具有投资少、改造范围小、经济效益显著等优势。图3-10为新型凝抽背供热技术系统示意图。当外界热负荷需求急剧增长时，可以通过关断中低压缸联通管上的液压蝶阀来切除低压缸进汽，实现汽轮机中压缸的排汽全部对外供热，迅速提升机组的供热能力。此时汽轮机低压缸不再进汽做功，机组的出力迅速降低，可快速响应电力调峰的灵活性运行;同时它还可以通过调整阀门，在满足供热需求的前提下将机组电负荷迅速降低，快速响应电网调峰运行灵活性。技术最大难点在于将凝汽器维持在一个较高的真空值，同时保留低压缸一小股冷却汽流，维持低压缸的“空转“运行。

新型凝抽背供热技术不同于加装有3S离合器的NCB型热电机组，它可以在低压转子不脱离、整体轴系始终同频运转的情况下，通过中低压缸连通管上新加装的全密封、零泄漏的液压蝶阀启闭动作，实现低压缸进汽与不进汽的灵活切换。同时它设计加装了一种可以对蒸汽参数进行调节的旁路控制系统，将小股中压排汽作为冷却蒸汽通入低压缸，后缸喷水长期投运，控制排汽温度在正常运行范围内，保证了低压缸在切除进汽的工况下安全运行。

所谓汽轮机低真空供热，其原理就是降低凝汽器真空度，提高汽轮机乏汽压力，从而提高乏汽温度，此时循环水温度也随之升高，然后将高温循环水直接输送给热用户进行供热。汽轮机改成低真空运行时，凝汽器则相当于热网系统的热网加热器，其系统原理图如图所示。

纯凝机组或抽凝机组改成低真空运行，排汽压力提高到0.03~0.048MPa，从而使循环水出口温度由33~49°C提高到65~80℃℃。循环水不再去冷却塔，而是用热网泵送到各热用户，供居民采暖。

对于纯凝工况，汽轮机乏汽余热被冷却循环水吸收，经冷却塔冷却而将这部分余热排放到环境中，从而产生冷端热损失。根据热力学第二定律可知，为达到一定的真空度，这部分热量损失是不可避免的。若将汽轮机改造成低真空供热运行，汽轮机的乏汽余热可以用来加热热网水进行供热，避免了冷端热损失，从而大大提高了电厂综合能源利用效率。

如图所示，为多级烟气水换热器与热水型溴化锂热泵的组合，可以看出初始进口烟气温度为170℃，而最终出口的烟气温度可以降低至40℃，在此换热过程中，高温烟气被用于热泵的驱动热源，中温烟气用于加热用户回水，低温烟气被用于作为热泵的低温热源。从整体来看，烟气出口温度低于热媒进口温度条件下，实现了低温余热向高温热媒的“传热”。因此，在低温烟气余热回收过程中引入热泵，可以实现低温烟气余热回收热量传递过程中的“量”与“质”的分配控制，在一定程度上突破传统换热过程的思维限制：换热器进出口温度的限制，提高低温烟气余热回收过程中烟气的温降深度。

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