摘要：随着时代的发展和科技的进步，为减少汽轮机工作过程中产生的能耗和环境污染，特针对汽轮机乏汽余热进行了回收技术的探讨。本文首先介绍了目前较为常见的乏汽余热回收技术，然后详细探讨了目前存在的三种汽轮机乏汽余热回收利用技术，最后对比了这三种汽轮机乏汽余热回收技术，各有优缺点，希望能对相关行业提供帮助。
关键词：汽轮机；乏汽余热；回收技术
1.目前较为常见的乏汽余热回收技术
目前，较为常见的乏汽余热回收技术主要有三种：（1）压缩式热泵回收循环冷却水余热，分为蒸汽喷射压缩式热泵和电动压缩式热泵；（2）吸收式热泵回收循环水余热，其适合具备蒸汽和高温热水等热源的区域；（3）低沸点工质的朗肯循环方法回收循环水余热。
2.汽轮机乏汽余热回收利用技术
2.1吸收式热泵技术
吸收式热泵技术是其中一种汽轮机乏汽余热回收利用技术。溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等，它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量 Qg，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热 Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内低温热源水的热量 Qe，使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热 Qa，加热流经吸收器传热管的热水。热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户。
近几年，热泵技术在电厂的应用发展非常快，主要是用于回收电厂循环水余热增加冬季供热。既节能环保，又经济安全。
2.2低真空供热技术
低真空供热技术也可以在一定程度上进行汽轮机乏汽余热的回收利用。低真空循环水供热机组于上世纪 80 年代最早出现在我国东北地区，而后逐步发展到华北地区。汽轮机低真空运行供热技术在理论上可以实现很高的能效，迄今为止，国内从 50MW 到 300MW 等级的机组都有低真空改造实施的先例，在汽轮机本体、凝汽器和系统的改造设计及工程实施方面都积累了一定的经验。
低真空供热技术常用方式有不换转子、单转子技术、双转子双背压技术、叶片拆除与重装技术、NCB 技术等。从能量利用角度看，在供暖期，不管哪种低真空供热方式，都可以做到完全回收汽轮机乏汽余热，没有冷端损失。但对于这几种低真空供热方式，其满足运行的边界条件却相差较大。
对于不换转子的低真空供热，热网回水温度要求较低。对于空冷机组，当回水温度低时，不需改造转子，只需增加乏汽换热设备，适用性较好。但此种供热方式，即便是在供热初末期也难以满足热网需求，需要机组抽汽进行二次加热，供水温度才能满足用户需求。该种低真空方式不会对纯凝运行时的发电造成影响。
对于单转子供热，也需要较低的热网回水温度。单转子供热技术供水温度可达到 60℃以上，在供热初末期可以满足热网需求，直接对外供热。但其对非采暖期机组出力、运行经济性等影响较大。由于末级或末几级叶片改造后做功能力下降，机组出力影响较大，一般可以达到20MW。当电网要求机组接待大负荷时，机组接待能力受限。在纯凝工况时，机组发相同的电功率，低真空改造后机组煤耗率比改造前增大 5g/（k W•h）以上。
对于双转子双背压技术，可以很好地满足供热需求，供水温度可以达到 70℃以上。而且机组对非采暖期纯凝运行时的发电需求也可以满足。其主要缺点是每年需要停机两次更换转子，前后约需一个月左右，对机组发电小时数存在一定影响，另外检修维护工作量较大。叶片拆除与重装技术的低真空供热和双转子类似，也需每年停机两次拆装叶片，并且每次拆装完叶片需要做动平衡，因此检修期较双转子技术还要长些。
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2.3压缩式热泵回收余热
压缩式热泵回收余热技术，顾名思义，它是利用一种低沸点工质在封闭系统中实现热泵循环。低沸点汽体在压缩机内加压后，在凝汽器中被循环水冷却，凝结成液体，放出汽化潜热，将循环水加热，在蒸发器中吸收循环水的热量，然后开始下一个循环。
目前对于该种技术的应用也存在两种思路：①铺设单独的管道，将电厂凝汽余热引至用户，在用户热力站等处设置分布式电动压缩式热泵，这种方式能够收到一定的节能效果，但是管道投资巨大，输送泵耗高，因此无法远距离输送，供热半径仅限制在电厂周边 3~5 公里范围以内。②另一种方式就是在电厂集中设置压缩式热泵，可以是电动的，这种热泵形式造成厂用电耗量大，在能源转换效率上不是最好的方式；也可以是汽轮机直接做功驱动的，但仅当有压力较高的蒸汽时才具有可行性。
3.三种汽轮机乏汽余热回收技术的对比分析
通过上文对三种技术的详细分析，吸收式热泵技术、低真空供热技术、压缩式热泵回收余热这三种技术实施后均取得了良好的收益，既增加了电厂的最大供热能力，又提高了机组整体效率，增强了企业盈利能力。但这几种技术也有各自的适用条件和优缺点。经过详细对比研究得出如下结论：
3.1改造范围不同
低真空改造主要涉及汽机本体和相关附属系统，对保障主机安全性的要求相对较高，但项目整体投资较小；吸收式热泵技术改造主要涉及汽轮机循环水系统和供热系统，需要新建厂房，但无需改动汽轮机本体，项目整体投资较大。
3.2新增供热能力存在差异
吸收式热泵与压缩式热泵相当于新增了一个热源点，可提高电厂的供热安全裕量，不仅可以节煤，还可在电厂原设计供热面积基础上再新增供热面积，产生新增供热收益；低真空供热增强了单机的供热能力，但全厂供热安全裕量与改造前相比没有提高，当新增供热面积时，全厂供热安全裕量会下降。
3.3系统灵活性不同
热泵机组对电厂负荷波动的适应能力强，不影响机组的电力负荷调度，运行方式灵活，热泵随时可以退出运行，恢复机组原运行方式，同时热泵机组可根据供热市场增长情况采用分阶段建设的方式开展余热回收；而低真空改造后的机组大多运行方式为“以热定电”，热负荷的需求决定机组电负荷出力，外部热力管网出现问题时，机组只能停运。
3.4供热能效不同
吸收式热泵部分吸收循环水余热，系能系数约为 1.7，则提供 1k Wh 热量需消耗 0.57k Wh 抽汽热量和回收 0.43k Wh 凝汽余热，1k Wh 抽汽供热减少发电 0.22k Wh，为保证吸收式热泵的性能，将背压由 4.9k Pa提高至 6.7k Pa，则 1k Wh 凝汽供热减少发电 0.012k Wh。因此，系统供热性能系数 COPeq=1/（0.57×0.22+0.43×0.012）≈7.7；压缩式热泵能全部吸收凝汽余热，但是由于它需要消耗大量电量，供 1k Wh 热量大约需要消耗电量 0.2k Wh，因此它的 COPeq 约为 5；低真空供热由于机组背压提高，供 1k Wh 热量会减少机组发电约 0.11k Wh，COPeq 约为9.0。
结束语
根据不同余热回收技术的技术特点，在对热电厂进行汽机乏汽余热回收节能改造时，需要针对电厂的切实需要选择合适的改造技术。低真空余热回收技术以“以热定电”的方式运行，比较适应于热需求稳定的中小型机组；吸收式热泵余热回收技术能回收循环水内的热低温余热，改造难度低，并且对原电厂的运行影响较小，能大幅提高机组的节能率，比较适应于供热需求增长的各种抽凝式机组；压缩式热泵技术能完全回收循环水内的余热，但需要消耗大量的电力，运行成本较高，比较适应于风电消纳困难有供暖需求的北方地区。
参考文献：
[1]于洪志，徐霞．低真空供热系统的热力学分析[J]．煤气与热力，1988，8（6）：56－62．
[2]马福军.利用火力发电厂的循环水通过热泵进行采暖供热的可行性探讨[J].节能技术，2002，20（4）：23-24.
论文作者:张云龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
标签：余热论文; 机组论文; 技术论文; 热泵论文; 汽轮机论文; 真空论文; 转子论文; 《电力设备》2018年第13期论文;