一種利用電站乏汽余熱供暖方式的新方案

張 勇，溫 高

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特010000）

1 引言

我國工業(yè)能源利用率低，約為38%左右，與發(fā)達(dá)國家相比相差甚遠(yuǎn)，所產(chǎn)生的余熱資源數(shù)量龐大，據(jù)國內(nèi)調(diào)查的不完全統(tǒng)計，各行各業(yè)的余熱資源約占其燃料消耗總量的20%～67%不等，可回收的余熱資源占余熱資源總量的60%左右，因此在注重節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展道路的新時期，火力發(fā)電廠等大型工業(yè)企業(yè)的余熱再利用問題引起了人們的高度重視，研究開發(fā)有效利用大型工業(yè)企業(yè)余熱技術(shù)具有一定的意義，同時可以緩解能源危機(jī)。

熱泵技術(shù)近幾年來發(fā)展勢頭迅猛，不僅在建筑節(jié)能上應(yīng)用廣泛，在利用工業(yè)余熱方面也被廣泛使用，其中最典型的就是使用在電站余熱供暖方面。最常用的方法是利用水源式熱泵吸收循環(huán)冷卻水的低品位余熱，但這對熱泵的要求很高。汽輪機(jī)做功后的乏汽是循環(huán)冷卻水熱量的來源，采用吸收式熱泵直接利用低品位乏汽熱能又能減少熱量的損失。本文提出在常規(guī)供暖基礎(chǔ)上，采用吸收式熱泵吸收利用汽輪機(jī)乏汽中的低溫余熱，實現(xiàn)供暖成本降低的一種方案。

2 工作原理

吸收式熱泵是一種能使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置，以消耗一部分溫度較高的高位熱能為代價，從低溫?zé)嵩次崃抗┙o用戶，從而提高熱能利用率，節(jié)約大量燃料。本文采用以溴化鋰為工質(zhì)的第一類吸收式熱泵，以水為制冷劑，以溴化鋰溶液為吸收劑。水在常壓下100℃沸騰、蒸發(fā)，在5mmHg真空狀態(tài)下4℃時蒸發(fā)；溴化鋰溶液是一種極易吸收水（蒸汽）、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，在溫度越低、濃度越高時吸收能力越強(qiáng)。溴化鋰吸收式熱泵就是利用此性質(zhì)。水在蒸發(fā)器中吸收熱源水的熱量蒸發(fā)變成蒸汽，被溴化鋰濃溶液在吸收器中吸收變成稀溶液，同時放出吸收熱，實現(xiàn)水的一次升溫；稀溶液被送到再生器，被高溫?zé)嵩醇訜釢饪s成濃溶液，進(jìn)入吸收器。再生器產(chǎn)生的水蒸汽進(jìn)入冷凝器與溫水換熱，冷凝成水進(jìn)入蒸發(fā)器；溫水在冷凝器中被加熱實現(xiàn)二次升溫，如此反復(fù)循環(huán)。

3 方案說明

3.1 方案介紹

本方案中，吸收式熱泵將以蒸汽為驅(qū)動熱源，吸收汽輪機(jī)乏汽中的低溫余熱，生產(chǎn)高溫?zé)崴?，滿足用戶的供暖需求。

基本工藝流程為：從蒸汽輪機(jī)抽出0.4MPa的過熱蒸汽，通過減溫器變?yōu)轱柡驼羝?，?jīng)過分汽缸驅(qū)動各臺吸收式熱泵；汽輪機(jī)乏汽不再直接進(jìn)入冷凝器冷卻，而是通過管道進(jìn)入各臺吸收式熱泵，在熱泵中釋放熱量后冷凝為水，然后再進(jìn)行冷卻至要求溫度；熱網(wǎng)循環(huán)水回水進(jìn)入吸收式熱泵組后吸熱升溫，然后再經(jīng)汽水換熱器升溫，最后入戶，如此循環(huán)。

本項目供暖系統(tǒng)的基本組成部分包括：吸收式熱泵系統(tǒng)和原汽水換熱系統(tǒng)。

3.2 基本參數(shù)設(shè)定

設(shè)定某2×300MW熱電廠的供暖首站的供回水溫度為115／55℃。該溫度是吸收式熱泵無法達(dá)到的，因此考慮二級換熱的方式，先使用吸收式熱泵將55℃的回水提升至85℃，然后再使用原有的汽水換熱器繼續(xù)提升至115℃。假設(shè)該方式下，二級管網(wǎng)供暖工況與原系統(tǒng)相同，不受影響。電廠單臺汽輪機(jī)最大抽汽量為520t／h，因此本方案所做系統(tǒng)蒸汽總耗量須小于520t／h，即吸收式熱泵機(jī)組耗氣量和原汽水換熱機(jī)組耗氣量的和應(yīng)小于520t／h。設(shè)定單臺汽輪機(jī)組乏汽量為149.1t／h，吸收式熱泵系統(tǒng)所能處理的水量為5901m3／h，這些乏汽可提供的余熱量為100MW。同時汽水換熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)將該循環(huán)水由85℃加熱至115℃。

據(jù)此計算，選取了如下吸收式熱泵機(jī)組和汽水換熱系統(tǒng)，其系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表1、表2所示。

3.3 工藝流程

某2×300MW熱電廠，改造方案共使用3×2臺吸收式熱泵設(shè)備，基本工藝流程按圖1所示。

表1 單臺汽輪機(jī)組的吸收式熱泵系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

表2 單臺汽輪機(jī)組的汽水換熱系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

圖1 單臺汽輪機(jī)組的吸收式熱泵系統(tǒng)工藝流程

4 可行性分析

4.1 機(jī)組投資估算

方案中使用吸收式熱泵機(jī)組，采用國外技術(shù)部分材料進(jìn)口，有著雄厚的技術(shù)和質(zhì)量的保障，因此將6臺機(jī)組成本估算為13170萬元，其中包含運(yùn)輸費(fèi)用，車板交貨。

4.2 工程項目投資

由于整個工程項目包括機(jī)房的建設(shè)、管網(wǎng)建設(shè)及末端建設(shè)，項目規(guī)模較大，投資額定較高，涉及數(shù)目較大，故在計算投資回報時僅比較熱泵機(jī)組報價部分。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

筆者以傳統(tǒng)方案和本改造方案做節(jié)能比較，但只針對本方案和純汽水換熱系統(tǒng)作了基本的計算。在方案中真正節(jié)能的部分是吸收式熱泵系統(tǒng)，即低溫段（55～85℃）這一工作區(qū)間，而高溫段（85～115℃）區(qū)間均是由汽水換熱機(jī)組完成，是不節(jié)能的。在實際的供暖中，不論供暖初期還是峰期，低溫段都是需要保證的，所以吸收式熱泵系統(tǒng)一直處于滿負(fù)荷工作的狀態(tài)，因此只進(jìn)行低溫段汽耗的對比，即可得出該供暖季的蒸汽節(jié)省量。比較結(jié)果如表3所示。

表3 單臺汽輪機(jī)機(jī)組的供暖系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益計算

4.4 環(huán)境效益分析

采用吸收式余熱熱泵機(jī)組系統(tǒng)，不僅節(jié)省了鍋爐的燃料運(yùn)輸、設(shè)備維護(hù)等費(fèi)用，同時解決了鍋爐污染物排放對環(huán)境造成的大氣污染問題，循環(huán)水余熱利用可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，符合當(dāng)前節(jié)能減排的戰(zhàn)略方針。

5 結(jié)語

經(jīng)過分析單以單臺汽輪機(jī)組而言：①要達(dá)到相同的供暖面（823萬m2），較純汽水換熱系統(tǒng)，本方案每年可節(jié)省蒸汽（0.4MPa、246℃）計50萬t；②使用相同量的蒸汽（520t／h），較純汽水換熱系統(tǒng)，新方案每年額外增加供暖面積206萬m2；③兩臺汽輪機(jī)組所配備的吸收式熱泵系統(tǒng)相同，因此有著相同的投資和經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，采用吸收式余熱熱泵機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)勢明顯：①系統(tǒng)簡單、加熱溫度穩(wěn)定可靠；②熱泵系統(tǒng)非滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，效率高于額定值，節(jié)能效果更好；③操作管理方便、維護(hù)費(fèi)用低、設(shè)備壽命長，可達(dá)25年；④節(jié)能減排，符合國際趨勢，能夠樹立節(jié)能減排標(biāo)桿工程。

［1］ 徐邦裕，陸亞俊，馬最良.熱泵［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［2］ 王東鵬，任 兵.電廠余熱的分析與探討［J］.科技之友，2010（12）：3～4.

［3］ 蘇保清.用熱泵回收電廠冷凝熱集中供暖技術(shù)研究［J］.山西能源與節(jié)能，2007，9（3）：18～19.

［4］ 郭小丹，胡三高，楊 昆，等.熱泵回收電廠循環(huán)水余熱利用問題研究［J］.現(xiàn)代電力，2010，4（2）：58～61.