燃?xì)鉄犭姀S(chǎng)吸收式熱泵供暖的熱電分?jǐn)偡ü?jié)能研究

王龍澤 劉超 胡國(guó)柱 張兆雷

摘 要：介紹基于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的吸收式熱泵技術(shù)，并結(jié)合某燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱機(jī)組實(shí)例工程，分別采用熱量法、實(shí)際焓降法及火用方法等三種工程中最常用的熱、電分?jǐn)偡ǎ瑢?duì)熱泵技術(shù)節(jié)能效果進(jìn)行計(jì)算和分析。指出該技術(shù)可回收電廠(chǎng)循環(huán)水余熱，并將熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的供熱天然氣消耗率有效降低，在節(jié)能降耗與經(jīng)濟(jì)效益方面效果顯著。

關(guān)鍵詞：燃?xì)鉄犭姀S(chǎng)；吸收式熱泵；熱、電分?jǐn)偡?/p>

中圖分類(lèi)號(hào)： TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）10-127-3

0 引言

熱電聯(lián)產(chǎn)是一項(xiàng)綜合利用能源的技術(shù)，具有很高的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，是我國(guó)城鎮(zhèn)供暖的主要形式[1]。我國(guó)現(xiàn)階段的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組主要有燃煤和燃?xì)鈨煞N形式。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)以較煤炭更為清潔和高效的天然氣為燃料，實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)電、熱能的工藝過(guò)程，并且天然氣燃燒時(shí)不產(chǎn)生灰渣，不排放有毒氣體，因此，在京滬深等大城市燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)倍受青睞。但是，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)用于城市供熱時(shí)，同樣會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、NOx等溫室氣體或污染物，同時(shí)，在以天然氣為代表的一次能源深度利用，以及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面仍有潛在提升與改善的較大空間。

目前燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)電廠(chǎng)都在冬季有大量循環(huán)水沒(méi)有得到有效利用，而通過(guò)冷卻塔放到環(huán)境。循環(huán)水余熱溫度冬季一般在25℃左右，比從淺層地下水或生活污水提取熱量更加經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保，是一種亟待開(kāi)發(fā)利用的具有重大社會(huì)效益的熱源選擇。為此將吸收式熱泵技術(shù)與電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水低溫?zé)嵩聪嘟Y(jié)合，將大量的循環(huán)冷卻水低品位熱源變?yōu)椴膳療嵩从糜诠?，可解決在電廠(chǎng)余熱再利用方面的一系列共性技術(shù)問(wèn)題，降低城鎮(zhèn)冬季采暖一次能源使用量，進(jìn)一步提升能源利用效率。同時(shí)熱電廠(chǎng)通過(guò)對(duì)循環(huán)冷卻水余熱的回收利用，既可實(shí)現(xiàn)額外的經(jīng)濟(jì)收益，又能挖掘熱電廠(chǎng)供熱潛力，帶動(dòng)工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機(jī)組熱電成本分?jǐn)傔M(jìn)行了許多研究，提出了各種不同分?jǐn)偡椒?，各有其合理性和局限性。本文結(jié)合三種典型的熱電分?jǐn)偡ǎ治鑫帐綗岜脩?yīng)用于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱機(jī)組節(jié)能計(jì)算，對(duì)吸收式熱泵技術(shù)的節(jié)能量分析乃至后續(xù)經(jīng)濟(jì)測(cè)算都具有指導(dǎo)意義。

1 吸收式熱泵技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用

熱泵技術(shù)是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，利用部分高品位能源，使低位熱源流向高位熱源的一種技術(shù)[2]。熱泵技術(shù)具有安全、節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，符合我國(guó)節(jié)約資源的基本國(guó)策，是我國(guó)重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一[3]。

溴化鋰吸收式熱泵是通過(guò)溴化鋰在不同水溶液濃度下的吸熱和放熱特性，通過(guò)加熱濃縮和加水稀釋溴化鋰溶液，改變其溫度達(dá)到吸收低溫?zé)崃亢拖蚋邷責(zé)嵩捶艧岬哪康?。其主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和熱交換器等部件組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。吸收式熱泵將不可用的低溫?zé)崃哭D(zhuǎn)化為可以使用的中溫?zé)崃浚鷥r(jià)是在發(fā)生器中需要輸入一定的較高品位的熱量（如高溫?zé)崴?、蒸汽或者燃燒熱等），結(jié)果是得到的中溫?zé)崃砍^(guò)了在發(fā)生器中輸入的高溫?zé)崃康妮斎?，同時(shí)降低了低溫?zé)崃康呐欧?，達(dá)到節(jié)能減排的目的[4]。

吸收式熱泵技術(shù)已在山西大同第二熱電廠(chǎng)及京能熱電石景山熱電廠(chǎng)等多處燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中應(yīng)用，節(jié)能效果明顯。將吸收式熱泵技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組，不但可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，更能節(jié)約較昂貴的天然氣，給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收益。因此，對(duì)吸收式熱泵技術(shù)用于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的節(jié)能分析具有重要的意義。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)成本分?jǐn)偡?/p>

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱、電成本的制定關(guān)鍵是機(jī)組燃料消耗如何分?jǐn)偟綗?、電產(chǎn)品成本中。由于熱電聯(lián)產(chǎn)的特殊性，使得已提出的分?jǐn)偡椒ǜ饔袃?yōu)缺點(diǎn)，采用不同的成本分?jǐn)偡?，?jì)算所得的熱、電單耗率差異甚大[5]?，F(xiàn)階段主要的熱電成本分?jǐn)偡ㄓ袩崃糠?、?shí)際焓降法、熱折扣法、火用分析法、熱電聯(lián)合法等，不同成本分?jǐn)偡ㄓ?jì)算的熱、電分?jǐn)偙圈羑關(guān)系如圖2所示。我們選用其中最常用的熱量法、實(shí)際焓降法及火用分析法計(jì)算燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱單耗，以及采用吸收式熱泵技術(shù)改造后的供熱單耗。

此方法將冷源損失全部以電的形式供給用戶(hù)，認(rèn)為供熱無(wú)冷源損失。因此，此方法計(jì)算的供熱熱耗率總是小于其他方法之所得。

2.3 火用分析法

火用分析法考慮到熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)工質(zhì)能量的品位差異，按供熱抽汽和新蒸汽的火用比例來(lái)分配總熱量，該方法使能量的使用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到較好的吻合，因而它受到許多學(xué)者的青眛。但是，火用分析法比較復(fù)雜，不直觀，因此推廣受阻。

火用分析法與熱量法及實(shí)際焓降法不同，沒(méi)有極端地將冷源損失全部劃分給供熱或者發(fā)電，而是較折中地考慮熱、電成本的分?jǐn)偂Ｒ虼?，采用火用分析法?jì)算所得的供熱熱耗率介于熱量法與實(shí)際焓降法之間。

3 實(shí)例分析

以某“二拖一”2×350MW級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)供熱電廠(chǎng)為實(shí)例，采用吸收式熱泵技術(shù)對(duì)其進(jìn)行供熱改造。分別采用熱量法、實(shí)際焓降法及火用分析法計(jì)算機(jī)組改造前后供熱的天然氣消耗率，并分析熱泵系統(tǒng)的節(jié)能效果。

3.1 改造前機(jī)組現(xiàn)狀

燃?xì)鉄犭姀S(chǎng)供熱首站采用熱網(wǎng)疏水冷卻器、基本熱網(wǎng)加熱器和尖峰熱網(wǎng)加熱器三級(jí)加熱。尖峰熱網(wǎng)和基本熱網(wǎng)加熱器加熱蒸汽分別來(lái)自汽輪機(jī)的一段和二段抽汽。采暖季一段抽汽壓力為0.41～0.52MPa.a，最大抽汽量為175t/h；二段抽汽壓力為0.21～0.32MPa.a，最大抽汽量為343.5t/h。改造前基準(zhǔn)工況的流程和性能參數(shù)具體如下：

從圖3可以看出，熱網(wǎng)循環(huán)水供回水溫度110/55℃，熱網(wǎng)水流量6700t/h，此時(shí)循環(huán)冷卻水流量24120t/h，進(jìn)水溫度25℃，出水溫度30℃，理論計(jì)算可回收循環(huán)水余熱量為140MW。

3.2 改造方案設(shè)計(jì)

改造方案以不增加對(duì)外供熱量為邊界條件進(jìn)行比較。采用吸收式熱泵技術(shù)，在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)首站加入吸收式熱泵系統(tǒng)，以一級(jí)抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源，回收循環(huán)水余熱進(jìn)行對(duì)外供熱，具體流程如下：

由圖4可知，改造前后電廠(chǎng)供熱量不變，但由于利用熱泵吸收部分循環(huán)水余熱60.14MW，可以節(jié)省機(jī)組天然氣的消耗。

3.3 改造前后供熱耗氣率分析

以改造前后供熱量及發(fā)電量不變?yōu)檫吔鐥l件，計(jì)算此燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組改造前后對(duì)外每供熱1GJ熱量所消耗的天然氣量，計(jì)算方法分別采用熱量法、實(shí)際焓降法及火用分析法。具體如下表1：

根據(jù)上表可以得到采用三種熱、電分?jǐn)偡ㄓ?jì)算此燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)加入吸收式熱泵后，節(jié)約天然氣比例，如圖5所示：

由此，可初步得到此燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)在發(fā)電及供熱不變的條件下，采用吸收式熱泵技術(shù)進(jìn)行對(duì)外供熱，可節(jié)約天然氣量在15%以上，預(yù)計(jì)為16%左右。

4 結(jié)論

吸收式熱泵技術(shù)可以有效地回收熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中的循環(huán)水余熱，實(shí)現(xiàn)將低品位廢熱用于采暖供熱。分別采用現(xiàn)階段最常用的熱量法、實(shí)際焓降法及火用分析法等三種熱、電分?jǐn)偡?，?duì)熱泵技術(shù)用于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)的節(jié)能效果進(jìn)行分析，可以初步得到吸收式熱泵技術(shù)能夠?qū)⑾到y(tǒng)供熱耗氣率降低16%左右。

因此，吸收式熱泵技術(shù)用于燃?xì)鉄犭娐?lián)合循環(huán)供熱系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 呂向陽(yáng)，吳華新.吸收式熱泵技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].節(jié)能，2010（6）：69-72.

[2] 王長(zhǎng)河，陳光，王寶玉.基于吸收式熱泵的大型火電廠(chǎng)冷凝廢熱回收技術(shù)研究[J].發(fā)電技術(shù)，2011，32（140）：90-92.

[3] 張旭.熱泵技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4] 張世鋼，付林，李世一.赤峰市基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱示范工程[J].暖通空調(diào)，2010，40（11）：71-75.

[5] 鄭體寬.熱力發(fā)電廠(chǎng)[M].中國(guó)電力出版社，2004.

[6] 張春發(fā)，張寶，張德成.熱電廠(chǎng)三種典型熱、電分?jǐn)偡椒ǖ膬?nèi)在聯(lián)系及其應(yīng)用[J].電力情報(bào)，2001（2）：17-20.