回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析

陳冬梅 楊磊(邯鄲市熱力公司,河北邯鄲 056002)

?

回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析

陳冬梅 楊磊
(邯鄲市熱力公司,河北邯鄲 056002)

【摘 要】對既有的調(diào)節(jié)抽氣式供熱機(jī)組進(jìn)行分析可知,其通過將汽輪機(jī)抽汽在熱網(wǎng)加熱器中的加熱返回水進(jìn)行直接利用,從而驅(qū)動(dòng)自身工作,但在此過程中,熱網(wǎng)返回水從55℃上升至130℃時(shí),其加熱器具有較大的換熱溫差,從而導(dǎo)致經(jīng)抽汽所獲取的熱能難以得到有效利用。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熱泵供熱系統(tǒng)對循環(huán)水余熱能量的梯級利用,本文通過對基于循環(huán)水余熱的熱泵供應(yīng)方式進(jìn)行闡述,結(jié)合具體工程實(shí)例,對熱泵供熱系統(tǒng)的熱力性能展開了全面分析。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)水余熱 熱泵 供熱系統(tǒng) 熱力性能

加熱器具有較大的換熱溫差，從而導(dǎo)致經(jīng)抽汽所獲取的熱能難以得到有效利用。基于此，本文則以300MW的調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機(jī)的供熱系統(tǒng)作為研究對象，對其熱力性能做出了系統(tǒng)探究。

1 基于循環(huán)水余熱回收的熱泵供熱方式

抽汽式汽輪機(jī)供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)的供水溫度設(shè)置為130℃，同時(shí)，將其返回水的溫度設(shè)置為55℃，傳統(tǒng)形式下供熱過程為，汽輪機(jī)抽汽將直接參與到熱網(wǎng)加熱器的加熱環(huán)節(jié)，從而利用熱網(wǎng)加熱器將水從55℃逐漸加熱至130℃。在熱泵供熱系統(tǒng)下，抽汽先將熱網(wǎng)的返回水加熱至80℃，并將汽輪機(jī)中部分循環(huán)水的預(yù)熱進(jìn)行回收，此后，在峰載加熱器中利用抽汽繼續(xù)將熱網(wǎng)水(80℃)加熱至130℃[1]。

2 工程實(shí)例

2.1 工礦計(jì)算分析

對某一功率為300MW的供熱機(jī)組進(jìn)行分析可知，其原有的抽汽量為240t/h，以汽輪機(jī)熱網(wǎng)加熱器對其熱網(wǎng)水進(jìn)行加熱，使其溫度由50℃逐漸升至130℃，汽輪機(jī)中空氣的干、濕球溫度分別為22℃和16.9℃，并利用凝汽器對熱泵循環(huán)的水量進(jìn)行控制(31680t/h)，系統(tǒng)冷卻塔的臨睡面積以及特征參數(shù)分別為6000m2和1.99λ0.62，λ表示熱泵中空氣與水的質(zhì)量比，進(jìn)而對熱泵的供熱方式進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如下。

2.2 工礦計(jì)算結(jié)果

根據(jù)溴化鋰吸收式熱泵供熱的計(jì)算結(jié)果可知，循環(huán)水熱泵供熱系統(tǒng)中，熱泵的性能系數(shù)為1.723，傳統(tǒng)模式下的熱泵供熱的效率為73.68%，而熱泵供熱方式下的 效率則高達(dá)83.68%，提高了10%。根據(jù)熱泵循環(huán)的控制數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，熱泵供熱方式能夠幫助汽輪機(jī)抽汽每小時(shí)節(jié)約31.68t的水量，而熱泵機(jī)組的功率也增加了5.31MW。在熱網(wǎng)水溫度由55℃升至80℃時(shí)，回收循環(huán)水的預(yù)熱使得系統(tǒng)凝汽器的出口循環(huán)水溫度上升了0.7℃，而對于凝汽器而言，其自身壓力也增加了0.23kPa，使得機(jī)組功率降低0.33MW；同時(shí)，循環(huán)水在升壓泵的消耗過程中，機(jī)組功率由降低了0.25MW，因此，熱泵供熱系統(tǒng)機(jī)組的凈功率增加值為W=5.31-0.23-0.25=4.83M。

2.3 變工況的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析

對熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能的影響因素進(jìn)行如下分析:首先是位于冷凝器出口的熱網(wǎng)水溫度對系統(tǒng)熱力性能的影響。在系統(tǒng)端差恒定時(shí)，隨著冷凝器出口的熱網(wǎng)水溫度的逐漸升高，熱泵循環(huán)水量和耗氣量也呈現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢，而熱泵耗氣量的增加幅度較大。但在此情況下，峰載加熱器的耗氣量卻也發(fā)生了大幅下降，且其下降的幅度要顯著高于熱泵耗氣量增加的幅度，由此導(dǎo)致整個(gè)熱泵供熱系統(tǒng)的耗氣量有所減少，從而使汽輪機(jī)節(jié)省了更多的抽汽量，并促使機(jī)組的凈功率得到提升[2]。

其次，對熱網(wǎng)返回水水溫對熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能的影響進(jìn)行分析。隨著冬季熱泵供熱系統(tǒng)采暖熱負(fù)荷的逐漸增加，返回水水溫下降，而當(dāng)采暖的熱負(fù)荷減小時(shí)，熱網(wǎng)返回水的水溫則呈現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢。當(dāng)熱網(wǎng)供熱溫度恒定時(shí)，循環(huán)水的質(zhì)量流量和熱泵的耗氣量將會(huì)隨著返回水溫度的升高而逐漸降低，且前者的下降幅度更大，而隨著循環(huán)水出蒸發(fā)器的水溫逐漸增加，供熱系統(tǒng)的耗氣量會(huì)有所減少，但減少幅度較小。因此，同傳統(tǒng)的供熱方式相比，熱泵供熱系統(tǒng)所節(jié)省的汽輪機(jī)抽汽量將更多，且機(jī)組增加的凈功率也較多。

再次，對蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)水溫度下降對熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能的影響進(jìn)行分析。對系統(tǒng)蒸發(fā)器進(jìn)行分析可知，當(dāng)其入口循環(huán)水的溫度恒定時(shí)，其溫度下降幅度的減小將促使其出口處循環(huán)水水溫的升高，進(jìn)而對蒸發(fā)器與吸收器各自的壓力產(chǎn)生影響，但熱泵系統(tǒng)的其他參數(shù)基本保持不變。當(dāng)循環(huán)水的溫降幅度逐漸下降時(shí)，其質(zhì)量大流量將呈現(xiàn)出逐漸上升的變化趨勢，而熱泵耗氣量則逐漸減小，進(jìn)而使熱泵本身的性能參數(shù)逐漸增加。由此，汽輪機(jī)組所節(jié)省的抽汽量必會(huì)比傳統(tǒng)供熱形式下所增加的抽汽量多，且增加的凈功率也有所提升。還需說明的是，循環(huán)水溫降幅度下降，但在供熱量為恒定值時(shí)，熱泵供熱系統(tǒng)耗氣量的下降也必將造成熱泵供熱方式的火用效率不斷增加，雖然增加的幅度較小，但卻也能夠使得熱泵系統(tǒng)的熱力性能得到提升[3]。

最后，對蒸發(fā)器出口處循環(huán)水水溫對熱泵熱力性能的影響進(jìn)行分析。當(dāng)蒸發(fā)器中的循環(huán)水溫降與端差恒定時(shí)，出口循環(huán)水的溫度將會(huì)對蒸發(fā)器與吸收器的壓力產(chǎn)生影響，系統(tǒng)其他參數(shù)不變。當(dāng)蒸發(fā)器出口處的循環(huán)水溫度逐漸上升時(shí)，循環(huán)水的質(zhì)量流量也不斷增加，但熱泵的耗氣量卻逐漸減小，從而使得熱泵的性能參數(shù)的值得以增加。當(dāng)出口處循環(huán)水的溫度繼續(xù)升高時(shí)，熱泵供熱系統(tǒng)的耗氣量將有所減少，所節(jié)省的抽汽量相較于傳統(tǒng)供熱方式的抽汽量有所增加，機(jī)組凈功率增加。

3 結(jié)語

本文通過對基于循環(huán)水余熱回收的熱泵供熱方式進(jìn)行分析，進(jìn)而以300MW的供熱機(jī)組為例，對其在熱泵供熱系統(tǒng)供熱方式下的工礦計(jì)算和相關(guān)結(jié)果展開說明，并對冷凝器出口的熱網(wǎng)水溫度、熱網(wǎng)返回水水溫、蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)水溫降和蒸發(fā)器出口處循環(huán)水水溫等因素對熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能的影響進(jìn)行了全面探析?？梢姡磥磉M(jìn)一步加強(qiáng)對影響熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能因素的分析，對于提高系統(tǒng)性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn):

[1]車德勇,呂婧,高龍,等.溴化鋰吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱的模擬研究[J].熱力發(fā)電,2014,12(25):38-43.

[2]張朋飛,付昶,王偉鋒,等.熱泵-循環(huán)水余熱利用的火用效率分析[J].熱力發(fā)電,2015,06(05):106-110.

[3]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,2011,02(12):58-61.