耦合吸收式熱泵供熱機(jī)組熱力性能分析

莫子淵

【摘?要】以某600MW超臨界機(jī)組為基礎(chǔ)進(jìn)行改造，耦合吸收式熱泵和螺桿膨脹機(jī)，并構(gòu)建了系統(tǒng)的仿真模型，分析得到了改造供熱機(jī)組的熱力性能。將改造機(jī)組和傳統(tǒng)供熱機(jī)組比較，獲得了機(jī)組優(yōu)化具體結(jié)果。結(jié)果表明：吸收式熱泵在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)性能更好，在額定工況下改造機(jī)組相比傳統(tǒng)機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了4.891 g/kW·h，在供熱負(fù)荷都為500 MW時(shí)，改造供熱機(jī)組可少抽汽64.708 t/h。研究結(jié)果可為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供熱改造提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】熱電聯(lián)產(chǎn);吸收式熱泵;螺桿膨脹機(jī);熱力性能;熱經(jīng)濟(jì)性

【中圖分類號(hào)】TM621?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

Abstract：A 600MW supercritical unit was used as the basis for transformation，coupled with an absorption heat pump and a screw expander，and a simulation model of the system was constructed，and the thermal performance of the reformed heat supply unit was analyzed. The results show that the absorption heat pump has better performance when the unit is operating at high load. The standard coal consumption rate of the modified unit is reduced by 4.891 g/kW·h compared with the traditional unit under rated conditions. When the heating load is 500 MW，Retrofitting the heating unit can save 64.708 t/h of steam extraction. The research results can provide a certain reference for the heat supply transformation of the cogeneration unit.

Keywords：Cogeneration;absorption heat pump;screw expander;thermal performance;thermal economy

前言

到2020年，熱電裝機(jī)比重將能達(dá)到接近40%[1]。熱電機(jī)組凝汽器中有大量冷源損失，這部分損失的熱能由電廠循環(huán)冷卻水帶走，排放到環(huán)境中會(huì)造成熱污染[2～3]。我國(guó)一般設(shè)定熱網(wǎng)水供水溫度為120℃～130 ℃，且實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中其溫度常低于設(shè)定值[4～5]，而熱用戶側(cè)的室溫要求只需達(dá)到20℃即可[6]，顯而易見熱網(wǎng)側(cè)與熱用戶側(cè)存在很大的溫度不匹配情況，中間有相當(dāng)大的一部分能量在運(yùn)輸、換熱過(guò)程中損失，使能源利用率降低。而本文的目的在于回收熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中的冷源損失，節(jié)能降耗。

戈志華等[7]建立了高背壓余熱梯級(jí)利用理論模型，可用于指導(dǎo)高背壓供熱機(jī)組改造。萬(wàn)燕等[8]研究了兩種主流高背壓供熱改造方式，并進(jìn)行了全工況計(jì)算。戴遠(yuǎn)航等[9]提出了一種風(fēng)電場(chǎng)和含儲(chǔ)熱的熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)合運(yùn)行的調(diào)度模式。張學(xué)鐳等[10]在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中引入了吸收式熱泵來(lái)回收電廠冷卻水余熱，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。

本文基于能量梯級(jí)利用的思想對(duì)常規(guī)抽汽供熱機(jī)組進(jìn)行改造，系統(tǒng)中新加入吸收式熱泵和螺桿膨脹機(jī)，并運(yùn)用Ebsilon軟件建立了系統(tǒng)模型，研究改造后供熱機(jī)組的熱力性能，為供熱機(jī)組的優(yōu)化改造提供了一定的借鑒。

1 改造供熱機(jī)組系統(tǒng)介紹

本文建立的耦合吸收式熱泵和螺桿膨脹機(jī)的600 MW超臨界供熱機(jī)組系統(tǒng)原理圖如圖1所示。相比常規(guī)抽汽供熱機(jī)組，本文使用了吸收式熱泵來(lái)回收電廠循環(huán)冷卻水余熱，并且考慮到吸收式熱泵發(fā)生器所需的驅(qū)動(dòng)熱源品質(zhì)要求不高，故將部分中壓缸排汽通入發(fā)生器前，先通入到螺桿膨脹機(jī)做功發(fā)電后再進(jìn)入到發(fā)生器，合理利用了能源。因?yàn)槲帐綗岜锰岣吡艘淮螣峋W(wǎng)回水的溫度，在尖峰加熱器中加熱時(shí)換熱溫差減少，減少了換熱?損。

2 供熱機(jī)組相關(guān)模型建立

吸收式熱泵的熱量轉(zhuǎn)移示意簡(jiǎn)圖如圖2所示。它是一種實(shí)現(xiàn)低溫向高溫輸送熱量的設(shè)備。第一類吸收式熱泵的性能系數(shù)COP值處于1.5～2.5之間，能有效提高熱電廠的能源利用率。

3 系統(tǒng)仿真結(jié)果及對(duì)比分析

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

新系統(tǒng)設(shè)定設(shè)計(jì)工況下一次熱網(wǎng)供回水溫度為120 ℃/50 ℃，流量為6122 t/h，總抽汽流量為613.2t/h，則系統(tǒng)的總供熱負(fù)荷為500 MW，按熱用戶耗熱指標(biāo)為48 W/m2，則供熱面積為1041.7萬(wàn)m2。在總供熱負(fù)荷中，作為基本負(fù)荷熱源的吸收式熱泵提供的熱負(fù)荷為121 MW，作為調(diào)峰熱源的尖峰加熱器提供的熱負(fù)荷為379 MW，基本負(fù)荷熱源供熱占比為0.243。系統(tǒng)中吸收式熱泵的COP值為1.70。本文設(shè)定環(huán)境溫度為273.15K。新系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

3.2 改造供熱機(jī)組系統(tǒng)熱力性能分析

本文改造的供熱機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下，吸收式熱泵可以將6122 t/h的一次熱網(wǎng)回水從50 ℃加熱到67 ℃，期間實(shí)現(xiàn)將9500 t/h的電廠循環(huán)冷卻水從26 ℃降低到21.5 ℃，一定程度地減小了對(duì)環(huán)境的熱污染。而100 t/h的中壓缸排氣抽汽經(jīng)過(guò)螺桿膨脹機(jī)利用后壓力從1.179 MPa降低到0.3 MPa，溫度降低了124 ℃，通過(guò)利用壓差能，與螺桿膨脹機(jī)相連的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電量6.476 MW，在供給系統(tǒng)中其他泵功消耗后仍剩余6.241 MW。經(jīng)過(guò)計(jì)算，供熱機(jī)組各工況下的熱力性能參數(shù)如表2所示。

在總供熱負(fù)荷中，可以看出，從VWO工況逐步變化到50% THA 工況，吸收式熱泵供熱負(fù)荷占比是緩慢提升的。由表2可知，隨著負(fù)荷降低，發(fā)電煤耗率降低，熱經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越好，螺桿膨脹機(jī)?效率小幅度提升，而吸收式熱泵?效率小幅度降低。

4 結(jié)論

本文對(duì)傳統(tǒng)抽汽供熱機(jī)組進(jìn)行改造，并搭建出600 MW超臨界供熱機(jī)組仿真模型，得到了新系統(tǒng)的熱力性能，可為供熱機(jī)組改造提供一定理論參考，得出的結(jié)論如下：

（1）本文新增了吸收式熱泵和螺桿膨脹機(jī)，能有效回收電廠循環(huán)冷卻水的余熱和中壓缸排汽抽汽的壓差能，節(jié)能降耗，提高了熱電廠能源利用率。

（2）與常規(guī)抽汽供熱機(jī)組相比，本文系統(tǒng)熱力性能更為優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)性更好，表現(xiàn)在發(fā)電量增大，設(shè)計(jì)工況下發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低了6.166 g/kW·h，這對(duì)于此參數(shù)來(lái)說(shuō)下降程度巨大。且在供熱負(fù)荷相同時(shí)，新系統(tǒng)可少抽汽64.12 t/h，很好地體現(xiàn)了節(jié)能降耗的原則。

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作者簡(jiǎn)介：

莫子淵，（1996.8-），男，漢族，湖北潛江人，碩士研究生，主要從事螺桿膨脹機(jī)、余熱余壓利用技術(shù)。

（作者單位：華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院）