吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱供熱方案探究

劉衛(wèi)嘉 賈興騰

摘 要 大型抽凝機組熱電廠的凝汽器排熱所占比重維持在20%范圍內(nèi)，也就是說超過總供熱量2/5的熱量將會損耗。一旦將這部分熱量進(jìn)行集中回收，能夠有效改善電廠綜合能源利用效率，同時還能控制水資源消耗，盡可能降低對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，既有利于經(jīng)濟(jì)效益的增長，同時對社會效益、生態(tài)效益的實現(xiàn)同樣有著重要意義。

關(guān)鍵詞 熱電廠 凝汽器 供熱量 水資源

中圖分類號：TM621.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）03-0028-02

熱泵作為一種能量裝置，其主要功能在于促進(jìn)物體間的熱量轉(zhuǎn)移。從本研究中涉及到的水源熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，具體包括下列幾方面：即驅(qū)動能源和驅(qū)動裝置、工作機、低位熱源。在熱泵的支持下能夠成功將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為有效熱能并加以利用，進(jìn)而促進(jìn)能源利用效率的改善，減少能源消耗。針對火電廠中的余熱利用來講，其實際上就是依托于熱泵裝置的支持下，將冷卻水余熱轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)而控制傳統(tǒng)能源的消耗，保證整體運行效率的改善，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[1]。

1 循環(huán)冷卻水熱泵技術(shù)原理及特點

循環(huán)冷卻水熱泵技術(shù)主要分為下列兩種類型：壓縮式熱泵和吸收式熱泵。

1.1 壓縮式熱泵

工作原理： 制冷機通過蒸發(fā)器將低位冷源進(jìn)行蒸發(fā)處理，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，隨后在冷凝器的支持下向高位熱源放熱冷凝，隨后利用節(jié)流膨脹閥將蒸汽處理成低溫的濕蒸汽，最后利用蒸發(fā)器將低溫?zé)嵩催M(jìn)行蒸發(fā)處理，保持循環(huán)作業(yè)[2]。

1.2 吸收式熱泵

工作原理： 吸收式熱泵以工質(zhì)蒸汽熱源作為劃分依據(jù)可細(xì)分為下列幾方面：一是工質(zhì)蒸汽的產(chǎn)生離不開高質(zhì)熱能的支持;二是在低品位余熱熱源的支持下形成的工質(zhì)蒸汽。從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，其中第一種相對普及。從其組成結(jié)構(gòu)來看，主要包括下列部分：即發(fā)生器、蒸發(fā)器、冷凝器和吸收器等。針對蒸發(fā)器來講，在余熱作用下將水轉(zhuǎn)化為蒸汽，隨后進(jìn)入吸收器被濃工質(zhì)吸收，在這一過程中產(chǎn)生的熱量用于將水進(jìn)行增溫。而其中涉及到的稀工質(zhì)溶液經(jīng)過溶液換熱器與濃工質(zhì)溶液進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)換后進(jìn)入發(fā)生器;并在蒸汽作用下對稀溶液進(jìn)行蒸發(fā)處理，在這一過程中形成的水蒸氣會進(jìn)入冷凝器冷凝，并將產(chǎn)生的熱量用于對吸收器中的水進(jìn)行加熱;冷凝器產(chǎn)生的凝液經(jīng)膨脹閥后由蒸發(fā)器進(jìn)行處理，發(fā)生器中產(chǎn)生的濃工質(zhì)溶液則進(jìn)入吸收器，保持循環(huán)作業(yè)。

從該裝置的特征來看，主要表現(xiàn)為：能夠?qū)Φ推肺粺嵩催M(jìn)行有效利用，同時在工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)動裝置較少，運行噪聲低、能源消耗量低[3]。

綜上可知，現(xiàn)有熱泵機均存在一定的不足，應(yīng)綜合考慮各方面因素，合理規(guī)劃與設(shè)計，最終選擇符合要求的熱泵機組，以確保預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)得以順利實現(xiàn)。

2 熱泵技術(shù)在電廠中的應(yīng)用

火力發(fā)電廠中冷凝循環(huán)水的水質(zhì)潔凈、流速平穩(wěn)且水溫偏高，利用熱泵設(shè)備進(jìn)行調(diào)整的難度較低，且COP的值保持在較高水平。雖然在這一過程中會涉及到資源成本的消耗，且熱泵在工作狀態(tài)下會耗費一定的能源，但通過調(diào)整能夠提升整體設(shè)備機組的自動化水平，使得管理難度大大下降，改善設(shè)備運行效率，進(jìn)而保證電廠預(yù)期收益目標(biāo)的順利實現(xiàn)?；厥针姀S冷凝熱的熱泵應(yīng)符合下列要求：

2.1 高溫水源熱泵

電廠冷凝水的熱量品質(zhì)很低，一般泵對溫度大概保持在35℃的冷卻水的利用難度較高。因此應(yīng)在熱泵技術(shù)的支持下對冷卻水進(jìn)行增溫處理，通常熱泵熱水出口溫度維持在 40-50℃范圍內(nèi)，而滿足采暖要求的水溫，通常集中在 70～80℃范圍內(nèi)，所以在熱電廠冷凝熱回收裝置中一個重要組成部分就是高溫水源熱泵。

2.2 大容量大溫差熱泵

由于電廠冷凝水能夠提供給的熱量表現(xiàn)出規(guī)模大、分散度小的特征，利用熱泵回收的冷凝熱在周邊地區(qū)的用戶規(guī)模相對不足，應(yīng)進(jìn)一步擴大傳輸范圍，進(jìn)而保證遠(yuǎn)距離用戶的需求得到最大限度內(nèi)的滿足，所以應(yīng)選擇大容量大溫差熱泵來集中供熱，單機容量應(yīng)確保超過 20～30MW，熱水工質(zhì)溫差不低于20℃，冷水工質(zhì)溫差應(yīng)維持在8℃。

2.3 高制熱系數(shù)水源熱泵

為了提升熱泵集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)選擇制熱能力效率比超過4的熱泵機組。現(xiàn)階段，國內(nèi)提升余熱利用的電廠規(guī)模實際占比很小，在國內(nèi)火電廠總數(shù)中所占比重約為16%，并且絕大多數(shù)電廠的運行模式均以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主，熱利用量相對不足，且整體效率不高。因此在熱泵技術(shù)的支持下，不僅能夠促進(jìn)電廠熱效率的改善，同時還能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，提高生態(tài)效益。

3 方案描述

本方案在吸收式熱泵的支持下，對循環(huán)水余熱進(jìn)行回收處理，將適量的汽輪機采暖抽汽作為熱泵驅(qū)動熱源，吸收式熱泵對熱網(wǎng)回水進(jìn)行增溫處理，并依托于熱網(wǎng)加速器將水溫提高到 120℃;循環(huán)水進(jìn)熱泵溫度保持在40℃左右 ，而出口附近溫度有所下降大約保持在30℃;熱泵驅(qū)動熱源為0.4MPa 的過熱蒸汽，應(yīng)對蒸汽壓力的管道閥門損失有所重視，進(jìn)熱泵的驅(qū)動蒸汽壓力設(shè)定值為0.36MPa[4]。

本實驗的本質(zhì)利用吸收式熱泵和熱網(wǎng)加熱器對電廠冷凝水進(jìn)行雙重加熱，以達(dá)到對用戶的供熱水平，從而達(dá)到對原本隨意排掉的廢水的有效利用。凝水從冷卻塔流出，流經(jīng)凝汽器進(jìn)行一次加熱，水溫從30攝氏度提升至40攝氏度（排水流量按10000m3/h），然后凝水從凝汽器出口進(jìn)入吸收式熱泵再次提溫至85攝氏度左右，此時汽輪機抽氣同樣進(jìn)入吸收式熱泵作為驅(qū)動熱源，最后提升至120攝氏度。

4 在采用熱泵技術(shù)后，從循環(huán)水中吸收的熱量計算如下

Qc=mc（ho-h1）

mc為凝汽器循環(huán)水流量，m3/h;ho和 hi為凝汽器出口和進(jìn)口水焓，kJ/kg;Qc為凝汽器循環(huán)水損失熱量，MJ/h。

M1=Qc/y1k

M1是節(jié)省煤量，t/h;1是鍋爐效率;K為煤產(chǎn)生熱量，kJ/kg。

M2=W/y2k

通過公式能夠了解到熱泵功耗W=Qc/COP（MJ/h）;

由此可推導(dǎo)出熱泵煤耗量 M2（t/h）：y2是發(fā)電廠發(fā)電效率。

節(jié)煤量M=M1-M2

5 結(jié)語

由上述內(nèi)容能夠了解到，吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱的供熱方案存在一定的合理性。從其特征來看，主要表現(xiàn)為以下幾方面：即節(jié)能環(huán)保、能源消耗低等。隨著時間的推移該技術(shù)有著大范圍的普及和應(yīng)用[5]。這也從側(cè)面反映出該方案的經(jīng)濟(jì)性符合要求。吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱的供熱方案，對供熱管網(wǎng)的供回水溫度和循環(huán)冷卻水的排水溫度有著嚴(yán)格的要求，通常情況下，熱網(wǎng)回水溫度與循環(huán)水排水溫度保持著明顯的負(fù)向關(guān)系，熱網(wǎng)的理想供回水溫度為 120/60℃，在這種狀態(tài)下最終產(chǎn)生的效益最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王鐵山.熱電廠吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱供熱技術(shù)及應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2017，39（08）：24-25+28+77-78.

[2] 田秋晨，滕海云，王程銀.濟(jì)南某電廠循環(huán)水吸收式熱泵供熱研究[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（20）：57.

[3] 張志剛，王樹國，曾榮鵬.吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱分析[J].華電技術(shù)，2016，38（04）：45-47+50+80.

[4] 張鐘月.吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水余熱供熱方案[J].中國科技投資，2013（02）：91.

[5] 李寒冰. 基于吸收式熱泵技術(shù)的電廠循環(huán)水余熱供熱系統(tǒng)研究[D].華北電力大學(xué)，2015.

南京工程學(xué)院，江蘇 南京