利用溴化鋰熱泵回收冷凝熱量的節煤節水分析

張朝暉

(陽泉煤業集團有限責任公司發供電分公司，山西 陽泉 045000)

1 工作原理

熱泵機組是一種以熱源(蒸汽、高溫熱水、燃油、燃氣)為動力，溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑，利用低溫熱源(余熱水)的熱能，制取所需要的工藝或采暖用高溫熱媒水，實現從低溫向高溫輸送熱能的設備。工作原理示意圖見圖1。

圖1 熱泵機組工作原理示意圖

熱泵機組由組件1和組件2構成。組件1和組件2均包括蒸發器、吸收器、發生器、冷凝器、熱交換器和凝水換熱器等主要部件及抽氣裝置、屏蔽泵(溶液泵和冷劑泵)等輔助部分。抽氣裝置抽除了機組內的空氣等不凝性氣體，并保持機組內一直處于高真空狀態。

冷劑泵將冷劑水液囊中的冷劑水抽出并噴淋在蒸發器中的傳熱管表面，吸收流經傳熱管內余熱水的熱量，汽化成冷劑蒸汽，余熱水在放出熱量后溫度降低流出機組;吸收余熱水熱量后產生的冷劑蒸汽流入吸收器，被吸收器頂部淋下的溴化鋰濃溶液吸收。溴化鋰濃溶液在吸收冷劑蒸汽時放出冷劑蒸汽的凝結熱，加熱流經吸收器傳熱管內的熱媒水，使其溫度升高后流出吸收器;溴化鋰濃溶液在吸收冷劑蒸汽后濃度越來越低，匯集在吸收器底部，被溶液泵抽出，經熱交換器升溫后進入發生器，在發生器中被蒸汽加熱濃縮，分離出冷劑蒸汽。濃溶液經熱交換器傳熱管間與溴化鋰稀溶液進行熱量交換后流回吸收器，繼續吸收蒸發器中產生的冷劑蒸汽;而發生器中產生的高溫冷劑蒸汽流入冷凝器內，加熱流經冷凝器傳熱管內的熱水，使其溫度繼續升高后流出機組供用戶使用，同時冷劑蒸汽放出熱量后冷凝成冷劑水，經U形管節流進入蒸發器。因蒸發器中壓力較低，進入蒸發器的冷劑水一部分閃發成冷劑蒸汽，另一部分冷劑水則因熱量被散發的那一部分帶走而降溫成飽和溫度的冷劑水，流入蒸發器底部液囊。

上述過程不斷循環進行，即可不斷地回收余熱水熱量并制取所需溫度的熱媒水。

2 冷凝熱系統及發電系統

陽煤發供電分公司第三熱電廠，冷凝熱系統為6臺30 MW溴化鋰吸收式高溫熱泵，回收冷凝熱72 MW，可增加供熱面積150萬m2。系統示意圖見圖2。

圖2 冷凝熱系統示意圖

圖2 中：

吸收式熱泵。6臺30 MW溴化鋰吸收式高溫熱泵。

換熱機組(換熱站)。桃北換熱站：9臺(324 MW)換熱器，4臺循環泵;桃南換熱站：4臺(240 MW)換熱器，3臺循環泵。

供熱站(用戶)。桃北：規劃供熱站共23個，目前供熱面積236．69 m2;規劃供熱面積308．31 m2;桃南：規劃供熱站共28個，目前供熱面積215．6 m2;規劃供熱面積 244．58 m2。

發電系統。鍋爐：3臺DG－150/9．8－1型煤粉鍋爐，額定蒸發量為150 t/h;1臺YG270/9．8－M型煤粉鍋爐，額定蒸發量為270 t/h。汽機：2臺C35－8．83/0．785抽汽冷凝式汽輪機組，額定功率為35 MW，額定主蒸汽流量為220 t/h，額定抽汽量為120 t/h;1臺 C60－8．83/0．785抽汽冷凝式汽輪機組，額定功率為60 MW，額定主蒸汽流量為340 t/h，額定抽汽量為170 t/h。

3 冷凝熱系統節煤節水分析

3．1 溴化鋰吸收式水源熱泵機組設計條件

型 號：XRI5－40/30－3000(60/90)

余熱水進水溫度：40℃

余熱水出水溫度：30℃

余熱水流量：1 032 m3/h(±20%)

余熱水水質：余熱水為電廠冷卻水

余熱水側阻力：≤0．14 MPa

余熱水側工作壓力：0．8 MPa

熱媒水進水溫度：60℃

熱媒水出水溫度：90℃

熱媒水流量：860 m3/h(±20%)

熱媒水水質：熱媒水為集中供熱回水

熱媒水側阻力：≤0．12 MPa

熱媒水側工作壓力：0．8 MPa

冷凝熱提取量：12 000 kW

制熱量：30 000 kW

制熱能效比：COP＞1．7(同時制冷制熱)

能量調節范圍：20% ～110%

電機功率：裝機容量：≤30 kW

電壓：380 V AC

頻率：50 Hz AC

蒸汽：壓力：0．5 MPa;流量：24．8 t/h

熱泵機組臺數：6臺

3．2 熱泵機組在設計工況條件下節煤節水分析

桃南、桃北熱水循環總流量為5 160 t/h。

在沒有采用溴化鋰吸收式水源熱泵機組時，供熱由60℃加熱到120℃所需熱量：

式中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃熱水焓值;251 kJ/kg—0．8 MPa、60℃熱水焓值。采用溴化鋰吸收式水源熱泵機組，供熱由60℃加熱到120℃所需熱量。

6臺熱泵機組需要蒸汽流量約148．8 t/h，消耗熱量為：

148．8 ×1 000 kg/h ×2 400 kJ/kg=357．1 GJ/h

式中：

2 400 kJ/kg—蒸汽在冷凝熱熱泵中工作焓差。

熱水由90℃加熱到120℃所需熱量：

5 160×1 000 kg/h×(504－377)kJ/kg=655．32 GJ/h

其中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃熱水焓值;

377 kJ/kg—0．8MPa、90℃熱水焓值。

經過理論測算，在采用溴化鋰吸收式水源熱泵機組后，應節省熱量：

3．3 實際運行后熱泵機組的節煤節水分析

2010年11月至2011年3月，熱泵機組運行5個月，回收冷凝熱成效顯著，既緩解了該廠的供熱壓力，又收到了顯著的經濟效益。下面主要從經濟性方面進行分析。

1)5個月回收的冷凝熱能。

供暖期間的運行方式為4臺熱泵運行，2臺熱泵備用。這是由于熱媒水系統流量所限，增加熱泵，效果已不太大，以及考慮熱泵機組的維修和備用，采取了此運行方式。4臺熱泵1月份的平均參數見表1。

表1 熱泵平均參數表

根據參數計算，4臺熱泵每小時回收冷凝結熱為140．244 GJ。5個月共回收冷凝熱為50．8萬 GJ。

2)節煤效果分析。

a)按5個月回收的冷凝熱，折算成標煤，共節約標煤17 342 t。b)影響汽機真空增加的標煤：在熱泵運行期間，1#、2#機真空降低3 kPa，根據運行經驗汽機真空每降低1 kPa，發電標煤耗增加2～3 g，1#、2#機帶滿負荷運行，一個采暖季多消耗標煤量為3×70 000×24×151=761 t。c)5個月共節約標煤17 342－761=16 581 t。折算成現在使用的23 446 kJ/kg的原煤，共節約20 726 t。

3)節水效果分析。冷凝熱的節水作用主要是減少了冷卻塔的蒸發量。

a)理論分析：按熱泵機組吸收的熱量計算冷卻塔的少蒸發量，如果全部由蒸發散熱，根據實際測算每天冷卻塔的蒸發量為1 285 t。如果考慮冷卻塔回收水的作用和冬季天氣的降溫作用，每天蒸發量為1 285 ×0．6=771 t。5 個月將節約用水：11．6 萬 t。冬季公用機組機力塔耗水量按照設計，共用機組機力塔夏季用水量為12 t/h，冬季取0．6系數，則消耗水量為7．2 t/h，每天耗水量為173 t/天。5個月耗水量為2．6萬t。理論分析結論：5個月節水量為11．6－2．61=8．99 萬 t。

b)實際節水效果。2個供暖季前4個月的涼水塔用水比較見表2。

表2 涼水塔用水比較 t

實際情況為2010年11月至2011年2月比同期涼水塔補水量減少了61 021 t。

4 結論

上述分析證明，利用熱泵技術回收利用火電廠的冷凝熱量供熱，雖然實際運行情況還沒有達到理論分析的效果，但節煤節水效果明顯，而且在不增加機組建設的情況下有效增加了供熱面積，具有較好的經濟效益和社會效益。

［1］ 王亞茹．熱電冷聯產系統的能耗分析［J］．哈爾濱建筑大學學報，2000(5)：90－94．

［2］ 徐建中．分布式供電和熱電冷聯產的前景［J］．節能與環保，2002(3)：4－10．

［3］ 楊思文．氨水吸收式制冷機的基礎理論和設計之七—性能與流程［J］．流體工程，1990(3)：56－63．