循環水結合熱泵技術供暖探討

王 勇

（遼寧沈煤紅陽熱電有限公司，遼寧 遼陽111000）

0 引言

節能和環保是當今社會的兩大主題，節約能源和保護環境是我們當代人義不容辭的責任。目前，各行各業都在積極響應黨和國家的號召，努力使本行業的技術向更節能、更環保的方向發展，國家也大力提倡各行各業尋求節能的有效途徑。對于熱電行業，許多工程技術人員孜孜不倦地研究探索，發現了很多能源浪費的地方，也做了很大的改進，為國家節約了寶貴的能源，也有效地保護了環境，比如熱電廠利用循環水供暖就是一項顯著的節能措施。

1 回收循環水中的能量，是熱電廠節能的有效措施

熱電廠循環水每天散失在大氣中的熱量是一個龐大的數字，它不僅浪費能源，也對周邊環境造成了熱污染。本文僅以一臺單缸中溫中壓沖動冷凝單抽式C6－35／10／6 000kW 汽輪機為例計算循環水散失的熱量，已知循環水溫差為12℃，流量為1 660t／h。Q散＝C×m（t2－t1）＝84GJ／h。我國新建的節能型住宅冬季供暖的平均熱指標為45～50W／m2，按此標準，循環水散到大氣中的熱量就相當于33萬m2的民宅冬季采暖所需的熱量，如果將這部分能量加以回收，對電廠的節能將是一項重大成果。

2 低真空運行，利用循環水供熱

為了利用循環水熱量，低真空循環水供暖技術應運而生。從經濟效果上看，一般凝汽式電廠的循環熱效率只能達到25%～35%，而60%以上的熱量被循環水帶走，變為冷源損失［1］，低真空運行時，凝汽器作為熱網的一級換熱器直接提高循環水溫度，供往熱用戶，大大提高了循環熱效率（圖1），消除了熱污染，對保護環境是有利的［2］。

圖1 利用循環水的低真空運行

3 低真空運行的主要問題

凝汽式汽輪機實現低真空運行，必然要提高背壓，這樣就改變了汽輪機的熱力工況，使汽輪機長期在變工況下運行，偏離了出廠的原設計運行參數，對汽輪機的主要指標都會產生一定的影響。主要表現：（1）背壓升高使理想焓降減少，在進汽量和效率不變的情況下，將使發電機功率降低。（2）排汽溫度升高汽缸內的蒸汽平均溫度提高，汽缸膨脹量比設計值增大，從而改變了各級動靜葉片之間通流部分的間隙。（3）排汽溫度明顯提高致使凝汽器的膨脹量增加，由于凝汽器的外殼與管束非同一種材質，所以膨脹量不同，會造成管束與管板的膨脹接口密封性因膨脹量不同而遭到破壞，嚴重時可能使汽輪機后軸承升高，從而使汽輪發電機組振動值增大［3］。凝汽器變為熱網一級加熱器，要求提高水室承受能力，對凝汽器結構和強度作適當改造和加固。（4）凝汽器作為熱網一級加熱器加熱循環水直接供熱到熱用戶，為保證汽輪機的正常運行，熱用戶必須足夠大，以便使循環水的回水溫度降到汽輪機的要求溫度，否則會對汽輪機造成損壞，也保證不了正常供暖。

4 循環水結合熱泵技術供暖

熱泵是現今發展比較快的朝陽產業，它以節能、環保、經濟、可靠等優點逐漸被大家所認可。但目前熱泵在城市現實生活中的應用熱源多為地下水等低位熱能，換熱后的供暖水溫在50℃左右，對于寒冷地區很難保證供暖。另外，由于水源熱泵要大量提取地下水資源，對地下水不豐富的地區也有局限性，同時水源熱泵對地下水含沙量也有較高要求，所以在推廣時受到一定的限制。但是如果以凝汽器出口循環水作為熱泵的熱源，問題就全部解決了。

4.1 循環水結合熱泵技術供暖的優勢

（1）可消除熱泵的技術局限：1）熱泵不用吸地下水，避免了受地下水資源和含沙量的影響，同時不需要為管路和熱泵的安置打很深的豎井，節省了初始投資。2）由于循環水具有非常好的品質和連續性，閉式循環運行穩定。3）由于循環水比較清潔，無腐蝕問題，不易導致傳熱效果惡化；熱泵如果需要清潔，也比較容易做到。

（2）可解決低真空運行存在的問題：1）利用循環水中的余熱，降低了電廠向大氣排放的熱量，減小了溫室效應。2）汽輪機不需在變工況下運行，能降低凝汽器循環水進水溫度，提高汽輪機凝汽器的真空度，使汽輪機功率增加，這一點要明顯強于低真空供暖。3）汽輪機可以在設計工況下運行，不會改變運行參數，使得運行更加經濟，同時在變工況下產生的問題都會迎刃而解。

4.2 循環水系統與熱泵相結合

如圖2所示，循環水經凝汽器加熱后，經過切換閥到熱泵系統，通過熱泵的蒸發器將循環水內的熱量提取出來，輸送到冷凝器，在冷凝器內把熱量傳遞給供暖熱網系統，實現循環水系統與熱泵技術相結合的供暖方式。

圖2 循環水系統與熱泵相結合

4.3 循環水結合熱泵技術和低真空循環水供暖的技術經濟比較

我們還是以單缸中溫中壓沖動冷凝單抽式C6－35／10／6 000kW汽輪機為例，已知設計參數為：循環水溫度45～27℃；供暖供回水溫度65～40℃；循環水流量1 660t／h；加熱面積560m2。在假設汽輪機進汽量和循環水量等參數不變前提下作以下比較：

4.3.1 低真空循環水供暖的技術經濟分析

汽輪機背壓散熱量Q＝C×m（t2－t1）＝174GJ／h；比正常設計工況（84GJ／h）多90GJ／h。根據汽輪機運行工況原理，多排熱量應是汽輪機降低真空、減小焓降、降低發電功率得來的。經過這一得一失，真正被利用的是冷源損失84GJ／h的熱量，相當于33萬m2的供暖熱量。

4.3.2 循環水結合熱泵技術供暖的技術經濟分析

汽輪機凝結熱Q＝C×m（t2－t1）＝125GJ／h；熱泵利用系數16.9（T為熱源溫1度，T為冷源溫度）。帶動熱泵每小時所需凈功為27.4GJ／h；功率P＝7.4×106÷3 600＝2 055kW。通過上面的計算，我們可以得出汽輪機凝結熱減去熱泵耗電量即供熱量117.6GJ／h，相當于46萬m2的供暖熱量。

4.3.3 技術經濟比較的結論

循環水結合熱泵技術供暖方式比低真空循環水供暖方式更節能。對于6 000kW汽輪發電機組，節省能源為117.6－84＝33.6GJ／h，相當于13萬 m2的供暖熱量。

5 結語

利用熱泵技術進行循環水供暖，可以使循環水熱量得到充分利用，不僅提高了熱源的供熱能力，還能降低冷卻水的蒸發量，節省水資源，并減少向外界環境排放的熱量和水汽，既有經濟效益，又符合節能環保理念。

［1］鄭杰.汽輪機低真空運行循環水供熱技術應用［J］.節能技術，2006（4）.

［2］李巖，付林，張世鋼，等.電廠循環水余熱利用技術綜述［J］.建筑科學，2010（10）.

［3］張學鐳，陳海平.回收循環水余熱的熱泵供熱系統熱力性能分析［J］.中國電機工程學報，2013（8）.