吸收式熱泵回收300300MW MW機組循環水余熱的設計研究

馬光耀

（浙江杭州華電電力科學研究院，浙江 杭州 31003010030）

能源的過度消耗所帶來的環境問題如霧霾等，在部分地區已經嚴重影響人民的生活質量。對此政府有關部門及企業已積極采取降耗措施，利用熱泵對循環水中的低溫余熱進行回收再利用就是其中的一種。吸收式熱泵可以回收利用多種熱能，且經濟性好，能源利用率高，維護管理簡便。在能耗高的季節，熱泵所利用的低品位熱能也增多，有助于減少能源的消耗[1]。國內外各科研單位都進行了大量的研究[2]，國內部分電廠也進行了余熱回收利用的節能改造，如佳木斯熱電廠、包頭東華熱電廠等。回收到的熱量品位比較低但用途廣泛，可用于加熱熱網水，也可為居民的生活用水提供保障。

1 熱泵系統圖

熱泵系統簡圖見圖1。

圖1 熱泵系統簡圖

如圖1所示，驅動熱源Qg進入發生器，為熱泵提供熱源，使得冷劑蒸汽進入冷凝器，釋放冷凝熱Qc加熱流經冷凝器傳熱管內的熱水。冷劑水經冷劑泵噴淋到蒸發器傳熱管表面，吸收流經傳熱管內低溫熱源水的熱量Qe，使熱源水溫度降低后流出機組。被發生器濃縮后的溴化鋰溶液返回吸收器后噴淋，吸收從蒸發器過來的冷劑蒸汽，并放出吸收熱Qa，加熱流經吸收器傳熱管的熱水，熱水流升溫后，輸送給熱用戶。吸收式熱泵的供熱量等于從低溫余熱吸收的熱量和驅動熱源的補償熱量之和。

本文采用吸收式熱泵，以循環水經凝汽器后升溫的循環水為低溫熱源，以0.25～0.35MPa的抽汽為驅動熱源，加熱50～60℃左右的采暖用熱網回水，循環冷卻水降溫后再去凝汽器循環利用。這樣可回收循環水余熱，提高電廠供熱量，即提高電廠總的熱效率。

2 參數設計

為盡可能回收凝汽器循環水余熱，從而發揮熱泵回收余熱供熱優勢，運行中適當提高采暖抽汽壓力，作為熱泵機組設計工況以及熱泵系統投入后的運行指導參數。經計算，驅動蒸汽供熱量約為180MW。考慮到吸收式熱泵的性能優化，將熱網循環水在熱泵的進口溫度設定為45℃，作為本項目優化方案的額定工況點。

低速泵運行狀態下，循環水的流量約為16 000t/h。主機的乏汽流量以平均抽汽工況為參考，此時機組的乏汽流量為196t/h，余熱量為120.91MW。根據熱平衡計算，及參考上一采暖期循環水溫升，將循環水進出熱泵的總溫降設計為7℃。

根據凝汽器的性能及熱泵的工作條件，一方面考慮盡可能小地影響機組真空，另一方面能滿足余熱回收的最佳條件。即凝汽器的出口溫度增加，凝汽器的真空變差，將影響主機發電。當背壓選擇較高時，為保證機組的安全性，同時結合熱泵的經濟性，本方案中選擇循環水進出熱泵的溫差為7℃。循環水進出口溫度的方案主要有五種，分別為31～24℃、32～25℃、33～26℃、34～27℃、35～28℃。

3 方案分析

表1列出了循環水出水溫度分別從31℃變化至35℃五種變化工況下主要參數的優化比選。

上述方案中，以循環水進熱泵口處溫度為變量，對設備造價的波動、新增供熱量的收益、背壓影響的發電量等參數進行計算。

由表1可以看出，設備的價格隨循環水參數的提高有所下降，項目新增供熱的收益也有所下降，主要原因是背壓升高造成發電損失增加，從而使項目的成本顯著提高。在循環水進出口溫度逐漸升高的過程中，設備的總造價和單位造價逐漸降低，而背壓升高所影響的成本逐漸變大，但總體而言，循環水參數越高，熱泵背壓升高，使發電收益減少，同時使熱泵機組今后長期運行的成本增加，從長遠而言，投資回收期會變長。

表1 不同方案下的主要技術經濟參數對比表

根據數據情況分析，對于方案1和方案2，雖然機組的循環水溫度較低，背壓對發電的影響最小，但由于該參數下需要的熱泵臺數較多，設備成本較高，相應的配套的熱泵廠房、附屬管道閥門等其他投資將大幅增加，故而整體經濟性不好。方案3、方案4和方案5所需熱泵數量相同，廠房和附屬系統的投資基本一致。但方案4和方案5的循環水溫度較高，對機組背壓影響較大，長期運行對機組的影響最不利。故五個方案相比而言，方案3的設備單位價格合理，長期運行成本較低，整體經濟性更好。

4 結論

通過對不同工況的比較和分析，選擇以平均采暖抽汽工況為基礎，通過運行方式的調整提高抽汽壓力，將其作為余熱回收設計的邊界條件。其中最優采暖抽汽壓力約為0.3MPa.g，經計算，驅動蒸汽用汽量為270t/h，熱泵余熱回收量為130.9MW，熱泵供熱量為317.93MW。

［1］胡敏東，金蘇敏.浴室廢水余熱回收熱泵熱水系統的火用分析［J］.流體機械，2010，38（10）：78-83.

［2］李娟，金蘇敏，向南宏，等.組合式熱管換熱器在熱泵系統中的試驗研究［J］.制冷技術，38（2）：56-61.