熱泵技術在熱電聯廠供熱系統中應用方案

張景松 潘亭中 李中元(中國石油玉門油田水電廠, 甘肅 玉門 735200)

利用熱泵技術直接提取循環水中的低位熱量用于供熱，將汽輪機冷源損失變廢為寶，提高機組綜合熱效率，是我們本次改造方案提出的原因。

1 改造方案

利用電廠循環冷卻水作為熱泵低位熱源進行供熱的基本形式，汽輪機排汽經過凝汽器后冷凝的凝結水被重新送到鍋爐去。根據用戶側熱負荷需求的情況，直接將來自凝汽器的一部分循環水送入冷卻塔，完成正常的冷卻循環，另一部分通過循環水管網送入設置在用戶處的熱泵裝置的蒸發器作為熱泵的低位熱源，驅動熱泵的高位能量加上從低位熱源提取的熱量作為熱泵產熱用于加熱用戶側的二次網回水。循環冷卻水在熱泵蒸發器放熱降溫后返回到凝汽器入口與流經冷卻塔的冷卻水匯合，再被送入凝汽器吸熱升溫。如此實現將電廠循環水低位余熱用于供熱的目的。

2 可能性分析

(1)熱泵技術發展現狀 余熱熱泵回收系統利用熱泵回收電站汽輪機冷端損失，為熱網回水加熱或者為熱網水和化學水補水預熱。熱泵通過消耗外界能量將低品位熱源提升為高品位的熱源。驅動熱泵所消耗的有用功E全部被轉換成熱量，這部分熱量E和從低溫體吸取的熱量q一起輸向高溫體，即Q=q+E，Q為向高溫體輸送的熱量。為說明這種能量轉換的優劣，熱泵工作效率可用性能系數COP(Coefficient of Performance)來衡量。COP=Q/E。

熱泵技術最早發展于美國，在國內興起于2000年前后，2003年到2005年行業進入快速成長期，2006年以后由于“十一五”規劃提出了節能20%的目標，熱泵技術有了一次飛躍，目前熱泵技術已比較成熟。熱泵技術已經在不少熱電廠成功實施利用，例如:由同方人工環境有限公司利用吸收式熱泵技術，已經成功在赤峰熱電廠得到應用，在陽泉和河北承德也有類似成功實施的案例；內蒙古東勝熱電有限公司，也成功利用吸收式熱泵用于供熱系統改造。

(2)我廠實際情況分析 ①供暖現狀。我廠熱水泵房供熱線路包括水電路、南線、北線三條供熱線路。其中，水電路和南線供出的熱水溫度為50～83℃(根據天氣溫度調整對應出水溫度)，回水溫度40℃，流量最大300t/h，所用供熱蒸汽為#3聯箱0.2MPa蒸汽；北線供出熱水:溫度80～110℃，流量最大300t/h，所用蒸汽為1.0MPa蒸汽。

②熱泵供暖需機組循環水計算。吸收式熱泵COP1.6～2.1，參考已成功實施的案例COP1.8計算，供熱三條供熱管網最大流量Q1=300×3=900t/h，供出水在熱泵中溫升ΔT1為30℃左右，機組循環水經熱泵吸收熱量后，溫度降低ΔT215℃，該工況下用熱泵供暖需機組循環水Q2

熱泵供出總熱量:q1=Q1CΔT1

熱泵從機組循環水吸收熱量:q2=Q2CΔT2

根據COP定義:q1/q2=1.8/(1.8-1)

所以需機組循環水量:

我廠六期一臺機組循環水量為2800 t/h，循環水量完全可以滿足供暖需要。

(3)現場方案實施 熱泵機組計劃安裝在消防泵房北側，現場空間充裕，且距離汽輪機循環水管線、自流溝和熱水泵房都距離較近，熱泵驅動汽源從供熱間供化學供汽管線上引出一條支管，就近便利，方案實施。

改造后，保留原來熱水泵房加熱器，以備必要之需；改造也不會對汽輪機正常運行造成影響，安全邊際高。本方案可行性較高。

(4)改造費用 若對水電路、南線、北線供熱管網全部進行熱泵技術改造，每路管網需兩套熱泵，一用一備，共需熱泵機組6套，包含外部管路和熱泵機組，每套熱泵價格在120萬左右，全部改造費用約720萬。

3 結語

經濟效益分析:上文計算中需要汽輪機組循環水800t/h為最大流量，平均按600t/h計算，循環水溫度降低15℃，則通過改造每小時可吸收循環水熱量為:

由于熱泵驅動的蒸汽除疏水進入化學以外，其余全部熱量100%供給供熱管網，和原來熱水泵房供熱方式一樣，不會有能量損失，所以吸收的機組循環水熱量即為改造后的效益，全年供熱按照150天計算，每年可節約原煤:1.29×24×150=4644噸，每噸煤按價格320元計算，全年節省運行費用149萬元。

此外，由于該部分循環水未經過冷卻塔冷卻，沒有蒸發損失，一般在冷卻水塔中水損失率1.5%，則全年可減少補充循環水量為600×24×150×0.015=3.24萬噸。