熱電企業(yè)溴化鋰吸收式熱泵應(yīng)用的優(yōu)化選型

孟鋼　耿寧

摘要：隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，政府大力倡導(dǎo)資源節(jié)約、節(jié)能環(huán)保、能源綜合利用型企業(yè)的發(fā)展。文章結(jié)合我國(guó)某北方熱電企業(yè)雙抽凝汽式汽輪機(jī)組第一類(lèi)溴化鋰吸收式熱泵改造項(xiàng)目，探討了溴化鋰吸收式熱泵選型時(shí)影響設(shè)備選型的系統(tǒng)因素，以確保項(xiàng)目改造設(shè)備選型的經(jīng)濟(jì)高效。

關(guān)鍵詞：雙抽凝汽式汽輪機(jī)組；溴化鋰吸收式熱泵；設(shè)備選型；熱電企業(yè)；節(jié)能減排 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621 文章編號(hào)：1009-2374（2016）02-0032-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.015

1 概述

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，政府大力倡導(dǎo)資源節(jié)約、節(jié)能環(huán)保、能源綜合利用型企業(yè)的發(fā)展，制定了節(jié)能減排十二五、十三五的規(guī)劃，并通過(guò)省、市政府逐級(jí)指標(biāo)分解到企業(yè)。同時(shí)，為了配合各階段節(jié)能減排目標(biāo)的完成，國(guó)務(wù)院匯同財(cái)政部推出了一系列節(jié)能減排獎(jiǎng)勵(lì)資金，力求推動(dòng)企業(yè)順利通過(guò)轉(zhuǎn)型。

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著世界范圍內(nèi)能源價(jià)格上漲，各國(guó)一方面積極推動(dòng)新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用；另一方面整合各專(zhuān)業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)設(shè)備進(jìn)行再創(chuàng)新。熱電企業(yè)應(yīng)用的溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。隨著設(shè)備制造工藝的提升、控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，使得傳統(tǒng)用于民用制冷的溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的制造得以大型化、智能化，從而為其在熱電企業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。本篇文章將以我國(guó)北方某熱電廠(chǎng)應(yīng)用溴化鋰吸收式熱泵，冬季回收循環(huán)水熱能項(xiàng)目為藍(lán)本，探討熱電企業(yè)溴化鋰吸收式熱泵選型的最優(yōu)化。

2 工程項(xiàng)目概述

2.1 熱電廠(chǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某北方熱電廠(chǎng)總裝機(jī)容量36MW，2臺(tái)12MW雙抽凝汽汽輪機(jī)組，1臺(tái)12MW抽背汽輪機(jī)組。其中1臺(tái)雙抽凝汽汽輪機(jī)組，已經(jīng)進(jìn)行了低真空供暖改造。從熱電廠(chǎng)整體系統(tǒng)容量考量，另外一臺(tái)雙抽凝汽式汽輪機(jī)組已經(jīng)不具備低真空改造可能。因此，冬季這臺(tái)雙抽凝汽式汽輪機(jī)組運(yùn)行循環(huán)水仍舊上塔運(yùn)行，低品質(zhì)熱能排放至大氣中。

2.2 熱網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

熱電廠(chǎng)配套熱網(wǎng)總供暖面積約1500萬(wàn)平方米，其中有約400萬(wàn)平方米供暖面積由3臺(tái)汽輪機(jī)組抽、排汽所帶汽水換熱器提供，其余供暖熱負(fù)荷由熱源熱水鍋爐接帶。整個(gè)熱網(wǎng)有3個(gè)熱源，呈環(huán)形布置，可相互備用。1號(hào)熱源由汽輪機(jī)接帶汽水換熱器和熱水鍋爐接帶的水水換熱器混合熱源提供，2、3號(hào)熱源為熱水鍋爐直接接帶。

2.3 項(xiàng)目改造要求達(dá)到的目的

應(yīng)用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)，回收冬季循環(huán)水上塔運(yùn)行那臺(tái)雙抽凝汽式汽輪機(jī)組的冷源損失，補(bǔ)充至熱網(wǎng)回水中，提高熱網(wǎng)回水溫度（圖1）。在保證供暖參數(shù)的前提下，減少汽水換熱器蒸汽用量，從而達(dá)到降低發(fā)電煤耗，減少SO2、NOX排放的目的。

3 溴化鋰吸收式熱泵選型的重要性

3.1 溴化鋰吸收式熱泵項(xiàng)目改造的獨(dú)特性

熱電企業(yè)在進(jìn)行蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組改造時(shí)，因?yàn)楦骷覠犭娖髽I(yè)運(yùn)行機(jī)組參數(shù)不同、熱網(wǎng)負(fù)荷不同、運(yùn)行方式又千差萬(wàn)別，所以不能提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽型吸收式熱泵設(shè)備。項(xiàng)目改造的溴化鋰吸收式熱泵屬于定制產(chǎn)品，需要在對(duì)熱電企業(yè)的熱電廠(chǎng)和熱網(wǎng)運(yùn)行模式、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)用戶(hù)實(shí)際情況進(jìn)行整體設(shè)計(jì)選型，才能保證項(xiàng)目改造的成功。

3.2 溴化鋰吸收式熱泵選型的重要性

蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組是整個(gè)改造項(xiàng)目中的核心技術(shù)設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)項(xiàng)目中資金占用最大的設(shè)備。通常在這類(lèi)改造項(xiàng)目中，蒸汽型溴化鋰熱泵機(jī)組的資金量約占工程總造價(jià)的50%以上。因此，選擇滿(mǎn)足熱電企業(yè)設(shè)備技術(shù)要求，同時(shí)達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性能的溴化鋰吸收式熱泵，是項(xiàng)目改造成功的一個(gè)最關(guān)鍵因素。

4 溴化鋰吸收式熱泵改造選型思路

4.1 熱泵機(jī)組容量的初定

溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組選型首先要明確改造的熱泵機(jī)組在熱網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)的作用，根據(jù)作用的不同對(duì)下一步熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)起到重要影響。通常吸收式熱泵改造主要是在熱網(wǎng)系統(tǒng)中起輔助作用，即熱網(wǎng)參數(shù)由原熱網(wǎng)系統(tǒng)換熱器保證，溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組承擔(dān)回收水塔散失冷源損失，從而提升熱電廠(chǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)整體熱效率的目的。熱電企業(yè)吸收式熱泵通用應(yīng)用模式機(jī)組容量選型，要對(duì)熱電廠(chǎng)相關(guān)聯(lián)汽輪機(jī)組運(yùn)行模式、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行深入的統(tǒng)計(jì)、分析。重點(diǎn)是熱電廠(chǎng)汽輪機(jī)組循環(huán)水側(cè)參數(shù)的（即熱泵熱源水側(cè)）的統(tǒng)計(jì)、測(cè)量，即循環(huán)水總流量Q1的測(cè)定，凝汽器入出口溫度tw1、tw2（詳見(jiàn)表1）統(tǒng)計(jì)分析。

根據(jù)公式：Q1=C×qw×△t（式中：Q為熱泵熱源水側(cè)總熱量，單位J；qw為循環(huán)水測(cè)定流量，單位kg/h；△t為汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)入出口溫差，單位℃）。例如，某北方熱電廠(chǎng)計(jì)算出熱泵熱源水側(cè)初定總熱負(fù)荷約為15.7MW。此初定總參數(shù)需要考慮其他影響設(shè)備選型的因素進(jìn)行修正，再對(duì)初選定型熱泵參數(shù)對(duì)照原汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)、熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行反復(fù)校核，最終確定熱泵機(jī)組選型參數(shù)。

4.2 影響熱泵機(jī)組選型的因素

4.2.1 冬季循環(huán)水管道散熱損失因素對(duì)熱泵選型的影響。我國(guó)北方地區(qū)冬季凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口溫度比較低，冷卻水塔與汽輪機(jī)凝汽器相當(dāng)于一個(gè)對(duì)大氣的開(kāi)式循環(huán)，建立一個(gè)比較低的熱平衡。當(dāng)溴化鋰吸收式熱泵改造后，汽輪機(jī)凝汽器與溴化鋰吸收式熱泵建立一個(gè)相對(duì)封閉的封閉式循環(huán)，這個(gè)熱平衡是以汽輪機(jī)最佳真空對(duì)應(yīng)的排汽缸溫度，考慮凝汽器端差后的設(shè)計(jì)值，比原熱平衡相對(duì)高的一個(gè)位置建立的新的熱平衡。

兩個(gè)熱平衡在基本相同的系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映存在的散熱損失相差約10%（詳見(jiàn)表2），即溴化鋰吸收式熱泵可利用熱能，約占統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的90%，其余10%散失。這項(xiàng)影響因素在越是寒冷的地方，影響因素

越大。

4.2.2 吸收式熱泵選擇汽輪機(jī)一段抽氣作為驅(qū)動(dòng)汽源，帶入熱量Q2，共同補(bǔ)入熱網(wǎng)回水的熱量為Q1+Q2，在熱網(wǎng)總熱量需求不變的條件下，這將減少汽輪機(jī)原二段抽汽用量，同時(shí)保證汽輪機(jī)組電負(fù)荷基本不變的條件下，需要適當(dāng)增加汽輪機(jī)進(jìn)汽量，而此時(shí)因?yàn)閮啥纬槠实牟町悾从车侥Y(jié)水流量的增加和排汽溫度的上升，從而影響吸收式熱泵熱源水側(cè)熱負(fù)荷的增加。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3）可以較為直觀地反映出凝結(jié)水量的增量與汽輪機(jī)進(jìn)汽量增量的非線(xiàn)性。

對(duì)同等電、熱（抽汽）負(fù)荷工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終折算循環(huán)水溫差增加約5%。即由于用一段抽汽Q2加回收循環(huán)水余熱量Q1，替換原二段抽汽的熱負(fù)荷的工況下，系統(tǒng)因運(yùn)行方式的變化，造成吸收式熱泵熱源水側(cè)熱負(fù)荷比統(tǒng)計(jì)初設(shè)數(shù)據(jù)增加約5%的熱能。

4.2.3 運(yùn)行模式改變因素對(duì)吸收式熱泵選型的影響。目前，熱電企業(yè)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行普遍采取小指標(biāo)考核激勵(lì)機(jī)制，具體考核指標(biāo)有“上網(wǎng)電量”“汽水損失率”“發(fā)電煤耗”等主要指標(biāo)。溴化鋰吸收式熱泵改造前，各運(yùn)行值在節(jié)能指標(biāo)的指引下，通過(guò)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)抽汽量，盡量降低循環(huán)水上塔汽輪機(jī)組冷源損失，達(dá)到降低發(fā)電煤耗的目的。而隨著溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的改造，同等鍋爐產(chǎn)汽量工況下，對(duì)比背壓汽輪機(jī)組和低真空供暖汽輪機(jī)組，溴化鋰吸收式熱泵相關(guān)聯(lián)汽輪機(jī)組發(fā)電汽耗率最低，即便是吸收式熱泵機(jī)組在超負(fù)荷運(yùn)行工況，對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)凝汽器背壓也是最低。這將進(jìn)一步增加吸收式熱泵熱負(fù)荷，也是熱泵選型時(shí)必須考慮的問(wèn)題。具體詳見(jiàn)表4整個(gè)采暖季平均數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。通過(guò)對(duì)整個(gè)采暖季汽輪機(jī)組平均參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，實(shí)際熱負(fù)荷增加約10%

左右。

該項(xiàng)因素的影響因熱電企業(yè)不同而不同，在選型初應(yīng)有針對(duì)性對(duì)熱電企業(yè)運(yùn)行模式進(jìn)行深入分析。鍋爐的產(chǎn)汽量是定量，熱網(wǎng)的熱負(fù)荷是基本固定量，熱電企業(yè)系統(tǒng)在變工況條件下，如何優(yōu)化不同汽輪機(jī)組帶負(fù)荷的最佳工況，從而避免因設(shè)計(jì)初統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的偏差，造成項(xiàng)目改造的失敗。

4.2.4 系統(tǒng)改造后循環(huán)水量的變化的影響。在熱電企業(yè)溴化鋰吸收式熱泵改造過(guò)程，因廠(chǎng)房位置的選擇等因素影響，項(xiàng)目或改造熱電廠(chǎng)汽輪機(jī)循環(huán)水泵或在原循環(huán)水系統(tǒng)中增加增壓泵與原循環(huán)水泵串聯(lián)運(yùn)行，以保證改造后溴化鋰吸收式熱泵熱源水流量。此時(shí)在總熱量不變的條件下，循環(huán)水流量將增加，循環(huán)水溫差將減小。所以在初設(shè)數(shù)據(jù)提交設(shè)備制造單位時(shí)，初設(shè)熱源水側(cè)總熱負(fù)荷是主要參考依據(jù)，熱源水側(cè)溫差作為輔助設(shè)計(jì)參考。例如本項(xiàng)目在選型前對(duì)循環(huán)水流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量時(shí)，循環(huán)水平均流量約1700T/h，實(shí)際運(yùn)行后，因?yàn)檠h(huán)水增壓泵與原熱電廠(chǎng)循環(huán)水泵串聯(lián)運(yùn)行，循環(huán)水流量增加12%。

4.2.5 吸收式熱泵造價(jià)的影響。吸收式熱泵總體造價(jià)與容量相關(guān)，但不是線(xiàn)性相關(guān)。隨著單機(jī)容量增加，價(jià)格上升比例增加率增大。所以選型時(shí)必須考慮在滿(mǎn)足回收熱量的前提下，業(yè)主方、設(shè)備制造企業(yè)、合同能源管理企業(yè)應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的選型。通常，在場(chǎng)地滿(mǎn)足的條件下，總熱量選擇2～4臺(tái)單體吸收式熱泵機(jī)組配套，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益比。

5 溴化鋰吸收式熱泵選型的最優(yōu)化

綜合考慮上述影響吸收式熱泵選型的重要因素，最終測(cè)算溴化鋰吸收式熱泵熱源水側(cè)熱負(fù)荷為16.66MW，根據(jù)第一類(lèi)溴化鋰吸收式熱泵綜合效能系數(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)空間情況，最終本次改造選擇標(biāo)牌（溴化鋰吸收式熱泵以制熱能力標(biāo)注銘牌）19.15MW×2臺(tái)溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組。通過(guò)一個(gè)采暖周期運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與設(shè)備選型數(shù)據(jù)高度一致，本次吸收式熱泵改造成功。

6 結(jié)語(yǔ)

溴化鋰吸收式熱泵在熱電企業(yè)的應(yīng)用，有效地解決熱電企業(yè)冷水塔冷源損失，提升熱電企業(yè)整體熱效率。改造的關(guān)鍵是深入了解熱電企業(yè)運(yùn)行模式、運(yùn)行參數(shù)。綜合考慮設(shè)備造價(jià)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇最經(jīng)濟(jì)、最有效的設(shè)備，滿(mǎn)足系統(tǒng)改造達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[2]戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術(shù)使用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

作者簡(jiǎn)介：孟鋼（1968-），男，遼寧大連人，沈陽(yáng)皇姑熱電有限公司高級(jí)工程師，研究方向：城市集中供暖；耿寧（1974-），男，河南滑縣人，沈陽(yáng)皇姑熱電有限公司工程師，研究方向：熱能動(dòng)力工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）