燃氣熱電廠吸收式熱泵供暖的熱電分攤法節能研究

王龍澤 劉超 胡國柱 張兆雷

摘 要：介紹基于熱電聯產機組的吸收式熱泵技術，并結合某燃氣熱電聯產供熱機組實例工程，分別采用熱量法、實際焓降法及火用方法等三種工程中最常用的熱、電分攤法，對熱泵技術節能效果進行計算和分析。指出該技術可回收電廠循環水余熱，并將熱電聯產系統的供熱天然氣消耗率有效降低，在節能降耗與經濟效益方面效果顯著。

關鍵詞：燃氣熱電廠；吸收式熱泵；熱、電分攤法

中圖分類號： TU995 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-127-3

0 引言

熱電聯產是一項綜合利用能源的技術，具有很高的經濟性和環保性，是我國城鎮供暖的主要形式[1]。我國現階段的熱電聯產機組主要有燃煤和燃氣兩種形式。燃氣熱電聯產以較煤炭更為清潔和高效的天然氣為燃料，實現同時生產電、熱能的工藝過程，并且天然氣燃燒時不產生灰渣，不排放有毒氣體，因此，在京滬深等大城市燃氣熱電聯產供熱系統倍受青睞。但是，燃氣熱電聯產系統用于城市供熱時，同樣會產生二氧化碳、NOx等溫室氣體或污染物，同時，在以天然氣為代表的一次能源深度利用，以及運行經濟性等方面仍有潛在提升與改善的較大空間。

目前燃氣熱電聯產電廠都在冬季有大量循環水沒有得到有效利用，而通過冷卻塔放到環境。循環水余熱溫度冬季一般在25℃左右，比從淺層地下水或生活污水提取熱量更加經濟、高效和環保，是一種亟待開發利用的具有重大社會效益的熱源選擇。為此將吸收式熱泵技術與電廠循環冷卻水低溫熱源相結合，將大量的循環冷卻水低品位熱源變為采暖熱源用于供熱，可解決在電廠余熱再利用方面的一系列共性技術問題，降低城鎮冬季采暖一次能源使用量，進一步提升能源利用效率。同時熱電廠通過對循環冷卻水余熱的回收利用，既可實現額外的經濟收益，又能挖掘熱電廠供熱潛力，帶動工業系統節能。

目前，國內外學者對熱電聯產供熱機組熱電成本分攤進行了許多研究，提出了各種不同分攤方法，各有其合理性和局限性。本文結合三種典型的熱電分攤法，分析吸收式熱泵應用于燃氣熱電聯產供熱機組節能計算，對吸收式熱泵技術的節能量分析乃至后續經濟測算都具有指導意義。

1 吸收式熱泵技術在熱電聯產中的應用

熱泵技術是根據逆卡諾循環原理，利用部分高品位能源，使低位熱源流向高位熱源的一種技術[2]。熱泵技術具有安全、節能、環保和經濟效益，符合我國節約資源的基本國策，是我國重點推廣的高新技術之一[3]。

溴化鋰吸收式熱泵是通過溴化鋰在不同水溶液濃度下的吸熱和放熱特性，通過加熱濃縮和加水稀釋溴化鋰溶液，改變其溫度達到吸收低溫熱量和向高溫熱源放熱的目的。其主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器和熱交換器等部件組成，內部結構如圖1所示。吸收式熱泵將不可用的低溫熱量轉化為可以使用的中溫熱量，代價是在發生器中需要輸入一定的較高品位的熱量（如高溫熱水、蒸汽或者燃燒熱等），結果是得到的中溫熱量超過了在發生器中輸入的高溫熱量的輸入，同時降低了低溫熱量的排放，達到節能減排的目的[4]。

吸收式熱泵技術已在山西大同第二熱電廠及京能熱電石景山熱電廠等多處燃煤熱電聯產機組中應用，節能效果明顯。將吸收式熱泵技術應用于燃氣熱電聯產機組，不但可以達到節能減排的目的，更能節約較昂貴的天然氣，給生產企業帶來可觀的經濟收益。因此，對吸收式熱泵技術用于燃氣熱電聯產機組的節能分析具有重要的意義。

2 熱電聯產成本分攤法

熱電聯產機組熱、電成本的制定關鍵是機組燃料消耗如何分攤到熱、電產品成本中。由于熱電聯產的特殊性，使得已提出的分攤方法各有優缺點，采用不同的成本分攤法，計算所得的熱、電單耗率差異甚大[5]。現階段主要的熱電成本分攤法有熱量法、實際焓降法、熱折扣法、火用分析法、熱電聯合法等，不同成本分攤法計算的熱、電分攤比αh關系如圖2所示。我們選用其中最常用的熱量法、實際焓降法及火用分析法計算燃氣熱電聯產機組的供熱單耗，以及采用吸收式熱泵技術改造后的供熱單耗。

此方法將冷源損失全部以電的形式供給用戶，認為供熱無冷源損失。因此，此方法計算的供熱熱耗率總是小于其他方法之所得。

2.3 火用分析法

火用分析法考慮到熱電聯產系統工質能量的品位差異，按供熱抽汽和新蒸汽的火用比例來分配總熱量，該方法使能量的使用價值與經濟價值得到較好的吻合，因而它受到許多學者的青眛。但是，火用分析法比較復雜，不直觀，因此推廣受阻。

火用分析法與熱量法及實際焓降法不同，沒有極端地將冷源損失全部劃分給供熱或者發電，而是較折中地考慮熱、電成本的分攤。因此，采用火用分析法計算所得的供熱熱耗率介于熱量法與實際焓降法之間。

3 實例分析

以某“二拖一”2×350MW級燃氣蒸汽聯合循環供熱電廠為實例，采用吸收式熱泵技術對其進行供熱改造。分別采用熱量法、實際焓降法及火用分析法計算機組改造前后供熱的天然氣消耗率，并分析熱泵系統的節能效果。

3.1 改造前機組現狀

燃氣熱電廠供熱首站采用熱網疏水冷卻器、基本熱網加熱器和尖峰熱網加熱器三級加熱。尖峰熱網和基本熱網加熱器加熱蒸汽分別來自汽輪機的一段和二段抽汽。采暖季一段抽汽壓力為0.41～0.52MPa.a，最大抽汽量為175t/h；二段抽汽壓力為0.21～0.32MPa.a，最大抽汽量為343.5t/h。改造前基準工況的流程和性能參數具體如下：

從圖3可以看出，熱網循環水供回水溫度110/55℃，熱網水流量6700t/h，此時循環冷卻水流量24120t/h，進水溫度25℃，出水溫度30℃，理論計算可回收循環水余熱量為140MW。

3.2 改造方案設計

改造方案以不增加對外供熱量為邊界條件進行比較。采用吸收式熱泵技術，在熱電聯產供熱系統首站加入吸收式熱泵系統，以一級抽汽為驅動熱源，回收循環水余熱進行對外供熱，具體流程如下：

由圖4可知，改造前后電廠供熱量不變，但由于利用熱泵吸收部分循環水余熱60.14MW，可以節省機組天然氣的消耗。

3.3 改造前后供熱耗氣率分析

以改造前后供熱量及發電量不變為邊界條件，計算此燃氣熱電聯產機組改造前后對外每供熱1GJ熱量所消耗的天然氣量，計算方法分別采用熱量法、實際焓降法及火用分析法。具體如下表1：

根據上表可以得到采用三種熱、電分攤法計算此燃氣熱電聯產系統加入吸收式熱泵后，節約天然氣比例，如圖5所示：

由此，可初步得到此燃氣熱電聯產供熱系統在發電及供熱不變的條件下，采用吸收式熱泵技術進行對外供熱，可節約天然氣量在15%以上，預計為16%左右。

4 結論

吸收式熱泵技術可以有效地回收熱電聯產機組中的循環水余熱，實現將低品位廢熱用于采暖供熱。分別采用現階段最常用的熱量法、實際焓降法及火用分析法等三種熱、電分攤法，對熱泵技術用于燃氣熱電聯產供熱系統的節能效果進行分析，可以初步得到吸收式熱泵技術能夠將系統供熱耗氣率降低16%左右。

因此，吸收式熱泵技術用于燃氣熱電聯合循環供熱系統節能效果明顯，經濟效益顯著。

參 考 文 獻

[1] 呂向陽，吳華新.吸收式熱泵技術在熱電聯產供熱系統中的應用[J].節能，2010（6）：69-72.

[2] 王長河，陳光，王寶玉.基于吸收式熱泵的大型火電廠冷凝廢熱回收技術研究[J].發電技術，2011，32（140）：90-92.

[3] 張旭.熱泵技術[M].北京：化學工業出版社，2007.

[4] 張世鋼，付林，李世一.赤峰市基于吸收式換熱的熱電聯產集中供熱示范工程[J].暖通空調，2010，40（11）：71-75.

[5] 鄭體寬.熱力發電廠[M].中國電力出版社，2004.

[6] 張春發，張寶，張德成.熱電廠三種典型熱、電分攤方法的內在聯系及其應用[J].電力情報，2001（2）：17-20.