熱電廠吸收式熱泵回收循環水余熱供熱技術及應用

王鐵山

(山東省鑫峰工程設計有限公司，濟南 250100)

熱電廠吸收式熱泵回收循環水余熱供熱技術及應用

王鐵山

(山東省鑫峰工程設計有限公司，濟南 250100)

分析了熱泵循環技術和熱電廠循環水余熱的利用特點，指出應用吸收式熱泵可將冷源損失熱量轉換為城鎮供暖熱源，系統解決目前熱電聯產集中供熱系統存在的問題。以河北某熱電廠4×200 MW機組為例，采用吸收式熱泵后，全廠可增加供熱量 300 GJ/h，每年可節省標準煤34 000 t，并有效減少CO2，SO2，NOx及煙塵的排放量，社會效益和經濟效益顯著。

熱電廠；吸收式熱泵；循環水；余熱；供熱

0 引言

熱電廠機組蒸汽做完功后，經凝汽器循環水被帶走熱量，排入冷卻水塔，這部分散失到大氣中的熱量叫冷源損失。若將這部分排入大氣的熱量回收后用于對城鎮供熱，既能綜合利用余熱，又增加了電廠供熱量，會產生良好的社會效益和經濟效益。

1 熱電廠循環水余熱的利用特點

隨著環境、氣候的逐漸惡化，發展低碳經濟、促進可持續發展成為人類社會未來發展的必然選擇。“節能減排降耗”是目前我國社會經濟發展的一個重要核心，而提高能源利用率、加強余熱回收利用是節約能源、降低碳排放、保護環境的根本措施。

吸收式熱泵以蒸汽或溴化鋰溶液為工質，對環境沒有污染，不破壞大氣臭氧層且高效節能。配備蒸汽或溴化鋰吸收式熱泵，可以回收利用工藝產生的廢熱，達到節能、減排、降耗的目的；此外，吸收式熱泵還可以吸收利用地下水、地表水、城市生活污水等低品位熱源的熱量，同樣可以達到節能降耗的目的[1]。目前，作為集中供熱熱源的熱電廠存在兩個關鍵問題：一是汽輪機抽汽在加熱一次網回水的過程中存在很大的傳熱溫差，造成巨大的傳熱不可逆損失；二是抽凝式供熱機組大量的汽輪機凝汽器余熱通過冷卻塔排放掉，一般凝汽式發電機組冷源損失為30%～35%[2]。將這部分凝汽用于供熱，相當于在機組容量、排放量、耗煤量和發電量都不變的情況下，增加了熱源供熱能力，可為集中供熱系統提供更多的的熱量。

2 吸收式熱泵

吸收式熱泵熱收支如圖1所示，以汽輪機抽汽為驅動能源Q1產生制冷效應，回收循環水余熱Q2加熱熱網回水，得到的熱網供熱量為消耗的蒸汽熱量與回收的循環水余熱量之和Q1+Q2[3]。

圖1 吸收式熱泵收支

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，即供熱量始終大于消耗的高品位熱源的熱量，制熱性能系數(COP)>1.00，故稱為增熱型熱泵。根據不同的工況條件，COP一般為1.65～1.85，由此可見，吸收式熱泵具有較大的節能優勢。吸收式熱泵提供的熱水溫度一般不超過98 ℃，熱水升溫幅度越大，則COP值越小。驅動熱源可以是0.2～0.8MPa的蒸汽，也可以是燃油或燃氣。低溫余熱的溫度≥15 ℃即可利用，一般情況下，余熱熱水的溫度越高，熱泵能提供的熱水溫度也越高。

3 吸收式熱泵在熱電廠的應用

汽輪機凝汽器的乏汽原來通過循環水經雙曲線冷卻塔冷卻后排放掉，造成乏汽余熱損失，而循環水由28.0 ℃經凝汽器后溫度升至31.5 ℃。現采用吸收式熱泵，以31.5 ℃的冷卻水作為低溫熱源，以0.5MPa的抽汽作為驅動熱源，加熱50.0～80.0 ℃的采暖用熱網回水，循環冷卻水降至28.0 ℃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，即提高了電廠總的熱效率。吸收式熱泵系統如圖2所示。

圖2 吸收式熱泵系統

應用吸收式熱泵可系統地解決目前熱電聯產集中供熱系統存在的問題。

(1)電廠的循環水不再依靠冷卻塔降溫，而是作為各級熱泵的低溫熱源，原本白白排放掉的循環水余熱資源可以回收并進入一次網，僅此一項即可使熱電廠供熱能力提高50%左右，綜合能源利用效率提高20%左右。

(2)各級吸收式熱泵仍采用電廠原本用于供熱的蒸汽熱源，這部分蒸汽的熱量最終仍然進入到一次網中，而利用凝汽器提供的部分供熱，可減少汽輪機的抽汽量，增加汽輪機的發電能力，提高系統整體能效[4]。

(3)逐級升溫的一次網加熱過程避免了大溫差傳熱造成的大量不可逆傳熱損失。

(4)用戶側的吸收式換熱機組將一次網供回水溫差提高了50%～80%，意味著可以將管網輸送能力提高50%～80%，可節約大量新建、改建管網投資，避免既有管網改建引起的一系列麻煩。

(5)用戶處二次網運行完全保持現狀，非常利于大規模的改造項目。

4 工程應用

河北某熱電廠4×200MW機組分兩期工程建成，對機組通流部分進行改造后，提高了總的對外供熱量。目前熱網分北網和南網：北網對外供給熱水量為9 000t/h，分兩級加熱，供/回水運行溫度為132.7/55.0 ℃；南網供給熱水量為3 700t/h，由尖峰加熱器一級加熱，供/回水溫度為130.2/66.0 ℃。電廠機組按最大抽汽量運行。熱網加熱器均為汽-水換熱器，熱源和冷源之間存在傳熱溫差，必然存在做功損失。而回水溫度低導致供水溫度降低，#4機組供應南線熱網，在增加高壓抽汽量的同時又加大了各熱網加熱器間的換熱溫差，進而導致溫差傳熱的做功損失加大。為了合理利用這部分做功損失、回收部分余熱，并利用吸收式熱泵回收進入冷卻塔的部分熱量，對整個電廠的采暖抽汽進行了整合。北網9 000t/h、55 ℃回水通過吸收式熱泵利用#4機組160t/h調節抽汽提升至75 ℃，這樣#1，#2機組供汽量由810t/h減至538t/h，即將75 ℃回水加熱到109 ℃，然后通過#3機組尖峰加熱器由109 ℃提升到135 ℃供給熱用戶。南網3 700t/h、66 ℃回水經新增加的2臺低壓熱網加熱器利用#1，#2機組剩余蒸汽(232t/h)加熱至108 ℃，然后進入#4機組尖峰加熱器，將外網的溫度提升到147 ℃供給熱用戶。該電廠設計總供熱量為3 669.16GJ/h，增加吸收式熱泵并進行了抽汽整合后，供熱量可達4 181.81GJ/h，即增加供熱量 512.65GJ/h，綜合供熱指標按180kJ/m2計算，增加供熱面積284.83萬m2，其中吸收式熱泵可提高供熱量 300GJ/h，供熱面積增加167萬m2。吸收式熱泵回收凝汽器循環水釋放到冷卻水塔中的熱量，將這部分余熱通過吸收式熱泵加以利用，每小時可吸收熱能86MW，提高了電廠供熱量，降低了熱電廠能源消耗，提高了電廠熱效率；同時，可減少冷卻水由于蒸發等帶來的損失,冷卻水塔補水量可減少約80t/h。該電廠熱泵機組參數見表1。

表1 RHP200型熱泵機組參數

該工程采用吸收式熱泵后，全廠可增加供熱量300GJ/h，每年可節省標準煤34 000t，可減少CO2排放89 880t、SO2排放289t、NOx排放252 t、灰渣排放9 761 t。

供熱工程全部實施后，社會效益顯著。

(1)回收發電廠循環冷卻水余熱供熱，相當于在不增加電廠容量、不增加當地排放的情況下，擴大了熱源的供熱能力，提高了電廠的綜合能源利用效率，同時可減少冷卻水蒸發量，節省水資源，并減少向環境排放的熱量。

(2)相比常規供熱方案耗煤量大幅減少，既節約了大量能源，又減少了煤、灰渣在裝卸、運輸、貯存過程中對環境、交通及占地的影響。

(3)CO2，SO2，NOx及煙塵排放量減少，城市環境空氣質量得到改善，

(4)集中燃煤鍋爐房一般分散在建筑群中，如果離居民區及辦公地點較近，鍋爐運行過程中風機、水泵產生的噪聲及運煤、除灰車輛產生的噪聲會在一定程度上干擾居民的生活。而新建的吸收式熱泵房雖然也是建在居住區中，但由于設備轉動部件少，噪聲很小，對居民生活的影響將降至最低。

(5)由于取消和不再新建燃煤鍋爐房，將大大減少城市占地，有利于城市的建設和發展。

5 結束語

吸收式熱泵循環水供熱工藝提高了熱電廠的綜合能源利用效率，同時可以減少電廠循環冷卻水蒸發量，節約水資源，并減少向環境排放的熱量，具有非常顯著的社會、經濟與環境效益。在電力、冶金、化工、紡織、造紙、制藥等行業的工藝生產過程中，也有綜合利用的廣泛空間[5]。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

[2]大中型火力發電廠設計技術規程：DL 5000—2016[S].

[3]陸耀慶.HVAC暖通空調設計指南供暖通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.

[4]賀平，孫剛.供熱工程[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.

[5]曾享麟，蔡啟林，解魯生，等.歐洲集中供熱的發展[J].區域供熱，2002(1)：1-8.

(本文責編：劉芳)

2017-04-23；

2017-06-23

TM 621

B

1674-1951(2017)08-0024-02

王鐵山(1974—)，男，內蒙古烏海人，工程師，從事熱電廠熱力系統設計研究工作(E-mail:mnuvw9876@163.com)。