溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在熱電冷聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用分析

崔明浩 強天偉 向俊 任永花

摘要：針對我國電廠存在巨大的節(jié)能潛力，闡述了溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)回收利用電廠余熱的原理，對溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在熱電冷聯(lián)產(chǎn)中的運用進行了分析，并結(jié)合實際案例計算了具體的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：溴化鋰;吸收式熱泵;熱電冷聯(lián)產(chǎn);節(jié)能;經(jīng)濟效益

中圖分類號：TH38

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）4-0181-04

1 引言

我國冷凝式發(fā)電廠的發(fā)電效率不高不到40%，熱量損失達50%以上，對較低品質(zhì)的熱量加以回收利用，可提高熱電廠的能源效率。熱電廠具有充足的蒸汽資源，采用吸收式熱泵回收系統(tǒng)能發(fā)揮其資源優(yōu)勢，提高經(jīng)濟效益及能源利用率[1]。采用以溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)為基礎(chǔ)的各種蒸汽、熱水、煙氣驅(qū)動的吸收式冷（熱）水機組代替空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，與熱電冷聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合，回收利用余熱，可以提高能源利用率，達到節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的目的[2]。在熱電轉(zhuǎn)換過程中，產(chǎn)生的大量乏汽通過凝汽器隨循環(huán)冷卻水排放到環(huán)境中，這部分低品位余熱能量巨大[3]。因此吸收式熱泵可用于對熱電廠凝汽器冷凝熱回收。目前這種熱回收技術(shù)已有很多成功的研究成果和運行經(jīng)驗。本研究對溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在熱電冷聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用，結(jié)合實際案例對其節(jié)能效果分析其優(yōu)勢和特點，并計算產(chǎn)生的具體經(jīng)濟效益，為相關(guān)應(yīng)用提供技術(shù)參考。

2 溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在熱電冷聯(lián)產(chǎn)中應(yīng)用的工作原理

溴化鋰吸收式熱泵由取熱器、濃縮器、加熱器和再熱器4個部分組成（如圖1）。以蒸汽為驅(qū)動熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉(zhuǎn)換制取采暖用高品位的熱水。因此制冷循環(huán)實際上是溴化鋰水溶液由稀變濃再由濃變稀和冷劑水先由液態(tài)變汽態(tài)再由汽態(tài)變液態(tài)的循環(huán)過程。在溴化鋰機組中，熱量輸入輸出的媒介分別由熱媒水、冷媒水、循環(huán)水三個獨立循環(huán)系統(tǒng)組成，由其工作原理可知，熱媒水和冷媒水輸入的熱量應(yīng)等于循環(huán)水輸出的熱量。

電廠循環(huán)冷卻水（間接空冷）或乏汽（直接空冷）帶走的熱量約為電廠總能耗的40%～60%，盡最大可能地回收這部分余熱具有非常可觀的社會和經(jīng)濟效益。溴化鋰吸收式熱泵應(yīng)用于吸收循環(huán)冷卻水的低溫?zé)嵩醇訜釤峋W(wǎng)回水，其系統(tǒng)如圖2。熱泵與熱網(wǎng)加熱器可串聯(lián)運行，也可單獨運行。熱泵單元系統(tǒng)包括：驅(qū)動蒸汽進汽系統(tǒng)，兩路凝結(jié)水系統(tǒng)，余熱水進、出水系統(tǒng)，熱網(wǎng)水進、出水系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)，熱泵本體等。

3 溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)在電廠運用技術(shù)分析

堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想，解決火（熱）電廠生產(chǎn)中樞部位的空調(diào)問題必須審計使用能源和原料的方式，力求減少損失，杜絕浪費并盡量不讓廢物進人環(huán)境。因此，火（熱）電廠所采用的空調(diào)機組及其系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下條件：①空調(diào)機組及其系統(tǒng)能從火（熱）電廠的生產(chǎn)過程中獲取低火用熱能（抽汽和排汽的熱能），回收利用生產(chǎn)中廢棄的低溫余熱（乏汽余熱）。②空調(diào)機組及系統(tǒng)對環(huán)境極少產(chǎn)生污染或不產(chǎn)生污染，并能降低火（熱）電廠生產(chǎn)過程所造成的環(huán)境污染，例如能降低汽輪機乏汽余熱的熱污染。

火（熱）電廠擁有豐富的低火用熱能而壓縮式空調(diào)機組以高品位的電能為驅(qū)動能源。與壓縮式空調(diào)機組不同的吸收式熱泵機組是以熱能為驅(qū)動能源，它要求驅(qū)動熱能的溫度和壓力并不高（雙效型吸收式熱泵機組的加熱蒸氣為火用用P=0.4～0.6 MPa表壓的飽和蒸汽），第一類溴化鋰吸收式熱泵空調(diào)機組在制熱時，還有1/2左右的熱能來自低溫?zé)嵩矗蜏責(zé)嵩吹臏囟萾_d<60℃，因此，第一類吸收式熱泵空調(diào)機組能夠利用低火用熱能（排熱、余熱、廢熱），特別是它具有回收利用低溫余熱的長處。如鍋爐連續(xù)排污水?dāng)U容產(chǎn)生的二次蒸汽、輪機的抽汽及汽輪機乏汽的余熱。采用吸收式熱泵空調(diào)機組，能充分地將這些低火用熱能利用起來，不僅節(jié)約了能源，使能源得到了經(jīng)濟合理的利用，而且還改善了汽輪機的運行工況，提高了汽輪機運行的經(jīng)濟性能，減少了乏汽對大氣環(huán)境的熱污染。因此，在低火用熱能豐富的火（熱）電廠，使用吸收式熱泵空調(diào)機組，相對于使用螺桿壓縮式空調(diào)機組具有很大的節(jié)能優(yōu)勢。

4 溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)的優(yōu)勢

熱電廠供熱最大值出現(xiàn)在冬季，最小值出現(xiàn)在夏季，夏季用熱負荷驟降是普遍規(guī)律。為解決這一熱規(guī)律，采用溴化鋰吸收式制冷機組，既可滿足余熱（乏氣等）回收制冷又可達到提升電力生產(chǎn)，同時可填補熱負荷在夏季出現(xiàn)低谷現(xiàn)象，以達到節(jié)省電力，降低能耗和提高電力效益。最顯著的特征如下。

（1）可利用生產(chǎn)工藝過程中的廢（余）熱制取冷水，節(jié)省了為獲得低溫冷水而需要消耗的電能等高品位能源，提高了能源利用率。機組同時具備制熱、制冷兩種功能，通過閥門和管路的的切換可以實現(xiàn)不同季節(jié)空調(diào)的需求，不僅方便且降低了空調(diào)系統(tǒng)的初投資。

（2）以水做制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，無臭、無毒，不存在氨或氟里昂等對環(huán)境的影響，屬于綠色環(huán)保冷媒，符合國際環(huán)保要求。

（3）機組運行幾乎沒有運動部件，運行安全可靠，噪音小（小于80dB（A》，使用壽命長。

（4）以溴化鋰吸收式制冷機組制取冷水，對汽輪機進口空氣進行預(yù)冷，可有效的提高電廠的經(jīng)濟效益。

（5）機組操作方便，自動化程度高，易于管理[5]。

以某電廠改造后一個運行季度為例計算了各部分對供暖貢獻的數(shù)據(jù)（表1）。

從表1可以看出，采用吸收式熱泵可利用汽輪機乏汽向外供熱量占到一個采暖季供熱量的36.6%熱量是由汽輪機的乏汽來實現(xiàn)的，若不采用吸收式熱泵提取這部分余熱，這部分余熱是要排掉的，采用該技術(shù)有以下三方面直接優(yōu)勢：在機組供熱抽汽量一定的工況下，能再增加一定量供熱負荷。利用汽輪機的乏汽向外供熱為電廠提高了經(jīng)濟收。此部分供熱代替原來的余熱鍋爐供熱，減少了污染物排放所以采用此種技術(shù)，不但滿足社會對供熱環(huán)境的要求，而且也達到了電廠利用余熱增加收益的需求。

5 溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)的經(jīng)濟性能指標(biāo)

能量指標(biāo)有3種，分別為：機組的性能系數(shù)COP（熱力系數(shù)）、火用效率、和當(dāng)量熱力系數(shù)。

對于制冷裝置而言，能量指標(biāo)是指所制取的冷量與耗用能量的比值，它可以衡量制冷機的經(jīng)濟性能[6]。

熱力系數(shù)是吸收式制冷機制冷量Q。與機制消耗的熱量Q_g冷量之間的關(guān)系，也用于評價制冷機的經(jīng)濟性，也稱COP值，COP僅表示了獲得單位冷量需消耗的熱能。

火用效率雖然考慮了能量的品位，可以判斷系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)有效能的利用程度和不可逆程度。

對吸收式制冷機而言，熱力系數(shù)、COP性能指標(biāo)無法反映熱能的來源和產(chǎn)生過程。火用效率雖然考慮了能量的品位，可判斷利用程度和不可逆過程，但由于也沒有反映熱能的來源和利用的過程。所以火用這種指標(biāo)不能完全評價制冷機的經(jīng)濟性。

而我國目前利用的熱能來自燃料，電能的絕大部分也是由火力發(fā)電產(chǎn)生。因此，用消耗單位數(shù)量的燃料可以產(chǎn)生的冷量——當(dāng)量熱力系數(shù)作為評價指標(biāo)，是最合理的。

以SX26 - 115D蒸汽型雙效吸收式制冷機和FLZ-1000離心壓縮式制冷機兩種機型為例（表2），由表2可以看出吸收式制冷機組的當(dāng)量熱力系數(shù)約為壓縮式制冷機組的3倍。

通過氣水式換熱器即可冷卻燃氣輪機的進口空氣，使空氣溫度降低，質(zhì)量流量增加，發(fā)電效率提高[5]。額定功率100 MW的燃氣輪機發(fā)電機組輸出功率與環(huán)境空氣溫度的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知當(dāng)有效降低環(huán)境溫度（汽輪機進氣口溫度）時汽輪機組的輸出功率會有所增加。

6 溴化鋰吸收式熱泵余熱回收分析

6.1 以國電大武口熱電有限公司為例

國電大武口熱電有限公司裝設(shè)有8臺RHP- 331溴化鋰吸收式熱泵，熱泵單元系統(tǒng)包括驅(qū)動蒸汽進汽系統(tǒng)，兩路凝結(jié)水系統(tǒng)，余熱水進、出水系統(tǒng)，熱網(wǎng)水進、出水系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)，熱泵本體等。現(xiàn)場運行結(jié)果表明，熱泵系統(tǒng)工作穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯。熱能供熱能量的分析表熱如表3所示。

國電大武口熱電有限公司8臺溴化鋰吸收式熱泵機組運行一個供熱期（151 d/3624 h）帶來巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

（1）可回收余熱量1336 TJ[供熱高峰期回收余熱=113.4×l0³3 kW×1087 h= 443.7（ TJ），供熱非高峰期回收余熱=（97.7×l0³） kW×2537 h=892.2TJ]折成標(biāo)準(zhǔn)煤約5.01×l0⁴ t。

（2）減少排放COzl.448×l05 t，減少排放S021200 t。

（3）機組按全年按5500h計算，機組全年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低5.01×10⁴×l0⁶ g/（5500×2×330×l0³ kW）=13.8 g/（kW·h）。

（4）傳統(tǒng)供熱模式供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗為38.2 kg/GJ，熱泵供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗22.6 kg/ GJ。

6.2 以溫州龍灣燃機電廠為例

溫州龍灣300MW燃氣一蒸汽聯(lián)合發(fā)電廠選用美國通用電氣公司（ GE）的PG9117E型燃機2臺，每臺容量為100 MW級，燃用原油，兩臺嫩氣輪機的余熱總量達1.8 TJ/h，為實現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)，設(shè)置了2臺比利時CMI公司的余熱鍋爐和1臺GE公司的100MW級的汽輪機。采用“2+1”方式運行（2臺燃氣機加1臺蒸汽輪機組成一個單元）。余熱鍋爐為雙壓（低壓和中壓）系統(tǒng)，具有旁通煙道的無補燃強制循環(huán)余熱鍋爐。低壓蒸發(fā)器的出力40 t/h此蒸汽壓力0.42 MPa（絕壓），蒸汽飽和溫度145.2℃。

當(dāng)環(huán)境空氣溫度為23℃、燃機為100%負時，空氣的質(zhì)量流量為398.65 kg/s，干空氣的比定壓熱容約為1.005 kJ/（kg.K）。將空氣溫度從39.4℃降低至23℃所需要的制冷量為：

398.65 kg/s×1.005 kj/（kg. K）×（39.4 - 23）℃=6570 kW

加熱蒸汽為0.4 MPa（表壓）的SX24系列蒸汽雙效嗅化銼吸收式制冷機組的蒸汽消耗量約1.5 kg/（ kW.h）。故蒸汽總耗量為：6570 kW×1.5 kg/（kW.h）一9.855 kg/h

由圖3可知，當(dāng)環(huán)境空氣溫度為39.4℃時，燃氣輪機的功率約83 MW，當(dāng)環(huán)境空氣溫度為23℃時，燃氣輪機的功率約95MW，發(fā)電量可提高約12 MW。

一般1t低壓蒸汽的發(fā)電量可按332 kW·h估算，則由于部分低壓蒸汽用于驅(qū)動溴化鋰吸收式制冷機制冷而減少的發(fā)電量約為：9.855 kg/h×332 kW·h=3.272 MW。采用溴化鋰吸收式制冷機產(chǎn)生的冷量冷卻燃氣輪機進口空氣，可凈增發(fā)電量為：12 -3.272=8.728 MW。

綜上實例表明：電廠使用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)不僅可以達到能源綜合利用、節(jié)能減排的作用，同時也可以提高熱電冷聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟效益，使用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)可提高電廠的綜合效益，是實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境友好型生產(chǎn)方式的重要途徑，也是未來電廠實現(xiàn)熱電冷聯(lián)合發(fā)展的經(jīng)典模式。

7 總結(jié)

溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)可有效利用機組余熱乏汽不僅可以提高電廠的經(jīng)濟效益，同時達到了能源綜合利用和減少了污染物的排放，提高了社會經(jīng)濟效益。使用溴化鋰吸收式機組可避免電廠夏季用熱低谷現(xiàn)象。通過對汽輪機進氣的預(yù)冷可有效提高電廠夏季的電量輸出。充分利用低火用熱能供冷可有效避免夏季用電高峰使用高位電能供冷的局面，從而緩解夏季電量緊張的現(xiàn)象，是未來區(qū)域采用電廠集中供熱、供冷的主要趨勢。使用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)可方便綜合考慮當(dāng)下電、燃料、冷熱用量三者之間的經(jīng)濟利益，根據(jù)不同季節(jié)各自需求靈活方便的調(diào)整電廠輸出，使效益最大化。

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