熱電廠熱泵系統節能改造及供熱能力研究

徐梟桐

摘? ?要：伴隨著我國經濟的快速發展，我國對能源的需求量越來越大，當前我國能源利用效率低、供需矛盾突出已成為我國重點解決的問題所在。熱泵屬于新能源技術，是能為用戶提供高位熱能的熱能轉換裝置。在當今節能減排、雙降雙低的背景下，對熱電廠熱泵系統進行節能改造具有重大意義。本文重點研究了熱電廠熱泵系統節能改造及優化供熱能力的策略，希冀為其他熱電廠節能改造提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：熱泵系統? 熱電廠? 節能改造? 供熱能力

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0039-02

從實際來看，當前不少城市的市區供熱面積難以達到或接近設計值，部分熱電廠已完工的熱泵項目盡管能較好地通過熱力性能考核試驗，但實際運行卻與設計工況還存在一定的差別，不能充分發揮出熱泵系統的節能潛力。在城市區域面積不斷拓展，采暖所需的穩定可靠熱源持續增加的情況下，熱電廠現有的供熱系統難以有效滿足市場需求，必須要對熱泵系統等供熱系統進行改造，以提高集中供熱能力。

1? 熱電廠中利用熱泵吸收循環水余熱的必要性與可行性

近年來，我國各地城市快速發展，北方供暖季的熱負荷需求不斷增加，城市供熱能力亟需提高。同時，由于城市運轉過程中產生的低溫循環水余熱量巨大，如果對其進行充分利用，可有效緩解當前城市供熱需求緊張問題。此外，能源、環境和經濟可持續發展之間的矛盾日益凸顯，開發與利用可再生能源是能源發展的大勢。對于熱電廠來說，如果將循環冷卻水中的低溫熱能進行回收，通過吸收式熱泵節能技術對提取的熱量進行采暖利用，可在不影響發電量的前提下，增強其供熱能力，實現節約能源，減少污染物的排放，保護環境。

2? 熱電廠熱泵系統節能改造及優化供熱能力的策略

2.1 某熱電廠供熱系統現狀分析

某熱電廠抽汽凝汽式機組總裝機容量為2×350MW，應用的是一種新型凝汽器余熱回用系統，熱網首站采取的是兩級加熱模式，即熱泵+熱網加熱器。熱泵系統的驅動汽源是來自機組的0.4MPa、245℃供熱抽汽。系統運轉過程中，2×85t/h供熱抽汽在進行減溫處理后，就進入到熱泵系統中，凝結溫度80℃的水。這些水將通過閉式凝結水箱進行回收，熱泵站內凝結水泵再將回收的水，傳送到熱網疏水管道。然后，11500t/h熱網回水通過兩級加熱后，水溫達到70.2℃，最后進行對外供熱。

2.2 熱泵系統運行及供熱狀況

熱電廠采用8臺溴化鋰吸收式熱泵，這些熱泵的單機制熱量為25.4MW（水溫度55℃）。供熱面積1400萬m2，目前現有設計型式為單機帶4臺熱泵，供熱時，只有一臺熱泵運行，其余熱泵都為備用，導致閑置浪費。

以余熱系統回收熱量80MW為例，設定單臺機組低壓缸進汽流量為100t/h，通過計算可以得到，主汽流量500～1095t/h變化時，單機帶負荷能力變化范圍為127.8～271.5MW，供熱量變化范圍為223.0～450.9MW。在初末寒期的供熱能力為1114.9～2254.3萬m2，要想滿足現有供熱面積，需要主汽流量在650t/h以上，電負荷能需要在165MW以上。中寒期的供熱能力范圍為707.9～1431.3萬m2，要想滿足現有供熱面積，主汽流量就要達到最大進汽流量。如果是雙機帶100%熱泵，則在極寒期的供熱能力就會在991.0～2003.8萬m2的范圍內進行變化，此時，要想充分滿足現有供熱覆蓋面積，就需要使主汽流量保持在750t/h以上，電負荷能保持在190MW以上。

2.3 熱泵系統節能改造及優化供熱能力的策略

2.3.1 改造策略

從該熱電廠的熱泵供熱實際情況來看，單機運行就能較好地滿足需求，如果進行雙機運行，則會損失較大的冷源，整體經濟性不高。與設計值相比，中壓缸排汽蝶閥的最小漏汽流量偏高，這不僅會導致低壓缸最小進汽流量增大，還會降低機組調峰過程中的運行安全性。通過分析，決定對熱泵系統進行節能改造。將一臺機組的余熱水管道進行增容，借助主凝結區1/4進回水管路，連接凝汽器增容改造區余熱水的進回水，同時，在兩臺機組余熱水回水母管與凝汽器增容區回水母管之間加設聯絡管，以確保單臺機組余熱水量能達到13000t/h。余熱水經熱泵冷卻后，回收到主機循環水泵入口前池。

2.3.2 改造后供熱能力優化情況

在100t/h工況下，帶100%熱泵機組的供熱能力模擬計算結果，見表1所示。從表中可知，一臺機組帶100%熱泵帶負荷能力變化范圍為127.8～271.5MW，單機供熱量變化范圍為263.0～490.9MW。按照20W/m2考慮，初末寒期時期，只有主汽流量在550t/h以上，電負荷能在140MW以上，才能滿足供熱需求。但在極寒期，即便主汽流量在最大值時，也無法滿足供熱需求。

經過改造后，熱泵系統增加了40MW制熱量。在單臺機組運行過程中，相同條件下，帶100%熱泵比帶50%熱泵的初末寒期供熱能力明顯得到提高，數值為200.0萬m2，中寒期為127.0萬m2，極寒期為88.9萬m2。經過計算，可以全年可節約發電標準煤0.794萬t，煤耗降低2.15g/kW·h，CO2和SO2排放減少了1.728萬t和0.0538萬t，經濟效益非常顯著。

3? 結語

綜上所述，本文以熱電廠熱泵系統為例，對其進行節能改造研究。通過熱泵系統節能改造，熱電廠機組的供熱能力得到了顯著的提升，節約了標煤，降低了煤耗，減少了CO2和SO2排放，經濟效益、社會效益與環保效益都比較可觀，具有推廣應用價值。

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