吸收式熱泵回收電廠循環水余熱供熱方案探究

（南京工程學院，江蘇 南京 211100）

熱泵作為一種能量裝置，其主要功能在于促進物體間的熱量轉移。從本研究中涉及到的水源熱泵系統結構來看，具體包括下列幾方面：即驅動能源和驅動裝置、工作機、低位熱源。在熱泵的支持下能夠成功將低溫熱能轉換為有效熱能并加以利用，進而促進能源利用效率的改善，減少能源消耗。針對火電廠中的余熱利用來講，其實際上就是依托于熱泵裝置的支持下，將冷卻水余熱轉換為熱能，進而控制傳統能源的消耗，保證整體運行效率的改善，兼顧經濟效益和生態效益[1]。

1 循環冷卻水熱泵技術原理及特點

循環冷卻水熱泵技術主要分為下列兩種類型：壓縮式熱泵和吸收式熱泵。

1.1 壓縮式熱泵

工作原理:制冷機通過蒸發器將低位冷源進行蒸發處理，在此基礎上產生高溫高壓蒸汽，隨后在冷凝器的支持下向高位熱源放熱冷凝，隨后利用節流膨脹閥將蒸汽處理成低溫的濕蒸汽，最后利用蒸發器將低溫熱源進行蒸發處理，保持循環作業[2]。

1.2 吸收式熱泵

工作原理:吸收式熱泵以工質蒸汽熱源作為劃分依據可細分為下列幾方面：一是工質蒸汽的產生離不開高質熱能的支持；二是在低品位余熱熱源的支持下形成的工質蒸汽。從國內現狀來看，其中第一種相對普及。從其組成結構來看，主要包括下列部分:即發生器、蒸發器、冷凝器和吸收器等。針對蒸發器來講，在余熱作用下將水轉化為蒸汽，隨后進入吸收器被濃工質吸收，在這一過程中產生的熱量用于將水進行增溫。而其中涉及到的稀工質溶液經過溶液換熱器與濃工質溶液進行熱量轉換后進入發生器；并在蒸汽作用下對稀溶液進行蒸發處理，在這一過程中形成的水蒸氣會進入冷凝器冷凝，并將產生的熱量用于對吸收器中的水進行加熱；冷凝器產生的凝液經膨脹閥后由蒸發器進行處理，發生器中產生的濃工質溶液則進入吸收器，保持循環作業。

從該裝置的特征來看，主要表現為：能夠對低品位熱源進行有效利用，同時在工作狀態下的轉動裝置較少，運行噪聲低、能源消耗量低[3]。

綜上可知，現有熱泵機均存在一定的不足，應綜合考慮各方面因素，合理規劃與設計，最終選擇符合要求的熱泵機組，以確保預期生產目標得以順利實現。

2 熱泵技術在電廠中的應用

火力發電廠中冷凝循環水的水質潔凈、流速平穩且水溫偏高，利用熱泵設備進行調整的難度較低，且COP 的值保持在較高水平。雖然在這一過程中會涉及到資源成本的消耗，且熱泵在工作狀態下會耗費一定的能源，但通過調整能夠提升整體設備機組的自動化水平，使得管理難度大大下降，改善設備運行效率，進而保證電廠預期收益目標的順利實現。回收電廠冷凝熱的熱泵應符合下列要求:

2.1 高溫水源熱泵

電廠冷凝水的熱量品質很低，一般泵對溫度大概保持在35℃的冷卻水的利用難度較高。因此應在熱泵技術的支持下對冷卻水進行增溫處理，通常熱泵熱水出口溫度維持在 40-50℃范圍內，而滿足采暖要求的水溫，通常集中在70～80℃范圍內，所以在熱電廠冷凝熱回收裝置中一個重要組成部分就是高溫水源熱泵。

2.2 大容量大溫差熱泵

由于電廠冷凝水能夠提供給的熱量表現出規模大、分散度小的特征，利用熱泵回收的冷凝熱在周邊地區的用戶規模相對不足，應進一步擴大傳輸范圍，進而保證遠距離用戶的需求得到最大限度內的滿足，所以應選擇大容量大溫差熱泵來集中供熱，單機容量應確保超過 20～30MW，熱水工質溫差不低于20℃，冷水工質溫差應維持在8℃。

2.3 高制熱系數水源熱泵

為了提升熱泵集中供熱系統的經濟效益，應選擇制熱能力效率比超過4 的熱泵機組。現階段，國內提升余熱利用的電廠規模實際占比很小，在國內火電廠總數中所占比重約為16%，并且絕大多數電廠的運行模式均以水產養殖為主，熱利用量相對不足，且整體效率不高。因此在熱泵技術的支持下，不僅能夠促進電廠熱效率的改善，同時還能減少對生態環境的破壞，提高生態效益。

3 方案描述

本方案在吸收式熱泵的支持下，對循環水余熱進行回收處理，將適量的汽輪機采暖抽汽作為熱泵驅動熱源，吸收式熱泵對熱網回水進行增溫處理，并依托于熱網加速器將水溫提高到 120℃；循環水進熱泵溫度保持在40℃左右,而出口附近溫度有所下降大約保持在30℃；熱泵驅動熱源為0.4MPa 的過熱蒸汽，應對蒸汽壓力的管道閥門損失有所重視，進熱泵的驅動蒸汽壓力設定值為0.36MPa[4]。

本實驗的本質利用吸收式熱泵和熱網加熱器對電廠冷凝水進行雙重加熱，以達到對用戶的供熱水平，從而達到對原本隨意排掉的廢水的有效利用。凝水從冷卻塔流出，流經凝汽器進行一次加熱，水溫從30 攝氏度提升至40 攝氏度（排水流量按10000m3/h），然后凝水從凝汽器出口進入吸收式熱泵再次提溫至85 攝氏度左右，此時汽輪機抽氣同樣進入吸收式熱泵作為驅動熱源，最后提升至120攝氏度。

4 在采用熱泵技術后，從循環水中吸收的熱量計算如下

mc 為凝汽器循環水流量，m3/h；ho 和 hi 為凝汽器出口和進口水焓，kJ/kg；Qc 為凝汽器循環水損失熱量，MJ/h。

M1 是節省煤量，t/h；1 是鍋爐效率；K 為煤產生熱量，kJ/kg。

通過公式能夠了解到熱泵功耗W=Qc/COP（MJ/h）；

由此可推導出熱泵煤耗量 M2（t/h）：y2 是發電廠發電效率。

5 結語

由上述內容能夠了解到，吸收式熱泵回收電廠循環水余熱的供熱方案存在一定的合理性。從其特征來看，主要表現為以下幾方面:即節能環保、能源消耗低等。隨著時間的推移該技術有著大范圍的普及和應用[5]。這也從側面反映出該方案的經濟性符合要求。吸收式熱泵回收電廠循環水余熱的供熱方案，對供熱管網的供回水溫度和循環冷卻水的排水溫度有著嚴格的要求，通常情況下，熱網回水溫度與循環水排水溫度保持著明顯的負向關系，熱網的理想供回水溫度為120/60℃，在這種狀態下最終產生的效益最佳。