吸收式熱泵對電廠循環(huán)冷卻水的成功應用

唐 楠

（杭州科晟能源技術(shù)有限公司，浙江 杭州 311300）

1 冷卻水熱量分析

該電廠循環(huán)水量平均約為793t/h，溫度穩(wěn)定在34℃左右，含大量低品位熱能。

2 溴化鋰吸收式熱泵介紹

溴化鋰吸收式熱泵是一種以消耗少量高溫熱能（如蒸汽、高溫熱水、可燃性氣體的燃燒熱等）為驅(qū)動熱源，從低溫余熱源提取熱量，輸送入熱水中，將熱水加熱到工藝或采暖所需要的溫度，從而實現(xiàn)熱能自低溫向高溫轉(zhuǎn)移的裝置。恰當?shù)乩梦帐綗岜每梢园涯切┎荒苤苯永玫牡蜏責崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責崮埽瑥亩岣邿崮芾寐剩晒?jié)約大量能源。

2.1 熱泵應用條件

余熱資源：乏汽、冷卻循環(huán)水、煙氣、地熱井水、采油污水等（溫度在15℃～60℃）。驅(qū)動資源：80℃～130℃的高溫熱水、高溫蒸汽、燃氣、燃油等。熱水需求：制取比余熱溫度高40℃～60℃，100℃以下的熱源，供熱中40%～60%的熱量來自余熱，是熱泵節(jié)能的體現(xiàn)。熱泵機組主要用于制取采暖用熱水、鍋爐補水用熱水、工藝用熱水等。

2.2 熱泵工作原理

吸收式熱泵是在驅(qū)動熱源（蒸汽、燃料、熱水等）的驅(qū)動下，使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置。同壓縮式熱泵消耗電能不同，吸收式熱泵是以消耗一部分溫度較高的高位熱能為代價，從低溫熱源吸取熱量供給用戶。

吸收式熱泵按功能不同分為第一類吸收式熱泵和第二類吸收式熱泵，按驅(qū)動能源不同分為直燃型、蒸汽型、熱水型、煙氣型等。本項目使用的技術(shù)為蒸汽型第一類溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)。

吸收式熱泵技術(shù)是溴化鋰制冷技術(shù)的延伸，從20世紀50年代發(fā)展到今天，已經(jīng)成了十分成熟可靠的高新技術(shù)。當前的吸收式熱泵設備主要由再生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和熱交換器等組成，以水為制冷劑，以溴化鋰溶液為吸收劑。水在常壓下100℃沸騰、蒸發(fā)，在5mmHg真空狀態(tài)下4℃時蒸發(fā)，蒸發(fā)和液化時均伴隨大量潛熱的吸收和釋放；溴化鋰溶液是一種極易吸收水（蒸汽）、化學性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，在溫度越低、濃度越高時吸收能力越強，而在被加熱時，也極易釋放出水蒸氣。溴化鋰吸收式熱泵就是利用此性質(zhì)。

發(fā)生器：在微負壓的環(huán)境下，溴化鋰溶液被加熱釋放出水蒸氣而濃縮。

冷凝器：水蒸氣在冷凝器中冷凝為水，并將熱量釋放給換熱管內(nèi)的熱水，熱水被第二次加熱。

蒸發(fā)器：水從冷凝器中進入蒸發(fā)器水盤，在冷媒泵的作用下，水從真空環(huán)境的蒸發(fā)器上部滴淋，并不斷汽化，吸收換熱管內(nèi)余熱水的熱量。

吸收器：在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生的低壓水蒸氣從兩側(cè)孔板進入吸收器，從發(fā)生器過來的濃溴化鋰溶液在吸收器頂部滴淋，并不斷吸收低壓水蒸氣，并將潛熱和顯熱釋放給換熱管內(nèi)熱水，熱水被第一次加熱。

發(fā)生器：在吸收器內(nèi)吸收水蒸氣后的溴化鋰濃溶液變?yōu)橄∪芤海扇芤罕么蛉氚l(fā)生器，稀溶液重新被加熱，如此循環(huán)。

熱交換器：為合理分配溫度，濃溶液和稀溶液進行一次熱交換，以提高效率。

第一類吸收式熱泵基本能量公式：驅(qū)動能+余熱能=輸出能

吸收式熱泵的應用十分廣泛，在滿足三大循環(huán)條件的基礎(chǔ)上，廣泛適用于熱電、鋼鐵、冶金、石油、石化等各個工業(yè)領(lǐng)域。

從2007年中國第一臺吸收式熱泵投用至今，吸收式熱泵在城市供暖領(lǐng)域取得了迅速的發(fā)展，成功案例不勝枚舉，如中電投赤峰熱電、中電投通遼熱電、華潤滄州熱電、華電軍糧城熱電、雞西煤矸石熱電、蘿北興匯熱電等等。這上百個熱電項目，都是經(jīng)過長期的研究探索，最終確定使用吸收式熱泵來回收循環(huán)水的余熱，并全部取得成功。

2.3 熱泵機組的優(yōu)勢

系統(tǒng)簡單、加熱溫度穩(wěn)定可靠。

熱泵機組非滿負荷運轉(zhuǎn)時，效率高于額定值，節(jié)能效果更好。

操作管理方便、維護費用低、設備壽命長，可達25年。

節(jié)能減排，符合國際趨勢，樹立節(jié)能減排標桿工程。

3 運行情況分析及節(jié)能情況計算

對設備數(shù)據(jù)采集計算得出熱泵系統(tǒng)在設計參數(shù)內(nèi)運行，按目前除鹽水實際運行平均量120t/h通過循環(huán)水余熱回收后除鹽水溫度從36℃提升到76℃。平均793t/h循環(huán)水余熱進口溫度從34℃（焓值142.3kj/kg）下降至30℃（焓值125.6kj/kg）；循環(huán)水余熱回收熱量折算成低壓供汽量達4.48t/h（低壓供汽0.75MPa、250℃焓值2955kj/kg）；按年運行8000小時計算，年節(jié)約低壓蒸汽量約為35840t/h，節(jié)約標煤量約達3613噸。其中該熱泵自耗電量約7.5Kwh/小時。

4 項目介紹

本項目利用同方節(jié)能裝備有限公司吸收式熱泵產(chǎn)品，對電廠冷卻塔循環(huán)水進行余熱回收，將此部分熱量回收后用于鍋爐除鹽水的加熱，達到節(jié)省蒸汽用量的目的。項目于2017年10月1日開始施工，2018年2月5日完工。2018年4月9日，系統(tǒng)調(diào)試完成，5月5日投入試運行。系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，后臺程序全部實現(xiàn)實時傳輸，熱網(wǎng)及管網(wǎng)表計已全部校核，后臺表計開始進入計量累積。

4.1 運行數(shù)據(jù)

能量累積數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間：5月5日13：00－8月15日14：00，共計2449小時。這段時間內(nèi)，機組停機有二個時段，共 130小時：5月12日8：00－5月16日12：00；計100小時。7月5日8：00－7月6日14:00；計30小時。實際熱泵運行時間為2319小時。

這段時間內(nèi)，熱泵運行統(tǒng)計運行數(shù)據(jù)如下：

序號 項目 運行統(tǒng)計數(shù)據(jù) 平均每小時數(shù)據(jù)1 除鹽水加熱量 73777.12GJ 31.81GJ/h 2 吸收余熱水熱量 40347.09GJ 17.4GJ/h 3 蒸汽耗用熱量 39643.77GJ 17.1GJ/h 4 系統(tǒng)節(jié)省蒸汽量 15695.02T 6.77T/h

系統(tǒng)后臺統(tǒng)計計算說明：以上運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)是系統(tǒng)電腦根據(jù)每分鐘采集的各類傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)計算轉(zhuǎn)換后進行實時累積而得。其中除鹽水加熱量和吸收余熱水熱量通過Q=C*G*計算而得。蒸汽耗用熱量是根據(jù)蒸汽溫度和壓力數(shù)值通過插值法得到蒸汽焓值，同時依據(jù)實時流量進行累積。系統(tǒng)節(jié)省蒸汽用量是表示系統(tǒng)吸收的余熱水熱量相當于多少蒸汽用量，也就是說如沒有余熱水熱量的吸收，系統(tǒng)需要多耗用的蒸汽量，這個蒸汽節(jié)省量數(shù)值是根據(jù)余熱水熱量由實時蒸汽數(shù)據(jù)得到。以上所有數(shù)據(jù)都由系統(tǒng)DCS系統(tǒng)自動檢測，每分鐘進行計算累積。

4.2 熱泵系統(tǒng)耗電數(shù)據(jù)

統(tǒng)計時間：6月11日12：00－8月15日14：00，共計1562小時。這段時間內(nèi)，機組停機有一個時段：7月5日8：00－7月6日14:00；計30小時。實際熱泵運行時間為1532小時。6月11日12：00電表讀數(shù)2153.49Kwh，8月15日14：00電表讀數(shù)13987.20Kwh。平均小時耗電量：（13987.20Kwh-2153.49Kwh）/1532h=7.72Kwh。上述耗電量為熱泵系統(tǒng)所有設備的耗電量。

4.3 系統(tǒng)損耗及測量誤差的評估

理論上除鹽水加熱量=吸收余熱水熱量+蒸汽耗用熱量。但實際過程中系統(tǒng)會出現(xiàn)熱量損失，傳感器測量也會出現(xiàn)誤差。

我們統(tǒng)一考慮本系統(tǒng)的熱損失與測量誤差，系統(tǒng)的最大偏差為：

（（40347.09+39643.77）-73777.12）/73777.12=8.42%

4.4 經(jīng)濟效益評估

系統(tǒng)平均每小時節(jié)省蒸汽用量為6.77T，每小時耗電量7.72 Kwh，按照蒸汽價格150元/T，電費0.65元/Kwh，計算評估經(jīng)濟效益：

系統(tǒng)每小時節(jié)能效益為150×6.77-0.65×7.72=1010元/小時

系統(tǒng)每天節(jié)能效益為1010×24=24240元/天

系統(tǒng)每年節(jié)能效益為24240×365=884.76萬元/年

4.5 系統(tǒng)運行分析

本熱泵節(jié)能系統(tǒng)原來是按照除鹽水流量222.5T/h設計的。目前的運行工況，除鹽水流量只有80—240T/h，平均流量為150T/h左右，只有設計流量的70%。因此系統(tǒng)運行負荷為70%左右，系統(tǒng)節(jié)能效益未全部發(fā)揮。若將來除鹽水流量增加時，系統(tǒng)節(jié)能收益會增長。

節(jié)能減排目標任重道遠，該項目成功用熱泵將低品位熱源轉(zhuǎn)化為高品位熱源，此項目的成功，說明低品位熱源確實可用，對后續(xù)項目具備實際的參考價值。