吸收式熱泵回收300300MW MW機(jī)組循環(huán)水余熱的設(shè)計(jì)研究

馬光耀

（浙江杭州華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 31003010030）

能源的過度消耗所帶來(lái)的環(huán)境問題如霧霾等，在部分地區(qū)已經(jīng)嚴(yán)重影響人民的生活質(zhì)量。對(duì)此政府有關(guān)部門及企業(yè)已積極采取降耗措施，利用熱泵對(duì)循環(huán)水中的低溫余熱進(jìn)行回收再利用就是其中的一種。吸收式熱泵可以回收利用多種熱能，且經(jīng)濟(jì)性好，能源利用率高，維護(hù)管理簡(jiǎn)便。在能耗高的季節(jié)，熱泵所利用的低品位熱能也增多，有助于減少能源的消耗[1]。國(guó)內(nèi)外各科研單位都進(jìn)行了大量的研究[2]，國(guó)內(nèi)部分電廠也進(jìn)行了余熱回收利用的節(jié)能改造，如佳木斯熱電廠、包頭東華熱電廠等?；厥盏降臒崃科肺槐容^低但用途廣泛，可用于加熱熱網(wǎng)水，也可為居民的生活用水提供保障。

1 熱泵系統(tǒng)圖

熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖1。

圖1 熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

如圖1所示，驅(qū)動(dòng)熱源Qg進(jìn)入發(fā)生器，為熱泵提供熱源，使得冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器，釋放冷凝熱Qc加熱流經(jīng)冷凝器傳熱管內(nèi)的熱水。冷劑水經(jīng)冷劑泵噴淋到蒸發(fā)器傳熱管表面，吸收流經(jīng)傳熱管內(nèi)低溫?zé)嵩此臒崃縌e，使熱源水溫度降低后流出機(jī)組。被發(fā)生器濃縮后的溴化鋰溶液返回吸收器后噴淋，吸收從蒸發(fā)器過來(lái)的冷劑蒸汽，并放出吸收熱Qa，加熱流經(jīng)吸收器傳熱管的熱水，熱水流升溫后，輸送給熱用戶。吸收式熱泵的供熱量等于從低溫余熱吸收的熱量和驅(qū)動(dòng)熱源的補(bǔ)償熱量之和。

本文采用吸收式熱泵，以循環(huán)水經(jīng)凝汽器后升溫的循環(huán)水為低溫?zé)嵩?，?.25～0.35MPa的抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源，加熱50～60℃左右的采暖用熱網(wǎng)回水，循環(huán)冷卻水降溫后再去凝汽器循環(huán)利用。這樣可回收循環(huán)水余熱，提高電廠供熱量，即提高電廠總的熱效率。

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

為盡可能回收凝汽器循環(huán)水余熱，從而發(fā)揮熱泵回收余熱供熱優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行中適當(dāng)提高采暖抽汽壓力，作為熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工況以及熱泵系統(tǒng)投入后的運(yùn)行指導(dǎo)參數(shù)。經(jīng)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)蒸汽供熱量約為180MW?？紤]到吸收式熱泵的性能優(yōu)化，將熱網(wǎng)循環(huán)水在熱泵的進(jìn)口溫度設(shè)定為45℃，作為本項(xiàng)目?jī)?yōu)化方案的額定工況點(diǎn)。

低速泵運(yùn)行狀態(tài)下，循環(huán)水的流量約為16 000t/h。主機(jī)的乏汽流量以平均抽汽工況為參考，此時(shí)機(jī)組的乏汽流量為196t/h，余熱量為120.91MW。根據(jù)熱平衡計(jì)算，及參考上一采暖期循環(huán)水溫升，將循環(huán)水進(jìn)出熱泵的總溫降設(shè)計(jì)為7℃。

根據(jù)凝汽器的性能及熱泵的工作條件，一方面考慮盡可能小地影響機(jī)組真空，另一方面能滿足余熱回收的最佳條件。即凝汽器的出口溫度增加，凝汽器的真空變差，將影響主機(jī)發(fā)電。當(dāng)背壓選擇較高時(shí)，為保證機(jī)組的安全性，同時(shí)結(jié)合熱泵的經(jīng)濟(jì)性，本方案中選擇循環(huán)水進(jìn)出熱泵的溫差為7℃。循環(huán)水進(jìn)出口溫度的方案主要有五種，分別為31～24℃、32～25℃、33～26℃、34～27℃、35～28℃。

3 方案分析

表1列出了循環(huán)水出水溫度分別從31℃變化至35℃五種變化工況下主要參數(shù)的優(yōu)化比選。

上述方案中，以循環(huán)水進(jìn)熱泵口處溫度為變量，對(duì)設(shè)備造價(jià)的波動(dòng)、新增供熱量的收益、背壓影響的發(fā)電量等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

由表1可以看出，設(shè)備的價(jià)格隨循環(huán)水參數(shù)的提高有所下降，項(xiàng)目新增供熱的收益也有所下降，主要原因是背壓升高造成發(fā)電損失增加，從而使項(xiàng)目的成本顯著提高。在循環(huán)水進(jìn)出口溫度逐漸升高的過程中，設(shè)備的總造價(jià)和單位造價(jià)逐漸降低，而背壓升高所影響的成本逐漸變大，但總體而言，循環(huán)水參數(shù)越高，熱泵背壓升高，使發(fā)電收益減少，同時(shí)使熱泵機(jī)組今后長(zhǎng)期運(yùn)行的成本增加，從長(zhǎng)遠(yuǎn)而言，投資回收期會(huì)變長(zhǎng)。

表1 不同方案下的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)對(duì)比表

根據(jù)數(shù)據(jù)情況分析，對(duì)于方案1和方案2，雖然機(jī)組的循環(huán)水溫度較低，背壓對(duì)發(fā)電的影響最小，但由于該參數(shù)下需要的熱泵臺(tái)數(shù)較多，設(shè)備成本較高，相應(yīng)的配套的熱泵廠房、附屬管道閥門等其他投資將大幅增加，故而整體經(jīng)濟(jì)性不好。方案3、方案4和方案5所需熱泵數(shù)量相同，廠房和附屬系統(tǒng)的投資基本一致。但方案4和方案5的循環(huán)水溫度較高，對(duì)機(jī)組背壓影響較大，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)機(jī)組的影響最不利。故五個(gè)方案相比而言，方案3的設(shè)備單位價(jià)格合理，長(zhǎng)期運(yùn)行成本較低，整體經(jīng)濟(jì)性更好。

4 結(jié)論

通過對(duì)不同工況的比較和分析，選擇以平均采暖抽汽工況為基礎(chǔ)，通過運(yùn)行方式的調(diào)整提高抽汽壓力，將其作為余熱回收設(shè)計(jì)的邊界條件。其中最優(yōu)采暖抽汽壓力約為0.3MPa.g，經(jīng)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)蒸汽用汽量為270t/h，熱泵余熱回收量為130.9MW，熱泵供熱量為317.93MW。

［1］胡敏東，金蘇敏.浴室廢水余熱回收熱泵熱水系統(tǒng)的火用分析［J］.流體機(jī)械，2010，38（10）：78-83.

［2］李娟，金蘇敏，向南宏，等.組合式熱管換熱器在熱泵系統(tǒng)中的試驗(yàn)研究［J］.制冷技術(shù)，38（2）：56-61.