吸收式热泵在热电厂乏汽余热回收领域的应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

我国北方主要采用热电厂进行集中供暖，而目前的热电厂运行时约 20% -40%的热量通过汽轮机乏汽余热排放到大气，这既造成了大量能源的浪费，又对环境形成了热污染。同时热电联产集中供热企业又存在以下 2个问题：-个是城市化进程的加快，城市集中供热热源不足；另-个是热力管网输送能力不足。如果按现有供热方式解决 以上问题 ，需要增加供热热源和改扩建热力管网，这样不仅投资巨大，而且需要解决的问题也比较多。如果能将热电厂乏汽余热回收用于城市供热，则相当于在不增加电厂容量，不增加当地污染物排放量，以及煤耗和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的能源利用效率，具有显著的收稿 日期 ： 2012-08-20 修稿 日期： 2013-01-09经济效益和良好的社会效益。

2 我国北方热电厂冬季运行情况目前我国北方主流的热电联产机组容量为300MW，这些热电厂的乏汽排放到大气的方式主要有水冷和空冷2种 ， ，如图1、2所示。

来 自锅图1 水冷机组FLUID MACHINERY Vo1.41，No.2，2013来自图2 空冷机组常见的300MW机组参数(水冷式)如表 1、2所示。常见的300MW机组参数(空冷式)如表 3所示。

表 1 常见的 300MW机组参数(水冷式)供热抽气参数 冷却循环水参数 热网水参数项目 压力 流量 温度 流量 温度[MPa(A)] (t/h) (oC) (t/h) (oC)设计 0. 245 500 20- O 22500 60- 120 参数冬季实 0.245- 最大可 15- 也5 150oO 50- 110 际参数 0. 5 达 550表 2 常见的300MW 机组参数(水冷式)循环水 循环水 循环水 背压 总排汽 采暖抽 主蒸汽 发电 发电月份 入水温度 出水温度 流量 (4。端差) 流量 汽流量 流量 功率 煤耗(oC) (℃) (t/h) (kPa) (t/h) (t/h) (t/h) (MW) [g/(kW ·h)]11月 16.2 26.5 145O0 4.4 281 226 783 226.7 233.3l2月 l6.1 25 145O0 4 245 260 775 220.2 222.91月 17.8 25.4 145O0 4.1 209 364 868 236.1 205.42月 16.4 25.7 145O0 4.2 255 270 805 228.2 223.63月 l2.9 24.2 145O0 3.9 311 187 774 230.4 241.1表3 常见的300MW机组参数(空冷式) 等，吸收式热泵原理如图3所示。

供热抽气参数 乏汽参数 热网水参数项目 压力 流量 背压 流量 温度[MPa(A)] (t/h) [kPa(A)] (t/h) (℃)设计 O.25 500 15 620 60 120 参数冬季实 0.25～ 最大可 8 ≥120 50- 11O 际参数 O. 7 达5503 吸收式热泵技术情况热泵是利用高品位能源驱动实现热量从低温向高温输送的设备，主要分为压缩式热泵和吸收式热泵，压缩式热泵用电力驱动，制取温水温度-般小于65C，且温度越高效率越低 ；吸收式热泵是用热能(蒸汽、燃料、热水等)驱动，可以制取95%以下热水，效率较高，性能系数(COP)-般为1.6～2.4，采用溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂，对环境无污染，单机容量较大，最大可达66MW，基于以上特点，吸收式热泵应用在热电厂回收乏汽余热用于集中供热具有显著的经济效益、社会效益。

热电厂用吸收式热泵主要是蒸汽型，机组主要包括蒸发器、吸收器、冷凝器、再生器、热交换器吸收器图 3 吸收式热泵原理乏汽余热进入蒸发器管程，蒸发器壳程为负压，壳程的冷剂水在传热管外表面蒸发，吸收乏汽的气化潜热余热；吸收器中浓溶液在传热管外表面滴淋，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽气化潜热，并将该潜热释放给吸收器管内的热网水，热网水实现-次升温，与此同时，在吸收器内浓溶液变成稀溶液，经过热交换器升温后进入再生器；再生器中驱动热源蒸汽加热溴化锂溶液，水蒸汽蒸发，溴化锂溶液变为浓溶液，浓溶液经热交换器后进入吸收器进行吸收；再生器中蒸发的冷剂蒸汽进入冷凝器加热管内的热网水，实现热网水的二次升温，冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂水进入蒸发器。如此反复，实现热泵循环 j。

2013年第 41卷第 2期 流 体 机 械 85吸收式热泵的主要特性：余热水温度越高，热网水温度越高；蒸汽压力越高，热网水温度越高；适合热网水大温差循环。

吸收式热泵产品源于吸收式制冷机，吸收式制冷机发明于美国，发展在 日本，20世纪 6O年代开始在日本广泛应用，该技术在中国经过2O多年的发展，目前吸收式技术已经非常成熟、可靠。该产品的最关键技术是真空度的保证，该机组在工作过程内部是负压的，要求加工工艺较高，机组运行过程中不凝性气体的有效排出。吸收式热泵与吸收式制冷机相比结构更简单，部件更少，可以说吸收式热泵是吸收式制冷机的-部分，因此吸收式热泵技术成熟、可靠。

4 吸收式热泵在热电厂乏汽余热回收领域的应用余热回收方式主要有直接回收和间接回收 2种。从热量利用角度考虑，直接回收更好，但实际采用哪种方式回收还需看热电厂具体情况。对于水冷机组可采用回收乏汽的直接回收，也可采用回收冷却循环水的间接回收，但采用直接回收，汽轮机低压缸与凝气器直接相连，系统改造较困难，而且系统运行时需对乏汽和冷却循环水同时调节，运行也不方便，因此对水冷机组更适合采用间接回收方式。而对于空冷机组，采用直接回收方式更合理。

乏汽余热回收设计时需注意以下几点：(1)关于余热回收量的考虑采用吸收式热泵供热实际上是抽气和乏汽同时供热，如图4所示，供暖负荷随气温的-般变化情况如图5所示，供热设计必须满足最大供热负荷要求，当抽气量达到最大时，供热量达到最大负荷，此时乏汽量最小，吸收式热泵应该回收最小乏汽余热。这样在供暖最大负荷时，吸收式热泵回收全部乏汽余热，凉水塔可关闭，但在供暖部分负荷时，需考虑汽轮机工作的稳定性，-种方法是调节主蒸汽量，保证乏汽余热可全部被吸收式热泵回收，另-种是主蒸汽量不变时，可通过吸收式热泵及原冷却装置(凉水塔或空冷岛)的共同工作，通过调节进入冷却装置的乏汽量适应供暖负荷的变化，从而保证汽轮机工作的稳定性。

另外，对空冷机组，按最小乏汽量回收设计时，要考虑空冷岛防冻问题，冬季空冷岛运转有最小防冻流量要求，如果最小乏汽流量不能保证，空冷岛会发生冻结，这是不允许发生的。

柱图4 吸收式热泵供热流程室外气温(℃)图5 供暖负荷随气温变化情况(2)抽汽压力对系统的影响汽轮机抽汽作为吸收式热泵驱动热源对系统的影响是：热网水温度不变时，抽汽压力越高，吸收式热泵可将热网水加热的温度越高，同时系统投资经济性越好。实际机组运行中，热网水温度是随室外气温变化的，如图6所示，不同的热网水温度对抽汽压力的要求也不-样，如图7所示。

而汽轮机供暖抽汽-般为可调抽汽(-般300MW机组抽汽压力调节范围为 0.2-0.5MPa(G)，因此可在室外气温较低供暖负荷较大时，将抽汽压力调节高，而在供暖负荷较小时，采用-般的抽汽压力，这样可降低系统投资。

赠回匿蕞- 20 -5 lO室外气温(℃)图6 热网供回水温度随室外气温变化86 FLUID MACHINERY Vo1.41，No.2，2013譬曩撂赠国匿蕞图7 热网水温度与抽汽压力的关系(3)冷却循环水温度对系统的影响冷却循环水温度是影响吸收式热泵供暖系统的关键参数，因为该参数既对吸收式热泵影响较大又对热电厂发电及运行影响也大，下面分别阐述。冷却循环水对吸收式热泵的影响是，该温度越高，吸收式热泵可将热网水加热的温度越高，同时回收的冷却循环水热量也越高，吸收式热泵供热能力越大，因吸收式热泵供热系统的节能性主要体现在吸收式热泵回收冷却循环水余热上，因此冷却循环水温度越高，吸收式热泵供热能力越大，系统投资回收期越少，如图8；而冷却循环水温度对热电厂的主要影响是，该温度越高汽轮机背压越高，如图9，发电煤耗越高。

10踩国 6盎224 32 4O冷却循环水温度(℃)图8 冷却循环水温度对吸收式热泵供热系统的投资回收期影响 S 1幽粒暖系统的收益增加的影响，因此在保证热电厂运行安全的前提下，提高冷却循环水温度对采用吸收式热泵的热电联产运行是大有好处的。

另外，不同的热网水温度对冷却循环水温度的要求也不-样，如图1O所示。

赠匿匿蕞图10 冷却循环水温度与热网水温度的关系可通过对冷却循环水温度的调节达到整个果暖季的更经济运行，当室外气温较低供暖负荷较大时，将冷却循环水温度向上调节，而在供暖负荷较小时，向下调节，这样还可进-步减少发电煤耗的收益损失，从而使系统更节能。

(4)做好余热在热泵与冷却装置间调节在供热负荷变化的同时保证汽轮机运行安全稳定性，需要余热在热泵与冷却装置间具有良好的调节性，当供热负荷较大时，余热旧能被吸收式热泵回收，当供热负荷较小时，吸收式热泵回收余热减少，此时需要-部分余热进入冷却装置冷却。对于水冷机组，需做好冷却循环水量在热泵与凉水塔间调节；对于空冷机组，需做好乏汽在吸收式热泵与空冷岛间的调节。

5 结语利用吸收式热泵回收热电厂乏汽余热用于城市供热，相当于在不增加电厂容量，不增加当地污染物排放量，以及煤耗和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的能源利用效率，具有显著的经济效益和良好的社会效益。

本文重点介绍吸收式热泵在热电厂应用中需注意的问题，解决好这几个问题会使吸收式热泵机组在回收热电厂乏汽余热方面的实际效果会更好。