利用溴化锂热泵回收冷凝热量的节煤节水分析

张朝晖

(阳泉煤业集团有限责任公司发供电分公司，山西 阳泉 045000)

1 工作原理

热泵机组是一种以热源(蒸汽、高温热水、燃油、燃气)为动力，溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂，利用低温热源(余热水)的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒水，实现从低温向高温输送热能的设备。工作原理示意图见图1。

图1 热泵机组工作原理示意图

热泵机组由组件1和组件2构成。组件1和组件2均包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、热交换器和凝水换热器等主要部件及抽气装置、屏蔽泵(溶液泵和冷剂泵)等辅助部分。抽气装置抽除了机组内的空气等不凝性气体，并保持机组内一直处于高真空状态。

冷剂泵将冷剂水液囊中的冷剂水抽出并喷淋在蒸发器中的传热管表面，吸收流经传热管内余热水的热量，汽化成冷剂蒸汽，余热水在放出热量后温度降低流出机组;吸收余热水热量后产生的冷剂蒸汽流入吸收器，被吸收器顶部淋下的溴化锂浓溶液吸收。溴化锂浓溶液在吸收冷剂蒸汽时放出冷剂蒸汽的凝结热，加热流经吸收器传热管内的热媒水，使其温度升高后流出吸收器;溴化锂浓溶液在吸收冷剂蒸汽后浓度越来越低，汇集在吸收器底部，被溶液泵抽出，经热交换器升温后进入发生器，在发生器中被蒸汽加热浓缩，分离出冷剂蒸汽。浓溶液经热交换器传热管间与溴化锂稀溶液进行热量交换后流回吸收器，继续吸收蒸发器中产生的冷剂蒸汽;而发生器中产生的高温冷剂蒸汽流入冷凝器内，加热流经冷凝器传热管内的热水，使其温度继续升高后流出机组供用户使用，同时冷剂蒸汽放出热量后冷凝成冷剂水，经U形管节流进入蒸发器。因蒸发器中压力较低，进入蒸发器的冷剂水一部分闪发成冷剂蒸汽，另一部分冷剂水则因热量被散发的那一部分带走而降温成饱和温度的冷剂水，流入蒸发器底部液囊。

上述过程不断循环进行，即可不断地回收余热水热量并制取所需温度的热媒水。

2 冷凝热系统及发电系统

阳煤发供电分公司第三热电厂，冷凝热系统为6台30 MW溴化锂吸收式高温热泵，回收冷凝热72 MW，可增加供热面积150万m2。系统示意图见图2。

图2 冷凝热系统示意图

图2 中：

吸收式热泵。6台30 MW溴化锂吸收式高温热泵。

换热机组(换热站)。桃北换热站：9台(324 MW)换热器，4台循环泵;桃南换热站：4台(240 MW)换热器，3台循环泵。

供热站(用户)。桃北：规划供热站共23个，目前供热面积236．69 m2;规划供热面积308．31 m2;桃南：规划供热站共28个，目前供热面积215．6 m2;规划供热面积 244．58 m2。

发电系统。锅炉：3台DG－150/9．8－1型煤粉锅炉，额定蒸发量为150 t/h;1台YG270/9．8－M型煤粉锅炉，额定蒸发量为270 t/h。汽机：2台C35－8．83/0．785抽汽冷凝式汽轮机组，额定功率为35 MW，额定主蒸汽流量为220 t/h，额定抽汽量为120 t/h;1台 C60－8．83/0．785抽汽冷凝式汽轮机组，额定功率为60 MW，额定主蒸汽流量为340 t/h，额定抽汽量为170 t/h。

3 冷凝热系统节煤节水分析

3．1 溴化锂吸收式水源热泵机组设计条件

型 号：XRI5－40/30－3000(60/90)

余热水进水温度：40℃

余热水出水温度：30℃

余热水流量：1 032 m3/h(±20%)

余热水水质：余热水为电厂冷却水

余热水侧阻力：≤0．14 MPa

余热水侧工作压力：0．8 MPa

热媒水进水温度：60℃

热媒水出水温度：90℃

热媒水流量：860 m3/h(±20%)

热媒水水质：热媒水为集中供热回水

热媒水侧阻力：≤0．12 MPa

热媒水侧工作压力：0．8 MPa

冷凝热提取量：12 000 kW

制热量：30 000 kW

制热能效比：COP＞1．7(同时制冷制热)

能量调节范围：20% ～110%

电机功率：装机容量：≤30 kW

电压：380 V AC

频率：50 Hz AC

蒸汽：压力：0．5 MPa;流量：24．8 t/h

热泵机组台数：6台

3．2 热泵机组在设计工况条件下节煤节水分析

桃南、桃北热水循环总流量为5 160 t/h。

在没有采用溴化锂吸收式水源热泵机组时，供热由60℃加热到120℃所需热量：

式中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃热水焓值;251 kJ/kg—0．8 MPa、60℃热水焓值。采用溴化锂吸收式水源热泵机组，供热由60℃加热到120℃所需热量。

6台热泵机组需要蒸汽流量约148．8 t/h，消耗热量为：

148．8 ×1 000 kg/h ×2 400 kJ/kg=357．1 GJ/h

式中：

2 400 kJ/kg—蒸汽在冷凝热热泵中工作焓差。

热水由90℃加热到120℃所需热量：

5 160×1 000 kg/h×(504－377)kJ/kg=655．32 GJ/h

其中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃热水焓值;

377 kJ/kg—0．8MPa、90℃热水焓值。

经过理论测算，在采用溴化锂吸收式水源热泵机组后，应节省热量：

3．3 实际运行后热泵机组的节煤节水分析

2010年11月至2011年3月，热泵机组运行5个月，回收冷凝热成效显著，既缓解了该厂的供热压力，又收到了显著的经济效益。下面主要从经济性方面进行分析。

1)5个月回收的冷凝热能。

供暖期间的运行方式为4台热泵运行，2台热泵备用。这是由于热媒水系统流量所限，增加热泵，效果已不太大，以及考虑热泵机组的维修和备用，采取了此运行方式。4台热泵1月份的平均参数见表1。

表1 热泵平均参数表

根据参数计算，4台热泵每小时回收冷凝结热为140．244 GJ。5个月共回收冷凝热为50．8万 GJ。

2)节煤效果分析。

a)按5个月回收的冷凝热，折算成标煤，共节约标煤17 342 t。b)影响汽机真空增加的标煤：在热泵运行期间，1#、2#机真空降低3 kPa，根据运行经验汽机真空每降低1 kPa，发电标煤耗增加2～3 g，1#、2#机带满负荷运行，一个采暖季多消耗标煤量为3×70 000×24×151=761 t。c)5个月共节约标煤17 342－761=16 581 t。折算成现在使用的23 446 kJ/kg的原煤，共节约20 726 t。

3)节水效果分析。冷凝热的节水作用主要是减少了冷却塔的蒸发量。

a)理论分析：按热泵机组吸收的热量计算冷却塔的少蒸发量，如果全部由蒸发散热，根据实际测算每天冷却塔的蒸发量为1 285 t。如果考虑冷却塔回收水的作用和冬季天气的降温作用，每天蒸发量为1 285 ×0．6=771 t。5 个月将节约用水：11．6 万 t。冬季公用机组机力塔耗水量按照设计，共用机组机力塔夏季用水量为12 t/h，冬季取0．6系数，则消耗水量为7．2 t/h，每天耗水量为173 t/天。5个月耗水量为2．6万t。理论分析结论：5个月节水量为11．6－2．61=8．99 万 t。

b)实际节水效果。2个供暖季前4个月的凉水塔用水比较见表2。

表2 凉水塔用水比较 t

实际情况为2010年11月至2011年2月比同期凉水塔补水量减少了61 021 t。

4 结论

上述分析证明，利用热泵技术回收利用火电厂的冷凝热量供热，虽然实际运行情况还没有达到理论分析的效果，但节煤节水效果明显，而且在不增加机组建设的情况下有效增加了供热面积，具有较好的经济效益和社会效益。

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