一种利用电站乏汽余热供暖方式的新方案

张 勇，温 高

（内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特010000）

1 引言

我国工业能源利用率低，约为38%左右，与发达国家相比相差甚远，所产生的余热资源数量庞大，据国内调查的不完全统计，各行各业的余热资源约占其燃料消耗总量的20%～67%不等，可回收的余热资源占余热资源总量的60%左右，因此在注重节能减排，发展循环经济，走可持续发展道路的新时期，火力发电厂等大型工业企业的余热再利用问题引起了人们的高度重视，研究开发有效利用大型工业企业余热技术具有一定的意义，同时可以缓解能源危机。

热泵技术近几年来发展势头迅猛，不仅在建筑节能上应用广泛，在利用工业余热方面也被广泛使用，其中最典型的就是使用在电站余热供暖方面。最常用的方法是利用水源式热泵吸收循环冷却水的低品位余热，但这对热泵的要求很高。汽轮机做功后的乏汽是循环冷却水热量的来源，采用吸收式热泵直接利用低品位乏汽热能又能减少热量的损失。本文提出在常规供暖基础上，采用吸收式热泵吸收利用汽轮机乏汽中的低温余热，实现供暖成本降低的一种方案。

2 工作原理

吸收式热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，以消耗一部分温度较高的高位热能为代价，从低温热源吸取热量供给用户，从而提高热能利用率，节约大量燃料。本文采用以溴化锂为工质的第一类吸收式热泵，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂。水在常压下100℃沸腾、蒸发，在5mmHg真空状态下4℃时蒸发；溴化锂溶液是一种极易吸收水（蒸汽）、化学性质稳定的物质，在温度越低、浓度越高时吸收能力越强。溴化锂吸收式热泵就是利用此性质。水在蒸发器中吸收热源水的热量蒸发变成蒸汽，被溴化锂浓溶液在吸收器中吸收变成稀溶液，同时放出吸收热，实现水的一次升温；稀溶液被送到再生器，被高温热源加热浓缩成浓溶液，进入吸收器。再生器产生的水蒸汽进入冷凝器与温水换热，冷凝成水进入蒸发器；温水在冷凝器中被加热实现二次升温，如此反复循环。

3 方案说明

3.1 方案介绍

本方案中，吸收式热泵将以蒸汽为驱动热源，吸收汽轮机乏汽中的低温余热，生产高温热水，满足用户的供暖需求。

基本工艺流程为：从蒸汽轮机抽出0.4MPa的过热蒸汽，通过减温器变为饱和蒸汽后，经过分汽缸驱动各台吸收式热泵；汽轮机乏汽不再直接进入冷凝器冷却，而是通过管道进入各台吸收式热泵，在热泵中释放热量后冷凝为水，然后再进行冷却至要求温度；热网循环水回水进入吸收式热泵组后吸热升温，然后再经汽水换热器升温，最后入户，如此循环。

本项目供暖系统的基本组成部分包括：吸收式热泵系统和原汽水换热系统。

3.2 基本参数设定

设定某2×300MW热电厂的供暖首站的供回水温度为115／55℃。该温度是吸收式热泵无法达到的，因此考虑二级换热的方式，先使用吸收式热泵将55℃的回水提升至85℃，然后再使用原有的汽水换热器继续提升至115℃。假设该方式下，二级管网供暖工况与原系统相同，不受影响。电厂单台汽轮机最大抽汽量为520t／h，因此本方案所做系统蒸汽总耗量须小于520t／h，即吸收式热泵机组耗气量和原汽水换热机组耗气量的和应小于520t／h。设定单台汽轮机组乏汽量为149.1t／h，吸收式热泵系统所能处理的水量为5901m3／h，这些乏汽可提供的余热量为100MW。同时汽水换热系统负责将该循环水由85℃加热至115℃。

据此计算，选取了如下吸收式热泵机组和汽水换热系统，其系统技术参数见表1、表2所示。

3.3 工艺流程

某2×300MW热电厂，改造方案共使用3×2台吸收式热泵设备，基本工艺流程按图1所示。

表1 单台汽轮机组的吸收式热泵系统技术参数

表2 单台汽轮机组的汽水换热系统技术参数

图1 单台汽轮机组的吸收式热泵系统工艺流程

4 可行性分析

4.1 机组投资估算

方案中使用吸收式热泵机组，采用国外技术部分材料进口，有着雄厚的技术和质量的保障，因此将6台机组成本估算为13170万元，其中包含运输费用，车板交货。

4.2 工程项目投资

由于整个工程项目包括机房的建设、管网建设及末端建设，项目规模较大，投资额定较高，涉及数目较大，故在计算投资回报时仅比较热泵机组报价部分。

4.3 经济效益分析

笔者以传统方案和本改造方案做节能比较，但只针对本方案和纯汽水换热系统作了基本的计算。在方案中真正节能的部分是吸收式热泵系统，即低温段（55～85℃）这一工作区间，而高温段（85～115℃）区间均是由汽水换热机组完成，是不节能的。在实际的供暖中，不论供暖初期还是峰期，低温段都是需要保证的，所以吸收式热泵系统一直处于满负荷工作的状态，因此只进行低温段汽耗的对比，即可得出该供暖季的蒸汽节省量。比较结果如表3所示。

表3 单台汽轮机机组的供暖系统经济效益计算

4.4 环境效益分析

采用吸收式余热热泵机组系统，不仅节省了锅炉的燃料运输、设备维护等费用，同时解决了锅炉污染物排放对环境造成的大气污染问题，循环水余热利用可取得很好的环保效应和经济效应，符合当前节能减排的战略方针。

5 结语

经过分析单以单台汽轮机组而言：①要达到相同的供暖面（823万m2），较纯汽水换热系统，本方案每年可节省蒸汽（0.4MPa、246℃）计50万t；②使用相同量的蒸汽（520t／h），较纯汽水换热系统，新方案每年额外增加供暖面积206万m2；③两台汽轮机组所配备的吸收式热泵系统相同，因此有着相同的投资和经济效益。除此之外，采用吸收式余热热泵机组系统优势明显：①系统简单、加热温度稳定可靠；②热泵系统非满负荷运转时，效率高于额定值，节能效果更好；③操作管理方便、维护费用低、设备寿命长，可达25年；④节能减排，符合国际趋势，能够树立节能减排标杆工程。

［1］ 徐邦裕，陆亚俊，马最良.热泵［M］.北京：中国建筑工业出版社，1988.

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