热电厂热泵技术乏汽利用的介绍及应用

孟志刚 MENG Zhi-gang

（山西大唐云冈热电有限责任公司，大同 037000）

（Shanxi Datang Yungang Thermal Power Co.，Ltd.，Datong 037000，China）

1 概述

山西大唐国际云冈热电公司（简称“云冈热电”）是大同市规划的城市采暖热源点之一。云冈热电公司现有四台总装机容量为1040MW的直接空冷供热机组，分两期建设。一期工程为2×220MW直接空冷供热机组，Ⅱ期工程为2×300MW直接空冷供热机组，分别于2003年和2009年投产发电。随着大同市城市建设的发展，供热燃煤锅炉拆除，2007年后大同市城市供热能力与热网要求差距逐年加大，到2009年热量需求增加和热源点能力不变的矛盾进一步加剧。2011-2012年云冈热电尽最大能力供热，仍然不能满足城市供热要求的热负荷。根据大同市总体规划，2015年大同市预计集中供热面积将达到6780万平方米，根据现状热源的实际供热能力和城市集中供热面积的发展状况，2012年热源缺口46.4MW，约80万m2供热面积无热源供热，到2015年热源缺口1051.2MW，约1946.7万m2供热面积无热源供热。乏汽利用项目改造前云冈热电公司一期工程为大同市城区提供472MW的供热负荷，二期扩建工程2×300MW供热机组为大同市城区提供698MW，共供热能力为1170MW。为保证城市采暖供热，适应未来热负荷需求的增加，最有效的办法就是提高原有热电厂的供热能力。因此云冈热电公司果断进行供热改造采用乏汽利用这一项技改项目。热泵乏汽利用技术，回收电厂乏汽冷凝热量480MW，使云冈电厂总供热能力达到1489MW，可供应2481万m2的建筑采暖。每年回收乏汽余热674万GJ向城市供热，与集中供热锅炉相比，相当于每年节约28.75万吨标准煤，减少SO2排放量0.7万吨，减少CO2排放量66.4万吨，减少NOx排放量651.83吨，减少烟尘排放量0.54万吨。对加快市政基础设施建设、保障热力供应、改善城市环境等有直接的推动作用。

2 吸收式热泵的工作原理

当前电站余热利用供热系统应用较多的是吸收式热泵。吸收式热泵以溴化锂溶液作为工质，以高温热源做驱动，把低温热源的热量提高到中温，从而提高系统能源的利用效率。热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流装置、溶液泵、冷剂泵等组成；为了提高机组的热力系数还设有溶液热交换器；为了使装置能连续工作，使工质在各设备中进行循环，因而还装有屏蔽泵（溶液泵、冷剂泵）以及相应的连接管道、阀门等。溴化锂吸收式热泵工作原理如图1。

图1 溴化锂吸收式热泵工作原理

其工作过程为：驱动热源在发生气内释放热量，加热溴化锂稀溶液，并产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入冷凝器放冷凝热，加热流经冷凝器传热管内的水。冷凝下来的水经过节流进入蒸发器，冷凝水通过冷凝泵喷射到蒸发器传热管表面，吸收刘金蒸发器传热关内的低温余热热量，冷凝水吸收热量后变为蒸汽，进入吸收器。在发生气内被加热的溴化锂稀溶液变为浓溶液，也进入吸收器喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽并放出热量，加热流经吸收器传热管内的水。溴化锂浓溶液与冷剂蒸汽放热混合后变为稀溶液，通过溶液泵返回发生器内重新进行循环。被加热的热水流经吸收器、冷凝器输送给热用户。

3 热泵乏汽利用系统简介

3.1 云冈热电原有的供热系统，云冈热电2×220MW热网系统按循环水量额定6700t/h、最大7400t/h设计，热网加热器把循环水从65℃加热到115℃。热网站设4台热网加热器、5台热网循环水泵、3台热网疏水泵，以及低压除氧器、除污器、热网补水泵和排水泵、软化水泵、扩容器等设备。云冈热电2×300MW供热机组扩建工程热网系统按循环水量设计额定流量8756t/h，最大10790t/h，热网加热器把循环水从65℃加热到120℃。热网站设4台热网加热器、5台热网循环水泵、6台热网疏水泵，以及疏水罐、除污器、扩容器等设备。云冈热电向大同市区共有四条供热主干线，分别为 DN800，DN800，DN1000，和 DN1200，分别由2×220MW、2×300MW机组供出，在外网末端与其它热源点的末端并接。

3.2 乏汽利用项目改造后的系统，原有的热网加热站设备不变，每台主机对应配置一台吸收式热泵，利用主机五段供热抽汽作为驱动汽源带动其运行、并吸收主机部分乏汽气化潜热。余热回收热泵并列运行，其乏汽系统、驱动蒸汽系统相互独立，其热网循环水供水系统管道汇集在一起进入原有的供热站进行二次加热。加热后进入大热网供水母管送至市区供热。大热网供热回水先经四台增压水泵进行升压来克服热泵压损，保证热泵出水压力能满足供热循环水进入原加热站五台热网循环水泵入口要求。机组做完功的乏汽一部分进入空冷散热器进行冷却回收至凝结水箱，一部分通过乏汽蝶阀进入热泵凝汽器进行换热。每台热泵凝汽器配两台热泵凝结水泵（一台运行，一台备用）。热泵凝结水通过凝结水泵回收至热力系统凝结水箱。热泵凝汽器真空系统通过热泵抽真空门与主机真空系统串联。

图2 一期2×220MW机组乏汽利用热泵系统图

4 系统运行及调整方式

4.1 系统运行方式 供热改造为一期2×220MW机组和二期2×300MW共4台机组每台主机对应一台热泵机组，每台热泵均单独设置余热回收机房，回收汽轮机乏汽余热。一期2×220MW机组热网循环水回水温度45℃，所有循环水回水首先进入1号热泵进行换热，加热至46℃后进入2号热泵进行换热，循环水温度升至59℃，此时，有一半的热网循环水重新回至1号热泵进行换热，另一半热网循环水仍在2号热泵中进行换热，热网循环水被分别加热后重新汇合在一起，最终温度达到74℃后进入一期原热网首站继续加热。二期2×300MW机组热网循环水回水温度45℃，所有循环水回水首先进入3号热泵进行换热，加热至54℃后进入4号热泵进行换热，循环水温度升至59℃，此时，有一半的热网循环水重新回至3号热泵进行换热，另一半热网循环水仍在4号热泵中进行换热，热网循环水被分别加热后重新汇合在一起，最终温度达到75℃后进入二期原热网首站继续加热。

4.2 运行调整方式 云冈热电4台机组同时运行，#1、3机组高真空运行，机组真空值要求在-80kPa，#2、4机组低真空运行，机组真空要求在-63kPa-66kPa，驱动汽源采用机组五段抽汽，汽源压力要求在0.12MPa以上，且热泵驱动汽源总门及调整门全开。热泵系统真空与机组真空系统串联，真空值一致，乏汽进入凝汽器蝶阀全开状态，通过调整，通过调整机组真空值来调整进入热泵系统的乏汽量。正常运行中保证热泵满出力运行，调整供热参数时通过改变热网站加热器的投运数量和热网加热器的进汽量来调整。当热网加热器全部退出运行后，如果要调整供热参数时，通过改变机组真空值来调整进入热泵的乏汽量来调整，乏汽量多凝汽器换热强烈出水温度就高，相反乏汽量少凝汽器换热效果减弱出水温度低。当机组出现异常或故障时，只需将驱动汽源门关闭，切断驱动汽源，热泵系统停止工作，保留凝汽器工作。

5 乏汽利用系统改造后的经济性

5.1 改造后，供热系统运行参数如表1所示。

表1 一期2×200MW供热系统额定工作参数

表2 二期2×300MW供热系统额定工作参数

从表1、表2可以看出，改造后，电厂余热回收机组回收乏汽能力为760t/h，功率480MW；电厂总供热能力1489MW，总供热面积可达到2481万平方米。

在整个采暖季的运行中，乏汽供热带基本负荷，云冈热电厂供热系统总供热量约为1398万GJ。由汽轮机凝汽余热提供674万GJ，占48%；由采暖抽汽提供724万GJ，占52%。供热负荷分配图如图3所示。

图3 云冈热电厂供热负荷分配图

5.2 将乏汽供热视同在火力发电厂热经济指标计算中视同抽汽供热，则改造前后，电厂额定供热工况的主要热经济指标如表3所示。

从表3可以看出，改造以后，在同样锅炉燃煤量和主蒸汽进汽量的情况下，200MW机组供热量由390t/h抽汽改为283t/h抽汽+178t/h乏汽，供热能力增加；发电机功率由164.5MW改为176.6MW，增加了机组的发电量；热耗降低、发电标煤耗降低。300MW机组供热量由500t/h抽汽改为440t/h抽汽+202t/h乏汽，供热能力增加；发电机功率由258.5MW改为267.3MW，增加了机组的发电量；热耗降低、发电标煤耗降低。

6 结束语

热泵系统在热电厂中的利用在不增加电厂燃煤量、污染物排放量等的基础上，回收汽轮机的乏汽余热向城市供热，使电厂对外供热能力提高，节约能源，提高了运行经济性，降低碳排放，保护了环境。

表3 额定供热工况主要热经济指标

[1]山西大唐国际云冈热电公司热泵系统运行规程[S].2012.

[2]山西大唐国际云冈热电公司乏汽余热利用工程研究报告[R].2012.

[3]山西大唐国际云冈热电公司乏汽余热利用经济性试验报告[R].2013.

[4]陆震.热泵原理及应用[M].北京∶机械工业出版社，1993.