溴化锂吸收式热泵技术在热电厂集中供热改造中的应用

杨 玥 郇 伟

（乐金空调（山东）有限公司，山东 青岛 266109；山东富特能源管理股份有限公司，山东 青岛 266109）

溴化锂吸收式热泵技术在热电厂集中供热改造中的应用

杨 玥1郇 伟2

（乐金空调（山东）有限公司，山东 青岛 266109；山东富特能源管理股份有限公司，山东 青岛 266109）

详细介绍了电厂首站热泵改造的基本原理，并以某电厂热泵改造为例，对其改造的方案和改造后的经济性进行了分析，从实际应用的角度分析了运用热泵技术实现供热节能改造的现实意义，不但为节能减排、改善城市环境质量作出了贡献，而且还取得了良好的经济效益和社会效益。

溴化锂吸收式热泵；电厂；余热回收

0 引言

随着国民经济进入较快的发展时期，工业企业效益逐步提升，电力需求持续增长。与此同时，煤炭价格持续上涨，使发电行业面临较大的成本压力。所以，合理利用能源、提高能源利用率是国内外比较关注的问题，总能系统能量综合利用是节能的主要方向。回收利用电厂余热能有效地降低电力企业生产能耗，而热泵技术具有高效节能环保的特性。

1 研究背景

由于目前我国热电厂一次能源利用率普遍较低，很大一部分热量随着冷却塔排到大气中，如果能够将白白浪费的这部分低温热量利用起来，能够大幅度减少一次能源的消耗，降低供热成本，减少环境污染，将具有巨大的经济效益和环境效益。

如图1所示，热电厂基本循环原理：燃料在锅炉中燃烧，加热水产生蒸汽，将燃料的化学能转变为热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。汽轮机排气进入凝汽换热器，通过电厂冷却塔将排气强制冷却，放出汽化潜热变成凝结水，凝水经过冷渣机的预热返回电站锅炉。这个过程中有大量的热量通过冷却塔排放到大气当中去，能源浪费严重。通过以上分析，我们寻找到的解决方案是利用溴化锂吸收式热泵机组回收凝汽器放出的低品位热能，并转换可供城市热网供热利用的高品质热量。

一般热电厂除发电外，还承担着当地城市供热需求，如图2所示，供热方式是电厂采暖抽蒸汽，在电厂内设首站，利用气水换热器将高温高压蒸汽加热供暖回水对外供热，将60℃的热网回水加热到110℃对外供热。传统的这种单独采用加热器的供热方式，系统简单，但能耗浪费大。

图1 热电厂基本工作循环

图2 热电联产供热示意图

2 项目概述

在河北省唐山市某电厂，其发电机组能力300 MW×2，单台运行；厂区外总采暖建筑面积为230万m2，总热负荷为100 MW。内部临近氯碱化工环节有大量的废热，主要为蒸馏塔和螺旋板式换热器换出的55～60℃的水，此部分水最终通过凉水塔散热将水温降低至30℃，而后继续回至生产工艺。此余热水循环量冬季可达到1 400 t/h，夏季水量较冬季更多。

工艺冷却循环水的总流量为1 400 m3/h，余热若按照温差25℃提取，可回收的余热量为：Q吸热=G×1 000×C×ΔT÷ 3 600÷1 000 000=40.7 MW。

可见余热资源比较大，若按照采暖指标45 W/m2来计算，该余热全部开发出来可扩大供暖90.4万m2。

余热水水质干净，可以直接进入同方的余热回收机组，是非常好的余热资源。

3 存在问题

（1）首站余热资源丰富，未予利用。目前可利用余热水水温55℃，水量为1 400 m3/h，余热资源较丰富。首站生产运行及周边小区冬季供暖均需消耗大量的热能，而首站的余热水通过冷却塔放热至30℃后再返回工艺使用，未对余热资源进行回收利用。

（2）现首站采用换热器方式，增加了蒸汽抽汽，导致发电效率下降，能耗上升，排放物增加，对周边环境造成一定污染。

4 改造方案思路

厂区外总采暖建筑面积230万m2，总热负荷为100 MW，目前采暖热源为老电厂低真空供暖结合尖峰加热的方式为厂区外建筑供暖。热网平均供回水温度为78/55℃，采暖运行时间为2 880 h。而厂区内部生产过程中有大量的余热和废热通过冷却水散失到大气中。在本方案中拟利用成熟热泵技术回收余热用于加热采暖循环水，从而避免低真空供暖影响所减少的发电量。本方案采用吸收式热泵，可以直接吸收工艺热水中的余热，用以加热采暖循环水，直接将采暖循环水加热到78℃，达到供暖标准，满足供热需求。同时系统设计可以满足自主调节供水温度的需求，采用热泵与换热器串并联方式，保证出水温度和供热系统的安全性。

4.1 机组结构组成及工作原理简述

以蒸汽为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在低真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位废热源中的热量，在高品位热源的驱动下，制取采暖用高品位热水。溴化锂吸收式热泵由蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、溶液热交换器、冷剂泵、溶液泵、抽气系统等组成。蒸发器内保持真空状态，利用水在一定的低压环境下便会沸腾蒸发，水蒸发吸热，吸收废热源中的热量，变成水蒸气，水蒸气通过挡液板进入吸收器中，吸收器中滴淋溴化锂浓溶液，利用溴化锂溶液超强吸水性的特点，吸收由蒸发器过来的水蒸气产生大量的热量，加热铜管内的采暖回水，使其温度提高。发生器的作用就是对溴化锂浓溶液吸收水蒸气后溶液变稀后再进行浓缩，重新得到具有强大吸水性的溴化锂浓溶液。浓缩过程产生的冷剂蒸汽进入冷凝器中，被冷凝成冷剂水，冷凝放热，加热铜管内的采暖回水。吸收式热泵原理如图3所示。

图3 吸收式热泵循环原理图

4.2 改造系统原理图

如图4所示，本方案采用LG吸收式热泵主机3台，供热量33.3 MW/台，可以直接吸收工艺热水的热量，用以加热采暖循环水，直接将采暖循环水加热到78℃以上，达到供暖标准，满足供热需求。同时系统设计可以实现自主调节供水温度。同时为了保证出水温度和供热系统的安全性，采用热泵与换热器串并联方式。

（1）当热泵热水出口温度达到供热温度时，热泵热水出口直接连接外管网供热；

（2）当热泵热水出口温度低于供热温度时，热泵热水出口连接进换热器进一步加热后进入外管网供热；

（3）当热泵机组停电或无法运行时，供热循环水直接进入换热器加热后进入外管网供热。

改造后供暖首站如图4所示。

图4 改造后供暖首站示意图

4.3 设备选型参数

河北唐山某热电项目设备参数如表1所示。

表1 河北唐山某热电项目设备参数

4.4 系统其他耗电设备配套表

供热系统中除热泵主机外，其他附属设备耗电情况如表2所示。

表2 附属设备耗电表

以上3台热泵可供热水流量为3 700 m3/h，现热网循环水为2 700 m3/h，随着城市化进一步扩大，几年之后该开发区的供热面积势必有较大的增加。本方案主要依据供热量100 MW来进行设计，之后的供热量不足问题，考虑在建设机房时进行预留。

4.6 经济性分析

4.5 投资分析

热泵系统方案设备投资表如表3所示。

表3 热泵系统方案设备投资表

4.6.1 余热回收量效益

每小时回收余热量为：（55-30）×455×3÷10×11.63÷ 1 000=40 MW。

年回收热量为：40×3 600×2 880÷1 000=41.5万GJ。

年可节省的标煤量为：40×1 000×2 880÷11.63÷0.7÷ 1 000÷0.72=19 654 t。

可节省的费用为：19 654×650÷10 000=1 278万元。

4.6.2 节水收益

工艺余热水由55℃冷却至30℃，按热力平衡计算，冷却塔的飘水损失为水流量的3％。采用余热回收技术后有455×3=1 365 m3/h的循环水上塔，所以可减少飘水损失。

冬季共节约水1 365×3％×2 880=118 000 t。

年节约循环冷却水费用为：118 000×3.5÷10 000=41万元。

4.6.3 运营成本

人工成本：定员6人，工资支出6×8=48万元。

动力成本：电费=（余热水泵+凝水回水泵+热泵机组+控制）×电价×运行时间×电价

=（160×3+15+132+100）×2 880×0.46=96.31万元

管理维护成本：10万/台，共计30万元。

财务成本：5年以上长期贷款利率6.55％，贷款期10年，利息照付方式，即：

4 652.11×6.55％×10÷15=203.14万元

折旧成本：按15年直线折旧法计算，残值5％计，即：4 652.11×0.95÷15=294.63万元

备注：采暖运行时间2 880 h、标煤价格为650元/t、电价为0.46元/kW·h、水费为3.5元/t、锅炉效率72％、水泵效率为0.8。

蒸汽参数：0.33 MPa饱和蒸汽，温度为146℃，其焓值为2 742 kJ/kg，冷凝水焓值为390 kJ/kg。

4.6.4 节能减排社会效益分析

本供热项目改造后，年供热量为103.68×104GJ，其中余热供热量为41.5×104GJ，蒸汽供热量为62.18×104GJ。余热供热量占总供热量的39％，蒸汽供热量占总供热量的61％。

余热供热量41.5×104GJ，相当于年节约标煤1.96×104t，减少SO2排放量588 t，减少CO2排放量5×104t，减少NOX排放278.7 t，减少烟尘排放量46.6 t。

5 结语

发电厂是高耗能行业之一，回收余热，正是实现废热能减量再利用的有效途径，不仅可降低电厂发电煤耗，把能源用到最精，还可使环境影响代价最小。电厂循环冷却水余热高效利用正是顺应了加快推进环保清洁电力建设，把电厂建设成环境友好型和资源节约型产业这一要求。电厂循环冷却水余热利用的最有效途径是利用热泵技术将其低品位余热提升并尽可能用于采暖系统。

[1] 王以清.溴化锂吸收式热泵的研究及应用[J].能源技术，2000（3）.

[2] 杨艳磊.热泵技术在发电厂余热回收集中供热改造技术中的应用[C].热电联产学术交流会论文集，2014.

2015-04-15

杨玥（1985— ），女，黑龙江人，助理工程师，研究方向：热泵应用技术和推广。

郇伟（1984— ），男，江苏徐州人，助理工程师，研究方向：新能源技术和推广。