热电企业溴化锂吸收式热泵应用的优化选型

孟钢　耿宁

摘要：随着国家经济的结构性调整，政府大力倡导资源节约、节能环保、能源综合利用型企业的发展。文章结合我国某北方热电企业双抽凝汽式汽轮机组第一类溴化锂吸收式热泵改造项目，探讨了溴化锂吸收式热泵选型时影响设备选型的系统因素，以确保项目改造设备选型的经济高效。

关键词：双抽凝汽式汽轮机组；溴化锂吸收式热泵；设备选型；热电企业；节能减排 文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2016）02-0032-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.015

1 概述

近年来，随着国家经济结构性调整，政府大力倡导资源节约、节能环保、能源综合利用型企业的发展，制定了节能减排十二五、十三五的规划，并通过省、市政府逐级指标分解到企业。同时，为了配合各阶段节能减排目标的完成，国务院汇同财政部推出了一系列节能减排奖励资金，力求推动企业顺利通过转型。

进入新世纪以来，随着世界范围内能源价格上涨，各国一方面积极推动新能源技术的开发和利用；另一方面整合各专业的技术优势，对传统行业设备进行再创新。热电企业应用的溴化锂吸收式热泵技术就是在这样的背景下应运而生。随着设备制造工艺的提升、控制系统的飞速发展，使得传统用于民用制冷的溴化锂吸收式热泵机组的制造得以大型化、智能化，从而为其在热电企业应用铺平了道路。本篇文章将以我国北方某热电厂应用溴化锂吸收式热泵，冬季回收循环水热能项目为蓝本，探讨热电企业溴化锂吸收式热泵选型的最优化。

2 工程项目概述

2.1 热电厂系统简介

某北方热电厂总装机容量36MW，2台12MW双抽凝汽汽轮机组，1台12MW抽背汽轮机组。其中1台双抽凝汽汽轮机组，已经进行了低真空供暖改造。从熱电厂整体系统容量考量，另外一台双抽凝汽式汽轮机组已经不具备低真空改造可能。因此，冬季这台双抽凝汽式汽轮机组运行循环水仍旧上塔运行，低品质热能排放至大气中。

2.2 热网系统简介

热电厂配套热网总供暖面积约1500万平方米，其中有约400万平方米供暖面积由3台汽轮机组抽、排汽所带汽水换热器提供，其余供暖热负荷由热源热水锅炉接带。整个热网有3个热源，呈环形布置，可相互备用。1号热源由汽轮机接带汽水换热器和热水锅炉接带的水水换热器混合热源提供，2、3号热源为热水锅炉直接接带。

2.3 项目改造要求达到的目的

应用溴化锂吸收式热泵技术，回收冬季循环水上塔运行那台双抽凝汽式汽轮机组的冷源损失，补充至热网回水中，提高热网回水温度（图1）。在保证供暖参数的前提下，减少汽水换热器蒸汽用量，从而达到降低发电煤耗，减少SO2、NOX排放的目的。

3 溴化锂吸收式热泵选型的重要性

3.1 溴化锂吸收式热泵项目改造的独特性

热电企业在进行蒸汽型溴化锂吸收式热泵机组改造时，因为各家热电企业运行机组参数不同、热网负荷不同、运行方式又千差万别，所以不能提供统一标准的蒸汽型吸收式热泵设备。项目改造的溴化锂吸收式热泵属于定制产品，需要在对热电企业的热电厂和热网运行模式、运行数据进行深入研究的基础上，根据用户实际情况进行整体设计选型，才能保证项目改造的成功。

3.2 溴化锂吸收式热泵选型的重要性

蒸汽型溴化锂吸收式热泵机组是整个改造项目中的核心技术设备，同时也是整个项目中资金占用最大的设备。通常在这类改造项目中，蒸汽型溴化锂热泵机组的资金量约占工程总造价的50%以上。因此，选择满足热电企业设备技术要求，同时达到最佳经济性能的溴化锂吸收式热泵，是项目改造成功的一个最关键因素。

4 溴化锂吸收式热泵改造选型思路

4.1 热泵机组容量的初定

溴化锂吸收式热泵机组选型首先要明确改造的热泵机组在热网系统中承担的作用，根据作用的不同对下一步热泵机组设计起到重要影响。通常吸收式热泵改造主要是在热网系统中起辅助作用，即热网参数由原热网系统换热器保证，溴化锂吸收式热泵机组承担回收水塔散失冷源损失，从而提升热电厂热电联产整体热效率的目的。热电企业吸收式热泵通用应用模式机组容量选型，要对热电厂相关联汽轮机组运行模式、运行参数进行深入的统计、分析。重点是热电厂汽轮机组循环水侧参数的（即热泵热源水侧）的统计、测量，即循环水总流量Q1的测定，凝汽器入出口温度tw1、tw2（详见表1）统计分析。

根据公式：Q1=C×qw×△t（式中：Q为热泵热源水侧总热量，单位J；qw为循环水测定流量，单位kg/h；△t为汽轮机凝汽器循环入出口温差，单位℃）。例如，某北方热电厂计算出热泵热源水侧初定总热负荷约为15.7MW。此初定总参数需要考虑其他影响设备选型的因素进行修正，再对初选定型热泵参数对照原汽轮机运行参数、热网运行参数进行反复校核，最终确定热泵机组选型参数。

4.2 影响热泵机组选型的因素

4.2.1 冬季循环水管道散热损失因素对热泵选型的影响。我国北方地区冬季凝汽器循环水进出口温度比较低，冷却水塔与汽轮机凝汽器相当于一个对大气的开式循环，建立一个比较低的热平衡。当溴化锂吸收式热泵改造后，汽轮机凝汽器与溴化锂吸收式热泵建立一个相对封闭的封闭式循环，这个热平衡是以汽轮机最佳真空对应的排汽缸温度，考虑凝汽器端差后的设计值，比原热平衡相对高的一个位置建立的新的热平衡。

两个热平衡在基本相同的系统中，现场实际统计数据反映存在的散热损失相差约10%（详见表2），即溴化锂吸收式热泵可利用热能，约占统计数据的90%，其余10%散失。这项影响因素在越是寒冷的地方，影响因素

越大。

4.2.2 吸收式热泵选择汽轮机一段抽气作为驱动汽源，带入热量Q2，共同补入热网回水的热量为Q1+Q2，在热网总热量需求不变的条件下，这将减少汽轮机原二段抽汽用量，同时保证汽轮机组电负荷基本不变的条件下，需要适当增加汽轮机进汽量，而此时因为两段抽汽焓的差异，反映到凝结水流量的增加和排汽温度的上升，从而影响吸收式热泵热源水侧热负荷的增加。通过试验数据（表3）可以较为直观地反映出凝结水量的增量与汽轮机进汽量增量的非线性。

对同等电、热（抽汽）负荷工况实验数据进行统计分析，最终折算循环水温差增加约5%。即由于用一段抽汽Q2加回收循环水余热量Q1，替换原二段抽汽的热负荷的工况下，系统因运行方式的变化，造成吸收式热泵热源水侧热负荷比统计初设数据增加约5%的热能。

4.2.3 运行模式改变因素对吸收式热泵选型的影响。目前，热电企业对系统运行普遍采取小指标考核激励机制，具体考核指标有“上网电量”“汽水损失率”“发电煤耗”等主要指标。溴化锂吸收式热泵改造前，各运行值在节能指标的指引下，通过调节汽轮机抽汽量，尽量降低循环水上塔汽轮机组冷源损失，达到降低发电煤耗的目的。而随着溴化锂吸收式热泵机组的改造，同等锅炉产汽量工况下，对比背压汽轮机组和低真空供暖汽轮机组，溴化锂吸收式热泵相关联汽轮机组发电汽耗率最低，即便是吸收式热泵机组在超负荷运行工况，对应汽轮机凝汽器背压也是最低。这将进一步增加吸收式热泵热负荷，也是热泵选型时必须考虑的问题。具体详见表4整个采暖季平均数据统计。通过对整个采暖季汽轮机组平均参数的统计，实际热负荷增加约10%

左右。

该项因素的影響因热电企业不同而不同，在选型初应有针对性对热电企业运行模式进行深入分析。锅炉的产汽量是定量，热网的热负荷是基本固定量，热电企业系统在变工况条件下，如何优化不同汽轮机组带负荷的最佳工况，从而避免因设计初统计数据与实际运行参数的偏差，造成项目改造的失败。

4.2.4 系统改造后循环水量的变化的影响。在热电企业溴化锂吸收式热泵改造过程，因厂房位置的选择等因素影响，项目或改造热电厂汽轮机循环水泵或在原循环水系统中增加增压泵与原循环水泵串联运行，以保证改造后溴化锂吸收式热泵热源水流量。此时在总热量不变的条件下，循环水流量将增加，循环水温差将减小。所以在初设数据提交设备制造单位时，初设热源水侧总热负荷是主要参考依据，热源水侧温差作为辅助设计参考。例如本项目在选型前对循环水流量进行现场实地测量时，循环水平均流量约1700T/h，实际运行后，因为循环水增压泵与原热电厂循环水泵串联运行，循环水流量增加12%。

4.2.5 吸收式热泵造价的影响。吸收式热泵总体造价与容量相关，但不是线性相关。随着单机容量增加，价格上升比例增加率增大。所以选型时必须考虑在满足回收热量的前提下，业主方、设备制造企业、合同能源管理企业应进行经济最优化的选型。通常，在场地满足的条件下，总热量选择2～4台单体吸收式热泵机组配套，达到最佳经济效益比。

5 溴化锂吸收式热泵选型的最优化

综合考虑上述影响吸收式热泵选型的重要因素，最终测算溴化锂吸收式热泵热源水侧热负荷为16.66MW，根据第一类溴化锂吸收式热泵综合效能系数和生产现场空间情况，最终本次改造选择标牌（溴化锂吸收式热泵以制热能力标注铭牌）19.15MW×2台溴化锂吸收式热泵机组。通过一个采暖周期运行统计数据分析，系统运行参数与设备选型数据高度一致，本次吸收式热泵改造成功。

6 结语

溴化锂吸收式热泵在热电企业的应用，有效地解决热电企业冷水塔冷源损失，提升热电企业整体热效率。改造的关键是深入了解热电企业运行模式、运行参数。综合考虑设备造价，生产现场情况，选择最经济、最有效的设备，满足系统改造达到预期目标。

参考文献

[1]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术使用手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：孟钢（1968-），男，辽宁大连人，沈阳皇姑热电有限公司高级工程师，研究方向：城市集中供暖；耿宁（1974-），男，河南滑县人，沈阳皇姑热电有限公司工程师，研究方向：热能动力工程。

（责任编辑：周 琼）