电厂循环水吸收式热泵供热系统经济性分析

周振起，崔春晖

(东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012)



电厂循环水吸收式热泵供热系统经济性分析

周振起，崔春晖

(东北电力大学 能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012)

摘要：利用吸收式热泵回收电厂循环水余热，能够提高机组的热效率和供热能力，降低机组的冷源损失。以某300MW供热机组为例，确定两种计算方案，对抽汽供热与循环水吸收式热泵供热的联产机组经济性进行对比分析。计算结果表明：利用热泵回收电厂循环水余热具有良好的社会效益和经济效益。

关键词：吸收式热泵；循环水；余热利用；经济性

随着全球经济的快速发展，对能源的需求也越来越多。由于煤、石油、天然气等储量有限，而且燃烧会带来环境问题。近几年，新能源的开发与各种节能技术越来越受到人们的重视。其中，溴化锂吸收式热泵因具有制热温度高、能效比高、可靠性和环保性好等特点，尤为引人注目[1]。

当前，火力发电厂能源综合利用率较低，大量的低温余热被汽轮机乏汽携带，通过冷却塔排入大气或随循环水排入江河，造成能源的浪费以及对环境的热污染，这部分能量约占电厂总能耗的30%以上[2-4]。若利用溴化锂吸收式热泵回收循环水余热，将这部分热量用于供热，在电厂机组容量和污染物排放量不变的条件下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的综合能源利用效率；具有良好的经济和环境效益[5]。以300 MW机组为例，分别探讨分析了采用热泵供热前后机组供热负荷、发电负荷不变的情况下的效益测算，并对系统的经济性进行分析。

1回收循环水余热的热泵供热方式

循环水热泵供热是利用热泵直接提取循环水中的低品位热量来进行供热的一种方式。如图1所示，利用汽轮机低压抽汽作为驱动热源，电厂循环冷却水作为低温热源。通过这种方式，一方面回收低品位余热减少了机组冷端热损失，提高了机组热效率；另一方面减少了供暖抽汽量，使得高品质能量的损失减少，提高电厂能源利用效率。利用溴化锂吸收式热泵回收电厂循环水余热，能够实现能量的阶梯利用，符合能源的“温度对口，阶梯利用”原则[6-7]。

图1　循环水热泵供热示意图

图2　溴化锂吸收式热泵工作原理图

2溴化锂吸收式热泵技术

2.1溴化锂吸收式热泵原理

溴化锂吸收式热泵以蒸汽作为驱动热源，溴化锂浓溶液为吸收剂，水作为工质，利用水在低压真空状态下低沸点的特性，回收循环水余热供热，实现热量从低温热源向高温热源的传递，主要由吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器以及相应的泵和阀门等构成，其工作原理如图2所示。汽轮机抽汽作为驱动热源进入发生器，加热溴化锂稀溶液，使溴化锂稀溶液变成浓溶液，并产生高压水蒸汽，高压蒸汽进入冷凝器，在冷凝器中变成冷凝水，放出冷凝热，经节流降温后流入蒸发器，冷凝水在蒸发器中蒸发产生的水蒸汽进入吸收器，而发生器中产生的溴化锂浓溶液则经溶液交换器预热进入发生器的稀溶液后流入吸收器，吸收来自蒸发器的水蒸汽，变成溴化锂稀溶液，如此反复循环。

2.2热力性能评价

若忽略泵功以及系统与周围环境热交换等带给系统的热量，整个系统的热平衡为

Qg+Qn=Qk+Qa，

(1)

式中：Qg为发生器热负荷，即驱动蒸汽在发生器中的放热量；Qa为吸收器热负荷，即热网水在吸收器中的吸热量；Qk为冷凝器热负荷，即热网水在冷凝器中的吸热量；Qn为蒸发器热负荷，即热泵从电厂循环冷却水中提取的热量。

吸收式热泵性能系数等于热网水吸收热量与驱动蒸汽热量之比，即

(2)

根据不同的工况条件，且当前技术条件下，第一类吸收式热泵的COP一般为1.65 -1.85[8]。

2.3与抽凝供热机组比较

热电厂直接抽汽对外供热，用户得到的热量

Qc=m(hj-hj1)ηlηh，

(3)

式中：Qc为用户得到的热量，kW；m为抽汽流量，kg/s；hj为抽汽焓，kJ/kg；hj1为抽汽疏水焓，kJ/kg；ηl为热网效率；ηh为热网加热器效率。

采用吸收式热泵供热，用户得到的热量

Qb=Qg·COP·ηl=m(hj-hj1)·COP·ηl，

(4)

式中：Qb为热泵供热用户得到的热量，kW；Qg为驱动蒸汽热量，kW；COP为吸收式热泵热力性能系数。

由公式(3)、公式(4)式可知，相同抽汽量的情况下，采用热泵供热方式供热量要高于直接抽汽供热方式供热量。

当供热负荷不变时，安装热泵系统后，由于回收了部分循环水余热量，使汽轮机组供暖抽汽量减少，节省的抽汽可在汽轮机低压缸中继续做功，使机组功率增加

ΔW=ΔDj(hj-hc)ηmηg，

(5)

式中：ΔW为节省抽汽所做的功，kW；ΔDj为节省的抽汽量，kg/s；hj为抽汽焓，kJ/kg；hc为汽轮机的排汽焓，kJ/kg；ηm为机组机械效率；ηg为发电机效率。

3实例计算与经济性分析

某热电厂300 MW供热机组，采用原抽汽供热方式可以为用户提供热量55 000 kW，供热面积达84.6万m2，机组主要运行参数见表1。现采用吸收式热泵设备回收电厂温度为38℃ 的循环水余热进行供热，将热网水从60 ℃加热到75 ℃，循环水温度降至28 ℃，表2列出了吸收式热泵系统的一些重要参数。设该地区供暖期为150天，对采用热泵供热前后机组供热负荷和发电负荷不变的两种工况进行经济性计算，计算结果见表3、表4。

表1　300MW机组采用抽汽方式供暖运行参数

表2　溴化锂吸收式热泵的主要参数

表3　机组供热负荷不变工况下计算结果

表4　机组发电负荷不变工况下计算结果

4经济投资及效益分析

4.1投资情况

采用动态投资回收期法对热泵供热系统进行技术经济分析，动态投资回收期是指在考虑投资资金的时间价值情况下，项目净现金流量现值累计为零时的时间。计算公式为

(6)

式中：PBP为动态投资回收期；x为累计净现金流量现值开始出现正值的年份；Ft为第t年的净现金流量；i为基准收益率。当PBP

溴化锂吸收式热泵机组的使用年限按照15年计算，残值率取5%，维修费按设备折旧费的25%计算，其他主要费用包括日常管理费、水费、税金等，按照系统初投资的2.5%计算。吸收式热泵机组操作较容易，维护保养方便，由于之前热电厂已经有专人负责供热机组的运行与维护工作，因此改造后不需要增加专业的机组运行人员进行操作，节省了运行人员费用。根据有关资料，该项目中的热泵单台价格为300万左右，吸收式热泵供热系统综合分析见表5。

表5　吸收式热泵供热系统的综合分析

综合系统初投资、运行费用以及收益的计算分析，可以看出虽然吸收式热泵系统初投资较高，但运行费用相对较低，两种不同工况计算下系统的动态投资回收期分别为9.2 a和7.6 a。

4.2效益分析

从表3中可以看出，供热量相同的情况下，采用吸收式热泵供热可节省抽汽11.55 kg/s，这部分抽汽不再被抽出供暖而是继续在汽轮机低压缸中膨胀做功，使得机组发电量增加62 687 520 MW/a，可增加发电收入923万元/a，具有良好的经济效益；从表4中可以看出，保证机组发电负荷不变的情况下，原供暖抽汽全部作为驱动热量驱动热泵对外供热，使得机组供热能力明显增加，可增加供热量498 960 GJ/a，增加供暖收益达1 746.4万元；当地采暖面积热指标按65 w/m2计算，可在现有供热基础上增加供热面积59万m2，有利于缓解城市热网热源不足，满足人们的供热需求，提高人们的生活水平，具有良好的社会效益。

5结语

采用吸收式热泵回收电厂循环水余热供热，在回收电厂余热的同时，无需消耗新的能源，有效减少电厂排放物对环境的污染，能较好的实现能源的阶梯利用。以300 MW机组为例，对采用热泵供热前后机组供热负荷和发电负荷不变两种工况计算，当机组供热负荷不变时，采用热泵供热使机组抽汽量减少，节省抽汽继续在汽轮机中膨胀做功，增加发电功率，一个供暖季机组可增加发电量62 687 520 MW；当机组发电负荷不变时，供暖抽汽全部用来驱动热泵对外供热，增加了机组的供热能力，一个供暖季机组对外增加供热量498 960 GJ，增加供热面积59万m2。

参考文献

[1]肖永勤，韩世庆，刘明军.溴化锂吸收式热泵在集中供热系统中的应用及节能分析[J].制冷与空调，2012，12(4)：8-12.

[2]周崇波，俞聪，郭栋，等.大型吸收式热泵应用于火电厂回收余热供热的试验研究[J].现代电力，2013，30(2)：37-40.

[3]胡思科，刘如舟，陈德，等.压缩式热泵回收甲丁循环冷却水余热计算分析[J].东北电力学学报，2015,35(14):14-19.

[4]王海成.吸收式热泵回收300MW供热机组循环水余热的效益分析[J].华电技术，2014，36(3)：69-72.

[5]刘明军，葛茂清，卢尚有，等.吸收式热泵在热电厂乏汽余热回收领域的应用[J].流体机械，2013，41(2)：83-87.

[6]张学镭，陈海平.回收循环水余热的热泵供热系统热力性能分析[J].中国电机工程学报，2013，33(8)：1-8.

[7]金红光，王宝群.化学能梯级利用机理探讨[J].工程热物理学报，2004，25(2)：181-184.

[8]撒卫华.溴化锂第一类吸收式热泵的研究及应用[J].洁净与空调技术，2010，(2)：21-24.

Economic Analysis of Water Absorption Heat Pump System for Power Plant Circulating Water

ZHOU Zhen-qi，CUI Chun-hui

(Energy Resource and Power Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012)

Abstract：Heat recovery of circulating water in power plant by absorption heat pump can improve the thermal efficiency of the unit and heat supply capacity，and reduce the cooling source loss.In a 300 MW steam turbine as an example，to determine the two computational scheme，pumping steam heating and circulating water absorption heat pump heating cogeneration unit economy were analyzed.The results show that the use of heat pump to recover the waste heat of circulating water in power plant has good social and economic benefits.

Key words：Absorption heat pump；Circulating water；Waste heat utilization；Economy

中图分类号：TP29

文献标识码：A

文章编号：1005-2992(2016)01-0047-04

作者简介：周振起(1963-)，男，吉林省白山市人，东北电力大学能源与动力工程学院教授，硕士，主要研究方向：电厂节能理论与节能技术.

收稿日期：2015-09-12