燃气热电厂吸收式热泵供暖的热电分摊法节能研究

王龙泽 刘超 胡国柱 张兆雷

摘 要：介绍基于热电联产机组的吸收式热泵技术，并结合某燃气热电联产供热机组实例工程，分别采用热量法、实际焓降法及火用方法等三种工程中最常用的热、电分摊法，对热泵技术节能效果进行计算和分析。指出该技术可回收电厂循环水余热，并将热电联产系统的供热天然气消耗率有效降低，在节能降耗与经济效益方面效果显著。

关键词：燃气热电厂；吸收式热泵；热、电分摊法

中图分类号： TU995 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-127-3

0 引言

热电联产是一项综合利用能源的技术，具有很高的经济性和环保性，是我国城镇供暖的主要形式[1]。我国现阶段的热电联产机组主要有燃煤和燃气两种形式。燃气热电联产以较煤炭更为清洁和高效的天然气为燃料，实现同时生产电、热能的工艺过程，并且天然气燃烧时不产生灰渣，不排放有毒气体，因此，在京沪深等大城市燃气热电联产供热系统倍受青睐。但是，燃气热电联产系统用于城市供热时，同样会产生二氧化碳、NOx等温室气体或污染物，同时，在以天然气为代表的一次能源深度利用，以及运行经济性等方面仍有潜在提升与改善的较大空间。

目前燃气热电联产电厂都在冬季有大量循环水没有得到有效利用，而通过冷却塔放到环境。循环水余热温度冬季一般在25℃左右，比从浅层地下水或生活污水提取热量更加经济、高效和环保，是一种亟待开发利用的具有重大社会效益的热源选择。为此将吸收式热泵技术与电厂循环冷却水低温热源相结合，将大量的循环冷却水低品位热源变为采暖热源用于供热，可解决在电厂余热再利用方面的一系列共性技术问题，降低城镇冬季采暖一次能源使用量，进一步提升能源利用效率。同时热电厂通过对循环冷却水余热的回收利用，既可实现额外的经济收益，又能挖掘热电厂供热潜力，带动工业系统节能。

目前，国内外学者对热电联产供热机组热电成本分摊进行了许多研究，提出了各种不同分摊方法，各有其合理性和局限性。本文结合三种典型的热电分摊法，分析吸收式热泵应用于燃气热电联产供热机组节能计算，对吸收式热泵技术的节能量分析乃至后续经济测算都具有指导意义。

1 吸收式热泵技术在热电联产中的应用

热泵技术是根据逆卡诺循环原理，利用部分高品位能源，使低位热源流向高位热源的一种技术[2]。热泵技术具有安全、节能、环保和经济效益，符合我国节约资源的基本国策，是我国重点推广的高新技术之一[3]。

溴化锂吸收式热泵是通过溴化锂在不同水溶液浓度下的吸热和放热特性，通过加热浓缩和加水稀释溴化锂溶液，改变其温度达到吸收低温热量和向高温热源放热的目的。其主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和热交换器等部件组成，内部结构如图1所示。吸收式热泵将不可用的低温热量转化为可以使用的中温热量，代价是在发生器中需要输入一定的较高品位的热量（如高温热水、蒸汽或者燃烧热等），结果是得到的中温热量超过了在发生器中输入的高温热量的输入，同时降低了低温热量的排放，达到节能减排的目的[4]。

吸收式热泵技术已在山西大同第二热电厂及京能热电石景山热电厂等多处燃煤热电联产机组中应用，节能效果明显。将吸收式热泵技术应用于燃气热电联产机组，不但可以达到节能减排的目的，更能节约较昂贵的天然气，给生产企业带来可观的经济收益。因此，对吸收式热泵技术用于燃气热电联产机组的节能分析具有重要的意义。

2 热电联产成本分摊法

热电联产机组热、电成本的制定关键是机组燃料消耗如何分摊到热、电产品成本中。由于热电联产的特殊性，使得已提出的分摊方法各有优缺点，采用不同的成本分摊法，计算所得的热、电单耗率差异甚大[5]。现阶段主要的热电成本分摊法有热量法、实际焓降法、热折扣法、火用分析法、热电联合法等，不同成本分摊法计算的热、电分摊比αh关系如图2所示。我们选用其中最常用的热量法、实际焓降法及火用分析法计算燃气热电联产机组的供热单耗，以及采用吸收式热泵技术改造后的供热单耗。

此方法将冷源损失全部以电的形式供给用户，认为供热无冷源损失。因此，此方法计算的供热热耗率总是小于其他方法之所得。

2.3 火用分析法

火用分析法考虑到热电联产系统工质能量的品位差异，按供热抽汽和新蒸汽的火用比例来分配总热量，该方法使能量的使用价值与经济价值得到较好的吻合，因而它受到许多学者的青眛。但是，火用分析法比较复杂，不直观，因此推广受阻。

火用分析法与热量法及实际焓降法不同，没有极端地将冷源损失全部划分给供热或者发电，而是较折中地考虑热、电成本的分摊。因此，采用火用分析法计算所得的供熱热耗率介于热量法与实际焓降法之间。

3 实例分析

以某“二拖一”2×350MW级燃气蒸汽联合循环供热电厂为实例，采用吸收式热泵技术对其进行供热改造。分别采用热量法、实际焓降法及火用分析法计算机组改造前后供热的天然气消耗率，并分析热泵系统的节能效果。

3.1 改造前机组现状

燃气热电厂供热首站采用热网疏水冷却器、基本热网加热器和尖峰热网加热器三级加热。尖峰热网和基本热网加热器加热蒸汽分别来自汽轮机的一段和二段抽汽。采暖季一段抽汽压力为0.41～0.52MPa.a，最大抽汽量为175t/h；二段抽汽压力为0.21～0.32MPa.a，最大抽汽量为343.5t/h。改造前基准工况的流程和性能参数具体如下：

从图3可以看出，热网循环水供回水温度110/55℃，热网水流量6700t/h，此时循环冷却水流量24120t/h，进水温度25℃，出水温度30℃，理论计算可回收循环水余热量为140MW。

3.2 改造方案设计

改造方案以不增加对外供热量为边界条件进行比较。采用吸收式热泵技术，在热电联产供热系统首站加入吸收式热泵系统，以一级抽汽为驱动热源，回收循环水余热进行对外供热，具体流程如下：

由图4可知，改造前后电厂供热量不变，但由于利用热泵吸收部分循环水余热60.14MW，可以节省机组天然气的消耗。

3.3 改造前后供热耗气率分析

以改造前后供热量及发电量不变为边界条件，计算此燃气热电联产机组改造前后对外每供热1GJ热量所消耗的天然气量，计算方法分别采用热量法、实际焓降法及火用分析法。具体如下表1：

根据上表可以得到采用三种热、电分摊法计算此燃气热电联产系统加入吸收式热泵后，节约天然气比例，如图5所示：

由此，可初步得到此燃气热电联产供热系统在发电及供热不变的条件下，采用吸收式热泵技术进行对外供热，可节约天然气量在15%以上，预计为16%左右。

4 结论

吸收式热泵技术可以有效地回收热电联产机组中的循环水余热，实现将低品位废热用于采暖供热。分别采用现阶段最常用的热量法、实际焓降法及火用分析法等三种热、电分摊法，对热泵技术用于燃气热电联产供热系统的节能效果进行分析，可以初步得到吸收式热泵技术能够将系统供热耗气率降低16%左右。

因此，吸收式热泵技术用于燃气热电联合循环供热系统节能效果明显，经济效益显著。

参 考 文 献

[1] 吕向阳，吴华新.吸收式热泵技术在热电联产供热系统中的应用[J].节能，2010（6）：69-72.

[2] 王长河，陈光，王宝玉.基于吸收式热泵的大型火电厂冷凝废热回收技术研究[J].发电技术，2011，32（140）：90-92.

[3] 张旭.热泵技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[4] 张世钢，付林，李世一.赤峰市基于吸收式换热的热电联产集中供热示范工程[J].暖通空调，2010，40（11）：71-75.

[5] 郑体宽.热力发电厂[M].中国电力出版社，2004.

[6] 张春发，张宝，张德成.热电厂三种典型热、电分摊方法的内在联系及其应用[J].电力情报，2001（2）：17-20.