回收循环水余热的热泵供热系统热力性能分析

陈冬梅 杨磊(邯郸市热力公司,河北邯郸 056002)



回收循环水余热的热泵供热系统热力性能分析

陈冬梅 杨磊
(邯郸市热力公司,河北邯郸 056002)

【摘 要】对既有的调节抽气式供热机组进行分析可知,其通过将汽轮机抽汽在热网加热器中的加热返回水进行直接利用,从而驱动自身工作,但在此过程中,热网返回水从55℃上升至130℃时,其加热器具有较大的换热温差,从而导致经抽汽所获取的热能难以得到有效利用。为了进一步实现热泵供热系统对循环水余热能量的梯级利用,本文通过对基于循环水余热的热泵供应方式进行阐述,结合具体工程实例,对热泵供热系统的热力性能展开了全面分析。

【关键词】循环水余热 热泵 供热系统 热力性能

加热器具有较大的换热温差，从而导致经抽汽所获取的热能难以得到有效利用。基于此，本文则以300MW的调节抽汽式汽轮机的供热系统作为研究对象，对其热力性能做出了系统探究。

1 基于循环水余热回收的热泵供热方式

抽汽式汽轮机供热系统热网的供水温度设置为130℃，同时，将其返回水的温度设置为55℃，传统形式下供热过程为，汽轮机抽汽将直接参与到热网加热器的加热环节，从而利用热网加热器将水从55℃逐渐加热至130℃。在热泵供热系统下，抽汽先将热网的返回水加热至80℃，并将汽轮机中部分循环水的预热进行回收，此后，在峰载加热器中利用抽汽继续将热网水(80℃)加热至130℃[1]。

2 工程实例

2.1 工矿计算分析

对某一功率为300MW的供热机组进行分析可知，其原有的抽汽量为240t/h，以汽轮机热网加热器对其热网水进行加热，使其温度由50℃逐渐升至130℃，汽轮机中空气的干、湿球温度分别为22℃和16.9℃，并利用凝汽器对热泵循环的水量进行控制(31680t/h)，系统冷却塔的临睡面积以及特征参数分别为6000m2和1.99λ0.62，λ表示热泵中空气与水的质量比，进而对热泵的供热方式进行计算，具体计算结果如下。

2.2 工矿计算结果

根据溴化锂吸收式热泵供热的计算结果可知，循环水热泵供热系统中，热泵的性能系数为1.723，传统模式下的热泵供热的效率为73.68%，而热泵供热方式下的 效率则高达83.68%，提高了10%。根据热泵循环的控制数量进行计算，热泵供热方式能够帮助汽轮机抽汽每小时节约31.68t的水量，而热泵机组的功率也增加了5.31MW。在热网水温度由55℃升至80℃时，回收循环水的预热使得系统凝汽器的出口循环水温度上升了0.7℃，而对于凝汽器而言，其自身压力也增加了0.23kPa，使得机组功率降低0.33MW；同时，循环水在升压泵的消耗过程中，机组功率由降低了0.25MW，因此，热泵供热系统机组的净功率增加值为W=5.31-0.23-0.25=4.83M。

2.3 变工况的热泵供热系统热力性能分析

对热泵供热系统热力性能的影响因素进行如下分析:首先是位于冷凝器出口的热网水温度对系统热力性能的影响。在系统端差恒定时，随着冷凝器出口的热网水温度的逐渐升高，热泵循环水量和耗气量也呈现出逐渐上升的变化趋势，而热泵耗气量的增加幅度较大。但在此情况下，峰载加热器的耗气量却也发生了大幅下降，且其下降的幅度要显著高于热泵耗气量增加的幅度，由此导致整个热泵供热系统的耗气量有所减少，从而使汽轮机节省了更多的抽汽量，并促使机组的净功率得到提升[2]。

其次，对热网返回水水温对热泵供热系统热力性能的影响进行分析。随着冬季热泵供热系统采暖热负荷的逐渐增加，返回水水温下降，而当采暖的热负荷减小时，热网返回水的水温则呈现出逐渐上升的变化趋势。当热网供热温度恒定时，循环水的质量流量和热泵的耗气量将会随着返回水温度的升高而逐渐降低，且前者的下降幅度更大，而随着循环水出蒸发器的水温逐渐增加，供热系统的耗气量会有所减少，但减少幅度较小。因此，同传统的供热方式相比，热泵供热系统所节省的汽轮机抽汽量将更多，且机组增加的净功率也较多。

再次，对蒸发器内循环水温度下降对热泵供热系统热力性能的影响进行分析。对系统蒸发器进行分析可知，当其入口循环水的温度恒定时，其温度下降幅度的减小将促使其出口处循环水水温的升高，进而对蒸发器与吸收器各自的压力产生影响，但热泵系统的其他参数基本保持不变。当循环水的温降幅度逐渐下降时，其质量大流量将呈现出逐渐上升的变化趋势，而热泵耗气量则逐渐减小，进而使热泵本身的性能参数逐渐增加。由此，汽轮机组所节省的抽汽量必会比传统供热形式下所增加的抽汽量多，且增加的净功率也有所提升。还需说明的是，循环水温降幅度下降，但在供热量为恒定值时，热泵供热系统耗气量的下降也必将造成热泵供热方式的火用效率不断增加，虽然增加的幅度较小，但却也能够使得热泵系统的热力性能得到提升[3]。

最后，对蒸发器出口处循环水水温对热泵热力性能的影响进行分析。当蒸发器中的循环水温降与端差恒定时，出口循环水的温度将会对蒸发器与吸收器的压力产生影响，系统其他参数不变。当蒸发器出口处的循环水温度逐渐上升时，循环水的质量流量也不断增加，但热泵的耗气量却逐渐减小，从而使得热泵的性能参数的值得以增加。当出口处循环水的温度继续升高时，热泵供热系统的耗气量将有所减少，所节省的抽汽量相较于传统供热方式的抽汽量有所增加，机组净功率增加。

3 结语

本文通过对基于循环水余热回收的热泵供热方式进行分析，进而以300MW的供热机组为例，对其在热泵供热系统供热方式下的工矿计算和相关结果展开说明，并对冷凝器出口的热网水温度、热网返回水水温、蒸发器内循环水温降和蒸发器出口处循环水水温等因素对热泵供热系统热力性能的影响进行了全面探析。可见，未来进一步加强对影响热泵供热系统热力性能因素的分析，对于提高系统性能具有重要的现实意义。

参考文献:

[1]车德勇,吕婧,高龙,等.溴化锂吸收式热泵回收循环水余热的模拟研究[J].热力发电,2014,12(25):38-43.

[2]张朋飞,付昶,王伟锋,等.热泵-循环水余热利用的火用效率分析[J].热力发电,2015,06(05):106-110.

[3]郭小丹,胡三高,杨昆,等.热泵回收电厂循环水余热利用问题研究[J].现代电力,2011,02(12):58-61.