热电厂吸收式热泵回收循环水余热供热技术及应用

王铁山

(山东省鑫峰工程设计有限公司，济南 250100)

热电厂吸收式热泵回收循环水余热供热技术及应用

王铁山

(山东省鑫峰工程设计有限公司，济南 250100)

分析了热泵循环技术和热电厂循环水余热的利用特点，指出应用吸收式热泵可将冷源损失热量转换为城镇供暖热源，系统解决目前热电联产集中供热系统存在的问题。以河北某热电厂4×200 MW机组为例，采用吸收式热泵后，全厂可增加供热量 300 GJ/h，每年可节省标准煤34 000 t，并有效减少CO2，SO2，NOx及烟尘的排放量，社会效益和经济效益显著。

热电厂；吸收式热泵；循环水；余热；供热

0 引言

热电厂机组蒸汽做完功后，经凝汽器循环水被带走热量，排入冷却水塔，这部分散失到大气中的热量叫冷源损失。若将这部分排入大气的热量回收后用于对城镇供热，既能综合利用余热，又增加了电厂供热量，会产生良好的社会效益和经济效益。

1 热电厂循环水余热的利用特点

随着环境、气候的逐渐恶化，发展低碳经济、促进可持续发展成为人类社会未来发展的必然选择。“节能减排降耗”是目前我国社会经济发展的一个重要核心，而提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施。

吸收式热泵以蒸汽或溴化锂溶液为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层且高效节能。配备蒸汽或溴化锂吸收式热泵，可以回收利用工艺产生的废热，达到节能、减排、降耗的目的；此外，吸收式热泵还可以吸收利用地下水、地表水、城市生活污水等低品位热源的热量，同样可以达到节能降耗的目的[1]。目前，作为集中供热热源的热电厂存在两个关键问题：一是汽轮机抽汽在加热一次网回水的过程中存在很大的传热温差，造成巨大的传热不可逆损失；二是抽凝式供热机组大量的汽轮机凝汽器余热通过冷却塔排放掉，一般凝汽式发电机组冷源损失为30%～35%[2]。将这部分凝汽用于供热，相当于在机组容量、排放量、耗煤量和发电量都不变的情况下，增加了热源供热能力，可为集中供热系统提供更多的的热量。

2 吸收式热泵

吸收式热泵热收支如图1所示，以汽轮机抽汽为驱动能源Q1产生制冷效应，回收循环水余热Q2加热热网回水，得到的热网供热量为消耗的蒸汽热量与回收的循环水余热量之和Q1+Q2[3]。

图1 吸收式热泵收支

吸收式热泵的供热量等于从低温余热吸收的热量和驱动热源的补偿热量之和，即供热量始终大于消耗的高品位热源的热量，制热性能系数(COP)>1.00，故称为增热型热泵。根据不同的工况条件，COP一般为1.65～1.85，由此可见，吸收式热泵具有较大的节能优势。吸收式热泵提供的热水温度一般不超过98 ℃，热水升温幅度越大，则COP值越小。驱动热源可以是0.2～0.8MPa的蒸汽，也可以是燃油或燃气。低温余热的温度≥15 ℃即可利用，一般情况下，余热热水的温度越高，热泵能提供的热水温度也越高。

3 吸收式热泵在热电厂的应用

汽轮机凝汽器的乏汽原来通过循环水经双曲线冷却塔冷却后排放掉，造成乏汽余热损失，而循环水由28.0 ℃经凝汽器后温度升至31.5 ℃。现采用吸收式热泵，以31.5 ℃的冷却水作为低温热源，以0.5MPa的抽汽作为驱动热源，加热50.0～80.0 ℃的采暖用热网回水，循环冷却水降至28.0 ℃后再去凝汽器循环利用。这样可回收循环水余热，提高电厂供热量，即提高了电厂总的热效率。吸收式热泵系统如图2所示。

图2 吸收式热泵系统

应用吸收式热泵可系统地解决目前热电联产集中供热系统存在的问题。

(1)电厂的循环水不再依靠冷却塔降温，而是作为各级热泵的低温热源，原本白白排放掉的循环水余热资源可以回收并进入一次网，仅此一项即可使热电厂供热能力提高50%左右，综合能源利用效率提高20%左右。

(2)各级吸收式热泵仍采用电厂原本用于供热的蒸汽热源，这部分蒸汽的热量最终仍然进入到一次网中，而利用凝汽器提供的部分供热，可减少汽轮机的抽汽量，增加汽轮机的发电能力，提高系统整体能效[4]。

(3)逐级升温的一次网加热过程避免了大温差传热造成的大量不可逆传热损失。

(4)用户侧的吸收式换热机组将一次网供回水温差提高了50%～80%，意味着可以将管网输送能力提高50%～80%，可节约大量新建、改建管网投资，避免既有管网改建引起的一系列麻烦。

(5)用户处二次网运行完全保持现状，非常利于大规模的改造项目。

4 工程应用

河北某热电厂4×200MW机组分两期工程建成，对机组通流部分进行改造后，提高了总的对外供热量。目前热网分北网和南网：北网对外供给热水量为9 000t/h，分两级加热，供/回水运行温度为132.7/55.0 ℃；南网供给热水量为3 700t/h，由尖峰加热器一级加热，供/回水温度为130.2/66.0 ℃。电厂机组按最大抽汽量运行。热网加热器均为汽-水换热器，热源和冷源之间存在传热温差，必然存在做功损失。而回水温度低导致供水温度降低，#4机组供应南线热网，在增加高压抽汽量的同时又加大了各热网加热器间的换热温差，进而导致温差传热的做功损失加大。为了合理利用这部分做功损失、回收部分余热，并利用吸收式热泵回收进入冷却塔的部分热量，对整个电厂的采暖抽汽进行了整合。北网9 000t/h、55 ℃回水通过吸收式热泵利用#4机组160t/h调节抽汽提升至75 ℃，这样#1，#2机组供汽量由810t/h减至538t/h，即将75 ℃回水加热到109 ℃，然后通过#3机组尖峰加热器由109 ℃提升到135 ℃供给热用户。南网3 700t/h、66 ℃回水经新增加的2台低压热网加热器利用#1，#2机组剩余蒸汽(232t/h)加热至108 ℃，然后进入#4机组尖峰加热器，将外网的温度提升到147 ℃供给热用户。该电厂设计总供热量为3 669.16GJ/h，增加吸收式热泵并进行了抽汽整合后，供热量可达4 181.81GJ/h，即增加供热量 512.65GJ/h，综合供热指标按180kJ/m2计算，增加供热面积284.83万m2，其中吸收式热泵可提高供热量 300GJ/h，供热面积增加167万m2。吸收式热泵回收凝汽器循环水释放到冷却水塔中的热量，将这部分余热通过吸收式热泵加以利用，每小时可吸收热能86MW，提高了电厂供热量，降低了热电厂能源消耗，提高了电厂热效率；同时，可减少冷却水由于蒸发等带来的损失,冷却水塔补水量可减少约80t/h。该电厂热泵机组参数见表1。

表1 RHP200型热泵机组参数

该工程采用吸收式热泵后，全厂可增加供热量300GJ/h，每年可节省标准煤34 000t，可减少CO2排放89 880t、SO2排放289t、NOx排放252 t、灰渣排放9 761 t。

供热工程全部实施后，社会效益显著。

(1)回收发电厂循环冷却水余热供热，相当于在不增加电厂容量、不增加当地排放的情况下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的综合能源利用效率，同时可减少冷却水蒸发量，节省水资源，并减少向环境排放的热量。

(2)相比常规供热方案耗煤量大幅减少，既节约了大量能源，又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响。

(3)CO2，SO2，NOx及烟尘排放量减少，城市环境空气质量得到改善，

(4)集中燃煤锅炉房一般分散在建筑群中，如果离居民区及办公地点较近，锅炉运行过程中风机、水泵产生的噪声及运煤、除灰车辆产生的噪声会在一定程度上干扰居民的生活。而新建的吸收式热泵房虽然也是建在居住区中，但由于设备转动部件少，噪声很小，对居民生活的影响将降至最低。

(5)由于取消和不再新建燃煤锅炉房，将大大减少城市占地，有利于城市的建设和发展。

5 结束语

吸收式热泵循环水供热工艺提高了热电厂的综合能源利用效率，同时可以减少电厂循环冷却水蒸发量，节约水资源，并减少向环境排放的热量，具有非常显著的社会、经济与环境效益。在电力、冶金、化工、纺织、造纸、制药等行业的工艺生产过程中，也有综合利用的广泛空间[5]。

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[2]大中型火力发电厂设计技术规程：DL 5000—2016[S].

[3]陆耀庆.HVAC暖通空调设计指南供暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.

[4]贺平，孙刚.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.

[5]曾享麟，蔡启林，解鲁生，等.欧洲集中供热的发展[J].区域供热，2002(1)：1-8.

(本文责编：刘芳)

2017-04-23；

2017-06-23

TM 621

B

1674-1951(2017)08-0024-02

王铁山(1974—)，男，内蒙古乌海人，工程师，从事热电厂热力系统设计研究工作(E-mail:mnuvw9876@163.com)。