吸收式热泵回收电厂循环水余热供热方案探究

刘卫嘉 贾兴腾

摘 要 大型抽凝机组热电厂的凝汽器排热所占比重维持在20%范围内，也就是说超过总供热量2/5的热量将会损耗。一旦将这部分热量进行集中回收，能够有效改善电厂综合能源利用效率，同时还能控制水资源消耗，尽可能降低对周边生态环境的破坏，既有利于经济效益的增长，同时对社会效益、生态效益的实现同样有着重要意义。

关键词 热电厂 凝汽器 供热量 水资源

中图分类号：TM621.4 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）03-0028-02

热泵作为一种能量装置，其主要功能在于促进物体间的热量转移。从本研究中涉及到的水源热泵系统结构来看，具体包括下列几方面：即驱动能源和驱动装置、工作机、低位热源。在热泵的支持下能够成功将低温热能转换为有效热能并加以利用，进而促进能源利用效率的改善，减少能源消耗。针对火电厂中的余热利用来讲，其实际上就是依托于热泵装置的支持下，将冷却水余热转换为热能，进而控制传统能源的消耗，保证整体运行效率的改善，兼顾经济效益和生态效益[1]。

1 循环冷却水热泵技术原理及特点

循环冷却水热泵技术主要分为下列两种类型：压缩式热泵和吸收式热泵。

1.1 压缩式热泵

工作原理： 制冷机通过蒸发器将低位冷源进行蒸发处理，在此基础上产生高温高压蒸汽，随后在冷凝器的支持下向高位热源放热冷凝，随后利用节流膨胀阀将蒸汽处理成低温的湿蒸汽，最后利用蒸发器将低温热源进行蒸发处理，保持循环作业[2]。

1.2 吸收式热泵

工作原理： 吸收式热泵以工质蒸汽热源作为划分依据可细分为下列几方面：一是工质蒸汽的产生离不开高质热能的支持;二是在低品位余热热源的支持下形成的工质蒸汽。从国内现状来看，其中第一种相对普及。从其组成结构来看，主要包括下列部分：即发生器、蒸发器、冷凝器和吸收器等。针对蒸发器来讲，在余热作用下将水转化为蒸汽，随后进入吸收器被浓工质吸收，在这一过程中产生的热量用于将水进行增温。而其中涉及到的稀工质溶液经过溶液换热器与浓工质溶液进行热量转换后进入发生器;并在蒸汽作用下对稀溶液进行蒸发处理，在这一过程中形成的水蒸气会进入冷凝器冷凝，并将产生的热量用于对吸收器中的水进行加热;冷凝器产生的凝液经膨胀阀后由蒸发器进行处理，发生器中产生的浓工质溶液则进入吸收器，保持循环作业。

从该装置的特征来看，主要表现为：能够对低品位热源进行有效利用，同时在工作状态下的转动装置较少，运行噪声低、能源消耗量低[3]。

综上可知，现有热泵机均存在一定的不足，应综合考虑各方面因素，合理规划与设计，最终选择符合要求的热泵机组，以确保预期生产目标得以顺利实现。

2 热泵技术在电厂中的应用

火力发电厂中冷凝循环水的水质洁净、流速平稳且水温偏高，利用热泵设备进行调整的难度较低，且COP的值保持在较高水平。虽然在这一过程中会涉及到资源成本的消耗，且热泵在工作状态下会耗费一定的能源，但通过调整能够提升整体设备机组的自动化水平，使得管理难度大大下降，改善设备运行效率，进而保证电厂预期收益目标的顺利实现。回收电厂冷凝热的热泵应符合下列要求：

2.1 高温水源热泵

电厂冷凝水的热量品质很低，一般泵对温度大概保持在35℃的冷却水的利用难度较高。因此应在热泵技术的支持下对冷却水进行增温处理，通常热泵热水出口温度维持在 40-50℃范围内，而满足采暖要求的水温，通常集中在 70～80℃范围内，所以在热电厂冷凝热回收装置中一个重要组成部分就是高温水源热泵。

2.2 大容量大温差热泵

由于电厂冷凝水能够提供给的热量表现出规模大、分散度小的特征，利用热泵回收的冷凝热在周边地区的用户规模相对不足，应进一步扩大传输范围，进而保证远距离用户的需求得到最大限度内的满足，所以应选择大容量大温差热泵来集中供热，单机容量应确保超过 20～30MW，热水工质温差不低于20℃，冷水工质温差应维持在8℃。

2.3 高制热系数水源热泵

为了提升热泵集中供热系统的经济效益，应选择制热能力效率比超过4的热泵机组。现阶段，国内提升余热利用的电厂规模实际占比很小，在国内火电厂总数中所占比重约为16%，并且绝大多数电厂的运行模式均以水产养殖为主，热利用量相对不足，且整体效率不高。因此在热泵技术的支持下，不仅能够促进电厂热效率的改善，同时还能减少对生态环境的破坏，提高生态效益。

3 方案描述

本方案在吸收式热泵的支持下，对循环水余热进行回收处理，将适量的汽轮机采暖抽汽作为热泵驱动热源，吸收式热泵对热网回水进行增温处理，并依托于热网加速器将水温提高到 120℃;循环水进热泵温度保持在40℃左右 ，而出口附近温度有所下降大约保持在30℃;热泵驱动热源为0.4MPa 的过热蒸汽，应对蒸汽压力的管道阀门损失有所重视，进热泵的驱动蒸汽压力设定值为0.36MPa[4]。

本实验的本质利用吸收式热泵和热网加热器对电厂冷凝水进行双重加热，以达到对用户的供热水平，从而达到对原本随意排掉的废水的有效利用。凝水从冷却塔流出，流经凝汽器进行一次加热，水温从30摄氏度提升至40摄氏度（排水流量按10000m3/h），然后凝水从凝汽器出口进入吸收式热泵再次提温至85摄氏度左右，此时汽轮机抽气同样进入吸收式热泵作为驱动热源，最后提升至120摄氏度。

4 在采用热泵技术后，从循环水中吸收的热量计算如下

Qc=mc（ho-h1）

mc为凝汽器循环水流量，m3/h;ho和 hi为凝汽器出口和进口水焓，kJ/kg;Qc为凝汽器循环水损失热量，MJ/h。

M1=Qc/y1k

M1是节省煤量，t/h;1是锅炉效率;K为煤产生热量，kJ/kg。

M2=W/y2k

通过公式能够了解到热泵功耗W=Qc/COP（MJ/h）;

由此可推导出热泵煤耗量 M2（t/h）：y2是发电厂发电效率。

节煤量M=M1-M2

5 结语

由上述内容能够了解到，吸收式热泵回收电厂循环水余热的供热方案存在一定的合理性。从其特征来看，主要表现为以下几方面：即节能环保、能源消耗低等。随着时间的推移该技术有着大范围的普及和应用[5]。这也从侧面反映出该方案的经济性符合要求。吸收式热泵回收电厂循环水余热的供热方案，对供热管网的供回水温度和循环冷却水的排水温度有着严格的要求，通常情况下，热网回水温度与循环水排水温度保持着明显的负向关系，热网的理想供回水温度为 120/60℃，在这种状态下最终产生的效益最佳。

参考文献：

[1] 王铁山.热电厂吸收式热泵回收循环水余热供热技术及应用[J].华电技术，2017，39（08）：24-25+28+77-78.

[2] 田秋晨，滕海云，王程银.济南某电厂循环水吸收式热泵供热研究[J].科技经济导刊，2017（20）：57.

[3] 張志刚，王树国，曾荣鹏.吸收式热泵回收电厂循环水余热分析[J].华电技术，2016，38（04）：45-47+50+80.

[4] 张钟月.吸收式热泵回收电厂循环水余热供热方案[J].中国科技投资，2013（02）：91.

[5] 李寒冰. 基于吸收式热泵技术的电厂循环水余热供热系统研究[D].华北电力大学，2015.

南京工程学院，江苏 南京