图 3 常规热电联产系统流程
近些年,清华大学提出“基于吸收式换热的热电联产集中供热技术”,针对集中供热系统存在的两处不可逆损失为技术切入点,以供热抽汽 0.4MPa/140℃, 一次网供回水温度 120/60℃,二次网供回水温度 60/50℃为例,在热源处,热源与一次网之间换热的不可逆损失,在热力站处,存在着一次网与二次网之间换热的不可逆损失。
(1) 热力站环节
本技术针对热力站环节发明了大幅度降低一次网回水温度的吸收式换热方法(专利 ZL 200910091337.7, ZL 200810101064.5,特许 2010-536008 日本),提出吸收式换热概念,发明了吸收式换热方法,突破常规换热的温差极限,一次网回水温度显著低于二次网温度(达到 20℃以下),提高热网输送能力 50%以上,同时,热网回水温度的降低同时也为回收电厂余热创造了有利条件。
图 4 集中供热系统热力站不可逆损失
目前研发的吸收式换热机组以溴化锂/水为工质,是由热水型吸收式热泵和水—水换热器组成,一次网高温供水首先作为驱动能源进入吸收式热泵发生器中加热浓缩溴化锂溶液,然后再进入水—水换热器直接加热二级网热水,最后再返回吸收式热泵作为低位热源,在热泵蒸发器中降温至 20℃左右后返回一次网回水管;二级网回水分为两路进入机组,一路进入吸收式热泵的吸收器和冷凝器中吸收热量,另一路进入水—水换热器与一级网热水进行换热,两路热水汇合后送往热用户。这种吸收式热泵-换热器组合的吸收式换热方式,利用蕴涵于热力站环节的大温差换热环节的可用能,对一级网热水的进行有效的梯级利用,进而使得热网回水降低至 20℃(显著低于二级网回水温度),由此为热能工程的供热系统方式带来很大的变化:
1) 通过大幅降低一次网回水温度,拉大管网的输送水温差,降低热网的输送水量,从而大幅提高热网的输送能力,降低一次网初投资和循环水泵电耗;
2) 低温回水(20℃左右)可以直接接收冷凝器中的低温热量,从而使一部分低品位热量直接用来加热低温回水,减少了提取冷凝器低品位热量的任务。
已研发的吸收式换热机组类型主要有:1)热水型吸收式换热机组,一次热网水驱动,降低回水温度;2)补燃型或直燃型吸收式换热机组,一次热网水驱动,燃气补燃调峰,增加供热量,进一步提高供热能力。
图 5 吸收式换热机组原理
(2) 热源环节
针对热电厂加热环节,回收汽轮机乏汽余热的梯级加热方法,充分利用一次网回水温度降低的有利条件,利用汽轮机采暖抽汽驱动,回收乏汽余热,梯级加热热网水,实现提高热电厂供热能力 30%以上,降低供热能耗 40%以上。
图 6 集中供热系统热源处不可逆损失
综上,提出基于吸收式换热的热电联产集中供热技术的整体解决方案,如图7 所示。在热力站(能源站)内设置吸收式换热机组,以热网水驱动,降低回水温度;电厂内设置余热回收专用机组,以汽轮机采暖蒸汽驱动,吸收乏汽余热。该技术充分利用能源高低品位差的做功能力,降低传热环节的不可逆传热损失, 一方面实现一次网低温回水,提高供回水温差,增加管网输送能力,避免既有管网改造,节约新建管网的投资,为回收电厂循环水余热提供了必要条件,另一方面回收热电厂凝汽余热,提高热电联产系统整体能效。