吸收式热泵回收循环水余热供热在苇湖梁电厂的应用

【摘要】吸收式热泵在工业余热回收领域具有广泛的应用，但近两年方才开始应用于热电厂循环水余热回收。本文介绍了利用溴化锂吸收式热泵回收循环水余热集中供热在苇湖梁电厂的应用，为同类型热电厂进行循环水余热回收提供技术参考。

【关键词】吸收式热泵 热电厂 余热回收

1 前言

热电联产集中供热是目前我国主要的供热形式，因其相对燃煤锅炉具有节能、环保等方面的优势，长期以来得到国家政策的支持。但随着我国城市化进程的加速发展，不断扩大的用热规模与现有热源有限的供热能力、城市管网有限的供热能力之间的矛盾日益突出。而热电厂（抽凝式）汽轮机低压缸因必须保证一定的乏汽冷却，因此即使在冬季供热工况下仍然有大量的乏汽余热通过循环水排入大气，循环水余热回收也是火电厂节能领域的重点和难点。先进的吸收式热泵技术为此类问题提供了一个重要的解决思路。

2 溴化锂吸收式热泵介绍

2.1热泵
热泵是从低温热源吸热送往高温热源的循环设备。热泵按驱动力来分，主要是由两种类型，即压缩式热泵和吸收式热泵。压缩式热泵消耗机械能（电能）使热量从低温热源转移到高温热源，吸收式热泵一般以蒸气、热水为驱动热源。
吸收式热泵又可分为第一类热泵和第二类热泵。第一类吸收式热泵输入高温热源，进而从低温热源回收热能，提供其品位，以中温形式提供给用户的热泵。第二类热泵是靠输入的中温热能驱动热泵运行，将输入热能的一部分提高温度供用户使用，而将另一部分能量排放到温度更低的环境中。吸收式热泵的驱动力来源于不同热源的热势差。

2.2第一类溴化锂吸收式热泵 该类溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等。它以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂。水在常压下100℃沸腾、蒸发，在5mmHg真空状态下4℃时蒸发，吸收式热泵的蒸发器利用的就是这个原理。另一方面，溴化锂溶液是一种极易吸收水（蒸汽）、化学性质稳定的物质，在温度越低、浓度越高的时候吸收能力越强。利用此性质，以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量Qg，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。 冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。 冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内低温热源水的热量Qe，使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Qa，加热流经吸收器传热管的热水。 热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户。
屏蔽泵的做功与以上几种热量相比，基本上可以不用考虑，因此可以列出以下平衡式：

吸收式热泵的输出热量为Qa+Qc，则其性能系数COP：


由以上两式可知：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（COP>1），故称为增热型热泵。根据不同的工况条件，COP一般在1.60～1.85左右。由此可见，溴化锂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。
蒸汽型吸收式热泵的单机容量最大可达50MW以上，由此可见其应用范围是比较广泛的。

3 吸收式热泵在苇湖梁电厂循环水余热回收上的应用

3.1 苇湖梁热电联产供热系统简介

苇湖梁热电联产热网系统主要由两个相对独立的与机组相对应的热网首站构成，每个热网首站安装有两台热网加热器（分为基本加热器和尖峰加热器）、其中一台为65%负荷的基本负荷加热器由汽轮机五段抽汽供汽，一台为35%负荷的尖峰负荷加热器由汽轮机四段抽汽供汽。每台热网首站配三台热网疏水泵、三台热网循环泵、一台热网除氧器、两台热网补水泵及相应的热力系统，热网DCS控制系统、热网电气系统等。热网循环水回水先进入基本加热器加热至118℃，再进入尖峰加热器加热至130℃。循环水设计流量为2200t/h(单台机组)，设计供水压力2.5Mpa,回水压力1.32 Mpa，设计供水温度130℃，回水温度75℃，调节方式为质-量混调。

表1 热网首站热力系统重要参数

热网循环水流量	2200m3/h（每个首站）
热网循环水供水温度	130℃
热网循环水回水温度	75℃
热网循环水供水压力	2.385MPa（泵出口）
热网循环水调节方式	质量混调
热网循环水定压方式	补水定压
热化系数	0.7
总供热面积	350万m2
循环泵入口回水总压力定值	1.32MPa
循环泵入口静水压线	133.12mH2O
循环水系统设计压力	2.5MPa
每个首站的最大供热能力	502GJ/h
电厂总的最大供热能力	1004GJ/h

3.2 吸收式热泵回收循环水余热
苇湖梁电厂现供热能力已经不能满足区域内采暖负荷需求，而为保证汽机供热工况下安全运行，冬季两台抽凝机至少有67t/h的乏汽排入凝结器，流经过调研后发现利用吸收式热泵可以回收此部分余热并进行供热，增加供热能力。
3台37.8MW溴化锂吸收式热泵,将原有流经双曲线冷却塔的循环水（35.6℃）接入热泵，利用现有#1机组四段抽汽和#2机组四段抽汽为动力，将1台机组循环水中的余热提取出来加热热网一次回水，热网一次网回水被热泵由58℃加热至75.3℃，再流向原基加，继续被加热至111℃后，供给采暖用户。循环水被热泵冷却至31.5℃后再回至凝汽器中被乏汽加热，连续循环的将汽机乏汽余热带至热泵。项目年新增供热能力75万GJ，新增供热面积80万平米，直接折算标煤为2.58万吨。

表2 吸收式热泵供热系统主要参数

指标		单位		热泵（单台）	热泵系统
制   热   量		kW		37680	113000
余热回收量		Kw		16000	47900
热水	进出口温度	℃		58 → 76	58 → 76
	流量	t/h		1800	5400
	压力降	MPa		0.11	0.11
余热水	进出口	℃		35.65 → 31.5	35.65 → 31.5
	进出口流量	t/h		3333	10000
	压力降	MPa		0.08	0.08
蒸   汽	压力	MPa		0.22	0.22
	耗量	t/h		34.73	106
	温度	℃		141.5	141.5
	凝水温度	℃		≤116	≤116
电气	电源	3Φ-380V-50Hz
	功率容量	kW	45		160
外形	长度	m	11		48
	宽度	m	8.2		16
	高度	m	6.2		9

1#机、2#机4段抽汽量为106t/h，0.34MPa，141℃抽汽，原蒸汽供给热网尖峰加热器，增加吸收式热泵后将该抽汽进入3台吸收式热泵作为吸收式热泵驱动汽源，将凝汽器排入大气热量回收，热网一次网回水（6000m3/h）温度由58℃加热至75.3℃，经热网基本加热器加热，该基本加热器加热汽源采用5段抽汽，将热网回水温度由75.3℃加热至至111℃供给厂外采暖热用户。

电厂现有2×125MW抽凝式燃煤机组，循环冷却水采用一机一塔扩大单元制供水系统，厂区布置有两座3000m2逆流式自然通风冷却塔。吸收式热泵热源水的进水管（DN1400）与1#机、2#机凝汽器循环冷却水的出水干管（DN1800）相接，同时在接引出的管道上设一个阀门井，内装一个蝶阀，热泵循环水出水管（DN1400）接至冷却塔，使热泵的热源水与1#机、2#机凝汽器的循环水形成闭式的循环运行系统，借助于现有循环水泵运行。

3.3 运行情况

进入热泵设备的蒸汽参数在额定设计值范围内，决定了发生器和冷凝器的真空基本保持在一定范围内。苇电热泵发生器、冷凝器的真空为40KPa，从发生器溴化锂浓溶液加热蒸发出的冷剂蒸汽冷凝温度为76℃。在提高蒸汽压力的情况下， 冷凝温度最高达到80℃，冷凝器真空最高到47KPa，因此，考虑加热器端差的情况下，热泵最高能将热网水加热至78-79℃。在热泵热网水出口温度恒定的情况下，回水温度越高，热泵输出功率越小，余热回收效果越差。
但在实际运行中，热网回水温度随着供水温度的升高而升高。2010年-2011年供暖季供回水趋势如下图。热网供水温度在85℃左右，回水温度约51℃；供水温度在85-105℃左右时，回水温度在51-58℃之间；当供水温度在105-120℃左右时，回水温度在58-68℃之间。

热泵2011年11月8日投运以来，随着环境温度变化，热网供水温度、回水温度也在上升。

3.4 运行效果

3.4.1 节能效益
根据西安热工研究院性能试验结果显示，热泵系统在最大抽汽工况下，热网水流量4485.01t/h，抽汽压力为0.32MPa，抽汽量105.68t/h时，热泵系统回收循环水余热量49.72MW，机组出口热网水温78.4℃，均高于保证值；热网水压损64kPa，小于保证值196.2kPa，电耗140.6kW，小于保证值165kW。在回水温度55℃情况下，投运热泵时全厂两台机组的平均供电煤耗率相比不投运热泵下降了35.6g/kWh。
此外，热泵投运后，减少了循环水蒸发损失，还具有一定的节水效益。

3.4.2 环保效益
吸收式热泵回收余热利用系统投产后热泵COP为1.7，与集中锅炉相比（效率取0.8），相应减少CO2排放8.46万吨∕年、减少SO2排放 275吨∕年、减少NOX排放约 239吨∕年、减少灰渣排放 0.97万吨/年，减排效益显著。

3.5 经验与体会

采用吸收式热泵回收循环水余热，在立项、可研阶段，一定要结合热网系统实际运行参数和汽机抽汽参数，选择合适的热泵，特别是热网一次水回水温度；在设计时应重点考虑既有设施的处理难度小、系统接口方便、热泵设备运输和吊装空间充足；在施工中应重点注意地下设施的处理、热泵大件设备运输和吊装、系统接口的时间安排。

4 结论

苇湖梁电厂利用吸收式热泵回收循环水余热进行供热，取得了良好的节能、环保效益，并可缓解城市热网热源不足的问题，对同类型热电厂提供了借鉴意义。

参考文献：
【1】 付林、江亿、张世刚.基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法[J].清华大学学报，2008.48(9)