热电厂循环水热泵供热技术方案与节能性分析
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇热电厂循环水热泵供热技术方案与节能性分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】本文通过对热电厂循环水热泵供热技术方案与节能性进行分析，分析了该方案的节能性和节水性，突出了其环境保护和资源节约。
【关键词】热电厂；循环水；热泵；节能
中图分类号：TE08文献标识码： A
一、前言
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。我国已成为世界上最大的温室气体排放国之一，“节能减排降耗”是“十二五”期间我国社会经济发展的一个重要核心。2009年9月联合国气候变化峰会和12月的哥本哈根气候变化谈判会议上，我国政府明确量化碳减排目标(到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%)，展示了中国在应对气候变化、履行大国责任方面的积极态度。这充分表明我国不再单纯追求经济的增长速度，而是更加强资源的有效利用，关注可持续增长。“节能减排降耗”已被摆在前所未有的战略高度。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。
二、国内电厂余热利用现状分析
在电力、冶金、化工、纺织、采油、制药等行业的工艺生产过程中，往往会产生大量的废热（废蒸汽、废热水等），若不加以利用，不仅造成能源浪费，而且污染环境。目前国内开展余热利用的电厂较少仅有16%左右，余热利用发展空间很大。电厂循环水流量巨大，而且水相对恒定，冬季一般为20～35℃，达不到直接供热要求。若想利用该部分余热，主要采用两种形式的余热利用技术：低真空运行供热技术和热泵供热技术。
1、低真空运行供热技术
中小型汽轮机可以采用低真空运行供热技术，类似于传统的背压机组，可将凝汽器作为热网加热器，直接将乏汽凝汽的潜热释放到循环水中，提高循环水温度（60～80℃），达到了能源的高效利用。该项技术已有很多台机组成熟投运的案例。已投运大型机（200MW以上）组因设计制造、运行环境及材料安全等条件制约，不允许直接采用这种方式进行供热。“NCB”模式、更换低压汽轮机转子等低真空供热技术，需对汽轮机结构做出相应的改造。虽然该项技术理论上实现较灵活，可实现余热高效利用，但实现起来相对困难，综合投入较大，不适合已投运的大容量、高参数的供热机组。
2、热泵供热技术
热泵，利用少量高品位能源驱动压缩机，吸收电厂循环水内的热量，提高热网循环水的温度，这样的供热方式这就是热泵供热技术。热泵由四大部件压缩机、气体冷却器、节流阀和蒸发器组成。制冷工质依次在上述四大部件循环。如图1热泵原理图所示，采用逆卡诺原理，制冷工质蒸发器内通过工质不断的蒸发吸取并带走循环水中的热量，工质经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量释放给热网循环水，节流后的工质回到蒸发器，继续吸热，如此循环达到制热的目的。
图1热泵原理图
通过热泵将电厂循环余热回收进行供暖，可以灵活调整不同用户对供热量的需求转换。此外安装改造热泵对发电厂的热力系统影响也较小，适合已投产的热电联产机组也适合凝汽机组的供热改造。
三、热泵技术用于电厂余热利用的主要形式
从已经调研的热泵余热供改造的机组来看，目前国内热泵有两种应用型式：一是溴化锂吸收式热泵配合加热器的形式进行余热回收，二是跨临界二氧化碳水源热泵技术。
1、溴化锂吸收式热泵
吸收式热泵（即增热型热泵），通常简称AHP(absorption heat pump)，它以蒸汽、废热水为驱动热源，把低温热源的热量提高到中、高温热源中，从而提高了能源的品质和利用效率。
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（冷剂泵、溶液泵）和其他附件等。它以蒸汽为驱动热源，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。
2、二氧化碳压缩式热泵
二氧化碳压缩式热泵使用了环保的自然制冷剂,对大气臭氧层无破坏作用,温室效应很小,是R410A的1/1730,R22的1/1700,R407C的1/1600,R134A的1/1300。其次,它的跨临界热泵循环制热性能系数高,目前产品的实际值已达到419以上。第三,它的出水温度高,可达到90℃,特别适用于热水器各种温度的需要。而常规制冷剂的热泵热水器只能达到55℃左右。第四,有效利用夜间低价的低谷电力,将制取的热水保存在贮水箱中,供全天24小时使用,显著降低运行费用。跨临界二氧化碳水源热泵机组，其基本原理：低温气态制冷剂CO2由压缩机吸气阀经压缩机压缩，变成高温高压CO2气体，然后进入气体冷却器将热量传递给供暖水产生供暖热水，从气体冷却器出来的CO2气体，流经节流降压后变成低温低压液态CO2进入蒸发器。
四、热泵系统设计方案
图2为吸收式热泵在电厂回收余热的应用。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26℃经凝气器后温度升为30℃。现采用吸收式热泵，以30℃的冷却水作为低温热源，以汽轮机抽汽作为驱动热源，加热50～80℃左右的采暖用热网回水，循环冷却水降至26℃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。
图2系统图
1、蒸汽及凝结水系统。蒸汽系统为溴化锂吸收式热泵机组提供驱动热源，同时为热网加热器提供热源。如某项目2×300MW机组，汽轮机抽汽一部分供热网加热器，另一部分经减温减压后为溴化锂吸收式热泵机组提供驱动蒸汽。凝结水采用闭式回收系统，回收热泵和热网加热器的凝结水，凝结水通过凝水泵打回电厂除氧器。
2、电厂循环水（余热水）系统。电厂循环冷却水（余热水）经加压泵打入热泵机组，经热泵吸热后再返回冷却塔的系统。余热水取水时采用两路并联，为了便于管理和计量，在使用时只从一台机组取出，经热泵机组吸热后，回到对应的冷却塔。溴化锂热泵机组从余热水中提取热量，使余热水由35℃降至27℃。
3、热网循环水系统。热网循环水系统是将热力网回水加温加压到满足热力网供水参数的系统。城市热网的回水经过除污器从溴化锂热泵机组吸热，将城市热网回水由50℃提高至85℃。再通过热网循环泵加压后进入热网加热器，将水温从85℃升高到110℃，向外供热。
4、补水系统。补水系统为热网提供补充水。根据热网循环水量设置一条补水管线，正常补水时，由化水车间来水进入软水器软化后经除氧器除氧，除氧水经补水泵打入热网回水管。软化水一支为补水箱供水,在事故状态，除氧水不能满足补水量要求时，将补水箱的水直接打到热网回水管。补水系统兼做定压系统。
五、热泵的影响
如果以循环水温度2820℃的边界条件，那么热泵只是充当了冷却塔的角色，只要将循环水水量和温度调整好，运行稳定后，就不会对汽轮机产生任何实质性的影响。由于热泵负责的温度区间处于最低段，所以整个供暖季中，不论初末期还是尖峰期，热泵均处于全负荷运转工况，所以也不必担心负荷变化造成的循环水温度波动。如果以循环水温度3527℃的边界条件，在引入热泵后，需调整汽轮机背压，提升循环水温度。本方案的供暖面积不变，抽汽量降低，排汽量上升，发电量增大。为不增大发电量，就会略降低主蒸汽流量，从而减少了燃煤量。如果是要实现供暖面积扩容，供暖负荷增大，汽轮机的工况也产生相应变化。
六、热泵系统节能性分析
如某项目两台300MW供热机组，设计热网额定供水量为11000 t/h，设计供水温度130℃，设计回水温度70℃。供暖面积约1100万平方米，峰值负荷为484MW(1742.4GJ/h)，耗汽量约800t/h。热泵机组进出水温度为50℃和85℃，能效比1.65，热网加热器进出水温度为85℃和130℃。按最大热负荷计算，热泵系统相关参数计算如下：
热水管网流量：
484×3600÷4.18÷（130-50）=5210t/h；
热泵机组供热负荷：4.18×5210×（85-50）÷3600=211.7MW；
热网加热器供热负荷：4.18×5210×（130-85）÷3600=125.22MW；
热泵机组驱动蒸汽供热负荷：211.7÷1.65=128.3MW（折合蒸汽183.3t/h）；
从余热水回收供热负荷：211.7-128.3=83.4MW（折合蒸汽119.14t/h）；
占总热负荷484M（折合蒸汽691.4t/h）的17.23%年回收余热：1742.4GJ×17.23%= 300.22GJ（折合标10244t）
可见吸收式热泵机组全年运行回收的余热折合标煤10244t，不仅经济效益明显，而且满足用户供热需求的同时，减少对环境的污染。
节水量计算：
1台机组满负荷时，冷却循环水量约为33600t/h，冷却塔设计补水量为672t/h。热负荷余热水量为5210t/h，占循环水量的15.5%，这部分水不需要回冷却塔去散热，而直接回水池，减少了回冷却塔的蒸发和风吹损失，
按减少损失80%计算，节水量约为672×15.5%×80%=83.33t/h，整个采暖期节水量约为23.99万吨。
七、结束语
通过采用热电厂循环水热泵供热技术对循环水余热的回收，在新增供热的同时，无需消耗新的能源，不产生烟尘、SO2和NOx等污染物，从而改善了环境空气质量，不产生温室气体CO2，降低温室效应，具有可观的环境效益。改善供热质量，有助于提高人民生活水平，具有良好的社会效益。由于免建供热锅炉房，节省了再建锅炉房投资，可免去土地征购费和每年的运行费用，并节约用水和用电，节省维修资金等具有良好的节能效益，经济效益显著。
如上所述，采用热泵技术，可为节约能源和改善环境做出贡献，具有明显的环境效益、社会效益和经济效益。热电厂循环水热泵供热技术的推广及实施，符合国家的节能减排政策，也是应对全球气候变化的需要。
参考文献
[1]李明，电厂循环水供热技术的应用分析[J].城市供热，2011,45（4）：4-7.
[2]刘学飞.热泵技术在火电厂节能中应用的探讨[J].冶金动力2010,77（6）：26-28.