1、1热泵技术在热电厂的应用分析摘要:2011 年新疆苇湖梁电厂成功地应用热泵技术进行了供热，取得了良好的综合效益。本文结合新疆地区的特点，就机组降低真空运行、空冷机组采用热泵技术、热网循环水温度等对热泵经济性的影响等问题展开分析和讨论，进一步分析了热泵技术用于热电厂供热的经济性和可行性。 关键词:热泵；供热；经济性；可行性；分析 Abstract:In 2011 heat pump technology was applied successfully for heating in Xinjiang Weiluliang power-and-heating plant,it generated
2、good comprehensive benefit.In article author analyze and research tuibine running via reducing vacuum,applying heat pump technology in air cooled turbine、influence of temprature of heat supply network circulating water on economical efficiency of heat pump,and so on,author analyze further economical
3、 efficiency and feasibility about applying heat pump in power-and-heating plant. Key words:heat pump;heating; economical efficiency; feasibility; analysis 中图分类号：TU271.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 21 前言 火力发电厂中汽轮机乏汽释放的大量热量被冷却介质（循环水或空气）所带走，乏汽放热损失是热力循环中最主要的热损失。由于乏汽本身温度较低，不能直接用于生产或生活需要，长期以来任其白白浪费。热泵能将热
4、量从低温热源传递给高温热源，可以回收生产过程中的废热，既节能又环保。如果利用电厂较高品位的抽汽作为吸收式热泵的驱动热源，就可以将乏汽或循环水的热量“提取”出来，传递给高温热源，以达到回收余热的目的。新疆的苇湖梁电厂是乌鲁木齐市的重要供热企业，该企业通过技改利用热泵技术回收了循环水的余热，扩大了冬季供热面积，取得了很好的经济效益和社会效益，本文结合该技改项目，进一步探讨吸收式热泵在火电厂的应用。 2 热泵技术在苇湖梁热电厂的应用情况 2.1 技改项目的概况 苇湖梁热电厂技改项目汽机为上海汽轮机有限公司生产的CC1259.5/1.3/0.25 型单轴、双抽湿冷供热机组，循环冷却水为低温热源，四段抽
5、汽为驱动热源，五段抽汽为基本加热器热源，热泵为三台溴化锂吸收式热泵，热力系数 COP 为 1.7，回收的余热先把热网循环水回水加热到 76.5，再由基本加热器将循环水回水进一步加热到 110供一次热网，系统图及汽水参数如下图所示： 3图一应用热泵的系统图 Diagram1 System diagram of applying heat pump 2.2 技改项目的综合效益 苇湖梁电厂在冬季供热工况下，利用热泵技术可以“提取”循环冷却水的余热 47.9MW，可以增加供热面积近 100 万 m2，充分利用了汽轮机排放的余热，达到了“变废为宝”的目的。西安热工院对该技改项目的热力性能进行了测试，在对
6、热网供热量不变的前提下，热泵启停前后的测试结果如下表所示： 表一采用热泵前后的热经济指标对比 Chart1 Comparison of heat economy value number between applying heat pump and no heat pump 从表中可以看出，采用热泵技术后可明显降低热耗，提高机组热效率，供电煤耗降低 9.2g/kWh,具有明显的节能效果；热泵利用的是“废热” ，不用增加新热源就可增加供热面积，提高了供热的安全性，具有明显的社会效益；利用热泵还可减少“三废”排放，环保效益突出；该项目经济效益明显，每年可增加供热收入 2100 多万，该技改项目总投
7、资5900 多万，静态投资回收期只有不到 3 年，经济效益极其显著。综上所示，苇湖梁电厂利用热泵技术的技改项目可以说是非常成功的，具有明显的节能、环保和经济社会效益。 43 热泵技术在热电厂应用的进一步探讨 在新疆地区，湿冷供热机组在冬季循环冷却水进/出水温度一般为10/20左右，而热泵一般都要求低温热源的温度最好在 35左右，为了满足热泵对低温热源的要求，电厂一般采用降低真空的运行方式，增大机组背压会增加发电煤耗，这样的付出是否值得呢？近几年“三北”地区的新建电厂大多是 300MW 等级的空冷供热机组，无论是直接空冷还是间接空冷，都具有背压较高的点，乏汽或循环水的温度一般都在4050左右，理
8、论上都可以作为热泵的低温热源，空冷供热机组采用热泵供热的又是否可行呢？ 3.1 发电机组降低真空运行的分析 在实践中很多热电厂为了满足热泵的需要，大多采用降低机组真空的运行方式，颠覆了以往人们对最佳经济真空的概念。以苇湖梁电厂为例，冬季不采用热泵的情况下，凝汽器背压为 3.0kPa 左右,排汽量为70.6t/h,循环水进出口温度为 10/22，循环倍率为 73；当采用热泵后，为了提高热泵的效率，需要将循环冷却水的进/出口温度提高到31.5/36，在循环倍率不变的情况下，由于循环水温的提高，凝汽器的传热对数温差将由 7.39降低到 5.85，而汽机的背压则提高到7.33kPa,根据汽机厂提供的背
9、压/热耗修正曲线，热耗将增加 2.2%，即124KJ/Kwh,按乌鲁木齐的采暖季 180 天算，整个采暖季将会多耗标煤1690t,按新疆标煤价 220 元/t 计算，整个采暖季的燃料费将会增加 37.2万元；下面我们算算余热供热的收益，苇湖梁电厂可以直接面向热用户供热，按乌鲁木齐的热价 22 元/m2 计算，一个采暖季可为企业创收 21065万元，可见对苇湖梁热电厂而言，降低机组真空所增加的燃料费是完全可以接受的。从苇湖梁电厂的技改项目我们可以看出，当热电厂采用热泵技术后，湿冷机组的最佳经济真空需要综合考虑汽机热耗、循环水泵运行方式、热泵投资及运营成本和回收余热所带来的效益。对直接空冷机组则需
10、要综合考虑冷却风机的运行方式、机组热耗和热泵系统的成本及收益等因素。 机组背压过高会使末级出口蒸汽温度过高，蒸汽的容积流量过小，从而引起机组的强烈振动，危及运行安全，因此提高背压必须在机组安全所允许的范围内，若要将凝汽式汽轮机改造为低真空运行循环水供热时，必须经过严格的变工况运行计算，对排汽缸结构、轴向推力的改变、末级叶轮的改造等方面做严格校核，总而言之必须在保证机组安全稳定运行的前提下充分利用排汽余热，以提高热电厂的综合经济效益。 3.2 空冷机组应用热泵技术的可行性分析 近几年， “三北”地区的新建电站大多为空冷供热机组，无论是直接空冷机组还是间接空冷机组，汽机的背压都较湿冷机组高，年平均
11、运行背压都在 10kPa 以上，排汽温度相应也高，一般在 45左右，余热利用的潜力很大。间冷机组的排汽采用循环冷却水冷却，与湿冷机组机组冷却方式相同，而且循环水温更高，更适宜采用热泵技术回收余热。直接空冷机组由于乏汽的比容较大，能否直接将乏汽作为低温热源直接输送到热泵系统呢？答案也是肯定的，2011 年内蒙古东胜热电有限公司的330MW 直接空冷电站就成功进行了应用热泵技术，该电厂采用了 8 台单机制热量为 38.96MW 的 RHP260W-A1101 型溴化锂吸收式热泵，用采暖抽汽6作为热泵的驱动热源，汽机的乏汽直接输送到热泵用来初步加热热网循环水回水，将热网循环水回水由 55加热到 81
12、.8，可以扩大近 240 万m2 的供热面积，取得的经济、社会、环保效益非常明显。防冻问题始终困扰着空冷电站，经了解，有些空冷热电厂采取了适当提高机组冬季运行背压、保证空冷岛最小排汽流量的方式来进行防冻，取得了很好的防冻效果，实践证明直接空冷电站采用热泵技术回收乏汽余热也是完全可行的。 3.3 热泵加热热网循环水的分析 热电厂用来回收余热的热泵为第一类吸收式热泵，以高温热源（抽汽）作为驱动热源，溴化锂为吸收剂，水为制冷剂，回收乏汽或循环冷却水的余热，生产出的热水温度介于低温热源和驱动热源温度，此类热泵属“增量型”热泵。热电厂一般采用 0.4MPa 左右的抽汽作为驱动热源，可选择双效或多效吸收式
13、热泵，其热力系数最高可达 2.2,但实际很多电厂都采用的是单效吸收式热泵，其热力系数最高可达 1.7。热电厂一般将回收的余热用来对外供热，可以增大供热面积，即使供热面积不变时，还可减少机组的供热抽气量，降低发电煤耗，经济效益都是非常可观的。当热泵用来加热热网循环水时，热泵的热力系数还与被加热热网循环水的出口温度有关，笔者进行了试算，结果如下表所示： 表二加热不同温度热网循环水时的热泵的 COP 值 Chart1 COP of heat pump for heating heat supply network circulating water which is different temper
14、ature 7从上表中我们可以看到，在假定其他条件都不变的情况下，随着被加热热网循环水出口温度的升高，热泵的热力系数是不断下降的，所以在设计热泵加热系统时，为了保证热泵的热力系数，一般用热泵来加热较低温度的热网循环水，再由供热抽汽将热网循环水进一步加热到热用户所需要的温度，这样才能保证热泵在较高的 COP 下运行，这点在设计热泵供热系统时一定要注意。 3.4 热泵对低温热源的温度要求 理论上讲，热泵完全可以利用 15左右的低温热源，但在实践中大多数热电厂采用降低机组真空提高循环冷却水温度的运行方式，这样就可以在冬季将低温热源（循环冷却水）的温度提高到 35左右，低温热源经过热泵放热后的出水温度
15、就在 30左右，蒸发器中的蒸发温度在减去温差后则在 28左右，蒸发器内的压力为 3.778kPa,该真空在工程实践中较容易实现。而如果低温热源的温度为 15，则蒸发器中的蒸发温度就为 13，压力为 1.497kPa,该真空在工程实践中不易实现，即使可以实现，则维护起来也很不方便，热泵系统的运行可靠性也大大降低，因此热电厂利用低温热源的温度不宜过低，通过 3.1 节的分析我们知道，降低真空所增加的燃料成本是完全可以接受的。 4. 总结 热泵技术是近两年兴起的一项新型节能技术，具有热效率较高，经济效益好，环保等优势，目前该技术也比较成熟，尤其适用于产生大量废热的电厂，在北方寒冷地区，回收的废热可以用于冬季采暖供热，有8很大的应用前景，理论和实践都证明无论是湿冷机组，还是空冷机组都可采用热泵技术。在工程实践中要注意确定机组最佳的运行背压和较低的热网循环水回水温度，以提高整个热电厂热力系统的综合经济性。 参考文献： 1陈 东等. 热泵技术及其应用M.化学工业出版社. 2005 2俞 聪等. 苇湖梁电厂废热集中供热热力性能测试报告R.西安热工研究院. 2011
