張朝暉

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司發(fā)供電分公司，山西 陽泉 045000)

1 工作原理

熱泵機(jī)組是一種以熱源(蒸汽、高溫?zé)崴⑷加?、燃?xì)?為動(dòng)力，溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑，利用低溫?zé)嵩?余熱水)的熱能，制取所需要的工藝或采暖用高溫?zé)崦剿?，?shí)現(xiàn)從低溫向高溫輸送熱能的設(shè)備。工作原理示意圖見圖1。

圖1 熱泵機(jī)組工作原理示意圖

熱泵機(jī)組由組件1和組件2構(gòu)成。組件1和組件2均包括蒸發(fā)器、吸收器、發(fā)生器、冷凝器、熱交換器和凝水換熱器等主要部件及抽氣裝置、屏蔽泵(溶液泵和冷劑泵)等輔助部分。抽氣裝置抽除了機(jī)組內(nèi)的空氣等不凝性氣體，并保持機(jī)組內(nèi)一直處于高真空狀態(tài)。

冷劑泵將冷劑水液囊中的冷劑水抽出并噴淋在蒸發(fā)器中的傳熱管表面，吸收流經(jīng)傳熱管內(nèi)余熱水的熱量，汽化成冷劑蒸汽，余熱水在放出熱量后溫度降低流出機(jī)組;吸收余熱水熱量后產(chǎn)生的冷劑蒸汽流入吸收器，被吸收器頂部淋下的溴化鋰濃溶液吸收。溴化鋰濃溶液在吸收冷劑蒸汽時(shí)放出冷劑蒸汽的凝結(jié)熱，加熱流經(jīng)吸收器傳熱管內(nèi)的熱媒水，使其溫度升高后流出吸收器;溴化鋰濃溶液在吸收冷劑蒸汽后濃度越來越低，匯集在吸收器底部，被溶液泵抽出，經(jīng)熱交換器升溫后進(jìn)入發(fā)生器，在發(fā)生器中被蒸汽加熱濃縮，分離出冷劑蒸汽。濃溶液經(jīng)熱交換器傳熱管間與溴化鋰稀溶液進(jìn)行熱量交換后流回吸收器，繼續(xù)吸收蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽;而發(fā)生器中產(chǎn)生的高溫冷劑蒸汽流入冷凝器內(nèi)，加熱流經(jīng)冷凝器傳熱管內(nèi)的熱水，使其溫度繼續(xù)升高后流出機(jī)組供用戶使用，同時(shí)冷劑蒸汽放出熱量后冷凝成冷劑水，經(jīng)U形管節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。因蒸發(fā)器中壓力較低，進(jìn)入蒸發(fā)器的冷劑水一部分閃發(fā)成冷劑蒸汽，另一部分冷劑水則因熱量被散發(fā)的那一部分帶走而降溫成飽和溫度的冷劑水，流入蒸發(fā)器底部液囊。

上述過程不斷循環(huán)進(jìn)行，即可不斷地回收余熱水熱量并制取所需溫度的熱媒水。

2 冷凝熱系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)

陽煤發(fā)供電分公司第三熱電廠，冷凝熱系統(tǒng)為6臺(tái)30 MW溴化鋰吸收式高溫?zé)岜?，回收冷凝?2 MW，可增加供熱面積150萬m2。系統(tǒng)示意圖見圖2。

圖2 冷凝熱系統(tǒng)示意圖

圖2 中：

吸收式熱泵。6臺(tái)30 MW溴化鋰吸收式高溫?zé)岜谩?/p>

換熱機(jī)組(換熱站)。桃北換熱站：9臺(tái)(324 MW)換熱器，4臺(tái)循環(huán)泵;桃南換熱站：4臺(tái)(240 MW)換熱器，3臺(tái)循環(huán)泵。

供熱站(用戶)。桃北：規(guī)劃供熱站共23個(gè)，目前供熱面積236．69 m2;規(guī)劃供熱面積308．31 m2;桃南：規(guī)劃供熱站共28個(gè)，目前供熱面積215．6 m2;規(guī)劃供熱面積 244．58 m2。

發(fā)電系統(tǒng)。鍋爐：3臺(tái)DG－150/9．8－1型煤粉鍋爐，額定蒸發(fā)量為150 t/h;1臺(tái)YG270/9．8－M型煤粉鍋爐，額定蒸發(fā)量為270 t/h。汽機(jī)：2臺(tái)C35－8．83/0．785抽汽冷凝式汽輪機(jī)組，額定功率為35 MW，額定主蒸汽流量為220 t/h，額定抽汽量為120 t/h;1臺(tái) C60－8．83/0．785抽汽冷凝式汽輪機(jī)組，額定功率為60 MW，額定主蒸汽流量為340 t/h，額定抽汽量為170 t/h。

3 冷凝熱系統(tǒng)節(jié)煤節(jié)水分析

3．1 溴化鋰吸收式水源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)條件

型 號(hào)：XRI5－40/30－3000(60/90)

余熱水進(jìn)水溫度：40℃

余熱水出水溫度：30℃

余熱水流量：1 032 m3/h(±20%)

余熱水水質(zhì)：余熱水為電廠冷卻水

余熱水側(cè)阻力：≤0．14 MPa

余熱水側(cè)工作壓力：0．8 MPa

熱媒水進(jìn)水溫度：60℃

熱媒水出水溫度：90℃

熱媒水流量：860 m3/h(±20%)

熱媒水水質(zhì)：熱媒水為集中供熱回水

熱媒水側(cè)阻力：≤0．12 MPa

熱媒水側(cè)工作壓力：0．8 MPa

冷凝熱提取量：12 000 kW

制熱量：30 000 kW

制熱能效比：COP＞1．7(同時(shí)制冷制熱)

能量調(diào)節(jié)范圍：20% ～110%

電機(jī)功率：裝機(jī)容量：≤30 kW

電壓：380 V AC

頻率：50 Hz AC

蒸汽：壓力：0．5 MPa;流量：24．8 t/h

熱泵機(jī)組臺(tái)數(shù)：6臺(tái)

3．2 熱泵機(jī)組在設(shè)計(jì)工況條件下節(jié)煤節(jié)水分析

桃南、桃北熱水循環(huán)總流量為5 160 t/h。

在沒有采用溴化鋰吸收式水源熱泵機(jī)組時(shí)，供熱由60℃加熱到120℃所需熱量：

式中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃熱水焓值;251 kJ/kg—0．8 MPa、60℃熱水焓值。采用溴化鋰吸收式水源熱泵機(jī)組，供熱由60℃加熱到120℃所需熱量。

6臺(tái)熱泵機(jī)組需要蒸汽流量約148．8 t/h，消耗熱量為：

148．8 ×1 000 kg/h ×2 400 kJ/kg=357．1 GJ/h

式中：

2 400 kJ/kg—蒸汽在冷凝熱熱泵中工作焓差。

熱水由90℃加熱到120℃所需熱量：

5 160×1 000 kg/h×(504－377)kJ/kg=655．32 GJ/h

其中：

504 kJ/kg—0．8 MPa、120℃熱水焓值;

377 kJ/kg—0．8MPa、90℃熱水焓值。

經(jīng)過理論測(cè)算，在采用溴化鋰吸收式水源熱泵機(jī)組后，應(yīng)節(jié)省熱量：

3．3 實(shí)際運(yùn)行后熱泵機(jī)組的節(jié)煤節(jié)水分析

2010年11月至2011年3月，熱泵機(jī)組運(yùn)行5個(gè)月，回收冷凝熱成效顯著，既緩解了該廠的供熱壓力，又收到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。下面主要從經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行分析。

1)5個(gè)月回收的冷凝熱能。

供暖期間的運(yùn)行方式為4臺(tái)熱泵運(yùn)行，2臺(tái)熱泵備用。這是由于熱媒水系統(tǒng)流量所限，增加熱泵，效果已不太大，以及考慮熱泵機(jī)組的維修和備用，采取了此運(yùn)行方式。4臺(tái)熱泵1月份的平均參數(shù)見表1。

表1 熱泵平均參數(shù)表

根據(jù)參數(shù)計(jì)算，4臺(tái)熱泵每小時(shí)回收冷凝結(jié)熱為140．244 GJ。5個(gè)月共回收冷凝熱為50．8萬 GJ。

2)節(jié)煤效果分析。

a)按5個(gè)月回收的冷凝熱，折算成標(biāo)煤，共節(jié)約標(biāo)煤17 342 t。b)影響汽機(jī)真空增加的標(biāo)煤：在熱泵運(yùn)行期間，1#、2#機(jī)真空降低3 kPa，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)汽機(jī)真空每降低1 kPa，發(fā)電標(biāo)煤耗增加2～3 g，1#、2#機(jī)帶滿負(fù)荷運(yùn)行，一個(gè)采暖季多消耗標(biāo)煤量為3×70 000×24×151=761 t。c)5個(gè)月共節(jié)約標(biāo)煤17 342－761=16 581 t。折算成現(xiàn)在使用的23 446 kJ/kg的原煤，共節(jié)約20 726 t。

3)節(jié)水效果分析。冷凝熱的節(jié)水作用主要是減少了冷卻塔的蒸發(fā)量。

a)理論分析：按熱泵機(jī)組吸收的熱量計(jì)算冷卻塔的少蒸發(fā)量，如果全部由蒸發(fā)散熱，根據(jù)實(shí)際測(cè)算每天冷卻塔的蒸發(fā)量為1 285 t。如果考慮冷卻塔回收水的作用和冬季天氣的降溫作用，每天蒸發(fā)量為1 285 ×0．6=771 t。5 個(gè)月將節(jié)約用水：11．6 萬 t。冬季公用機(jī)組機(jī)力塔耗水量按照設(shè)計(jì)，共用機(jī)組機(jī)力塔夏季用水量為12 t/h，冬季取0．6系數(shù)，則消耗水量為7．2 t/h，每天耗水量為173 t/天。5個(gè)月耗水量為2．6萬t。理論分析結(jié)論：5個(gè)月節(jié)水量為11．6－2．61=8．99 萬 t。

b)實(shí)際節(jié)水效果。2個(gè)供暖季前4個(gè)月的涼水塔用水比較見表2。

表2 涼水塔用水比較 t

實(shí)際情況為2010年11月至2011年2月比同期涼水塔補(bǔ)水量減少了61 021 t。

4 結(jié)論

上述分析證明，利用熱泵技術(shù)回收利用火電廠的冷凝熱量供熱，雖然實(shí)際運(yùn)行情況還沒有達(dá)到理論分析的效果，但節(jié)煤節(jié)水效果明顯，而且在不增加機(jī)組建設(shè)的情況下有效增加了供熱面積，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 王亞茹．熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗分析［J］．哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(5)：90－94．

［2］ 徐建中．分布式供電和熱電冷聯(lián)產(chǎn)的前景［J］．節(jié)能與環(huán)保，2002(3)：4－10．

［3］ 楊思文．氨水吸收式制冷機(jī)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)之七—性能與流程［J］．流體工程，1990(3)：56－63．