吸收式热泵回收300300MW MW机组循环水余热的设计研究

2015-04-10马光耀

河南科技 2015年10期

马光耀

（浙江杭州华电电力科学研究院，浙江杭州 31003010030）

能源的过度消耗所带来的环境问题如雾霾等，在部分地区已经严重影响人民的生活质量。对此政府有关部门及企业已积极采取降耗措施，利用热泵对循环水中的低温余热进行回收再利用就是其中的一种。吸收式热泵可以回收利用多种热能，且经济性好，能源利用率高，维护管理简便。在能耗高的季节，热泵所利用的低品位热能也增多，有助于减少能源的消耗[1]。国内外各科研单位都进行了大量的研究[2]，国内部分电厂也进行了余热回收利用的节能改造，如佳木斯热电厂、包头东华热电厂等。回收到的热量品位比较低但用途广泛，可用于加热热网水，也可为居民的生活用水提供保障。

1 热泵系统图

热泵系统简图见图1。

图1 热泵系统简图

如图1所示，驱动热源Qg进入发生器，为热泵提供热源，使得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。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。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，热水流升温后，输送给热用户。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。

本文采用吸收式热泵，以循环水经凝汽器后升温的循环水为低温热源，以0.25～0.35MPa的抽汽为驱动热源，加热50～60℃左右的采暖用热网回水，循环冷却水降温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，即提高电厂总的热效率。

2 参数设计

为尽可能回收凝汽器循环水余热，从而发挥热泵回收余热供热优势，运行中适当提高采暖抽汽压力，作为热泵机组设计工况以及热泵系统投入后的运行指导参数。经计算，驱动蒸汽供热量约为180MW。考虑到吸收式热泵的性能优化，将热网循环水在热泵的进口温度设定为45℃，作为本项目优化方案的额定工况点。

低速泵运行状态下，循环水的流量约为16 000t/h。主机的乏汽流量以平均抽汽工况为参考，此时机组的乏汽流量为196t/h，余热量为120.91MW。根据热平衡计算，及参考上一采暖期循环水温升，将循环水进出热泵的总温降设计为7℃。

根据凝汽器的性能及热泵的工作条件，一方面考虑尽可能小地影响机组真空，另一方面能满足余热回收的最佳条件。即凝汽器的出口温度增加，凝汽器的真空变差，将影响主机发电。当背压选择较高时，为保证机组的安全性，同时结合热泵的经济性，本方案中选择循环水进出热泵的温差为7℃。循环水进出口温度的方案主要有五种，分别为31～24℃、32～25℃、33～26℃、34～27℃、35～28℃。

3 方案分析

表1列出了循环水出水温度分别从31℃变化至35℃五种变化工况下主要参数的优化比选。

上述方案中，以循环水进热泵口处温度为变量，对设备造价的波动、新增供热量的收益、背压影响的发电量等参数进行计算。

由表1可以看出，设备的价格随循环水参数的提高有所下降，项目新增供热的收益也有所下降，主要原因是背压升高造成发电损失增加，从而使项目的成本显著提高。在循环水进出口温度逐渐升高的过程中，设备的总造价和单位造价逐渐降低，而背压升高所影响的成本逐渐变大，但总体而言，循环水参数越高，热泵背压升高，使发电收益减少，同时使热泵机组今后长期运行的成本增加，从长远而言，投资回收期会变长。

表1 不同方案下的主要技术经济参数对比表

根据数据情况分析，对于方案1和方案2，虽然机组的循环水温度较低，背压对发电的影响最小，但由于该参数下需要的热泵台数较多，设备成本较高，相应的配套的热泵厂房、附属管道阀门等其他投资将大幅增加，故而整体经济性不好。方案3、方案4和方案5所需热泵数量相同，厂房和附属系统的投资基本一致。但方案4和方案5的循环水温度较高，对机组背压影响较大，长期运行对机组的影响最不利。故五个方案相比而言，方案3的设备单位价格合理，长期运行成本较低，整体经济性更好。