回收循環水余熱的熱泵供熱系統熱力性能分析

陳冬梅 楊磊(邯鄲市熱力公司,河北邯鄲 056002)

?

回收循環水余熱的熱泵供熱系統熱力性能分析

陳冬梅 楊磊
(邯鄲市熱力公司,河北邯鄲 056002)

【摘 要】對既有的調節抽氣式供熱機組進行分析可知,其通過將汽輪機抽汽在熱網加熱器中的加熱返回水進行直接利用,從而驅動自身工作,但在此過程中,熱網返回水從55℃上升至130℃時,其加熱器具有較大的換熱溫差,從而導致經抽汽所獲取的熱能難以得到有效利用。為了進一步實現熱泵供熱系統對循環水余熱能量的梯級利用,本文通過對基于循環水余熱的熱泵供應方式進行闡述,結合具體工程實例,對熱泵供熱系統的熱力性能展開了全面分析。

【關鍵詞】循環水余熱 熱泵 供熱系統 熱力性能

加熱器具有較大的換熱溫差，從而導致經抽汽所獲取的熱能難以得到有效利用。基于此，本文則以300MW的調節抽汽式汽輪機的供熱系統作為研究對象，對其熱力性能做出了系統探究。

1 基于循環水余熱回收的熱泵供熱方式

抽汽式汽輪機供熱系統熱網的供水溫度設置為130℃，同時，將其返回水的溫度設置為55℃，傳統形式下供熱過程為，汽輪機抽汽將直接參與到熱網加熱器的加熱環節，從而利用熱網加熱器將水從55℃逐漸加熱至130℃。在熱泵供熱系統下，抽汽先將熱網的返回水加熱至80℃，并將汽輪機中部分循環水的預熱進行回收，此后，在峰載加熱器中利用抽汽繼續將熱網水(80℃)加熱至130℃[1]。

2 工程實例

2.1 工礦計算分析

對某一功率為300MW的供熱機組進行分析可知，其原有的抽汽量為240t/h，以汽輪機熱網加熱器對其熱網水進行加熱，使其溫度由50℃逐漸升至130℃，汽輪機中空氣的干、濕球溫度分別為22℃和16.9℃，并利用凝汽器對熱泵循環的水量進行控制(31680t/h)，系統冷卻塔的臨睡面積以及特征參數分別為6000m2和1.99λ0.62，λ表示熱泵中空氣與水的質量比，進而對熱泵的供熱方式進行計算，具體計算結果如下。

2.2 工礦計算結果

根據溴化鋰吸收式熱泵供熱的計算結果可知，循環水熱泵供熱系統中，熱泵的性能系數為1.723，傳統模式下的熱泵供熱的效率為73.68%，而熱泵供熱方式下的 效率則高達83.68%，提高了10%。根據熱泵循環的控制數量進行計算，熱泵供熱方式能夠幫助汽輪機抽汽每小時節約31.68t的水量，而熱泵機組的功率也增加了5.31MW。在熱網水溫度由55℃升至80℃時，回收循環水的預熱使得系統凝汽器的出口循環水溫度上升了0.7℃，而對于凝汽器而言，其自身壓力也增加了0.23kPa，使得機組功率降低0.33MW；同時，循環水在升壓泵的消耗過程中，機組功率由降低了0.25MW，因此，熱泵供熱系統機組的凈功率增加值為W=5.31-0.23-0.25=4.83M。

2.3 變工況的熱泵供熱系統熱力性能分析

對熱泵供熱系統熱力性能的影響因素進行如下分析:首先是位于冷凝器出口的熱網水溫度對系統熱力性能的影響。在系統端差恒定時，隨著冷凝器出口的熱網水溫度的逐漸升高，熱泵循環水量和耗氣量也呈現出逐漸上升的變化趨勢，而熱泵耗氣量的增加幅度較大。但在此情況下，峰載加熱器的耗氣量卻也發生了大幅下降，且其下降的幅度要顯著高于熱泵耗氣量增加的幅度，由此導致整個熱泵供熱系統的耗氣量有所減少，從而使汽輪機節省了更多的抽汽量，并促使機組的凈功率得到提升[2]。

其次，對熱網返回水水溫對熱泵供熱系統熱力性能的影響進行分析。隨著冬季熱泵供熱系統采暖熱負荷的逐漸增加，返回水水溫下降，而當采暖的熱負荷減小時，熱網返回水的水溫則呈現出逐漸上升的變化趨勢。當熱網供熱溫度恒定時，循環水的質量流量和熱泵的耗氣量將會隨著返回水溫度的升高而逐漸降低，且前者的下降幅度更大，而隨著循環水出蒸發器的水溫逐漸增加，供熱系統的耗氣量會有所減少，但減少幅度較小。因此，同傳統的供熱方式相比，熱泵供熱系統所節省的汽輪機抽汽量將更多，且機組增加的凈功率也較多。

再次，對蒸發器內循環水溫度下降對熱泵供熱系統熱力性能的影響進行分析。對系統蒸發器進行分析可知，當其入口循環水的溫度恒定時，其溫度下降幅度的減小將促使其出口處循環水水溫的升高，進而對蒸發器與吸收器各自的壓力產生影響，但熱泵系統的其他參數基本保持不變。當循環水的溫降幅度逐漸下降時，其質量大流量將呈現出逐漸上升的變化趨勢，而熱泵耗氣量則逐漸減小，進而使熱泵本身的性能參數逐漸增加。由此，汽輪機組所節省的抽汽量必會比傳統供熱形式下所增加的抽汽量多，且增加的凈功率也有所提升。還需說明的是，循環水溫降幅度下降，但在供熱量為恒定值時，熱泵供熱系統耗氣量的下降也必將造成熱泵供熱方式的火用效率不斷增加，雖然增加的幅度較小，但卻也能夠使得熱泵系統的熱力性能得到提升[3]。

最后，對蒸發器出口處循環水水溫對熱泵熱力性能的影響進行分析。當蒸發器中的循環水溫降與端差恒定時，出口循環水的溫度將會對蒸發器與吸收器的壓力產生影響，系統其他參數不變。當蒸發器出口處的循環水溫度逐漸上升時，循環水的質量流量也不斷增加，但熱泵的耗氣量卻逐漸減小，從而使得熱泵的性能參數的值得以增加。當出口處循環水的溫度繼續升高時，熱泵供熱系統的耗氣量將有所減少，所節省的抽汽量相較于傳統供熱方式的抽汽量有所增加，機組凈功率增加。

3 結語

本文通過對基于循環水余熱回收的熱泵供熱方式進行分析，進而以300MW的供熱機組為例，對其在熱泵供熱系統供熱方式下的工礦計算和相關結果展開說明，并對冷凝器出口的熱網水溫度、熱網返回水水溫、蒸發器內循環水溫降和蒸發器出口處循環水水溫等因素對熱泵供熱系統熱力性能的影響進行了全面探析。可見，未來進一步加強對影響熱泵供熱系統熱力性能因素的分析，對于提高系統性能具有重要的現實意義。

參考文獻:

[1]車德勇,呂婧,高龍,等.溴化鋰吸收式熱泵回收循環水余熱的模擬研究[J].熱力發電,2014,12(25):38-43.

[2]張朋飛,付昶,王偉鋒,等.熱泵-循環水余熱利用的火用效率分析[J].熱力發電,2015,06(05):106-110.

[3]郭小丹,胡三高,楊昆,等.熱泵回收電廠循環水余熱利用問題研究[J].現代電力,2011,02(12):58-61.