一種利用電站乏汽余熱供暖方式的新方案

張 勇，溫 高

（內蒙古工業大學，內蒙古 呼和浩特010000）

1 引言

我國工業能源利用率低，約為38%左右，與發達國家相比相差甚遠，所產生的余熱資源數量龐大，據國內調查的不完全統計，各行各業的余熱資源約占其燃料消耗總量的20%～67%不等，可回收的余熱資源占余熱資源總量的60%左右，因此在注重節能減排，發展循環經濟，走可持續發展道路的新時期，火力發電廠等大型工業企業的余熱再利用問題引起了人們的高度重視，研究開發有效利用大型工業企業余熱技術具有一定的意義，同時可以緩解能源危機。

熱泵技術近幾年來發展勢頭迅猛，不僅在建筑節能上應用廣泛，在利用工業余熱方面也被廣泛使用，其中最典型的就是使用在電站余熱供暖方面。最常用的方法是利用水源式熱泵吸收循環冷卻水的低品位余熱，但這對熱泵的要求很高。汽輪機做功后的乏汽是循環冷卻水熱量的來源，采用吸收式熱泵直接利用低品位乏汽熱能又能減少熱量的損失。本文提出在常規供暖基礎上，采用吸收式熱泵吸收利用汽輪機乏汽中的低溫余熱，實現供暖成本降低的一種方案。

2 工作原理

吸收式熱泵是一種能使熱量從低溫物體轉移到高溫物體的能量利用裝置，以消耗一部分溫度較高的高位熱能為代價，從低溫熱源吸取熱量供給用戶，從而提高熱能利用率，節約大量燃料。本文采用以溴化鋰為工質的第一類吸收式熱泵，以水為制冷劑，以溴化鋰溶液為吸收劑。水在常壓下100℃沸騰、蒸發，在5mmHg真空狀態下4℃時蒸發；溴化鋰溶液是一種極易吸收水（蒸汽）、化學性質穩定的物質，在溫度越低、濃度越高時吸收能力越強。溴化鋰吸收式熱泵就是利用此性質。水在蒸發器中吸收熱源水的熱量蒸發變成蒸汽，被溴化鋰濃溶液在吸收器中吸收變成稀溶液，同時放出吸收熱，實現水的一次升溫；稀溶液被送到再生器，被高溫熱源加熱濃縮成濃溶液，進入吸收器。再生器產生的水蒸汽進入冷凝器與溫水換熱，冷凝成水進入蒸發器；溫水在冷凝器中被加熱實現二次升溫，如此反復循環。

3 方案說明

3.1 方案介紹

本方案中，吸收式熱泵將以蒸汽為驅動熱源，吸收汽輪機乏汽中的低溫余熱，生產高溫熱水，滿足用戶的供暖需求。

基本工藝流程為：從蒸汽輪機抽出0.4MPa的過熱蒸汽，通過減溫器變為飽和蒸汽后，經過分汽缸驅動各臺吸收式熱泵；汽輪機乏汽不再直接進入冷凝器冷卻，而是通過管道進入各臺吸收式熱泵，在熱泵中釋放熱量后冷凝為水，然后再進行冷卻至要求溫度；熱網循環水回水進入吸收式熱泵組后吸熱升溫，然后再經汽水換熱器升溫，最后入戶，如此循環。

本項目供暖系統的基本組成部分包括：吸收式熱泵系統和原汽水換熱系統。

3.2 基本參數設定

設定某2×300MW熱電廠的供暖首站的供回水溫度為115／55℃。該溫度是吸收式熱泵無法達到的，因此考慮二級換熱的方式，先使用吸收式熱泵將55℃的回水提升至85℃，然后再使用原有的汽水換熱器繼續提升至115℃。假設該方式下，二級管網供暖工況與原系統相同，不受影響。電廠單臺汽輪機最大抽汽量為520t／h，因此本方案所做系統蒸汽總耗量須小于520t／h，即吸收式熱泵機組耗氣量和原汽水換熱機組耗氣量的和應小于520t／h。設定單臺汽輪機組乏汽量為149.1t／h，吸收式熱泵系統所能處理的水量為5901m3／h，這些乏汽可提供的余熱量為100MW。同時汽水換熱系統負責將該循環水由85℃加熱至115℃。

據此計算，選取了如下吸收式熱泵機組和汽水換熱系統，其系統技術參數見表1、表2所示。

3.3 工藝流程

某2×300MW熱電廠，改造方案共使用3×2臺吸收式熱泵設備，基本工藝流程按圖1所示。

表1 單臺汽輪機組的吸收式熱泵系統技術參數

表2 單臺汽輪機組的汽水換熱系統技術參數

圖1 單臺汽輪機組的吸收式熱泵系統工藝流程

4 可行性分析

4.1 機組投資估算

方案中使用吸收式熱泵機組，采用國外技術部分材料進口，有著雄厚的技術和質量的保障，因此將6臺機組成本估算為13170萬元，其中包含運輸費用，車板交貨。

4.2 工程項目投資

由于整個工程項目包括機房的建設、管網建設及末端建設，項目規模較大，投資額定較高，涉及數目較大，故在計算投資回報時僅比較熱泵機組報價部分。

4.3 經濟效益分析

筆者以傳統方案和本改造方案做節能比較，但只針對本方案和純汽水換熱系統作了基本的計算。在方案中真正節能的部分是吸收式熱泵系統，即低溫段（55～85℃）這一工作區間，而高溫段（85～115℃）區間均是由汽水換熱機組完成，是不節能的。在實際的供暖中，不論供暖初期還是峰期，低溫段都是需要保證的，所以吸收式熱泵系統一直處于滿負荷工作的狀態，因此只進行低溫段汽耗的對比，即可得出該供暖季的蒸汽節省量。比較結果如表3所示。

表3 單臺汽輪機機組的供暖系統經濟效益計算

4.4 環境效益分析

采用吸收式余熱熱泵機組系統，不僅節省了鍋爐的燃料運輸、設備維護等費用，同時解決了鍋爐污染物排放對環境造成的大氣污染問題，循環水余熱利用可取得很好的環保效應和經濟效應，符合當前節能減排的戰略方針。

5 結語

經過分析單以單臺汽輪機組而言：①要達到相同的供暖面（823萬m2），較純汽水換熱系統，本方案每年可節省蒸汽（0.4MPa、246℃）計50萬t；②使用相同量的蒸汽（520t／h），較純汽水換熱系統，新方案每年額外增加供暖面積206萬m2；③兩臺汽輪機組所配備的吸收式熱泵系統相同，因此有著相同的投資和經濟效益。除此之外，采用吸收式余熱熱泵機組系統優勢明顯：①系統簡單、加熱溫度穩定可靠；②熱泵系統非滿負荷運轉時，效率高于額定值，節能效果更好；③操作管理方便、維護費用低、設備壽命長，可達25年；④節能減排，符合國際趨勢，能夠樹立節能減排標桿工程。

［1］ 徐邦裕，陸亞俊，馬最良.熱泵［M］.北京：中國建筑工業出版社，1988.

［2］ 王東鵬，任 兵.電廠余熱的分析與探討［J］.科技之友，2010（12）：3～4.

［3］ 蘇保清.用熱泵回收電廠冷凝熱集中供暖技術研究［J］.山西能源與節能，2007，9（3）：18～19.

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