循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖探討

王 勇

（遼寧沈煤紅陽熱電有限公司，遼寧 遼陽111000）

0 引言

節(jié)能和環(huán)保是當(dāng)今社會的兩大主題，節(jié)約能源和保護環(huán)境是我們當(dāng)代人義不容辭的責(zé)任。目前，各行各業(yè)都在積極響應(yīng)黨和國家的號召，努力使本行業(yè)的技術(shù)向更節(jié)能、更環(huán)保的方向發(fā)展，國家也大力提倡各行各業(yè)尋求節(jié)能的有效途徑。對于熱電行業(yè)，許多工程技術(shù)人員孜孜不倦地研究探索，發(fā)現(xiàn)了很多能源浪費的地方，也做了很大的改進(jìn)，為國家節(jié)約了寶貴的能源，也有效地保護了環(huán)境，比如熱電廠利用循環(huán)水供暖就是一項顯著的節(jié)能措施。

1 回收循環(huán)水中的能量，是熱電廠節(jié)能的有效措施

熱電廠循環(huán)水每天散失在大氣中的熱量是一個龐大的數(shù)字，它不僅浪費能源，也對周邊環(huán)境造成了熱污染。本文僅以一臺單缸中溫中壓沖動冷凝單抽式C6－35／10／6 000kW 汽輪機為例計算循環(huán)水散失的熱量，已知循環(huán)水溫差為12℃，流量為1 660t／h。Q散＝C×m（t2－t1）＝84GJ／h。我國新建的節(jié)能型住宅冬季供暖的平均熱指標(biāo)為45～50W／m2，按此標(biāo)準(zhǔn)，循環(huán)水散到大氣中的熱量就相當(dāng)于33萬m2的民宅冬季采暖所需的熱量，如果將這部分能量加以回收，對電廠的節(jié)能將是一項重大成果。

2 低真空運行，利用循環(huán)水供熱

為了利用循環(huán)水熱量，低真空循環(huán)水供暖技術(shù)應(yīng)運而生。從經(jīng)濟效果上看，一般凝汽式電廠的循環(huán)熱效率只能達(dá)到25%～35%，而60%以上的熱量被循環(huán)水帶走，變?yōu)槔湓磽p失［1］，低真空運行時，凝汽器作為熱網(wǎng)的一級換熱器直接提高循環(huán)水溫度，供往熱用戶，大大提高了循環(huán)熱效率（圖1），消除了熱污染，對保護環(huán)境是有利的［2］。

圖1 利用循環(huán)水的低真空運行

3 低真空運行的主要問題

凝汽式汽輪機實現(xiàn)低真空運行，必然要提高背壓，這樣就改變了汽輪機的熱力工況，使汽輪機長期在變工況下運行，偏離了出廠的原設(shè)計運行參數(shù)，對汽輪機的主要指標(biāo)都會產(chǎn)生一定的影響。主要表現(xiàn)：（1）背壓升高使理想焓降減少，在進(jìn)汽量和效率不變的情況下，將使發(fā)電機功率降低。（2）排汽溫度升高汽缸內(nèi)的蒸汽平均溫度提高，汽缸膨脹量比設(shè)計值增大，從而改變了各級動靜葉片之間通流部分的間隙。（3）排汽溫度明顯提高致使凝汽器的膨脹量增加，由于凝汽器的外殼與管束非同一種材質(zhì)，所以膨脹量不同，會造成管束與管板的膨脹接口密封性因膨脹量不同而遭到破壞，嚴(yán)重時可能使汽輪機后軸承升高，從而使汽輪發(fā)電機組振動值增大［3］。凝汽器變?yōu)闊峋W(wǎng)一級加熱器，要求提高水室承受能力，對凝汽器結(jié)構(gòu)和強度作適當(dāng)改造和加固。（4）凝汽器作為熱網(wǎng)一級加熱器加熱循環(huán)水直接供熱到熱用戶，為保證汽輪機的正常運行，熱用戶必須足夠大，以便使循環(huán)水的回水溫度降到汽輪機的要求溫度，否則會對汽輪機造成損壞，也保證不了正常供暖。

4 循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖

熱泵是現(xiàn)今發(fā)展比較快的朝陽產(chǎn)業(yè)，它以節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、可靠等優(yōu)點逐漸被大家所認(rèn)可。但目前熱泵在城市現(xiàn)實生活中的應(yīng)用熱源多為地下水等低位熱能，換熱后的供暖水溫在50℃左右，對于寒冷地區(qū)很難保證供暖。另外，由于水源熱泵要大量提取地下水資源，對地下水不豐富的地區(qū)也有局限性，同時水源熱泵對地下水含沙量也有較高要求，所以在推廣時受到一定的限制。但是如果以凝汽器出口循環(huán)水作為熱泵的熱源，問題就全部解決了。

4.1 循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖的優(yōu)勢

（1）可消除熱泵的技術(shù)局限：1）熱泵不用吸地下水，避免了受地下水資源和含沙量的影響，同時不需要為管路和熱泵的安置打很深的豎井，節(jié)省了初始投資。2）由于循環(huán)水具有非常好的品質(zhì)和連續(xù)性，閉式循環(huán)運行穩(wěn)定。3）由于循環(huán)水比較清潔，無腐蝕問題，不易導(dǎo)致傳熱效果惡化；熱泵如果需要清潔，也比較容易做到。

（2）可解決低真空運行存在的問題：1）利用循環(huán)水中的余熱，降低了電廠向大氣排放的熱量，減小了溫室效應(yīng)。2）汽輪機不需在變工況下運行，能降低凝汽器循環(huán)水進(jìn)水溫度，提高汽輪機凝汽器的真空度，使汽輪機功率增加，這一點要明顯強于低真空供暖。3）汽輪機可以在設(shè)計工況下運行，不會改變運行參數(shù)，使得運行更加經(jīng)濟，同時在變工況下產(chǎn)生的問題都會迎刃而解。

4.2 循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵相結(jié)合

如圖2所示，循環(huán)水經(jīng)凝汽器加熱后，經(jīng)過切換閥到熱泵系統(tǒng)，通過熱泵的蒸發(fā)器將循環(huán)水內(nèi)的熱量提取出來，輸送到冷凝器，在冷凝器內(nèi)把熱量傳遞給供暖熱網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵技術(shù)相結(jié)合的供暖方式。

圖2 循環(huán)水系統(tǒng)與熱泵相結(jié)合

4.3 循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)和低真空循環(huán)水供暖的技術(shù)經(jīng)濟比較

我們還是以單缸中溫中壓沖動冷凝單抽式C6－35／10／6 000kW汽輪機為例，已知設(shè)計參數(shù)為：循環(huán)水溫度45～27℃；供暖供回水溫度65～40℃；循環(huán)水流量1 660t／h；加熱面積560m2。在假設(shè)汽輪機進(jìn)汽量和循環(huán)水量等參數(shù)不變前提下作以下比較：

4.3.1 低真空循環(huán)水供暖的技術(shù)經(jīng)濟分析

汽輪機背壓散熱量Q＝C×m（t2－t1）＝174GJ／h；比正常設(shè)計工況（84GJ／h）多90GJ／h。根據(jù)汽輪機運行工況原理，多排熱量應(yīng)是汽輪機降低真空、減小焓降、降低發(fā)電功率得來的。經(jīng)過這一得一失，真正被利用的是冷源損失84GJ／h的熱量，相當(dāng)于33萬m2的供暖熱量。

4.3.2 循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖的技術(shù)經(jīng)濟分析

汽輪機凝結(jié)熱Q＝C×m（t2－t1）＝125GJ／h；熱泵利用系數(shù)16.9（T為熱源溫1度，T為冷源溫度）。帶動熱泵每小時所需凈功為27.4GJ／h；功率P＝7.4×106÷3 600＝2 055kW。通過上面的計算，我們可以得出汽輪機凝結(jié)熱減去熱泵耗電量即供熱量117.6GJ／h，相當(dāng)于46萬m2的供暖熱量。

4.3.3 技術(shù)經(jīng)濟比較的結(jié)論

循環(huán)水結(jié)合熱泵技術(shù)供暖方式比低真空循環(huán)水供暖方式更節(jié)能。對于6 000kW汽輪發(fā)電機組，節(jié)省能源為117.6－84＝33.6GJ／h，相當(dāng)于13萬 m2的供暖熱量。

5 結(jié)語

利用熱泵技術(shù)進(jìn)行循環(huán)水供暖，可以使循環(huán)水熱量得到充分利用，不僅提高了熱源的供熱能力，還能降低冷卻水的蒸發(fā)量，節(jié)省水資源，并減少向外界環(huán)境排放的熱量和水汽，既有經(jīng)濟效益，又符合節(jié)能環(huán)保理念。

［1］鄭杰.汽輪機低真空運行循環(huán)水供熱技術(shù)應(yīng)用［J］.節(jié)能技術(shù)，2006（4）.

［2］李巖，付林，張世鋼，等.電廠循環(huán)水余熱利用技術(shù)綜述［J］.建筑科學(xué)，2010（10）.

［3］張學(xué)鐳，陳海平.回收循環(huán)水余熱的熱泵供熱系統(tǒng)熱力性能分析［J］.中國電機工程學(xué)報，2013（8）.