熱泵熱源水最佳溫度點(diǎn)的探討

李永強(qiáng)

摘 要：本篇文章主要是針對(duì)我公司聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行機(jī)組冬季供熱運(yùn)行方式下，兩臺(tái)熱泵運(yùn)行時(shí)，通過(guò)#2機(jī)組運(yùn)行時(shí)的不同循環(huán)水溫度下的實(shí)際參數(shù)的采集，運(yùn)用公司邊際貢獻(xiàn)計(jì)算報(bào)表及供熱計(jì)算公式，找到一個(gè)使供熱量及機(jī)組發(fā)電量達(dá)到最佳值的熱源水（#2汽機(jī)循環(huán)水溫度點(diǎn)），使公司的效益最大化。

關(guān)鍵詞：熱泵；熱源水；效益最大化

我公司循環(huán)水余熱利用工程裝設(shè)有雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司2臺(tái)容量為60.92MW的吸收式熱泵，利用兩臺(tái)余熱鍋爐的低壓補(bǔ)汽作為驅(qū)動(dòng)汽源，回收#2汽機(jī)全部低溫循環(huán)水余熱（熱源水），用來(lái)加熱熱網(wǎng)水。

驅(qū)動(dòng)汽源引自#1、#2汽機(jī)低壓補(bǔ)氣，在熱泵中釋放熱量后凝結(jié)成疏水，經(jīng)疏水泵升壓后，送到原熱網(wǎng)疏水泵出口母管，進(jìn)入低壓汽包。熱網(wǎng)水引自#1、#2、#3熱網(wǎng)泵出口的熱網(wǎng)水，加熱后的熱網(wǎng)水送回到熱網(wǎng)泵出口母管。余熱水引自#1、#2汽輪機(jī)循環(huán)水回水管，經(jīng)熱泵后返回循環(huán)水泵入口前池。

在冬季供熱期間熱泵系統(tǒng)投入運(yùn)行后，要求循環(huán)水溫度達(dá)到36℃以上，使熱泵出力達(dá)到最佳。循環(huán)水溫度越高，熱泵的效率越高，供熱收入增加。但是當(dāng)循環(huán)水溫度升高后，#2汽機(jī)的凝汽器真空下降，真空下降使#2汽機(jī)發(fā)電機(jī)的出力降低，發(fā)電量減少，發(fā)電收入降低。同時(shí)，循環(huán)水溫度過(guò)高將會(huì)引起機(jī)組潤(rùn)滑油溫及發(fā)電機(jī)風(fēng)溫過(guò)高，不利于機(jī)組的安全運(yùn)行。

因此，找到一個(gè)熱泵熱源水的最佳溫度點(diǎn)，使供熱量及發(fā)電量達(dá)到最佳。

一、運(yùn)行參數(shù)的采集：以下運(yùn)行參數(shù)為#2汽機(jī)循環(huán)水（熱源水）不同溫度下對(duì)應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)。

二、對(duì)采集的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算：

經(jīng)過(guò)對(duì)循環(huán)水溫度的變化分析，從表1、表2、表3、表4中隨機(jī)取得序列數(shù)，利用公式：（供水溫度-循環(huán)水溫度）*熱泵熱網(wǎng)水流量/1000*4.17=每小時(shí)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行計(jì)算：

1、循環(huán)水溫度35.54℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.71MWH。

（93.7-53.4）*5740/1000*4.17=919.23897吉焦/小時(shí)

2、循環(huán)水溫度37.00℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51MWH。

（94.21-53.95）*5836/1000*4.17=979.772吉焦/小時(shí)

3、循環(huán)水溫度37.06℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.25MWH。

（94.38-54.48）*5840/1000*4.17=971.6767吉焦/小時(shí)

4、循環(huán)水溫度37.34℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.89MWH。

（94.09-53.1）*5792/1000*4.17=990.017吉焦/小時(shí)

5、循環(huán)水溫度38.20℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.06MWH。

（94.2-53.62）*5842/1000*4.17=988.575吉焦/小時(shí)

6、循環(huán)水溫度38.39℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.38MWH。

（93.89-53.2）*5878/1000*4.17=997.363吉焦/小時(shí)

7、循環(huán)水溫度39.68℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.08MWH。

（95.16-54.98）*5842/1000*4.17=978.83吉焦/小時(shí)

8、循環(huán)水溫度39.72℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷49.98MWH。

（93.77-52.73）*5891/1000*4.17=983.6吉焦/小時(shí)

通過(guò)計(jì)算得出下表：

三、為了便于比較，以第四項(xiàng)，循環(huán)水溫度37.34℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.89MWH，供熱量990.017吉焦/小時(shí)，為“零”點(diǎn)，對(duì)發(fā)電收入及供熱收入之和進(jìn)行綜合性計(jì)算及比較。

對(duì)發(fā)電收入及供熱收入之和進(jìn)行綜合性計(jì)算。利用公式：

1：（汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=萬(wàn)元Ⅰ

2：（990.017-熱量）*24*0.4*91/1.13/10000=萬(wàn)元Ⅱ

3：發(fā)電量增加萬(wàn)元Ⅰ，供熱量減少萬(wàn)元Ⅱ

萬(wàn)元Ⅰ-萬(wàn)元Ⅱ=萬(wàn)元Ⅲ

進(jìn)行計(jì)算：

1、當(dāng)循環(huán)水溫度35.54℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.71MWH，供熱量919.23897吉焦/小時(shí)：

（51.71-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=1.086萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-919.23897吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=5.471萬(wàn)元

發(fā)電量增加1.086萬(wàn)元，供熱量減少5.471萬(wàn)元

1.086萬(wàn)元-5.471萬(wàn)元=-4.385萬(wàn)元

2、當(dāng)循環(huán)水溫度37.06℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.25MWH，供熱量971.6767吉焦/小時(shí)：

（51.25-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=0.4768萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-971.6767吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=1.418萬(wàn)元

發(fā)電量增加0.4768萬(wàn)元，供熱量減少1.418萬(wàn)元

0.4768萬(wàn)元-1.418萬(wàn)元=-0.9412萬(wàn)元

3、循環(huán)水溫度37℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51MWH，供熱量979.772吉焦/小時(shí)：

（51-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=0.146萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-979.772吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=0.792萬(wàn)元

發(fā)電量增加0.146萬(wàn)元，供熱量減少0.792萬(wàn)元

0.146萬(wàn)元-0.792萬(wàn)元=-0.646萬(wàn)元

4、循環(huán)水溫度38.2℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷51.06MWH，供熱量988.575吉焦/小時(shí)：

（51.06-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=0.225萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-988.575吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=0.111萬(wàn)元

發(fā)電量增加0.225萬(wàn)元，供熱量減少0.111萬(wàn)元

0.225萬(wàn)元-0.111萬(wàn)元=0.114萬(wàn)元

5、循環(huán)水溫度38.39℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.38MWH，供熱量997.363吉焦/小時(shí)：

（50.38-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=-0.675萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-997.363吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=-0.568萬(wàn)元

發(fā)電量減少0.675萬(wàn)元，供熱量增加0.568萬(wàn)元

-0.675萬(wàn)元+0.568萬(wàn)元=-0.107萬(wàn)元

6、循環(huán)水溫度39.68℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷50.08MWH，供熱量978.83吉焦/小時(shí)：

（50.08-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=-1.073萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-978.83吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=0.865萬(wàn)元

發(fā)電量減少1.073萬(wàn)元，供熱量減少0.865萬(wàn)元

-1.073萬(wàn)元-0.865萬(wàn)元=-1.938萬(wàn)元

7、循環(huán)水溫度39.72℃時(shí)，汽機(jī)發(fā)電機(jī)負(fù)荷49.98MWH，供熱量983.6吉焦/小時(shí)：

（49.98-50.89）*1000/10000*24*（0.65-0.0043）/1.17=-1.205萬(wàn)元

（990.017吉焦/小時(shí)-983.6吉焦/小時(shí)）*24*0.4*91/1.13/10000=0.496萬(wàn)元

發(fā)電量減少1.205萬(wàn)元，供熱量減少0.496萬(wàn)元

-1.205萬(wàn)元-0.496萬(wàn)元=-1.701萬(wàn)元

以37.34℃為“零”點(diǎn)，根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出線性圖：

通過(guò)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將循環(huán)水溫度控制在37.5℃—38.5℃之間，使經(jīng)濟(jì)效益最大化。

四、結(jié)論

經(jīng)濟(jì)效益及計(jì)算依據(jù)〔單位：萬(wàn)元（人民幣）〕

通過(guò)上面的線形圖中不同的循環(huán)水溫度點(diǎn)與循環(huán)水溫度38.2℃時(shí)的相差的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以供熱季90天進(jìn)行計(jì)算比較出的經(jīng)濟(jì)效益如下表：

計(jì)算公式：（不同循環(huán)水溫度點(diǎn)相差效益-循環(huán)水溫度38.2℃相差效益）*90天

五、結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水溫度較低時(shí)（36℃以下時(shí)），能夠很好地控制機(jī)組的潤(rùn)滑油溫度及發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)溫在合格范圍內(nèi)，能夠保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

當(dāng)循環(huán)水溫度較高時(shí)（39℃以上時(shí)），機(jī)組的潤(rùn)滑油溫度及發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)溫較高，不利于安全運(yùn)行。油溫較高會(huì)引起潤(rùn)滑油膜變薄，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起汽輪機(jī)燒瓦事故的發(fā)生。發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)溫過(guò)高，會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子線圈因長(zhǎng)期溫度過(guò)高而老化，可能引起相間短路事故的發(fā)生。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，循環(huán)水溫度在37.5℃-38.5℃之間時(shí)，對(duì)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了良好的保障，減少了機(jī)組的安全隱患，降低了維護(hù)成本。保證了機(jī)組的發(fā)電及供熱效率最大化，降低了天然氣消耗量，使公司經(jīng)濟(jì)效益最佳。減少天然氣耗氣量，即節(jié)約了能源消耗，又減少了二氧化硫及氮氧化物的排放量，為公司的減排做出了貢獻(xiàn)。

（作者單位：華電（北京）熱電有限公司）