浅谈吸收式热泵在城市供热电厂中的应用

摘要:吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和具有显著经济效益的特点，尤为引人注目。吸收式热泵以溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，而且具有高效节能的特点。配备溴化锂吸收式热泵，回收电厂部分凝汽器排放大气中热量，达到节能、减排、降耗的目的。为集中供热系统增加了热量，提高了电厂的综合能源利用效率，同时可以减少电厂循环冷却水蒸发量，节约水资源，并减少向环境排放热量，具有非常显著的经济、社会与环境效益。

关键词：吸收式热泵供热应用

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：

1 吸收式热泵在供热市场中发展的必要性

2009年9月联合国气候变化峰会和2009年12月的哥本哈根气候变化谈判会议上，我国政府明确量化碳减排目标(到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%)，展示了中国在应对气候变化、履行大国责任方面的积极态度。这充分表明我国不再单纯追求经济的增长速度，而是更加强资源的有效利用，关注可持续增长“节能减排”降耗已被摆在前所未有的战略高度。而提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境是根本措施。

吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和具有显著经济效益的特点，尤为引人注目。吸收式热泵以溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，而且具有高效节能的特点。配备溴化锂吸收式热泵，回收电厂部分凝汽器排放大气中热量，达到节能、减排、降耗的目的。同时作为集中供热主热源的热电厂而言，存在两个关键问题有待解决。一是汽轮机抽汽在加热一次网回水的过程中存在很大的传热温差，造成巨大的传热不可逆损失。二是目前大型抽凝式供热机组存在大量的汽轮机凝汽器余热通过冷却塔排放掉，该部分热量可占燃料燃烧总发热量的20%，为保证汽轮机末端的正常工作。将这部分凝汽用于供热，相当于在不增加电厂容量，不增加当地排放，耗煤量和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，为集中供热系统增加了热量，提高了电厂的综合能源利用效率，同时可以减少电厂循环冷却水蒸发量，节约水资源，并减少向环境排放热量，具有非常显著的经济、社会与环境效益。

应用吸收式热泵可系统地部分解决目前热电联产集中供热系统存在的问题。在吸收式热泵基础上，可系统解决热电厂存在的以下问题。

1) 电厂的循环水不再单纯依靠冷却塔降温，而是作为各级热泵的低温热源，原本白白排放掉的循环水余热资源可以回收并进入一次网，仅此一项即可提高综合能源利用效率20%左右。

2) 各级吸收式热泵仍采用电厂原本用于供热的蒸汽热源，这部分蒸汽的热量最终仍然进入到一次网中，而利用凝汽器提供的部分供热，可减少了汽轮机的抽汽量，提高系统整体能效。

3） 逐级升温的一次网加热过程避免了大温差传热造成的大量不可逆传热损失。

4） 如热用户侧热网回水温度可降低，吸收式换热机组将一次网供回水温差可提高，意味着可以提高管网输送能力，节约大量新建、改建管网投资，避免因为既有管网改建引起的一系列麻烦；

5） 用户处二次网运行如完全保持现状温度，也使得该技术非常利于大规模的改造项目实施。

2 吸收式热泵的基本原理

2.1系统流程描述

热泵机组与系统连接示意图

经过凝汽器吸热后的循环水的80%经过热泵机组进行换热后温度降低与另外20%经过水塔冷却后的循环水混合后，重新进入凝汽器进行吸热后重复上述过程；热网水经热用户散热后全部经过热泵机组吸收低温热源（循环水）的热量后温度升高后进入热网换热器再进行提温后，送入热用户散热后重复上述过程。

2.2 吸收式热泵工作原理描述

我厂吸收式热泵是以溴化锂溶液为介质的吸收式热泵。吸收式热泵（即增热型热泵），通常简称AHP(absorption heat pump)，它以蒸汽、废热水为驱动热源，把低温热源的热量提高到中、高温，从而提高了能源的品质和利用效率。

吸收式热泵原理，即在电厂首站内设置蒸汽型吸收式热泵。以汽轮机抽汽为驱动能源Q1，产生制冷效应，回收循环水余热Q2，加热热网回水。得到的有用热量（热网供热量）为消耗的蒸汽热量与回收的循环水余热量之和Q1+Q2。见图1

溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等（见图2）。它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量Qg，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。 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，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。 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，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。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。热水流经吸收器、冷凝器升温后，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，即：供热量始终大于消耗的高品位热源的热量（COP>1），故称为增热型热泵。根据不同的工况条件，COP一般在1.65~1.85左右。由此可见溴化锂吸收式热泵具有较大的节能优势.

图2吸收式热泵原理图

3 吸收式热泵机组在城市供热电厂中的应用

目前国内吸收式热泵市场上的主要生产厂家为“远大，双洋，同方川崎”其应用领域也非常广泛，涉及热电、冶金、石化、纺织、焦化等诸多工业领域。随着国家节能减排的深入开展，吸收式热泵机组在城市供热电厂中的应用探索也在应用中，2012年2月在中电投赤峰热电厂由同方川崎公司生产的蒸汽型吸收式热泵机组正式投入调试生产阶段，这也是大型吸收式热泵首次在单机100MW以上供热机组上的应用，该项目所在的赤峰热电厂四期扩建工程于2007年投产，建设规模为2×135MW超高压双轴中间再热冷凝式汽轮发电机组，配两台440t/h超高压中间再热循环流化床锅炉。目前该热电联产机组采用汽机抽0.294MPa蒸汽供采暖负荷，通过管壳式热网加热器，向赤峰市区提供采暖供热。电厂单台汽轮机正常采暖抽汽量200t/h，实际运行工况抽汽量170t/h，两台机外供约330MW热量，供热参数为120℃/60℃，外供最大流量为5500T/H，两台机总的供热面积约400万平方米。本循环水余热利用工程采用吸收式热泵技术，将凝汽器部分排入大气热量回收。赤峰热电厂循环水系统采用的是扩大单元制供水系统，两台机组的循环水可互为利用，吸收式热泵机组安装在赤峰热电厂2号机组侧，所采用的余热水为2号机凝汽器冷却水出水，本期热泵使用的循环水量为7874.4m³/h，冬季一台机组总循环水量约10000 m³/h。在冬季采暖运行时采用单塔运行，两台机组总循环水量约20000 m³/h，其中7874.4m³/h水量引至热泵内利用，剩余12125.6m³/h水量仍然上塔冷却，冷却后的水进入冷却塔水池内；热泵吸热后的排水也直接排至冷却塔水池内，和上塔冷却的那部分水混合后进入循环水泵房内，进入循环系统。运行时，热泵进水管道上的电动蝶阀处于常开状态，并通过调节2#机冷却水管道阀门小间内的阀门调节水量，使热泵进水管内的流量能够达到7874.4m³/h。1#、2#冷却塔间联通沟道内的闸门打开，使两座塔池内均有水能流回循环水泵房。在非采暖期吸收式热泵停止运行，此时关闭热泵进水管上的电动蝶阀，电厂循环冷却水系统恢复为夏季纯凝汽式设计运行状态。

吸收式热泵热源水的进口设计水温为40℃，热泵出水设计水温为34℃；余热水设计进口温度55℃，出水温度80℃。理论提取循环水热量197GJ，相当于减少197GJ的冷源损失。

2012-2013采暖年度吸收式热泵机组在电厂中应用的实际状况以及经济效果：2012年10月-2013年4月热泵共运行3765小时，进入热泵系统循环水量约6000吨/小时，每小时提取热量38.1MW（137.2GJ），共提取热量51.6万GJ；折合标煤1.76万吨；与2号机投运热网加热器比较背压提高2.21KPa，按背压每提高1KPa影响煤耗上升3.5克/千瓦时核算多耗标煤2885吨。投入热泵后循环水泵耗功增加以及热泵系统本身系统耗电增加158万千瓦时，使得厂用电率上升0.43%，因厂用电率上升多耗煤636吨。扣除上述因素后节约标煤1.38万

4 结论语

吸收式热泵机组在供热电厂中的应用具备较大的发展前景，有比较广阔的发展空间，具有较大的节能潜力，在赤峰热电厂中的应用为吸收式热泵机组在供热电厂中的推广具有示范意义。

致谢

感谢清华同方川崎公司、西安热工院研究有限公司在吸收式热泵机组投运以及性能试验中的大力支持。

参考文献：

[1]马最良等．热泵技术应用理论基础与实践[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[2]剪天聪.汽轮机原理[M].北京：水利电力出版社，2002.

[3]黄树红.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2008.

作者简介：

李占元（1978－），男，内蒙古赤峰市,本科学历，工程师，主要从事电厂汽轮机优化运行的研究工作，