吸收式热泵技术在热电厂的应用

吸收式热泵技术在热电厂的应用

焦文龙

洪洞国耀兆林新能源有限责任公司

摘  要

火电厂的原理基于“朗肯循环”，在朗肯循环中必须有冷端放热，否则循环无法实现。朗肯循环会有大量的冷源损失，要放出2400kj/kg的热量，导致发电循环效率很低，大机组也只有40%左右，这个损失是巨大的，不但是热量损失很大，冷源的存在需要大量的循环水，湿冷机组的水耗也在每度电1kg以上，对水资源也是极大的浪费。如采用风机空冷，风机将消耗大量的电能。

蒸汽的大部分能量都浪费在冷源里了，约60%的热能被凝汽器中的循环水带走。但是如果把冷源损失回收利用，对外供热为电厂创造经济效益，热电联产就可以综合利用了。

关键词：热电厂；余热利用；吸收式热泵；节能；低碳；环保

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溴化锂吸收式热泵在清洁供暖领域得到了更多应用。为加快解决燃煤供暖的污染问题，近年来在国家政策的大力支持下，清洁供暖行业逐渐发展壮大，供暖面积不断扩大，供暖质量不断提高，供暖环境友好水平也不断提升。溴化锂机组可回收利用低势热源的热能，制取采暖所需的高温热能，从而实现对于城市的大面积集中供热。2021年，北方清洁供暖改造进一步推进，供热企业加大了溴化锂机组采购力度。

1.吸收式热泵技术应用

采用LiBr--H2O吸收式热泵采暖供热技术在热电厂供热生产系统中，不仅可以节省投资费用，还可以节省供热系统的运行费。应用吸收式热泵技术的热电厂系统，还可以利用汽轮机抽汽热能从而进行回收热电联产冷却水的余热资源，不仅能够满足热电厂供热采暖能力，同时还可以减少设备运行费，减少污染物的排放量，具有显著的社会经济、环境效益。

城市的热电联产供热采暖系统与吸收式热泵技术相结合，具体就是指在城市热电联产供热采暖系统中应用吸收式热泵供热采暖系统，代替一个汽轮机供热采暖抽汽供热系统的热网首站，对于整个系统的生产工作运行也起到了非常重要的作用，保证系统建设更加有效，也能够提升系统的应用效果。

2.LiBr--H2O吸收式热泵技术

吸收式余热回收热泵机组是一种以一定浓度的LiBr--H2O溶液为媒介、以高温蒸汽为驱动热源，将汽轮机乏汽的低温热源热量转移至高温热源，最终加热一次网循环水，乏汽热源与驱动蒸汽热源一起输出为高温热源的一种逆卡诺循环装置。

如图1，LiBr--H2O吸收式热泵余热回收机组由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、溶液泵、冷剂泵、节流装置、模块和设备组成等组成；为了提高机组的热力系数COP还设有溶液热交换器；

为了使余热回收机组能连续工作，使一定浓度的LiBr--H2O溶液工质在各设备中进行循环，因而还装有溶液泵、冷剂泵以及相应的连接管道、阀门等，在溶液泵和冷剂泵的驱动作用下，一定浓度的LiBr--H2O溶液按流程“收器→溶液泵→发生器→冷凝器→蒸发器”，在余热回收机组内循环工作，吸收发乏汽热量加热循环水，一次热网循环水在循环泵的驱动下输送给热网给城镇居民采暖供热。

LiBr--H2O吸收式热泵工作过程为：在设备的蒸发器中连续地产生冷效应，从汽轮机排出的乏汽中的低位热源吸热，在设备的吸收器和冷凝器中连续地产生热效应，将一次网供热循环水（中温热源）加热给居民采暖供热。一次网供热循环水在吸收器和冷凝器中的吸热量等于驱动蒸汽的热源和乏汽地低位热源在LiBr--H2O余热回收热泵机组中的放热量之和。

图1  吸收式热泵机组工作原理

对于热电厂汽轮机排出的乏汽余热回收，吸收式余热回收热泵机组来讲，机组的驱动热源是汽轮机抽汽（四段抽汽0.4Mpa，287℃），低位热源是热电厂汽轮机排汽（汽轮机低压缸排汽-85Kpa，46℃）或冷却排汽的循环水，被加热的热水（中温热源）是集中供热的一次热网循环水回水。以汽轮机的四段抽汽的蒸汽热量为驱动热源QH，回收汽轮机低压缸排汽的乏汽余热QL，加热采暖供热的一次热网循环水回水。得到的可以利用的有用热量（一次热网循环水回水加热热量）为消耗的汽轮机四段抽汽蒸汽的热量与回收的汽轮机低压缸排出的乏汽余热量之和QH+QL。余热回收热泵机组的性能系数（COP）为得到的有用热量（一次网循环水回水加热的热量）与消耗的蒸汽热量（汽轮机四段抽汽）之比，即COP=（QH+QL）/QL。

如吸收式余热回收热泵机组COPh=1.65～1.84，即消耗1份汽轮机采暖抽汽（四段抽汽）的蒸汽热量，回收0.65～0.84份汽轮机低压缸排出的乏汽余热，为城镇采暖热网提供1.65～1.84份热量，由此可见吸收式余热回收热泵机组供热量始终大于消耗的蒸汽高品位热源的热量，具有较显著的节能优势。

吸收式余热回收热泵机组的热量平衡图如图2所示。

图2  单效吸收式余热回收热泵机组的热量平衡图

吸收式余热回收热泵机组在对汽轮机组发电出力不造成影响或造成的影响较小的前提下，实现了对汽轮机热效率影响最大的一项损失——汽轮机冷源损失（低压缸排汽）的部分或全部回收，极大的提高了汽轮机的热效率，并有效的增加或替代了机组部分的供热能力，降低了机组在采暖供热期的能耗，提高了机组的经济性，进而提高了电厂的经济效益。

3.稳定性方面

集中供热系统的初末寒期、严寒期等不同工况参数变化范围非常大，若按常规制冷机理念来设计热泵机组是无法适应供热工况大范围波动的，造成变工况时热泵机组低效甚至无法正常运行；针对供热系采暖统的特性，对吸收式热泵机组进行了全工况设计，溶液和冷剂的循环采用变频技术，同时，采用了完善的自动控制系统，合理的溶液浓度配比及储液箱设计，保证了热泵机组在供热的全工况下都能保证正常高效运行。

4.节能环保方面

吸收式热泵可以利用各种低品位热能，如以蒸汽、热水和燃料燃烧产生的烟气为驱动热源，将各种低品位热量，如余热、废热、乏汽、循环水等低温热源向高温热源泵送。与压缩式热泵的生产系统相比，吸收式热泵在热电厂余热利用中具有两个重要特点：一是可以利用热电厂中烟囱余热和循环水余热的低品位余热，节约能耗；二是以热能为动力，与压缩式机组相比，可以节约电耗。

5.结论

吸收式热泵机组的投入可大幅降低洪洞国耀兆林新能源有限责任公司综合能耗和二氧化碳排放量，也可减少燃料的消耗。余热回收系统在4个月的采暖期预计可回收17.3万GJ余热，折合节约标煤6940吨，折合节约生物质燃料20000吨降，低二氧化碳排放1.7万吨，回收的乏汽余热可为周边123万平方米居民住宅提供稳定、清洁采暖热源。

我公司积极响应国家政策和习近平主席的号召，使我们电厂进一步适应现行或将来陆续出台的“碳中和、碳达峰”政策。为我国“绿色低碳转型”和“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”目标奉献我们的力量。同时为赵城镇的居民提供清洁热能，改善洪洞生态环境，促进洪洞县的经济发展。

参考文献

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