吸收式熱泵回收發(fā)電機(jī)余熱探討

1、吸收式熱泵回收發(fā)電機(jī)余熱探討匡勝嚴(yán)（1） 蒲文雄（2）（遠(yuǎn)大空調(diào)有限公司, 湖南 長沙 410138；遠(yuǎn)大能源利用管理公司，北京 100086）摘要：吸收式熱泵是一種以溴化鋰吸收式技術(shù)為基礎(chǔ)，以熱能作為驅(qū)動(dòng)能源，通過回收低品位的熱量，來制取滿足采暖或工藝用中、高溫?zé)崴?，?shí)現(xiàn)余熱回收利用、從低溫向高溫輸送熱能的供熱設(shè)備。電廠發(fā)電機(jī)組能耗高，一次能源效率只有35%左右，大部分熱能都通過冷卻水排放到環(huán)境中，形成巨大能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。吸收式熱泵能回收冷卻水的熱量并用于城鎮(zhèn)集中供熱，對于電廠降低采暖煤耗意義重大。關(guān)鍵詞：吸收式熱泵、發(fā)電機(jī)余熱、余熱回收0 引 言北方的集中供暖是我國建筑能耗最大的領(lǐng)域。

2、據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國供熱面積約75億平方米，能耗達(dá)到1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占全國能耗的7%，全國城市建筑能耗的40%。隨著全國城鎮(zhèn)化不斷的推進(jìn)，總的供熱面積及能耗還將進(jìn)一步增加。我國集中供熱方式主要有燃煤鍋爐、水源熱泵以及熱電聯(lián)產(chǎn)等。這三種方式中，燃煤鍋爐的供熱一次能耗超過145g標(biāo)煤/kWh；水源熱泵的供熱一次能耗為110150 g標(biāo)煤/kWh；熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱一次能耗為85120g 標(biāo)煤/kWh。雖然熱電聯(lián)產(chǎn)是目前國內(nèi)供熱效率最高和最主要的供熱形式，但其部分熱量通過冷卻水排放到環(huán)境大氣中，仍然存在很大的節(jié)能空間。如果能將冷卻水的熱量回收利用并用于采暖，將對供熱系統(tǒng)形式產(chǎn)生革命性變化。1. 吸收式熱泵簡介

3、吸收式熱泵不同于電壓縮式熱泵，它是以熱能作為驅(qū)動(dòng)熱源的設(shè)備。吸收式熱泵和吸收式制冷機(jī)的原理上都是以溴化鋰吸收式技術(shù)為基礎(chǔ)，只是兩者工況不同而已。吸收式熱泵主要由發(fā)生器、吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器及其它輔助設(shè)備組成（如圖1）。發(fā)生器內(nèi)輸入驅(qū)動(dòng)熱源，溴化鋰溶液被加熱至140產(chǎn)生水蒸汽和濃溴化鋰溶液。在蒸發(fā)器內(nèi)真空度非常高，來自冷凝器的冷劑在高真空環(huán)境中蒸發(fā)，吸收低溫?zé)嵩吹臒崃?。發(fā)生器產(chǎn)生的濃溶液在吸收器內(nèi)吸收來自蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽放出熱量加熱中溫水。中溫水被加熱后進(jìn)入冷凝器將發(fā)生器來的蒸汽冷凝成冷劑水，中溫水第二次被加熱。吸收式熱泵能獲得比低溫?zé)嵩锤?060且低于95的熱水。由于中溫水的熱量來自于兩部分，

4、一部分回收低溫?zé)嵩吹臒崃?，另外一部分來自?qū)動(dòng)熱源。因此吸收式熱泵供熱COP（中溫水熱量/驅(qū)動(dòng)熱量）可達(dá)到1.61.8，而傳統(tǒng)的供熱模式僅有0.9。由此可見吸收式熱泵供熱具有巨大的節(jié)能優(yōu)勢。圖1. 吸收式熱泵組成及原理2. 吸收式熱泵回收發(fā)電余熱的應(yīng)用汽輪發(fā)電機(jī)和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)都是以燃燒一次能源來獲取電力發(fā)電設(shè)備。在燃燒一次能源中都會(huì)產(chǎn)生大量的余熱。抽凝式熱電機(jī)組電力輸出為30%，供熱輸出為30%，排氣冷凝損失為20%，其它損失占20%；純凝式汽輪機(jī)組發(fā)電效率為38%，排氣冷凝損失45%，其它損失17%；燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電效率為30%，煙氣排熱損失55%，其它損失15%。發(fā)電機(jī)的余熱以低溫冷卻水或高溫?zé)?/p>

5、氣的形式排出，這兩部分熱量正好可以作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)岷万?qū)動(dòng)熱源加以利用。2.1 與抽凝式機(jī)組結(jié)合的吸收式熱泵系統(tǒng)吸收式熱泵與抽凝機(jī)組配套產(chǎn)生80左右的中溫水作為集中采暖用水已在北方開始得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)（如圖2）都是通過從抽凝式機(jī)組中抽出的蒸汽作為加熱源，通過換熱器來加熱采暖水。此種模式雖然一次能源效率高于熱水鍋爐，但仍有20%的熱量通過冷卻水排到環(huán)境中。圖2. 傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)圖3為采用吸收式熱泵機(jī)組后的系統(tǒng)示意圖。吸收式熱泵以蒸汽發(fā)電機(jī)的抽汽（0.10.8MPa）為熱源驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，將電廠冷卻水作為低溫?zé)嵩?，采暖水?jīng)吸收式熱泵后由50提升到80。圖3吸收式熱泵與抽凝機(jī)組配套系

6、統(tǒng)與傳統(tǒng)的熱電聯(lián)供模式相比，吸收式熱泵回收了冷卻水的熱量，將原一次能源效率由60%，提高到80%（發(fā)電效率28%，供熱輸出30%，新增供熱22%，其它損失22%）。以某熱電廠為例，采用5臺單機(jī)供熱量為14MW的吸收式熱泵機(jī)組供熱。電廠冷卻水溫度為24/31，驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力為0.8MPa，將47的采暖水提升到83。整個(gè)項(xiàng)目回收冷卻水的熱量為23MW，新增供熱面積40萬平米，年節(jié)省采暖標(biāo)準(zhǔn)煤1.5萬噸，減排二氧化碳4萬噸，年采暖收益達(dá)1000萬元，2年收回全部投資成本，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國熱電機(jī)組裝機(jī)容量為16655萬千瓦，我國三北地區(qū)約有141臺純凝機(jī)組（4466.7萬千瓦）

7、可以改造成熱電機(jī)組（單位投資130-220元/萬千瓦，改造周期2-3個(gè)月）1。如將發(fā)電機(jī)的冷凝熱回收用于采暖，將新增供熱面積20多億平米，年節(jié)標(biāo)煤1.2億噸以上。2.2 與燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)合的吸收式熱泵系統(tǒng)吸收式熱泵機(jī)組是以熱能為驅(qū)動(dòng)熱源，不但可以使用蒸汽、熱水，還可使用高溫?zé)煔鈦碇苯域?qū)動(dòng)。燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)電后，產(chǎn)生的廢熱主要是以高溫?zé)煔獾男问脚欧?。煙氣溫度?00500可以作為吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源，排出的煙氣溫度160左右。由于天然氣的主要成分為甲烷，含氫量很高，因而燃燒后排出的煙氣中含有大量的水蒸汽（容積成份接近20%），水蒸汽的汽化潛熱占天然氣高位發(fā)熱量的比例為10%11%。圖4吸收式熱泵與燃?xì)廨?/p>

8、機(jī)配套系統(tǒng)圖4是吸收式熱泵利用燃?xì)廨啓C(jī)用于供暖的示意圖。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生500的煙氣驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，排出的煙氣溫度為145。16的低溫水通過煙氣板交回收煙氣冷凝熱升溫到20，作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩?。另外一邊，吸收式熱泵?0的采暖水加熱到60用于供暖。清華大學(xué)對此系統(tǒng)進(jìn)行了建模和模擬，證明了在該方式下運(yùn)行是可行的，并且研究了影響熱泵溫升提高的主要因素2。此種模式也可利用發(fā)電機(jī)尾氣來制冷，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供。除可利用發(fā)電機(jī)尾氣外還可對鍋爐或直燃機(jī)的排放的低溫?zé)煔膺M(jìn)行熱回收，產(chǎn)生熱水作為熱泵的低溫?zé)嵩?。這種方式可以減少排放的水汽含量，大幅削弱排氣白煙對環(huán)境的影響，在北方分散式供暖有一定環(huán)保意義。2.3

9、 回收冷卻水熱量用于加熱凝結(jié)水在非采暖季，能否利用熱泵機(jī)組來回收冷卻水的熱量來加熱冷凝水，達(dá)到減少發(fā)電煤耗的目的。圖5是此系統(tǒng)的示意圖。發(fā)電機(jī)抽出的低壓蒸汽（0.10.8MPa）作為吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源，回收冷卻水的熱量，將凝結(jié)水的溫度由40提升到90。熱泵機(jī)組的COP能達(dá)到1.61.8，比傳統(tǒng)的采用鍋爐從40加熱成蒸汽要節(jié)能。以200MW機(jī)組為例，蒸汽凝水的流量為670t/h，采用熱泵將凝水從40升溫到90，回收冷卻水熱量16MW，消耗0.4MPa蒸汽的量為35t/h。由于吸收式熱泵需要消耗一部分蒸汽，必然會(huì)對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生影響，這需要在節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行更深入的研究。圖5 吸收式熱泵回收冷卻水熱量加熱凝水此種模式是一種值得去探討的運(yùn)行模式，目前只有在小型熱電機(jī)組中有應(yīng)用。泰國兩臺小型熱電機(jī)組已采用此種模式。從實(shí)際運(yùn)行情況來看，每千瓦電煤耗減少34g。3. 結(jié)束語（1）在北方熱電聯(lián)合供熱的電廠，采用吸收式熱泵回收冷卻水熱量用于集中采暖將是未來電廠供熱改造的主要方向，具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。（2）吸收式熱泵能以低溫?zé)煔獾臐摕岷惋@熱作為低溫?zé)嵩矗瑢τ诓捎靡匀細(xì)鉃槟茉吹墓┠芟到y(tǒng)具有一定意義。（3）對于非采暖季利用吸收式熱泵加熱電廠凝結(jié)水的模式，實(shí)際案例具有一定的節(jié)能效果。但缺少理論和模擬，此種模式需要更進(jìn)一步研究。（4）從國內(nèi)外已運(yùn)行的項(xiàng)目來看，吸收式熱泵良莠不齊，要么運(yùn)行參