热泵余热回收技术

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吸收式热泵热量平衡图
输入热泵热量
输入热泵热量
热泵输出热量
0.5MPa蒸汽降至80℃， 消耗蒸汽量24.8t/h，加入 热泵的热量为18000KW
冷却水40℃进30℃出 ，流量1030t/h，提取 的低温热量12000KW
和电厂常用方案相比，该方案可节能40％
热水60℃进90℃出，流量 860t/h，热泵输出采暖总热 量30000KW
一次网供水120℃
抽汽 0.5MPa
凝汽器
排汽
凝水
热用户
二次网回水55℃

一次网回水60℃
凝水回锅炉
电厂 冷却塔
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3.2、热电厂吸收式热泵余热利用方案
电站锅炉
汽轮机
汽水 换热器
水水换热器
抽汽 0.5MPa
吸收式热泵
凝水
0.5MPa
凝汽器
二次网供水80℃
热用户
120℃
90℃
凝水回锅炉 循环水40℃
驱动热源 100%
约80% 低温废热源
第一类热泵
中温热能 约180%
中温废热源 100%
高温热能 约45%
约55% 低温排放
第二类热泵
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2.1 热泵原理
从工作原理讲，热泵就是制冷（热）机，热泵用溴化锂水溶液 为工质，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。
溴化锂（LiBr）:白色立方晶系结晶或粒状粉末，极易溶于水， 溶于乙醇和乙醚，可溶于甲醇、丙酮、乙二醇等有机溶剂。其水溶液 表面张力大，具有强烈的吸收水蒸气的能力。
◆ 机组热效率提高、煤耗降低（详见下表）
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本工程小机组与600MW机组指标参数比较表
机组 工况
进汽（t/h）
35MW 纯凝汽
138
供热1
164
供热2
190
60MW 纯凝汽
245
供热1
330
供热2
341.5
600MW 纯凝汽
2009年全国平均供电标煤耗
注;括号内的数字为回收冷凝热的值
二次网回水55℃
一次网回水60℃
循环水30℃
电厂 冷却塔
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方案描述： 采用吸收式热泵回收排汽冷凝热将一次供热水从60℃加热到90℃，热水
90℃到120℃使用汽轮机抽汽来加热 热泵回收循环冷却水的余热，冷却水40℃进热泵，30℃出 热泵机组需要使用部分0.5MPaG的蒸汽作为驱动热源 热泵机组用电量低（单台供热量30MW，机组用电30KW） 方案选六台单机制热量30MW的吸收式热泵设备
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据国家有关部门公布，至2009年低，我国6000千瓦及以上电厂发电设备容 量87407万千瓦，其中火电65205万千瓦，可资利用的火电按15000万千瓦 （不足四分之一）估计，每发1瓦电回收冷凝热按0.7瓦估计，供暖期按5 个月估计，供冷期按3个月估计，每年可回收冷凝热2177.28百万吉焦。如 果供热锅炉平均运行效率按60%估算，每年可节标准煤1.2亿吨。如果被改 造的有50%的水冷机组，按每兆瓦装机容量年节水1万吨计算，每年节水15 亿吨。
机组指标参数比较
抽汽（t/h） 热效率（%）
0
31.1
40
49.0（85）
80
62.4（85）
0
30.1
150
62.1(85)
170
65.2(85)
36-40
供电煤耗（g/kwh） 437
279（160） 219（160）
453 220(160) 210(160) 300-290
342
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◆ 根据变工况运行曲线，在外部环境最冷时热泵的负荷最小， 一次网平均回水温度为55℃时，热泵制热量为110％， 采用本项目节能解决方案年平均可回收冷凝热79.2MW 注：6套×12MW×1.1=79.2MW
◆ 如果采暖季平均供暖负荷按最冷天负荷的80％进行计算， 本项目六套吸收式热泵增加的最大供暖面积为198万m2 注：79.2MW÷50W/m2÷80%=198万m2
然而，随着热泵技术的发展，特别是大型高温水源热泵的问世，使得发电机组冷 凝热回收将成为可能。
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二、热泵介绍
2.1 热泵种类
I类吸收式热泵
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压缩式热泵
II类吸收式热泵
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2.2 吸收式热泵原理
第一类吸收式热泵也称增量型热泵，以消耗高温热能为代价，从 低温热源中回收热量，制取中温位的热能。
每年减排二氧化碳3亿吨，向大气中少排热2177百万吉焦。
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按照以上预测，回收冷凝热总装机容量为105000兆瓦，溴化锂吸收式热 泵与离心热泵按7:3估算，需要溴化锂吸收式热泵总装机容量73500兆瓦 ，需要离心热泵总装机容量31500兆瓦。
热价按27元/吉焦计算，每年回收冷凝热收益587.8亿元。水费按5元/吨 计算，每年节水收益75亿元。
正在集中供热的热电机组以及可资利用的火电机组的冷凝热大部分未被利用 ，冷凝热仍然通过空冷岛或凉水塔排空，火(热)电机组，包括单机容量在 300MW以上的大型火电机组仍然在低效率高能耗的状态下运行。
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火力发电厂冷凝热通过凉水塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，是 火力发电厂能源使用效率低下的主要原因，不仅造成能量和水(或电)的浪费，同 时也严重地(热)污染了大气。火力发电厂冷凝热排空，是我国乃至世界普遍存在 的问题，是浪费，也是无奈。
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溴化锂稀溶液进 驱动热源进
过程三：吸收工质的浓缩
二次蒸汽出 驱动热源出
在浓缩器内，利用驱动热源的热量， 对来自加热器的溴化锂稀溶液进行浓缩， 产生的浓溶液继续回到加热器内继续吸收 水蒸汽加热供热水，溶液浓缩产生的高温 二次蒸汽去再热器。
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二次蒸汽进
过程四:二次蒸汽冷凝
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真空环境 水蒸汽
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过程一：余热热提取
余热水出 水蒸汽 余热水进
取热器内一直保持真空
状态，利用水在一定的低压 环境下便会低温沸腾、气化 的原理，将水变为水蒸气。 来自冷凝器的蒸汽凝水喷淋 在取热器换热管的外表面低 温蒸发，吸收换热管内部流 动的低温废热源的热量，同 时产生蒸汽进入加热器，完 成热量的回收提取过程。
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◆ 扩容收益 本项目单套30MW吸收式热泵可增加供暖面积24万m2 采用六套吸收式热泵可增加最大供热面积144万m2 采暖费按24元/m2计算，年增加采暖费收益3456万元。
◆ 节能收益 本项目六套热泵年平均负荷为110％，平均可回收冷凝热79.2MW ，全 年增加供热量103.2GJ，节能5.42万吨标煤/年，节能效益显著。
气的可回收冷凝热占50%以上，为发电耗热的1.5倍以上;供热工况可回收 冷凝热约为发电耗热的0.7-1.3倍。
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*热工手册 任泽霈等 主编 机械工业出版社 2002年11月第一版
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1.2、我国热电厂能源利用现状
冷凝热排空(丢弃)：热电厂做功后的蒸汽需要冷凝成水回到锅炉。目前普遍 采用的方法是通过水冷或空冷冷凝蒸汽，冷凝热排入大气。由于冷凝热属于低品 位热源，难以利用,除低真空的背压机组外，极少回收。
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◆ 节水收益 本项目采用吸收式热泵回收循环水带走的汽机排汽冷凝热，从而降 低了电厂冷却塔的负荷，减少了冷却塔的水量损失，每年可以节水 49.4万吨。
◆ 环保效益 本项目采用吸收式热泵代替燃煤锅炉提供集中供热， 为此： 每年减少二氧化碳排放量13.5万吨 每年减少二氧化硫排放量1694吨 每年减少氮氧化物排放量804吨
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四、应用前景
我国集中供热随着城镇化的建设发展迅速，2009年全国集中供热面积已经达 到35.6亿平方米。北方地区集中供热热源日显不足，现有的热电联产供热能力有 限，在许多城市不得不新建大型区域锅炉房(热源厂)作为集中供热热源。热源缺 口较大。
而最近接二连三出现的雾霾天气令区域锅炉房备受诟病，其热效率低，对环 境污染严重。据调查，区域锅炉房对雾霾天气“贡献”为25%。所以对热电厂、 钢铁厂等耗能大户的余热回收可谓一举两得，余热回收利用的市场非常广阔。
热泵余热回收技术
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一、热电厂余热利用背景 二、热泵介绍 三、热电厂余热利用方案 四、应用前景
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一、热电厂余热利用背景
1.1、火电厂余热的特点
品位低。排汽压力：水冷，4-8kPa;空冷，15kPa。冷凝温度:水冷，29-
41.5℃;空冷，54℃左右。
量大、集中。平均发电耗热约占总输入的32%左右。纯凝汽工况排入大
热指标按50瓦/平方米计算，利用回收的冷凝热可以新增供热面积21亿 平方米。
每平方米供热面积投资按80元（热源50元，一次管网和换热站30元）估 计，利用冷凝热供热可以拉动投资1680亿元。
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真空度与水的沸点之间的关系：真空越高，沸点越低（见下图
）
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2.2 热泵构造及原理
溴化锂吸收式热泵由取热器、浓缩器、加热器和再热器四个部分
组成。
驱动热源出
供热水出
驱动热源进
汽
浓缩器
再热器
浓
稀
辅助设备
水
供热水进
加热器
取热器
汽
控制系统
余热出
余热进
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过程二：余热热量的转移
浓溶液进
供热水出
供热水进 稀溶液出
在加热器内，利用溴化锂浓 溶液的吸水放热性能，顶部的溴 化锂浓溶液吸收来自取热器的水 蒸汽，溴化锂溶液的温度迅速升 高，溶液分布在吸收器换热管外 部，加热换热管内需要提高温度 的热媒，实现了低温热源的热量 向被加热热媒转移，同时溴化锂 溶液由浓变稀，不再具有吸水性 ，需要浓缩后循环使用。
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由上表可知小机组效率低、煤耗高，而带供热的小机组效率并不低，煤耗并不高，特别是 能够回收循环水余热的小机组效率之高，远高于大（600MW及以上）机组；煤耗之低，远低于大 （600MW及以上）机组。
所以建议在采用余热回收提高小机组效率后，在“上大压小”的同时对效率高煤耗低的小 热电要区别对待；通过关停小火电降低供电标煤耗是有限的，今后对火（热）电厂节能主攻方 向应转为冷凝热回收，冷凝热回收潜力巨大，热泵技术应大力推广。
冷却水进 蒸发凝水出
冷却水出
再热器是利用浓缩器内蒸汽加热浓缩溴化锂稀 溶液变成溴化锂浓溶液而蒸发出来的二次乏汽，对上 述循环管路中经过加热器加热后的热水进行再加热， 从而达到更高的温度。
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三、热电厂余热利用方案
3.1、热电厂常用抽汽供热模式
电站锅炉
汽轮机
水水换热器
汽水换热器
二次网供水80℃