电厂热泵技术简介

驱动热源出
供热水出
浓缩器
汽
再热器
驱动热源进
稀 浓
辅助设备
水
加热器
供热水进
控制系统
汽
取热器
余热进
余热出
过程一：余热热量的提取
取热器
真空环境
余热水出 水蒸汽 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。
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
热水60℃进90℃出， 流量860t/h，热泵 输出采暖总热量 30000KW
机组型号：XRI5-40/30-3000(60/90）
的冷凝热72000KW，设计工况下，可以增加供热面积
144万m2。
实际工况下最大供热面积
◆ 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％， 本项目六套吸收式热泵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
80 0 150
49.0（85）
62.4（85） 30.1 62.1(85)
279（160）
219（160） 453 220(160)
供热2
600MW 纯凝汽
341.5
Βιβλιοθήκη Baidu170
65.2(85)
36-40
210(160)
300-290 342
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
电厂热泵使用现场
现场运行数据
综合经济性分析
◆ 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。
过程三：吸收工质的浓缩
溴化锂稀溶液进 二次蒸汽出
驱动热源进 驱动热源出
浓缩器
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。
过程四:二次蒸汽冷凝
二次蒸汽进
再热器
冷却水出
冷却水进 蒸发凝水出
由上表可知小机组效率低、煤耗高，而带供热的小机组效率幵丌低，煤耗幵丌高，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。
◆ 二次网供水温度80℃，回水温度55℃
◆ 蒸汽温度253℃，压力0.5MPa，抽汽焓2958.1kJ/kg
用户名称
循环水温度
山西阳泉煤业集团公司
40℃→30℃
供热水温度
总制热量
60℃→90℃
6×30MW（15480万大卡/小时）
本项目回收利用热电厂凝汽器出来的40℃循环冷却水的余热，制取集 中供热需要的90℃热水。 代替燃煤供热锅炉，从而节省了为提供采暖热水所消耗的大量能源， 增加了供热面积。
过程二：余热热量的转移
浓溶液进 供热水出
加热器
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。
热泵机组回收电厂冷凝热用于集中供热系统,幵投入运行。
冷端余热回收及热电联产集中供热节能系统
火力发电厂各项损失参考值如表1所示，其中汽轮机排气热损失（冷端损失）巨大。
现代火力发电厂各项损失参考值(%) 电厂初参数 项目 低参数 锅炉热损失 管道热损失 11 1 高参数 10 1 超高参数 9 0.5 超临界参数 8 0.5 表1
◆ 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
冷却水余热4MW
对外供热10MW
和采用蒸汽直接加热汽水换热器方式相比可节能40％ （或者在不增加热源的情况下可以增加供热面积70%）
吸收式热泵技术 在山西阳泉国阳新能第 三热电厂的应用
阳煤集团热电厂基本条件
◆ 随着阳煤集团国阳新能的高速发展，集中供热热源 日显不足。原设计能力465万m2，2010年冬季供热 面积将达到约600万m2，预计十二五末将达到800 万m2，缺口较大。 ◆ 电厂装机方案： 2×35MW水冷热电机组 1×60MW空冷热电机组 ◆ 一次网供水温度120℃，回水温度60℃
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电厂采用抽汽直接换热供热系统（原系统）
汽轮机 电站锅炉
抽汽 0.5MPa 排汽
凝汽器
水水换热器
二次网供水80℃
汽水换热器
一次网供水120℃ 凝水
电厂 冷却塔
凝水回锅炉
热用户
二次网回水55℃ 一次网回水60℃
本项目采用吸收式热泵 回收循环水余热方案
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）
汽轮机机械损失
发电机损失 汽轮机排气热损失
1
1 61.5
0.5
0.5 57.5
0.5
0.5 52.5
0.5
0.5 50.5
汽轮机排气冷凝热通过冷却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。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。 冷却塔排放的不是废热，是财富，这部分热量占汽轮机最大进汽量的20~50%。 利用先进的吸收式热泵吸收汽机排汽中的冷凝热，将热网50-60℃的回水加热到8090℃，再用换热器将水温提高到热网供水温度，对城市集中供热。 吸收式热泵回收冷凝热，循环水上塔水量减少或不上塔，可减少能耗、水耗及其它运 行费用。
汽轮机 排汽 冷凝热
热能
吸收式 热泵
热能
集中供热 采暖
吸收式热泵外形图
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。以蒸汽为驱动 热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性， 提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取采暖用高品位的热水。
吸收式热泵的工作原理
吸收式热泵应用范围
余热温度 余热形式 热水温度
100℃
70℃
循环水
60℃
吸收式热泵机组
冷却水 城市中水 污水
输入
输出
50℃
30℃
输 入
50℃
燃气
20℃
蒸汽 热水
烟气
吸收式热泵回收电厂冷凝热方案
采用吸收式热泵替代汽水换热器低温加热部分，在热电厂 将采暖热源由汽水换热器变为： 吸收式热泵加热或吸收式热泵+汽水换热器模式。
和直接蒸汽换热相比，吸收式热泵机组节能40％
设计工况下增加的供热面积
单台XRI5-40/30-3000（60/90）热泵从冷却水提 取的冷凝热12000KW，以50w/m2的单位供暖负荷计算， 单台机组可提高新增供暖面积24万m2(50w/m2)。
本项目一期使用上述型号六套热泵机组，从冷却水中提取
谢谢各位
中国国电 烟台龙源电力技术股份有限公司
◆ 机组热效率提高、煤耗降低（详见下表）
本工程小机组与600MW机组指标参数比较表
机组指标参数比较 机组 35MW 工况 纯凝汽 进汽（t/h） 138 抽汽（t/h） 0 热效率（%） 31.1 供电煤耗（g/kwh） 437
供热1
供热2 60MW 纯凝汽 供热1
164
190 245 330
40
– 方案选六台单机制热量30MW的吸收式热泵设备
吸收式热泵解决方案工艺流程示意图
汽轮机 电站锅炉
抽汽 0.5MPa 凝水
汽水 换热器
吸收式热泵
0.5MPa
凝汽器
水水换热器
二次网供水80℃
凝水回锅炉 120℃ 90℃ 循环水40℃ 二次网回水55℃ 一次网回水60℃ 循环水30℃
热用户
电厂 冷却塔
吸收式热泵热量平衡图
20℃
蒸汽 热水
烟气
吸收式热泵的热平衡
制取比余热温度高40℃左右100以下的热源 热需求中40%～60%热量来自余热，是热泵节能的体现
驱动热源 1.0
余热源 0.7-1.3
输出中温热源 1.7-2.3
驱动
余热
需求
10MW供热量单效热泵热量平衡图
输入热泵热量 输入热泵热量 热泵输出热量
驱动蒸汽6MW
电厂热泵技术简介
中国国电 烟台龙源电力技术股份有限公司
溴化锂吸收式热泵技术发展历程
1985年 进入溴化锂吸收式设备的开发阶段
1995年 生产10万大卡/小时的溴化锂吸收式热泵样机组并通过专家鉴定
2002年 溴化锂吸收式热泵通过国家鉴定，评价为达到国际领先水平 2005年 溴化锂吸收式热泵机组在石化行业投入使用。 2008年 推广溴化锂吸收式热泵设备。 2009年 为山西阳泉国阳新能第三热电厂提供单机制热量30MW的6台
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。
吸收式热泵应用范围
余热温度 余热形式 热水温度
100℃
70℃
循环水
60℃
吸收式热泵机组
冷却水 城市中水 污水
输入
输出
50℃
30℃
输 入
50℃
燃气