最近幾年，隨著我國(guó)霧霾天氣出現(xiàn)頻率的增加，環(huán)境保護(hù)問題引起了前所未有的重視。各種高耗能、重污染行業(yè)面臨更大的壓力。為了應(yīng)對(duì)這種局面，火電機(jī)組必須對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，以降低環(huán)境污染。

　　吸收式熱泵技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、污染少等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)從低溫向高溫輸送熱量，對(duì)提高系統(tǒng)或循環(huán)過程的效率起到重要作用。因此吸收式熱泵技術(shù)在電廠節(jié)能技術(shù)中得到了推廣和應(yīng)用。吸收式熱泵技術(shù)可以分為：第一類熱泵，亦稱為增熱型熱泵；第二類熱泵，或稱為升溫型熱泵。熱電聯(lián)供電廠主要是應(yīng)用第一類熱泵技術(shù)。

　　大同煤礦集團(tuán)大唐熱電有限公司從2012年底開始實(shí)施利用熱泵機(jī)組進(jìn)行汽輪機(jī)乏汽回收的改造工程。該工程2013年4月順利完成基礎(chǔ)施工，目前正在進(jìn)行調(diào)試。該工程采用的是由清華大學(xué)開發(fā)研制的“基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)”，以汽輪機(jī)的采暖蒸汽驅(qū)動(dòng)，回收汽輪機(jī)排汽余熱，提高熱網(wǎng)回水溫度，從而使熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的能耗大幅度降低。該工程采用了全新的設(shè)計(jì)理念，提高了熱泵系統(tǒng)回收熱量的能力，大幅度降低了機(jī)組供熱期的煤耗。在試運(yùn)期間我們對(duì)熱泵機(jī)組的回收熱量進(jìn)行了一次測(cè)算，檢驗(yàn)了熱泵的實(shí)際節(jié)能效果。當(dāng)然，試運(yùn)期間也出現(xiàn)了一些不足之處，希望能夠?yàn)闊岜脵C(jī)組進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供依據(jù)。

　　1、我公司熱泵系統(tǒng)介紹

　　本工程充分利用已建成電廠的熱網(wǎng)系統(tǒng)，在廠內(nèi)D一00mm的回水母管上安裝D。900mm的電動(dòng)蝶閥，在電動(dòng)蝶閥前后各引出一路D。900mm的熱網(wǎng)水管至4號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、1號(hào)余熱回收機(jī)組。熱網(wǎng)水水路的簡(jiǎn)化系統(tǒng)詳見圖l。在余熱回收機(jī)組運(yùn)行時(shí)，全部熱網(wǎng)回水先進(jìn)人余熱回收機(jī)組進(jìn)行基本加熱，然后通過既有的熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行尖峰加熱。

　　圖l  熱網(wǎng)水水路簡(jiǎn)化系統(tǒng)

　　該工程與其他電廠進(jìn)行的熱泵改造工程最大的不同之處在于凝汽器采用串聯(lián)運(yùn)行，熱泵采用并列運(yùn)行。采用這種設(shè)計(jì)，增大了單個(gè)凝汽器熱網(wǎng)循環(huán)水的通流量，也就有效地提高了乏汽回收能力，提高了熱泵機(jī)組的溫升效果。

　　2、熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)的節(jié)能效果

　　因目前只對(duì)2號(hào)熱泵機(jī)組進(jìn)行了調(diào)試，所以本次論證只針對(duì)2號(hào)熱泵機(jī)組進(jìn)行討論。

　　2．1設(shè)計(jì)參數(shù)(2號(hào)熱泵機(jī)組)

　　凝汽器人口水溫53.5℃，凝汽器出口水溫61.5℃；凝汽器循環(huán)水流量5680t/h；熱泵入口水溫69.5℃，熱泵出口水溫73.7℃，熱泵循環(huán)水流量l735t/h；熱泵抽汽負(fù)荷4．6Mw；設(shè)計(jì)機(jī)組背壓24kPa。

　　2．2設(shè)計(jì)回收熱量計(jì)算

　　熱泵機(jī)組回收的熱量是由兩部分構(gòu)成：凝汽器回收熱量和熱泵回收熱量。

　　最近幾年，隨著我國(guó)霧霾天氣出現(xiàn)頻率的增加，環(huán)境保護(hù)問題引起了前所未有的重視。各種高耗能、重污染行業(yè)面臨更大的壓力。為了應(yīng)對(duì)這種局面，火電機(jī)組必須對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，以降低環(huán)境污染。

　　吸收式熱泵技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性、可靠性、污染少等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)從低溫向高溫輸送熱量，對(duì)提高系統(tǒng)或循環(huán)過程的效率起到重要作用。因此吸收式熱泵技術(shù)在電廠節(jié)能技術(shù)中得到了推廣和應(yīng)用。吸收式熱泵技術(shù)可以分為：第一類熱泵，亦稱為增熱型熱泵；第二類熱泵，或稱為升溫型熱泵。熱電聯(lián)供電廠主要是應(yīng)用第一類熱泵技術(shù)。

　　大同煤礦集團(tuán)大唐熱電有限公司從2012年底開始實(shí)施利用熱泵機(jī)組進(jìn)行汽輪機(jī)乏汽回收的改造工程。該工程2013年4月順利完成基礎(chǔ)施工，目前正在進(jìn)行調(diào)試。該工程采用的是由清華大學(xué)開發(fā)研制的“基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)”，以汽輪機(jī)的采暖蒸汽驅(qū)動(dòng)，回收汽輪機(jī)排汽余熱，提高熱網(wǎng)回水溫度，從而使熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的能耗大幅度降低。該工程采用了全新的設(shè)計(jì)理念，提高了熱泵系統(tǒng)回收熱量的能力，大幅度降低了機(jī)組供熱期的煤耗。在試運(yùn)期間我們對(duì)熱泵機(jī)組的回收熱量進(jìn)行了一次測(cè)算，檢驗(yàn)了熱泵的實(shí)際節(jié)能效果。當(dāng)然，試運(yùn)期間也出現(xiàn)了一些不足之處，希望能夠?yàn)闊岜脵C(jī)組進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供依據(jù)。

　　1、我公司熱泵系統(tǒng)介紹

　　本工程充分利用已建成電廠的熱網(wǎng)系統(tǒng)，在廠內(nèi)D一00mm的回水母管上安裝D。900mm的電動(dòng)蝶閥，在電動(dòng)蝶閥前后各引出一路D。900mm的熱網(wǎng)水管至4號(hào)、3號(hào)、2號(hào)、1號(hào)余熱回收機(jī)組。熱網(wǎng)水水路的簡(jiǎn)化系統(tǒng)詳見圖l。在余熱回收機(jī)組運(yùn)行時(shí)，全部熱網(wǎng)回水先進(jìn)人余熱回收機(jī)組進(jìn)行基本加熱，然后通過既有的熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行尖峰加熱。

　　圖l  熱網(wǎng)水水路簡(jiǎn)化系統(tǒng)

　　該工程與其他電廠進(jìn)行的熱泵改造工程最大的不同之處在于凝汽器采用串聯(lián)運(yùn)行，熱泵采用并列運(yùn)行。采用這種設(shè)計(jì)，增大了單個(gè)凝汽器熱網(wǎng)循環(huán)水的通流量，也就有效地提高了乏汽回收能力，提高了熱泵機(jī)組的溫升效果。

　　2、熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)的節(jié)能效果

　　因目前只對(duì)2號(hào)熱泵機(jī)組進(jìn)行了調(diào)試，所以本次論證只針對(duì)2號(hào)熱泵機(jī)組進(jìn)行討論。

　　2．1設(shè)計(jì)參數(shù)(2號(hào)熱泵機(jī)組)

　　凝汽器人口水溫53.5℃，凝汽器出口水溫61.5℃；凝汽器循環(huán)水流量5680t/h；熱泵入口水溫69.5℃，熱泵出口水溫73.7℃，熱泵循環(huán)水流量l735t/h；熱泵抽汽負(fù)荷4．6Mw；設(shè)計(jì)機(jī)組背壓24kPa。

　　2．2設(shè)計(jì)回收熱量計(jì)算

　　熱泵機(jī)組回收的熱量是由兩部分構(gòu)成：凝汽器回收熱量和熱泵回收熱量。

　　2．2．1凝汽器回收熱量計(jì)算

　　凝汽器循環(huán)水出、人口壓力計(jì)算：根據(jù)我公司一期乏汽余熱回收工程熱網(wǎng)水阻力匯總表(略)，可知旋流除污器的阻力已含在管段l中，凝汽器的阻力損失為0.055MPa，1～4號(hào)熱泵的阻力損失為0.03MPa。

　　因此，2號(hào)凝汽器人口壓力PR=熱網(wǎng)回水總管壓力一3號(hào)凝汽器阻力一4號(hào)凝汽器阻力一管段1阻力，即：PR=0.5MPa一0.03MPa一0.03MPa一0.03MPa=0.4lMPa。2號(hào)凝汽器出口壓力尸高2號(hào)凝汽器人口壓力一2號(hào)凝汽器阻力，即：Pc=0.4lMPa一0.03MPa=0.38MPa。則：2號(hào)凝汽器入口熱網(wǎng)水焓值為HR=224．31kJ/kg；2號(hào)凝汽器出口熱網(wǎng)水焓值為HC=57.74kJ/kg。

　　2號(hào)凝汽器每小時(shí)回收熱量：qN=(2號(hào)凝汽器出口熱網(wǎng)水焓值一2號(hào)凝汽器人口熱網(wǎng)水焓值)×流量，即：qR=（HC-HR）×L=(257.74—224.31)×5680=189.88(GJ/h)。

　　2．2．2熱泵回收熱量計(jì)算

　　熱泵循環(huán)水出、人口壓力計(jì)算：根據(jù)大同煤礦公司一期乏汽余熱回收工程熱網(wǎng)水阻力匯總表(略)，可知24號(hào)熱泵的阻力損失為O.03MPa。因此，2號(hào)熱泵人口壓力PR=熱網(wǎng)回水總管壓力一凝汽器阻力一管段1阻力，即：PR=o.5MPa-0.055MPa×4_0.03MPa=O.25MPa。2號(hào)熱泵出口壓力尸辛2號(hào)熱泵入口壓力一2號(hào)熱泵阻力，即：PC=0．25MPa-0.03MPa=0.22MPa。

　　則：2號(hào)熱泵人口熱網(wǎng)水焓值HR-291.1kJ/kg；2號(hào)熱泵出口熱網(wǎng)水焓值HC=308．67kJ/kg。

　　2號(hào)熱泵每小時(shí)回收熱量：qR=(2號(hào)熱泵出口熱網(wǎng)水焓值一2號(hào)熱泵入口熱網(wǎng)水焓值)×流量，即：qR=（HC-HR）×L：(308.67—291.1)×1735=30.48(GJ/h)。

　　2．2．3單臺(tái)熱泵機(jī)組回收總熱量

　　單臺(tái)熱泵機(jī)組回收總熱量=凝汽器回收熱量+熱泵回收熱量一刪產(chǎn)熱量，即：qZ=qN+qR-qC=189．8+30.48-3.6×4.6=203.8(GJ/h)。

　　3、熱泵機(jī)組的實(shí)際節(jié)能計(jì)算

　　3.1  2號(hào)熱泵機(jī)組試運(yùn)情況(見表1)

　　表1  2號(hào)熱泵機(jī)組試運(yùn)情況

　　3．2實(shí)際回收熱量計(jì)算

　　依據(jù)2．2部分的計(jì)算方法，進(jìn)行實(shí)際回收熱量的計(jì)算(計(jì)算過程略)：

　　qN=154.84GJ/h；qR=18.07GJ/h；qc=3.68GJ/h。qz=qH+qR-qC=154.84+18.07—3.68=169.23(GJ/h)。

　　4、熱泵機(jī)組節(jié)能分析

　　從設(shè)計(jì)和實(shí)際試運(yùn)情況看，熱泵機(jī)組的實(shí)際節(jié)能效果是非常可觀的。但是熱泵機(jī)組實(shí)際回收熱量比設(shè)計(jì)值少了34.57GJ/h，分析其中的原因，除去機(jī)組負(fù)荷沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求以外，主要有以下幾個(gè)因素。

　　4．1循環(huán)水流量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值

　　熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)的循環(huán)水流量為5680t/h，而熱網(wǎng)系統(tǒng)原設(shè)計(jì)流量為3540t/h，最大流量5360t/h，實(shí)際運(yùn)行中最大流量5000t/h，設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的循環(huán)水流量差為680t/h。因此，這是熱泵機(jī)組的回收熱量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的一個(gè)原因。

　　4．2機(jī)組背壓對(duì)熱泵熱量回收利用影響較大

　　2號(hào)熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)要求機(jī)組背壓維持在24kPa，在試驗(yàn)期間由于受到鍋爐出力的限制，無(wú)法提高背壓運(yùn)行。而在以前的實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組的背壓也是低于24kPa的。按照試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，如果機(jī)組再提高背壓2.375kPa運(yùn)行，機(jī)組的效率就會(huì)下降，會(huì)造成發(fā)電煤耗的增加。

　　本熱泵機(jī)組改造工程在設(shè)計(jì)時(shí)將所有凝汽器串聯(lián)運(yùn)行，并要求按照凝汽器中熱網(wǎng)循環(huán)水的流向，依次提高各臺(tái)機(jī)組背壓，4號(hào)機(jī)組要求運(yùn)行在12kPa，3號(hào)機(jī)組要求運(yùn)行在18kPa，2號(hào)機(jī)組要求運(yùn)行在24kPa，1號(hào)機(jī)組要求運(yùn)行在35kPa。這樣設(shè)計(jì)雖然提高了熱泵機(jī)組的回收能力，但面臨—個(gè)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題。

　　首先，3號(hào)和4號(hào)機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)，如要維持熱泵設(shè)計(jì)要求的背壓，就必須將空冷系統(tǒng)全部切除，否則就會(huì)造成空冷散熱片的凍結(jié)，這樣就限制了熱泵機(jī)組的運(yùn)行方式。1號(hào)和2號(hào)機(jī)組如果維持熱泵設(shè)計(jì)要求的背壓，則會(huì)造成汽輪機(jī)效率下降，發(fā)電煤耗上升，2號(hào)機(jī)組發(fā)電煤耗上升7．74g/kWh，1號(hào)機(jī)組發(fā)電煤耗上升43．6異，kⅥm。雖然說(shuō)這部分熱量最終是被熱泵吸收利用了，但相當(dāng)于用高品質(zhì)蒸汽去供熱了，循環(huán)效率下降導(dǎo)致的損失需要從熱泵的回收熱量中扣除(由于計(jì)算較為復(fù)雜，此處略去)。另外，由于設(shè)計(jì)要求的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)嚴(yán)格，增加了機(jī)組日常運(yùn)行操作的難度，并限制了熱泵運(yùn)行方式的靈活性。尤其是在空冷和熱泵并列運(yùn)行期間，受環(huán)境變化影響，參數(shù)的波動(dòng)勢(shì)必會(huì)影響熱泵回收利用乏汽的效果。

　　從試運(yùn)情況可以看到，雖然本次設(shè)計(jì)的熱泵機(jī)組還存在一些不足之處，但熱量回收效果還是非常明顯的，機(jī)組煤耗大幅下降所收到的經(jīng)濟(jì)效益也是非?？捎^的，是值得在電廠中推廣的一項(xiàng)技術(shù)。因此，無(wú)論是從節(jié)能環(huán)保角度還是電廠的經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，吸收式熱泵技術(shù)都應(yīng)該能夠成為節(jié)能技術(shù)中重點(diǎn)考慮的方向。