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熱泵技術(shù)在火電廠節(jié)能中應用的探討

文檔作者：劉學飛文檔來源：濟源鋼鐵(集團)有限公司動力廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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26
冶 金動 力
METAI．I．URGICAL POWER
2010年第6期
總第142期
熱泵技術(shù)在火電廠節(jié)能中應用的探討
劉學飛
(濟源鋼鐵(集團)有限公司動力廠，河南濟源454650)
【摘要】通過探討水源熱泵在電廠循環(huán)冷卻水余熱回收中應用以及蒸汽噴射式熱泵在回收除氧器排汽
和采用吸附式熱泵技術(shù)回收鍋爐排污水熱能中的應用，說明了熱泵技術(shù)在電廠中應用具有顯著的節(jié)能效果。
【關(guān)鍵詞】熱泵技術(shù)；火電廠；節(jié)能
【中圖分類號】X781．4 【文獻標識碼】B 【文章編號]1006—6764(2010)06—0026—03
Research on Application of Heat Pump Technology
in Energy Saving of Thermal Power Plant
LIU XHe-fei
(Power Plant，He刪jiyuan Iron＆Steef roup) ，Ltd．，Jiyuan,Henott 454650,Chira)
【Abstract】The application of water source heat pump in waste heat recovery of circu—
lating cooling water of the power plant，the application of steam jet heat pump in deaerator
exhaust recovery and the application of the adsorption-type heat pump technology in recov—-
ery of heat energy in boiler blowdown water
are discussed．The practice shows that the heat pump technology used in the power plant
has obvious energy saving effect．
【Key words】heat pump technology；thermal power plant；energy saving
1 引言
一般大型火電廠實際熱效率僅為40％，約60％
的熱量被凝汽器循環(huán)冷卻水帶走排到環(huán)境中【lJ。電廠
循環(huán)冷卻水排水溫度在5O℃以下，屬于低品位熱
能，直接利用范圍狹窄，以往都是采用冷卻塔直接排
放的方式。同時，火電廠的生產(chǎn)過程存在各種余熱，
如軸封漏汽、鍋爐排污、除氧器排氣等等均屬于攜帶
余熱的工質(zhì)。這些熱量以前都是未加利用而直接排
放到環(huán)境當中的。這些排放的熱量，不但造成了對環(huán)
境的熱污染，還降低了火力發(fā)電廠的能源效率。
目前，國內(nèi)開展其余熱利用的電廠很少，僅占火
電廠總數(shù)的16％。其中，87％的電廠主要利用方式是
水產(chǎn)品養(yǎng)殖，其利用量極少，且效率十分低下【1J。為了
響應國家提出的節(jié)能減排的政策，很有必要開展高
效率余熱利用技術(shù)的研究。熱泵技術(shù)在電廠余熱利
用和節(jié)能工作中將發(fā)揮更大的作用。
2 采用水源熱泵回收電廠循環(huán)冷卻水冷凝
熱
2．1 以電廠循環(huán)冷卻水位為溫熱源的水源熱泵系
統(tǒng)特點
電廠循環(huán)冷卻水作為水源熱泵的低溫熱源應當
比城市污水、河水、海水以及地下水更為優(yōu)越。由于
電廠循環(huán)冷卻水有相對清潔的水質(zhì)，相對穩(wěn)定的流
量和較高的溫度，熱泵采熱設(shè)備便可相對簡單，且性
能系數(shù)(COP)~-j保持較高水平。雖然熱泵系統(tǒng)的初投
資較高，要消耗一定高品質(zhì)的電能，但設(shè)備自動化程
度高，能量利用效率高，運行的費用比常規(guī)方式省。
2．2 回收電廠冷凝熱的熱泵需要滿足以下條件閉
(1)高溫水源熱泵
電廠冷凝熱品位低，對35℃左右的冷卻水難
以直接利用，必須用熱泵技術(shù)將溫度提升到一定值，
一般熱泵熱水出口溫度為40～50℃，對采暖而言，
水溫一般要求提高到70 80 cI=。熱電廠冷凝熱回收
需要高 凝高蒸發(fā)的高溫水源熱泵。
(2)大容量大溫差熱泵
由于電廠冷凝熱量大、集中的特點，用熱泵回收
的冷凝熱在電廠附近找不到足夠的熱用戶，必須遠
距離輸送，滿足遠方用戶的要求。因此需要大容量大
溫差熱泵集中供熱，單機容量在2O～30 MW以上．熱
水溫差在20℃以上，冷水溫差在8℃左右。
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(3)高制熱系數(shù)水源熱泵
為提高熱泵集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性，需要選擇
制熱能效比大于4的熱泵機組。
2．3 回收冷凝熱的利用
熱泵回收的熱量如何利用，是關(guān)系到循環(huán)水余
熱利用實用價值的根本問題。提升溫度后的余熱量
盡可能在電廠附近區(qū)域的工業(yè)生產(chǎn)過程及冬季采暖
中利用。
(1)利用回收的凝結(jié)熱供暖
熱泵一循環(huán)水供暖系統(tǒng)如圖1所示t3]，通過熱泵
系統(tǒng)將汽輪機循環(huán)水系統(tǒng)與供暖系統(tǒng)分隔開來。對
汽輪機循環(huán)水系統(tǒng)來說，蒸發(fā)器相當于原來循環(huán)水
冷卻系統(tǒng)中的冷卻塔等冷卻設(shè)備，流動阻力增加的
并不大，溫降相同或稍低，因而對汽輪機的凝汽器影
響較小。熱泵系統(tǒng)的冷凝器是供暖系統(tǒng)中的熱源，由
于系統(tǒng)靜壓力的要求，熱泵系統(tǒng)冷凝器的耐壓能力
要高于供暖系統(tǒng)的靜壓力。此外，為防止意外情況下
的超壓，在熱泵冷凝器的人口處應設(shè)置安全閥等保
護措施。
圖1 熱泵一循環(huán)水供暖示意圖
需要注意的是：熱泵提升熱量如需借用城市供
熱管網(wǎng)，則必須符合供熱網(wǎng)的技術(shù)要求。通常水熱網(wǎng)
供水溫度為150 oC，熱泵提升循環(huán)水余熱后的溫度
難于達到，不可利用現(xiàn)成管網(wǎng)。對占熱力發(fā)電機組
86％以上的非供熱機組這種主體機型，為循環(huán)水余
熱利用而單獨鋪設(shè)供熱管網(wǎng)f除電廠廠區(qū)內(nèi)和廠址
附近區(qū)域短距離供熱之外1不大可能。
(2)回收的凝結(jié)熱用于給水回熱系統(tǒng)
另外一個重要利用途徑是：回饋至電廠自身的
熱力循環(huán)，以提高熱機熱經(jīng)濟性。給水回熱系統(tǒng)即是
對此而設(shè)的，它對機組和電廠的熱經(jīng)濟性起著決定
性的作用。熱泵將循環(huán)冷卻水熱量提出后可以回熱
凝結(jié)水．提高給水吸熱過程的平均溫度，并減少低壓
抽汽用于回熱系統(tǒng)的用汽量。
3 采用蒸汽噴射熱泵對除氧器排汽進行自
動回收
除氧器排汽造成了大量的工質(zhì)損失和熱能浪
費，既增加了補水量，又增加了除鹽水制水成本。如
果火力發(fā)電廠全部回收這部分排汽，其節(jié)能效果相
當顯著。除氧器余汽回收系統(tǒng)，既實現(xiàn)了良好的除
氧效果，又可解決噪聲污染等問題，同時還可回收大
量工質(zhì)及熱量。
除氧器廢汽回收和自動排氧系統(tǒng)主要在實現(xiàn)除
氧器自動排氧的前提下，采用蒸汽噴射熱泵技術(shù)對
除氧器排汽進行自動回收，得到出口壓力穩(wěn)定的蒸
汽汽源。
3．1 蒸汽噴射式熱泵組成及工作原理
蒸汽噴射式熱泵以水蒸汽作為工作介質(zhì)，經(jīng)拉
法爾噴嘴加速后，形成高速氣流來攜帶被抽氣體，從
而達到抽氣的目的。
蒸汽噴射式熱泵由噴嘴、接受室、混合室和擴壓
器四部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]。進人壓縮器前
壓力高的驅(qū)動蒸汽以很高的速度從噴嘴噴出，進人
接受室，并把噴射器前壓力較低的引射蒸汽吸走。在
噴射器里，驅(qū)動蒸汽的動能一部分傳給引射蒸汽，驅(qū)
動蒸汽和引射蒸汽進人混合室中進行速度均衡，伴
隨著壓力的升高，混合流體進人擴壓器，壓力將繼續(xù)
升高。在擴壓器出口混合流體已形成一股居中壓力
的壓縮蒸汽，此時蒸汽壓力已經(jīng)達到熱用戶要求而
進人供熱系統(tǒng)中。
目前采用針形閥對蒸汽噴射式熱泵供汽量進行
調(diào)節(jié)的技術(shù)已經(jīng)成熟，運行效果良好，并且結(jié)構(gòu)極其
簡單，投資少，運行費用低。
A
圖2 蒸汽噴射式熱泵工作示意圖
3_2 蒸汽噴射熱泵回收除氧器排汽的技術(shù)特點阿
(I)將噴射式熱泵技術(shù)用于除氧器系統(tǒng)，實現(xiàn)了
在驅(qū)動汽壓力、除氧器壓力、供汽負荷等均在較大變
工況范圍內(nèi)熱泵的穩(wěn)定運行。
(2)將除氧器廢汽回收與自動排氧系統(tǒng)有機結(jié)
合，不但減少投資，而且增加設(shè)備運行安全性。
(3)實現(xiàn)了除氧器的廢汽回收利用，提高了除氧
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器余汽的能量品位，拓寬了蒸汽的使用范圍。
3．3 回收排氣的利用
回收的排汽不僅可以作為恒壓熱源用于非生產(chǎn)
系統(tǒng)(蒸汽制冷、加熱)，還可以作為動力源用于汽動
給水泵驅(qū)動、蒸汽吹灰等。
4 采用吸附式熱泵對鍋爐連續(xù)排污進行熱
回收
連續(xù)排污是保證電站鍋爐水質(zhì)的重要手段．根
據(jù)補水方式和機組容量。一般連續(xù)排污量為鍋爐蒸
發(fā)量的1％～5％。排污水直接由汽包排出，壓力與溫
度很高嘲。電廠一般設(shè)計采用排污擴容器對部分排污
熱量與工質(zhì)進行回收。但在實際應用中．由于運行和
技術(shù)原因．，大多棄之不用，而將閃蒸汽排到大氣中
或把高溫高壓排污水直接排到地溝，造成熱量與工
質(zhì)的嚴重浪費和對環(huán)境的熱污染。采用新型吸附式
熱泵技術(shù)回收排污熱，具有顯著的節(jié)能效果。
4．1 吸附式熱泵組成及工作原理
固體吸附式制冷結(jié)構(gòu)如圖3所示[句：
冷
卻
水
固體吸附床
圖2 固體吸附式制冷結(jié)構(gòu)
固體吸附床相當于壓縮機，對吸附床加熱使其
吸附的制冷劑蒸汽解析，床內(nèi)壓力升高，達到冷凝壓
力后，制冷劑蒸汽進入冷凝器，凝結(jié)后通過節(jié)流閥進
入蒸發(fā)器。此時對吸附床冷卻使之吸附，床內(nèi)壓力
降低，當壓力降低到蒸發(fā)壓力后．，制冷劑蒸發(fā)，蒸發(fā)
的制冷劑蒸汽重新被吸附到吸附床中，完成制冷循
環(huán)。冷凝器的放熱和吸附床的解析熱由冷卻水帶
走。目前雙效固體吸附制冷機的熱力系數(shù)已達1．2
左右，在單機制冷量1000 kW 以下的中小型制冷場
合具有較高性能價格比，采用固體吸附式空調(diào)／熱泵
回收電站鍋爐排污熱是可行的。
4．2 固體吸附式熱泵回收電站鍋爐排污熱的技術(shù)
特點
(1)采用新型固體吸附式制冷技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，
可靠性高，初投資低，耗電少，無污染，具有良好的節(jié)
能與環(huán)保效益。
(2)可適應擴容器閃蒸汽壓力、液位和負荷大幅
度變化?？刂品奖悖踩煽俊?
(3)直接將排污熱轉(zhuǎn)化為空調(diào)用冷，可節(jié)省大量
空調(diào)用電。
(4)無空調(diào)負荷期改作熱泵運行，直接對電廠熱
力系統(tǒng)供熱，可顯著提高機組熱經(jīng)濟性。
(5)固體吸附式制冷回熱量全部回收到電廠熱力
系統(tǒng)，無熱量浪費，并且設(shè)備投資、維護費用和耗電都
較低。
5 結(jié)論
(1)可以采用水源熱泵來回收凝汽器冷卻循環(huán)
水的熱量。冬季可以用來供暖，鑒于其冷凝熱量大、
集中的特點，盡量優(yōu)先采用電廠及其附近用熱的消
化方式。若消化不了，則只能遠距離輸送。遠距離
輸送必須利用現(xiàn)有熱網(wǎng)。熱泵出口水溫不滿足現(xiàn)有
熱網(wǎng)的供熱參數(shù)的問題，可以考慮利用熱泵技術(shù)來
回收除氧器排汽的熱能以及利用鍋爐連續(xù)排污的熱
能將這部分熱泵出口水加熱至熱網(wǎng)參數(shù)來解決。夏
季，可以將這部分熱能用于加熱凝結(jié)水。提高給水吸
熱過程的平均溫度，從而減少低壓抽汽用于回熱系
統(tǒng)的汽量。
(2)除氧器排汽造成了大量的工質(zhì)損失和熱能
浪費增加了補水量，采用蒸汽噴射式熱泵回收除氧
器排汽，節(jié)能效果相當顯著。
(3)采用新型吸附式熱泵技術(shù)解決了鍋爐連續(xù)
排污水熱量回收的難題，具有顯著的節(jié)能效果。
【參考文獻】
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用研究[JJ．熱力發(fā)電，2001(3)：6—7．
收稿日期：2010—06—17
作者簡介：劉學飛(1974一)，男，1998年畢業(yè)于石家莊鐵道學院供熱
通風與空調(diào)工程專業(yè)，現(xiàn)從事生產(chǎn)管理工作。

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