吸收式熱泵技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、吸收式熱泵技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用呂向陽，吳華新 同方人工環(huán)境有限公司，北京海淀區(qū)王莊路1號(hào)同方科技廣場B座21層 ；The application of absorption heat pump technology in the CHP of heating system LV Xiang-yang, Wu Hua-xinTONGFANG ARTIFICIAL ENVIRONMENT CO., LTD. B21F, TSINGHUA TONGFANG HI-TECH PLAZA NO.1,Wangzhuan Road, Haidian District, Beijing,P.R.Ch

2、ina,. ABSTRACT：The absorption heat pump heating with CHP is an advanced heating technology, (which)make the most of the low temperature exhaust heat in heat power plant, increase the heating capacity of the existing heating source and improve the transmission capacity of heating network . Through th

3、e introduction of this kind of heating technology and the anysis of a project example,the author point out the technical is feasible in practical project, and also it has the advantage of energy saving, environmental protection, high efficiency and short payback period,etc.In consequence, its an new

4、 advanced energy-saving heating technology and valuable to develope.KEY WORD：Absorption heat pump；CHP； Central heating摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的吸收式熱泵供熱技術(shù)是一種先進(jìn)的供熱技術(shù)，充分地利用了熱電廠冷卻水的低溫余熱，可增加現(xiàn)有熱源供熱能力和提高熱網(wǎng)輸送能力。通過對該供熱技術(shù)的介紹與某工程實(shí)例的分析，指出了該技術(shù)實(shí)際工程應(yīng)用的可行性，它具有節(jié)能環(huán)保、高效、回收期短等優(yōu)點(diǎn)，是一種值得大力推廣、先進(jìn)的節(jié)能供熱新技術(shù)。關(guān)鍵詞：吸收式熱泵；熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱1 問題的提出 能源與環(huán)境問題

5、已成為中國乃至世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,節(jié)能減排已成為人類生存與發(fā)展的首要命題，成為各國政府、企業(yè)、公民共同的責(zé)任與使命。熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式具有很高的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，是目前我國城市集中供熱的主要形式1；同時(shí)我國北方地區(qū)的供熱能耗巨大，是節(jié)能減排的重點(diǎn)。在城市的建設(shè)中，不斷擴(kuò)大的用供熱規(guī)模與現(xiàn)有熱源有限的供熱能力、城市熱網(wǎng)有限的輸送能力之間的矛盾日益突出。如何在保證現(xiàn)有熱源與現(xiàn)狀熱網(wǎng)不變的情況下，進(jìn)一步增加熱源供熱能力和提高熱網(wǎng)輸送能力是廣大工程技術(shù)人員需要思考的一個(gè)重要問題。先進(jìn)的吸收式熱泵供熱技術(shù)的應(yīng)用為上述問題的解決提供了一個(gè)重要的解決思路。2 與熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的吸收式熱泵供熱技術(shù) 熱電

6、聯(lián)產(chǎn)的供熱方式主要分兩種，即汽輪機(jī)的背壓供熱和抽氣供熱。背壓供熱汽輪機(jī)排汽壓力需高于大氣壓力，如不考慮動(dòng)力裝置及管路的熱損失，理論上它的熱能利用率可達(dá)100%，但由于熱、電負(fù)荷相互制約等原因，在我國應(yīng)用較少1。抽氣供熱是熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域主要的供熱方式，它主要是通過汽輪機(jī)上可調(diào)節(jié)抽氣量的的抽氣口進(jìn)行抽氣，供熱原理如圖1：圖1 抽汽供熱系統(tǒng)原理圖Fig.1 Extraction steam heating system principle diagram 此方式依然有大量冷卻水的低溫余熱通過冷卻塔排向外界，若能對其加以再回收利用，則可在熱電廠規(guī)模不變的情況下，大大提高冬季熱源的供熱能力；同時(shí)，該供熱方

7、式的設(shè)計(jì)供、回水溫度一般為130/70、110/70、120/60等等，若能將熱網(wǎng)供回水溫差提高至100，則熱網(wǎng)的供熱輸送能力可提高約1倍?；诖?，清華大學(xué)的江億院士與付林教授等人2提出了“基于熱電聯(lián)產(chǎn)的吸收式熱泵供熱技術(shù)”，原理如下圖：圖2熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)合的吸收式熱泵供熱系統(tǒng)原理圖Fig.2 The absorption heat pump heating with CHP principle diagram 該技術(shù)不僅需在熱電廠增加吸收式熱泵機(jī)組，還需要改造傳統(tǒng)的換熱站，更換其中普通水-水換熱機(jī)組為大溫差吸收式換熱機(jī)組。目前，它已在赤峰得到應(yīng)用，并且得到了鑒定專家很高的評價(jià)3，但它工藝復(fù)雜，易

8、受投資、現(xiàn)場條件等多因素的制約。如果通過技術(shù)優(yōu)化調(diào)整，并結(jié)合熱電廠實(shí)際工程、現(xiàn)場條件等特點(diǎn)，可采取如下圖3、圖4所示供熱方式。圖3熱網(wǎng)供熱參數(shù)不變的吸收式熱泵系統(tǒng)原理圖Fig.3 The absorption heat pump heating system principle diagram (the heating network not changed)圖4熱網(wǎng)直供(無換熱站)吸收式熱泵供熱系統(tǒng)原理圖Fig.4 The absorption heat pump heating system principle diagram（not heat exchange station） 目前，圖

9、3系統(tǒng)在陽泉已有應(yīng)用實(shí)例，而類似圖4系統(tǒng)在河北承德等地也有我公司成功實(shí)施的案例。它們的特點(diǎn)是：由于吸收式熱泵機(jī)組回收了大量低溫余熱，可大幅度提高熱源的供熱能力；經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，可大幅度拓寬吸收式熱泵在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。3 某實(shí)例分析 某自備熱電廠冬季冷卻水量約2880m3/h，進(jìn)出冷卻塔水溫分別約35和25（兩個(gè)數(shù)字是否顛倒一下？），汽輪機(jī)抽氣壓力0.3-0.5Mpa（飽和蒸汽）。距熱電廠3km有一新建小區(qū)，采暖面積80萬m2，設(shè)計(jì)供、回水溫80/60。若新建鍋爐房，則耗能高、污染大，屬國家限建項(xiàng)目。若以該熱電廠為熱源，則電廠（供熱能力）熱負(fù)荷明顯不足，抽氣量僅可供45萬m2。通過上

10、述熱電聯(lián)產(chǎn)吸收式熱泵技術(shù)，問題可迎刃而解。 通過分析，擬決定：在熱電廠新設(shè)一吸收式熱泵機(jī)房，回收冷卻水余熱，提供建筑采暖；敷設(shè)部分蒸汽管路和余熱水管路，引入吸收式熱泵機(jī)房；新敷設(shè)3km的外網(wǎng)系統(tǒng)，將吸收式熱泵制取的80/60循環(huán)水接入用戶管路系統(tǒng)。3.1 計(jì)算分析與設(shè)備選型 根據(jù)現(xiàn)場資料和行業(yè)規(guī)范：供熱面積80萬m2，熱指標(biāo)取60W/m2，則用戶采暖負(fù)荷共計(jì)48MW。 根據(jù)低溫余熱水、用戶側(cè)熱水和蒸汽的參數(shù)可知：吸收式熱泵制熱系數(shù)COP約1.8，故熱泵系統(tǒng)回收低溫余熱水的熱量為： Q0=Q（COP-1）/COP式中： Q為供暖負(fù)荷，W；Q0為低溫側(cè)吸熱量，W；COP 為吸收式熱泵制熱系數(shù)，由運(yùn)

11、行工況確定。低溫余熱水按10溫差提取熱量，則耗水量由下式計(jì)算： m = Q0/（CT）式中：m為余熱水耗水量，kg；T為余熱水提取溫差，取10，；C為水的比熱，取4.187KJ/(kg)；經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)工況下系統(tǒng)低溫側(cè)吸熱量為21.4MW，所需余熱水1834m3/h。而熱電廠冷卻水水量2880m3/h，水量足以滿足需求。 系統(tǒng)需敷設(shè)3km的外網(wǎng)系統(tǒng)，由負(fù)荷可確定外網(wǎng)主干管管徑為DN600。由于余熱水管路和蒸汽管路敷設(shè)在熱電廠內(nèi)，管線較短，下文分析初投資時(shí)已含在熱泵機(jī)房內(nèi)。 吸收式熱泵系統(tǒng)的制熱量需求為48MW，根據(jù)需要，選取該工況下制熱量為12MW的吸收式熱泵機(jī)組4臺(tái)（型號(hào)和相關(guān)參數(shù)略）。3.2

12、 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益分析3.2.1初投資計(jì)算1）吸收式熱泵系統(tǒng) 投資概算包括：吸收式熱泵機(jī)組、水泵等機(jī)房附屬設(shè)備；機(jī)房管路施工、設(shè)備安裝工程；機(jī)房電氣及自控工程；用戶熱網(wǎng)系統(tǒng)（見下表1）。表1 吸收式熱泵系統(tǒng)投資概算Tab1 Investment budget of the absorption heat pump system 設(shè)備名稱數(shù)量單位單價(jià)（萬元）合計(jì)（萬元）吸收式熱泵4臺(tái)4001600附屬設(shè)備1項(xiàng)8080機(jī)房設(shè)備及管道安裝工程1項(xiàng)200200機(jī)房電氣及自控工程1項(xiàng)8080外網(wǎng)管線工程3km0.1300合計(jì)22602）傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)方式 傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)方式熱源側(cè)主要設(shè)備是汽-水換熱器，按行業(yè)

13、經(jīng)驗(yàn)分析，換熱首站（80萬m2建筑采暖面積）初投資約900萬元；外網(wǎng)和吸收式熱泵系統(tǒng)相同，約300萬元，系統(tǒng)投資共計(jì)1200萬元。3.2.2運(yùn)行費(fèi)分析 運(yùn)行費(fèi)的測算依據(jù)如下：電價(jià)0.5元/Kwh，熱價(jià)50元/GJ，水價(jià) 3元/噸，采暖期144天。整個(gè)采暖季的理論供熱量可按下式計(jì)算： Qn=24Qn (tn-tpj)/(tn-tw) N式中：Qn為年供熱量，kwh；Qn為熱負(fù)荷， kw；tn為室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，取18；tpj 和tw均為當(dāng)?shù)夭膳臼彝馄骄鶞囟群筒膳?jì)算溫度，；N為供暖天數(shù)，d。1） 傳統(tǒng)供熱方式運(yùn)行費(fèi)分析表2 傳統(tǒng)方式供熱運(yùn)行費(fèi)Tab2 The operatiing cost of

14、traditional way名稱負(fù)荷(MW)年供熱量(kwh)熱價(jià)(元/GJ)運(yùn)行費(fèi)(萬元)傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)48502030 傳統(tǒng)方式供熱運(yùn)行費(fèi)共計(jì)2030萬元，合25.4元/m2。2）吸收式熱泵供熱方式運(yùn)行費(fèi)分析表3吸收式熱泵供熱運(yùn)行費(fèi)Tab3 The operatiing cost of the absorption heat pump system 名稱負(fù)荷(MW) 蒸汽耗量(t)熱價(jià)(元/GJ)運(yùn)行費(fèi)(萬元)吸收式熱泵系統(tǒng)48501160.6通過機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的蒸汽耗量和供熱系數(shù)計(jì)算出年耗量，并換算為熱量后，可計(jì)算出年運(yùn)行費(fèi)，統(tǒng)計(jì)如表3。另外，若采用吸收式熱泵技術(shù)，機(jī)組需耗少量電能，電

15、費(fèi)如下：W=48KW24h0.68144天0.5元/kwh /10000 =5.6萬元為比較方便，系統(tǒng)水泵能耗忽略未計(jì)。吸收式熱泵運(yùn)行費(fèi)共計(jì)1166.2萬元，合14.5元/ m2。3）吸收式熱泵節(jié)約水費(fèi)分析由于吸收式熱泵從低溫側(cè)吸熱，循環(huán)水閉式循環(huán)，還可減少大量系統(tǒng)補(bǔ)水。補(bǔ)給水量分為飛濺損失和蒸發(fā)損失（占主要部分）兩部分，正常情況下其值約等于循環(huán)水量的1%-2%左右。水源側(cè)需冷卻水流量約1834m3/h，經(jīng)分析計(jì)算可減少蒸發(fā)、飛濺損失等約30m3/h。按照該地水價(jià)計(jì)算，年節(jié)約水費(fèi)約31萬元。3.2.3 經(jīng)濟(jì)性對比與環(huán)境效益分析圖4經(jīng)濟(jì)性對比分析Fig4 The analysis on econ

16、omy 名稱初投資(萬元)運(yùn)行費(fèi)(萬元)吸收式-傳統(tǒng)方式備注傳統(tǒng)供熱方式12002030894.8（運(yùn)行費(fèi)）吸收式熱泵供熱系統(tǒng)22601166.21060（初投資）節(jié)約水費(fèi)31萬綜上所述，如果采用吸收式熱泵供熱技術(shù)，則需投資2260萬元；而傳統(tǒng)方式約1200萬元。但吸收式比傳統(tǒng)供熱方式節(jié)約年運(yùn)行費(fèi)約895萬元，靜態(tài)投資回收期不到2年。吸收式熱泵通過消耗部分蒸汽熱能，回收熱電廠冷卻水的低溫余熱資源，不僅滿足了熱電廠80萬m2的供熱能力；而且還減少大量運(yùn)行費(fèi)。同時(shí)，采用該技術(shù)每年還可節(jié)約標(biāo)煤耗量5940噸，減少大量污染物的排放：二氧化碳15444噸，一氧化碳8.3噸，二氧化硫50.5噸，氮化物44

17、噸，硫化氫2.97噸及粉塵65.3噸，具有顯著的環(huán)境效益。4 結(jié)論與熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的吸收式熱泵供熱技術(shù)理論可行，可提高現(xiàn)有熱源的供熱能力與現(xiàn)狀熱網(wǎng)的輸送能力，是一種先進(jìn)的供熱技術(shù)，在工程的實(shí)際應(yīng)用中也具有可行性。1）分析可知：和傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)方式相比，采用吸收式熱泵結(jié)合的技術(shù)，可增加供熱效率50%左右，提高冬季供熱能力（設(shè)計(jì)工況下）40%以上。如果同時(shí)提高熱網(wǎng)供/回水溫差至100，則可提高熱網(wǎng)1倍的輸送能力。2）通過實(shí)例分析，吸收式熱泵供熱技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用低，固定成本投資的回收期為2年左右。3）經(jīng)濟(jì)節(jié)能，環(huán)保效益顯著。先進(jìn)的吸收式熱泵與熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的集中供熱技術(shù)，能源利用率提高，比常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式大幅度減少運(yùn)行費(fèi)。符合國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定中所指出的：大力推進(jìn)節(jié)能技術(shù)進(jìn)步，全面實(shí)施重點(diǎn)節(jié)能工程，區(qū)域熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱余壓利用的方針，是一種值得大力推廣的節(jié)能供熱新技術(shù)。參 考 文 獻(xiàn) 1 賀平，孫剛