热泵技术在火电厂节能中应用的探讨.pdf

冶金动力2 0 1 0 年第6 期 2 6 M E T A L L U R G I C A LP O W E R总第1 4 2 期 热泵技术在火电厂节能中应用的探讨 刘学飞 济源钢铁 集团 有限公司动力厂，河南济源4 5 4 6 5 0 【摘要】通过探讨水源热泵在电厂循环冷却水余热回收中应用以及蒸汽喷射式热泵在回收除氧器排汽 和采用吸附式热泵技术回收锅炉排污水热能中的应用，说明了热泵技术在电／- 9 应用具有显著的节能效果。 【关键词】热泵技术；火电厂；节能 【中图分类号】X 7 8 1 ．4【文献标识码】B【洲- ] 1 0 0 6 - 6 7 6 4 Z 0 1 0 0 6 - 0 0 2 6 - 0 3 R e s e a r c ho nA p p l i c a t i o no fH e a tP u m pT e c h n o l o g y i nE n e r g yS a v i n go fT h e r m a lP o w e rP l a n t L I UX u e f e i P o w e rP l a n t , H e n a nJ i y u a nI r o n ＆S t e e lf c r o u p C o ．，L t d ．，而删bH e n a n4 5 4 6 5 0 , C h i n a 【A b s t r a c t 】T h ea p p l i c a t i o no fw a t e rs o u r c eh e a tp u m pi nw a s t eh e a tr e c o v e r yo fc i r c u - l a t i n gc o o l i n gw a t e ro ft h ep o w e rp l a n t ，t h ea p p l i c a t i o n o fs t e a mj e th e a tp u m pi nd e a e r a t o r e x h a u s tr e c o v e r ya n dt h ea p p l i c a t i o no ft h ea d s o r p t i o n - t y p eh e a tp u m pt e c h n o l o g yi nr e c o v c r yo fh e a te n e r g yi nb o i l e rb l o w d o w nw a t e r a r ed i s c u s s e d ．T h ep r a c t i c es h o w st h a tt h eh e a tp u m pt e c h n o l o g yu s e di nt h ep o w e rp l a n t h a so b v i o u se n e r g ys a v i n ge f f e c t ． 【K e yw o r d s 】h e a tp u m pt e c h n o l o g y ；t h e r m a lp o w e rp l a n t ；e n e r g ys a v i n g 1 引言 一般大型火电厂实际热效率仅为4 0 ％，约6 0 ％ 的热量被凝汽器循环冷却水带走排到环境中【1 】。电厂 循环冷却水排水温度在5 0 ℃以下，属于低品位热 能，直接利用范围狭窄，以往都是采用冷却塔直接排 放的方式。同时，火电厂的生产过程存在各种余热， 如轴封漏汽、锅炉排污、除氧器排气等等均属于携带 余热的工质。这些热量以前都是未加利用而直接排 放到环境当中的。这些排放的热量，不但造成了对环 境的热污染，还降低了火力发电厂的能源效率。 目前，国内开展其余热利用的电厂很少，仅占火 电厂总数的1 6 ％。其中，8 7 ％的电厂主要利用方式是 水产品养殖，其利用量极少，且效率十分低下【- 】。为了 响应国家提出的节能减排的政策，很有必要开展高 效率余热利用技术的研究。热泵技术在电厂余热利 用和节能工作中将发挥更大的作用。 2 采用水源热泵回收电厂循环冷却水冷凝 执 ●■I ’ 2 ．1 以电厂循环冷却水位为温热源的水源热泵系 统特点 电厂循环冷却水作为水源热泵的低温热源应当 比城市污水、河水、海水以及地下水更为优越。由于 电厂循环冷却水有相对清洁的水质，相对稳定的流 量和较高的温度，热泵采热设备便可相对简单，且性 能系数 C O P 可保持较高水平。虽然热泵系统的初投 资较高，要消耗一定高品质的电能，但设备自动化程 度高，能量利用效率高，运行的费用比常规方式省。 2 ．2 回收电厂冷凝热的热泵需要满足以下条件1 2 1 1 高温水源热泵 电厂冷凝热品位低，对3 5 ℃左右的冷却水难 以直接利用，必须用热泵技术将温度提升到一定值， 一般热泵热水出口温度为4 0 ～5 0 ℃，对采暖而言， 水温一般要求提高到7 0 。8 0 ℃。热电厂冷凝热回收 需要高挨j 凝高蒸发的高温水源热泵。 2 大容量大温差热泵 由于电厂冷凝热量大、集中的特点，用热泵回收 的冷凝热在电厂附近找不到足够的热用户，必须远 距离输送，满足远方用户的要求。因此需要大容量大 温差热泵集中供热，单机容量在2 0 。3 0M W 以上，热 水温差在2 0 ℃以上，冷水温差在8 。C 左右。 万方数据 2 0 1 0 年第6 期 冶金动力 总第1 4 2 期 M E T A L L U R G I C A LP O W E R2 7 ■_ ●I ●■■l I ●l ■■■●●■l I _ ●●l ●■●●●●l ■●I - _ II Il I _ ●_ ●_ - I ●●●●●l ●●■●■- _ ●_ ■●l ■■●_ ●■l I l I I _ l ■●I ●l 3 高制热系数水源热泵 为提高热泵集中供热系统的经济性，需要选择 制热能效比大于4 的热泵机组。 2 ．3 回收冷凝热的利用 热泵回收的热量如何利用，是关系到循环水余 热利用实用价值的根本问题。提升温度后的余热量 尽可能在电厂附近区域的工业生产过程及冬季采暖 中利用。 1 利用回收的凝结热供暖 热泵一循环水供暖系统如图1 所示口】，通过热泵 系统将汽轮机循环水系统与供暖系统分隔开来。对 汽轮机循环水系统来说，蒸发器相当于原来循环水 冷却系统中的冷却塔等冷却设备，流动阻力增加的 并不大，温降相同或稍低，因而对汽轮机的凝汽器影 响较小。热泵系统的冷凝器是供暖系统中的热源，由 于系统静压力的要求，热泵系统冷凝器的耐压能力 要高于供暖系统的静压力。此外，为防止意外情况下 的超压，在热泵冷凝器的入口处应设置安全阀等保 护措施。 图1热泵一循环水供暖示意图 需要注意的是热泵提升热量如需借用城市供 热管网，则必须符合供热网的技术要求。通常水热网 供水温度为1 5 0 ℃，热泵提升循环水余热后的温度 难于达到，不可利用现成管网。对占热力发电机组 8 6 ％以上的非供热机组这种主体机型，为循环水余 热利用而单独铺设供热管网 除电厂厂区内和厂址 附近区域短距离供热之外 不大可能。 2 回收的凝结热用于给水回热系统 另外一个重要利用途径是回馈至电厂自身的 热力循环．以提高热机热经济性。给水回热系统即是 对此而设的，它对机组和电厂的热经济性起着决定 性的作用。热泵将循环冷却水热量提出后可以回热 凝结水，提高给水吸热过程的平均温度，并减少低压 抽汽用于回热系统的用汽量。 3 采用蒸汽喷射热泵对除氧器排汽进行自 动回收 除氧器排汽造成了大量的工质损失和热能浪 费，既增加了补水量，又增加了除盐水制水成本。如 果火力发电厂全部回收这部分排汽，其节能效果相 当显著。 除氧器余汽回收系统，既实现了良好的除 氧效果，又可解决噪声污染等问题，同时还可回收大 量工质及热量。 除氧器废汽回收和自动排氧系统主要在实现除 氧器自动排氧的前提下，采用蒸汽喷射热泵技术对 除氧器排汽进行自动回收，得到出口压力稳定的蒸 汽汽源。 3 ．1 蒸汽喷射式热泵组成及工作原理 蒸汽喷射式热泵以水蒸汽作为工作介质，经拉 法尔喷嘴加速后，形成高速气流来携带被抽气体，从 而达到抽气的目的。 蒸汽喷射式热泵由喷嘴、接受室、混合室和扩压 器四部分组成，其结构如图2 所示闱。进人压缩器前 压力高的驱动蒸汽以很高的速度从喷嘴喷出，进人 接受室，并把喷射器前压力较低的引射蒸汽吸走。在 喷射器里，驱动蒸汽的动能一部分传给引射蒸汽，驱 动蒸汽和引射蒸汽进人混合室中进行速度均衡，伴 随着压力的升高，混合流体进人扩压器，压力将继续 升高。在扩压器出口混合流体已形成一股居中压力 的压缩蒸汽，此时蒸汽压力已经达到热用户要求而 进人供热系统中。 目前采用针形阀对蒸汽喷射式热泵供汽量进行 调节的技术已经成熟，运行效果良好，并且结构极其 简单，投资少，运行费用低。 A 图2 蒸汽喷射式热泵工作示意图 3 ．2 蒸汽喷射热泵回收除氧器排汽的技术特点啊 1 将喷射式热泵技术用于除氧器系统，实现了 在驱动汽压力、除氧器压力、供汽负荷等均在较大变 工况范围内热泵的稳定运行。 2 将除氧器废汽回收与自动排氧系统有机结 合，不但减少投资，而且增加设备运行安全性。 3 实现了除氧器的废汽回收利用，提高了除氧 万方数据 冶 金动力2 0 1 0 年第6 期 2 8 M E T A L L U R G I C A LP O W E R总第1 4 2 期 I I 器余汽的能量品位，拓宽了蒸汽的使用范围。 3 ．3 回收排气的利用 回收的排汽不仅可以作为恒压热源用于非生产 系统 蒸汽制冷、加热 ，还可以作为动力源用于汽动 给水泵驱动、蒸汽吹灰等。 4 采用吸附式热泵对锅炉连续排污进行热 回收 连续排污是保证电站锅炉水质的重要手段．根 据补水方式和机组容量，一般连续排污量为锅炉蒸 发量的1 ％～5 ％。排污水直接由汽包排出，压力与温 度很高[ 6 1 。电厂一般设计采用排污扩容器对部分排污 热量与工质进行回收。但在实际应用中，由于运行和 技术原因，，大多弃之不用，而将闪蒸汽排到大气中 或把高温高压排污水直接排到地沟，造成热量与工 质的严重浪费和对环境的热污染。采用新型吸附式 热泵技术回收排污热，具有显著的节能效果。 4 ．1吸附式热泵组成及工作原理 固体吸附式制冷结构如图3 所示【曰 冷 却 水 固体吸附床 图2 固体吸附式制冷结构 固体吸附床相当于压缩机，对吸附床加热使其 吸附的制冷剂蒸汽解析，床内压力升高，达到冷凝压 力后，制冷剂蒸汽进入冷凝器，凝结后通过节流阀进 入蒸发器。此时对吸附床冷却使之吸附，床内压力 降低，当压力降低到蒸发压力后．，制冷剂蒸发，蒸发 的制冷剂蒸汽重新被吸附到吸附床中，完成制冷循 环。冷凝器的放热和吸附床的解析热由冷却水带 走。目前双效固体吸附制冷机的热力系数已达1 ．2 左右，在单机制冷量1 0 0 0k W 以下的中小型制冷场 合具有较高性能价格比，采用固体吸附式空调，热泵 回收电站锅炉排污热是可行的。 4 ．2 固体吸附式热泵回收电站锅炉排污热的技术 特点 I 采用新型固体吸附式制冷技术，结构简单， 可靠性高，初投资低，耗电少，无污染，具有良好的节 能与环保效益。 2 可适应扩容器闪蒸汽压力、液位和负荷大幅 度变化，控制方便，安全可靠。 3 直接将排污热转化为空调用冷，可节省大量 空调用电。 4 无空调负荷期改作热泵运行，直接对电厂热 力系统供热，可显著提高机组热经济性。 5 固体吸附式制冷回热量全部回收到电厂热力 系统，无热量浪费。并且设备投资、维护费用和耗电都 较低。 5 结论 1 可以采用水源热泵来回收凝汽器冷却循环 水的热量。冬季可以用来供暖，鉴于其冷凝热量大、 集中的特点，尽量优先采用电厂及其附近用热的消 化方式。若消化不了，则只能远距离输送。远距离 输送必须利用现有热网。热泵出口水温不满足现有 热网的供热参数的问题，可以考虑利用热泵技术来 回收除氧器排汽的热能以及利用锅炉连续排污的热 能将这部分热泵出口水加热至热网参数来解决。夏 季，可以将这部分热能用于加热凝结水，提高给水吸 热过程的平均温度，从而减少低压抽汽用于回热系 统的汽量。 2 除氧器排汽造成了大量的工质损失和热能 浪费增加了补水量，采用蒸汽喷射式热泵回收除氧 器排汽，节能效果相当显著。 3 采用新型吸附式热泵技术解决了锅炉连续 排污水热量回收的难题，具有显著的节能效果。 【参考文献】 【I J 贺益英，赵懿口．电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题【J 】．能 源与环境，2 0 0 7 6 2 7 2 9 ． 【2 】苏保青．用热泵回收电厂冷凝热集中供热技术研究【_ 『】．山西能源与 节能．2 0 0 7 3 1 8 1 9 ． 【3 】陈军、谢冬梅、李心剐．电厂余热资源的有效利用Ⅲ．节能与环保， 2 0 0 6 年 4 3 3 3 4 ． 【4 】崔修强．电站除氧器余汽回收技术方案及效益叨．电站辅机，2 0 0 7 1 4 5 ． 【5 】王泳涛，陈炜．热泵技术在火电厂除氧器废汽回收上的应用们．节 能与环保，2 0 0 7 2 3 1 3 2 ． 1 6 降中华，王如竹，刘建军等周体吸附式空调，热泵在火电厂中的应 用研究叨．热力发电，2 0 0 1 3 6 - 7 ． 收稿日期2 0 1 0 0 6 1 7 作者简介刘学飞 1 9 7 4 一 ，男，1 9 9 8 年毕业于石家庄铁道学院供热 通风与空调工程专业。现从事生产管理工作。 万方数据 热泵技术在火电厂节能中应用的探讨热泵技术在火电厂节能中应用的探讨 作者刘学飞， LIU Xue-fei 作者单位济源钢铁集团有限公司动力厂,河南济源,454650 刊名 冶金动力 英文刊名METALLURGICAL POWER 年，卷期20106 参考文献6条参考文献6条 1.陈军;谢冬梅;李心刚 电厂余热资源的有效利用[期刊论文]-节能与环保 200604 2.苏保青 用热泵回收电厂冷凝热集中供热技术研究[期刊论文]-山西能源与节能 200703 3.贺益英;赵懿□ 电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题[期刊论文]-能源与环境 200706 4.李中华;王如竹;刘建军 周体吸附式空调/热泵在火电厂中的应用研究 200103 5.王泳涛;陈炜 热泵技术在火电厂除氧器废汽回收上的应用[期刊论文]-节能与环保 200702 6.崔修强 电站除氧器余汽回收技术方案及效益[期刊论文]-电站辅机 200701 本文链接