采用热泵技术回收工业循环水余热
吸收式热泵应用于电厂循环水余热利用系统管路吹扫、冲洗过程及建议
将减温水系统顺利投运 本项 目中 ． 经与设计方及施工方沟通 。 减温器 后管道材质亦能承受 ３ ０ ０ ％蒸汽 ， 对管道各支吊架进行 了加 固。 在同类 型系统进行蒸汽管道吹扫时． 需核实减温器前后管道材质是否可满足 蒸汽直吹要求 ： 在支吊架设计 阶段应提前考虑管道 吹扫 时对支 吊架 的 要求 ． 提前做好准备 ： 为防止蒸 汽吹扫对热泵本体造成影 响， 吹扫阶 在 段应将热泵本体与蒸汽管路断开。
收式热泵 ． ３ ℃的冷却水作为低温热 源 ． Ｏ３ ａ的抽汽作为驱动 ２ 水 管 路 冲 洗 以 ４ 以 ． ＭＰ 热源 ．加热 ５ ｑ左 右 的采 暖用 热 网回水 ．１ 机循环 冷却 水 降至 ５Ｃ １号 ２１ 热 网水 管 路 冲 洗 ． ２． ℃ ７９ 后再去凝汽器循环利用 。 ５ 本文对循环水余热利用 系统 的蒸汽管 临 时系统 ： 网至热 泵供水管 道＇ 热泵电动 门后 安装疏水管 热 进入 路吹扫和水管路 冲洗过程及遇到的问题进行了介绍 ． 并对同类型系统 及 阀门 ． 水管道至热泵 最后一道法兰打堵板 ： 进 回水在热泵 回水母管 的蒸汽管路 吹扫 和水管路冲洗提出建议 与热 网加热器联络门前加装疏 水管道及 阀门 冲洗过程 ： 进水管路 ： 用注水门对 系统进行 注水放 空气 ， 结束 注水 １ 蒸汽 管路 吹扫 后． 开启热网 回水至热泵母 管入 口电动 门， 利用 热泵 电动 门前疏 放水 １ 吹扫临时系统 ． １ 管及 阀门进行冲洗 ． 冲洗依外网情况 逐个进行 ． 防止外 网失 压 ， 至放水 在两列热泵蒸汽母管末端分别引ｌ 临时管路至无人无设备处 ． 蒸汽 管水干净 即可关 闭进 口电动门 ． 除堵板恢 复系统。视 滤网压差情况 拆 出 Ｅ应面对无建筑物无设备处 ：减温器减温水雾化 喷头摘除 ； ｌ ９台热 及 时清理滤 网 回水管路 ： 回水冲洗 利用 热泵回水母 管与热网加热器 泵汽源管与母 管连接处设置堵板 ： 在吹管管路沿途各处管道 的最低点 联络门前疏放水 管道 及阀 门进行 ．疏放水 管水干净后可进行 系统循 装设疏水 ， 疏水管单独引 出至厂房外的安全地带排放。 环 ． 网压差情况及时清理热泵进 Ｅ滤网和热网加热器滤水器。冲 视滤 ｌ 洗过程 中及时补 充热网水 ． 网回水 压力保持 ０２ ＭＰ 热 ．５ ａ以上 ， 防止外 网 失压 。 遇到的问题及建议 ： 本项 目热网水母 管直径为 １２ ｍｍ， ２０ 其设计流 量为 １０ ０ ． １０ 如果将 热泵 系统 完全接人 城市热 网进 行冲洗 ． 必然 则 会影响整个城市热 网的水质 ． 而不将其 完全 接人城市热 网 ， 又无法建 立独立循 环进行 冲洗 ．本项 目采取打开热泵系统热网水供水总门 ． 关 闭热泵 系统热 网水 回水总 门． 回水总门前加装临时排水管道的方法 在 进行冲洗 ． Ｆ冲洗水直接排掉 ， 由＝ 因此不 可能在不影 响城 市热 网的前 提下建立 １０ ０ Ｉ的冲洗流量 ． １０ ｔ Ｈ ／ ｌ 只能加 装一较小排水管 ． 在不 影响城 排 出 市热网的前提 下尽量加大冲洗流量 鉴于管路安装完毕后无法建立有 口 效循环对热网水 管路进行冲洗 ． 建议类似系统在管道安装阶段 即对热 网水管路进行 严格的人工清理 ２２ 疏 水 管路 冲洗 ． 临时 系统 ： 结水箱两路疏水入 口处短接 ， 凝 接外部 水源至一路疏 水支管 ． 另一路疏水 支管 引临时管道至厂房外的安全地带排放 。先在 摊 幽 热 网疏水箱入 口处加装 临时管路引 出至厂房外的安全地带排放 ， 水质 口 合格后再排至热网疏水箱 热泵投运前 ．用外部水源对热泵至凝结水箱疏水管路进行冲洗 ： １ ． 吹扫 过 程 ２ 热泵系统投运后 ． 疏水暂不排至 １ 号机组热 网疏水箱 ． １ 先在热 网疏水 抽汽至热泵热源管道手动门 ． 稍开采 暖抽 汽至热泵 热源管道电动 箱入 口处加装临时管路 引出至厂房外 的安全地带排放 ． 水质合格后再 门． 吹扫管道进行暖管 ． 对 逐渐减少采 暖抽 汽汽量 以减小因全关 １ 号 １ 冲洗过程 中加强对凝结水装置的检查 。 机热 网加热器进汽电动门而造成 的对机组负荷 和参 数的影 响 ． 至吹管 排至热 网疏水箱 ． 遇到的问题及建议 ： 热泵投运初期 ， 其疏水水质不合格 ， 如果疏水 前停运热 网加热器汽测 暖管充分后（ 疏水管 没有水 ． 吹扫管道末端温 回收至除氧器势必恶化 机组 除盐水水质 ．对机组安全运行造成影 响． 度 １０ ￣ ）检查各支 吊架 膨胀正常 ， ５％１上 ． ２ 逐渐 打开采暖抽汽 至热泵热 因此热泵疏水全部外排 至雨水井 ． 即热泵满 出力状态下机组每小时外 源管道 电动 门． 保持 ２ ０ ｈ ０ｔ 蒸汽流量进行稳压 吹扫至排出 口蒸汽干净 ／ 排 ２ ０ 除盐水 ．这就要求运行人 员加强对热井 及凝结水补水箱水位 ０ｔ 无 杂质 。 监视 ． 及时补入足够的除盐水 。 １３ 吹扫 中遇到 的问题及建议 － － 在供 汽母管 电动门后有一减温器 ． 常运行 中用凝 结水 泵出 口凝 ２３ 其 他 管 路 冲 洗 正 热泵要求其人 口蒸 汽为饱 和蒸汽 ． 本项 目中机组五段抽汽参数在 结水将蒸汽温度减温至当前 压力下饱 和温度 ． 因此减 温器后 管道材质 正常运行工况约为 ０３ ａ２ ０ 由此可见蒸汽减温器 的稳定工作至 ． ＭＰ ． ℃． ７ 不 同于减温器前管道材质 ． 温器后管道支 吊架膨 胀是按 照减温后 且减 关重要 ． 汽减 温器的喷嘴孔径仅为 ｌ ｍ 因此必须对减温水管路 而蒸 ｍ ． 蒸 汽温度设计 的， 而且在蒸汽吹扫阶段 ， 由于蒸汽流量变化较大 ． 很难 进行冲洗 ， 本项 目直接利用机组凝结水至热泵蒸汽减 （ 下转第 ３ ８页） ８
浅析回收热电厂循环水余热的吸收式热泵设计方案
统 的各项设 计参数进 行确 定 。
表２ 循 环 水原始设 计技术 参数
集 中供 热负 荷 的增长 始终 居 高不 下 ，与 １ ３ 俱 增 的供热 负 荷增 长需 求与 当前 电厂供 热能 力之 间 的矛 盾越来 越 突出 ，影 响了人 们 的正 常生 活秩
序 ，制 约 了城市 的经 济发 展 。为 了解决 这 一尖锐 的矛盾 问题 ，必 须寻 找一种 电厂 内部潜能 挖掘 的有效方 法 ，在 短期 内缓 解热 负荷增 长 问题 。 通 过对热 能 利用 原理分 析 可知 ，介质 温 度与 环境 温度 直 接影 响着热 能 的利用 率 ，介质 与环 境的 温差值 越 大 ，其热 能利 用率 越 高 。介 质温 度
摘 要 ：文章 结合 某热电厂的工程项 目实例 ，对 回收热 电厂循 环水余 热的吸 收式热泵设计 方案进行 了具体 的探讨 与分析 ，主要从 蒸汽与疏水 、 热 网循环水、冷却循 环水 系统三个方面对吸收式热泵设计参数进行 了确定；确定 了热泵机组余热回收量 ； 从 热网水系统 、热源水 系统、蒸汽凝结水 系统
第二 类 吸收 式热 泵 为升 温 型热 泵 ，以大 量 的中 温热 源 为驱 动 力 ， 利 用大量 中温 热源 与低 温热 源 的热 势差 ，制 取热 量较 小但 温度 较 高的 中温 热源 能热 量 ，能够 产生 少 量的 高温 有用 热能 ，提 高热 源 的利用 品 位 。通常 而 言 ，升温 型 热泵性 能 系数 在 Ｏ ． ４ —０ ． ５区间 内 ，性能 系数 小
三大 系统的角度确定了热泵机组 系统形式 ；在确定吸收式热泵机组之后 ，分析 了吸收式热泵机组的节能效益与环保效益。
关 键 词 ：热 电厂 循环水 余热 吸 收 式热 泵
吸收式热泵余热回收供热在苇湖梁电厂的应用
吸收式热泵回收循环水余热供热在苇湖梁电厂的应用胡龙吴志豪李新刚高媛华电新疆发电有限公司苇湖梁电厂【摘要】吸收式热泵在工业余热回收领域具有广泛的应用，但近两年方才开始应用于热电厂循环水余热回收。
本文介绍了利用溴化锂吸收式热泵回收循环水余热集中供热在苇湖梁电厂的应用，为同类型热电厂进行循环水余热回收提供技术参考。
【关键词】吸收式热泵热电厂余热回收1 前言热电联产集中供热是目前我国主要的供热形式，因其相对燃煤锅炉具有节能、环保等方面的优势，长期以来得到国家政策的支持。
但随着我国城市化进程的加速发展，不断扩大的用热规模与现有热源有限的供热能力、城市管网有限的供热能力之间的矛盾日益突出。
而热电厂（抽凝式）汽轮机低压缸因必须保证一定的乏汽冷却，因此即使在冬季供热工况下仍然有大量的乏汽余热通过循环水排入大气，循环水余热回收也是火电厂节能领域的重点和难点。
先进的吸收式热泵技术为此类问题提供了一个重要的解决思路。
2溴化锂吸收式热泵介绍2.1热泵热泵是从低温热源吸热送往高温热源的循环设备。
热泵按驱动力来分，主要是由两种类型，即压缩式热泵和吸收式热泵。
压缩式热泵消耗机械能（电能）使热量从低温热源转移到高温热源，吸收式热泵一般以蒸气、热水为驱动热源。
吸收式热泵又可分为第一类热泵和第二类热泵。
第一类吸收式热泵输入高温热源，进而从低温热源回收热能，提供其品位，以中温形式提供给用户的热泵。
第二类热泵是靠输入的中温热能驱动热泵运行，将输入热能的一部分提高温度供用户使用，而将另一部分能量排放到温度更低的环境中。
吸收式热泵的驱动力来源于不同热源的热势差。
2.2第一类溴化锂吸收式热泵该类溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等。
它以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂。
水在常压下100℃沸腾、蒸发，在5mmHg真空状态下4℃时蒸发，吸收式热泵的蒸发器利用的就是这个原理。
另一方面，溴化锂溶液是一种极易吸收水（蒸汽）、化学性质稳定的物质，在温度越低、浓度越高的时候吸收能力越强。
盾安节能余热利用技术与应用
盾安（天津）节能系统有限公司
目 录
• 盾安（天津）节能介绍 • 工业余热概述 国内余热利用技术现状 • 国外余热利用技术现状 • 工业余热利用技术 • 盾安EPC优势分析 • 典型案例
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4 5 6
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工业余热概述
工业余热回收常用设备
换热器
汽冷却装置
余热锅炉
热泵
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工业余热概述
国内工业余热利用现状
我国工业余热资源回收率仅33.5％，即2／3的余热资源是尚未被利用。在工业领域中消耗着大量
的能量，最终都以低温热水的形式排放掉。为了提高能耗的利用效率，应采取措施进行余热资源 回收利用。
重点业务一：区域能源规划、投资、系统集成及管理
范 围
• 区域内工业节能 工业余热、余压利用 大工业区域能源综合利用 • 区域内建筑节能 区域内建筑物被动和主动节能 • 区域能源规划
服务内容
• 投资(优质项目BOT，一般项目BT) • 合同能源管理 • 绿色建筑咨询
污水源热泵 耗煤627.7Tce
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可再生能源系统案例
污水源 土壤源 井水源
工业余热
山西晋剧院
晋中市恒越煤炭科技公司
山西涤纶厂文化园
新疆中泰化学
太原红星剧院
大同灵丘风和美苑
山西大同小站
新疆天业集团
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区域能源供应典型案例
临港经济区工业余热供暖项目
3、进行企业综合热效率及经济可行性分析。 4、应对必须回收余热的热源载体，制定利用具体管理标准。
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基于吸收式热泵的循环水余热利用技术在大型抽凝机组热电联产中的应用
摘要 ： 为了降低燃煤 电厂 的能耗 ， 文提出了一种基 于吸收式热泵 的循环水余热利 用技术 ， 取发 电机组 的循环水 该 提 余热用于城市供暖 ， 在热 电厂 内设置溴化锂吸收式热泵站 ， 利用机组循环冷却水作 为热泵 的热 源水 ， 提取余 热加热 热 网水 ， 从而显著提升热 电厂的供热能力及热效率 ， 进一步降低综 合供电煤耗 ， 实现节能减排的 目的。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｕ ｔｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍｐｉ ｎ ｏ ｏ ｌｆ ｅ ｏ ｒｐ ａ ｔ ｉ ｄ ｏ ａ ｔ ｅ ｔｒ ｃ ｖ ｒ ｅ ｈ ｏ ｏ ｆｃｒ ｕ ａｉ ｇ ｓｒ ｃ ： ｏ ｒ ｄ ｃ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｕ ｔ ｆｃ ａ — ｒｄ ｐ ｗｅ ｌ ｎ ，ａ ｋ ｎ ｆｗ ｓｅ ｈ ａ ｅ ｏ ｅｙ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｌｔ ｏ ｉ ｙ ｃ ｎ ｗ ｔｒｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｔ ｕ ｓａ ｐｉ ｄ ｉ ｉ ｍ— ｏ ｄ ｂ ｏｐ ｉ ｎ ｔｐ ｅ ｔ ｕ ｔｔ ｎ ｉ ｌｃ ｔｄ ｉ ｅｍａ ｏ ｅ ｌｎ ， ａｅ ａ ｅ ｎ ｈ ａ ｍｐ ｉ ｐ ｌ ．Ｌ ｔ ｕ Ｂｒｍｉ ｅａ ｓ ｒ ｔ — ｅｈ ａ ｍｐ ｓａｉ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌｐ ｗ ｒｐａ ｔ ｐ ｅ ｈ ｏ ｙ ｐ ｏ ｓ ｈ ｃｒ ｕ ａｉ ｇｗａｅ ｔ ｉｅ ｓｈ ａ ｓ ｕ ｃ ｔｒｏ ｅ ｔ ｕ ｏ ｈ ａ ｔ ｒｏ ｅ ｔ ｕ ｐ ｙ ｎ ｔ ｏ ｋ ｈ ｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｅ ｔ ｉ ｌｔ ｔｒｉ ｕｉ ｚ ｄ ａ ｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｗａｅ ｆｈ ａ ｍｐ ｔ ｅ ｔ ｃ ｎ ｓ ｌ ｐ ｗａｅ ｆｈ ａ — ｐ ｌ ｅ ｗ ｒ ．Ｔ ｅ ａ ｐｉ ｔ ｆｈ ａ ｓ ｃ ｏ ｐ ｍｐ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｔ ｅｍａ ｏ ｅ ｌｎ ａ ｉ ｎｆ ａ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｈ ａ —ｕ ｐ ｙ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｈ ａ ｆ ｃｅ ｃ ｕ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｈ ｒ ｌ ｐ ｗ ｒ ｐ ａ ｔｃ ｎ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｌ ｉ ｒ ｖ ｅ ｔｓ ｐ ｌ ａ ａ ｉ ｔ ｎ ｅ ｔ ｅ ｉｎ ｙ，ｒｄ ｃ ｅ ｙ ｉ ｙ ｉ ｉ ｅｕｅｎｔ ｃ ａ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ，ａ ｄ ｉ ｌｍｅ ｔ ｈ ａｇ ｔｏ ｎ ｒ ・ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｒｔ ｃｉｎ ｏｌ ｎｕ ｔ ｃ ｏ ｎ ｍｐｅ ｎ ｅ ｔｒ ｅ ｆｅ ｅ ｇ ｓ ｖ ｎ ｎ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｏｅ ｔ ． ｔ ｙ ｏ ｐ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｗａ ｔ ｅ ｔ ｒ ｃ ｖ ｒ ｆｃ ｒ ｕ ａ ｉ ｎ ｗａ ｅ ； ｂ ｏ ｐ ｉ ｎ ｔ ｐ ｅ ｔｐ ｍｐ； ｌｃ ｒ ｃｔ ｕ ｐ ｙ ｙ ｗｏ ｄ ： ｓｅ ｈ ａ ｅ ｏ ｅ ｙ ｏ ｉ ｃ ｌ ｔ ｔ ｒ ａ ｓ ｒ ｔｏ －ｙ ｅ ｈ ａ ｕ ｏ ｅ ｅ ｔｉｉｙ ｓ ｐ ｌ
循环水余热利用系统存在的问题及改造
该热 电厂 在 城 区外 南 端 ， 供热 负 荷 主要 分 布 在 铁 路 以西 的城 区 ， 电厂 距 离 热 负荷 中心 约 ８ｋ 城 ｍ，
收 稿 日期 ：０ ２— ３— ７ ２ １ ０ ２
２ 吸 收 式 热泵 技 术 原 理 简 介
大供 水量 为 ８ ７ ｔｈ最 高 热 网供水 温度 为 １６ｏ ３０／ ， １ Ｃ，
最 大总 供 热 抽 汽量 为 ７ １／ 。 由此 可 见 ， ０ ｈ ｔ ２台 ３ ０ ０ ＭＷ 机组 的供热 汽 源 已经接 近 额 定 抽 汽 量 ， 已不 能 满 足未来 的供 暖需求 。
但 从投 运 的实 际效 果来 看 与设 计值 偏 差 较 大 ， 能 节 效 果 并没有 理论 上那 样理 想 。本文简 单介 绍某 工程
为 ｌ ０ Ｊ 相当于 ５ ． 标煤 的发热量。若能 回 ０ ， ６ Ｇ ４６ ｔ
收 ， 于城市 供 热 ， 产 生 巨 大 的 经 济 效 益 和 社 会 用 可
效益 。
供热的需求 。循环水余热利用系统包括驱动蒸汽系 统 、 源水 系统 及热 网水 系 统 。系 统 主要 设 计 参数 热
１ 设 备 及 系统 简 介
某热 电厂装 机 容 量为 ２×３ ０Ｍ ， ０ Ｗ 电厂 运行 数
据 显 示 ， 厂 每小 时通 过 凉 水 塔排 人 大 气 的 热量 约 全
收利用 ， 以提高电厂供热能力 ； 同时 ， 在热 网采用回
水 直供 、 混水 供热 方 式 ， 高管 网输 送 能力 ， 满足 提 以
中图 分 类 号 ：Ｋ １ ５ Ｔ １ 文 献标 志码 ： 文 章 编 号 ：６４— ９ １ ２ １ ）８— ０ ８— ５ １７ １５ （０ ２ ０ ０６ ０
8、一种余热回收系统--实用新型
说明书一种热泵回收余热用于居民采暖的节能系统（一）技术领域本发明属于余热回收节能技术领域，特别涉及一种热泵回收余热用于居民采暖的节能系统。
（二）背景技术热力发电厂、化工厂有很多设备需要冷却余热，温度在20~40℃。
这部分余热可以通过热泵回收，将温度提升至60℃以上用于冬季居民采暖供热。
吸收式热泵是目前余热回收主要技术方式。
因溴化锂溶液本身的特性，吸收式热泵存在一些局限，限制了其能力。
溴化锂溶液结晶可控范围内（≤62.5%），吸收式热泵机组蒸发温度和吸收温度间的差值在40℃以内，而且吸收器释放的吸收热和冷凝器释放的冷凝热存在特定的比例关系，即：如果吸收热释放量固定，那么冷凝热也将随之固定。
这使得吸收式热泵的实际能力不能无限制扩大。
例如，假定存在30~35℃的余热水，如果热网回水温度高于70℃，无论驱动蒸汽参数多么优越，因吸收式热泵吸收器吸收温度低于70℃，吸收式热泵无法将回收余热用于热网回水加热；如果热网回水温度为68℃，那么吸收式热泵只能将热网水从68℃加热至71.5℃左右，驱动蒸汽压力只要高于0.27MPa即可满足；如果热网回水温度为60℃，那么吸收式热泵可将热网水从60℃加热至78℃左右，驱动蒸汽压力只要高于0.33MPa 即可满足。
这使得吸收式热泵在余热回收供热方面存在较大的局限性。
例如对于30~35℃的余热、60~100℃的热网供回水参数，吸收式热泵最高只能加热至78℃左右，对于78~100℃温度段，仍必须由蒸汽加热，因此节能收益大幅缩水。
对于采用压缩式热泵回收余热用于居民供暖的方式，由于压缩式热泵冷凝器、蒸发器属于相变换热，因此对于超过10℃的加热（或降温）温差，压缩式热泵的能效将大幅降低，影响节能收益。
另外，对于部分纯凝改供热发电机组，居民采暖供热抽汽参数较高，一般0.8~1.2MPa。
如果采用吸收式热泵回收循环水余热，必须对蒸汽减温减压至合适参数，才能满足吸收式热泵运行条件。
蒸汽减温减压，仍存在大量能量浪费。
回收电厂余热的新型吸收式热泵系统
回收电厂余热的新型吸收式热泵系统洪文鹏;何建军【摘要】火力发电厂中仍存在大量废热浪费的现象,回收该部分余热可有效提高电厂供热性能.提出一种由两级蒸发器串联耦合成的新型吸收式热泵系统以提升热泵机组性能与电厂能源利用率,新系统采用电厂锅炉排污水作为第二蒸发器的热源,同时回收循环冷却水与排污水余热,采用Aspen Plus软件进行模拟,以中国东北某200 MW火电机组典型供热系统为例与新系统进行对比分析.研究结果表明,新系统较典型系统COP提高6.21％,年节约煤资源15358.91吨,投资回收期约3.82年,新型吸收式热泵系统具有良好的社会经济效益,新系统的提出为火力发电厂能量梯级利用提供了理论支撑,对节能减排与环境保护有着重要意义.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】7页(P67-73)【关键词】吸收式热泵;余热利用;循环水;排污水;AspenPlus模拟【作者】洪文鹏;何建军【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TK657.5能源问题是当今社会人们热议的话题之一，人类的各种生产活动离不开能源的支撑，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用.目前我国对能源的需求不断增加，与此同时我国能源的利用率远低于发达国家，使得能源供应紧张及环境污染问题日趋严重.由于煤电在我国仍将长期占据主导地位，如何节约能耗是新时期政府和电力企业积极探索的新领域[1～3].吸收式热泵技术作为一种回收利用中低品位热源，实现从低温向高温输送热能，提高热能利用率的装置，目前已逐渐成熟并且广泛应用在石油、化工、冶金和电厂等各个领域[4～5].在相同的集中供热面积下，采用吸收式热泵技术供热将比传统供热方式在能源消耗方面节约40%左右，清洁生产与节能降耗效果显著.利用吸收式热泵回收电厂循环水余热，可三位一体实现缓解煤资源紧张、节能减排和电厂经济效益创收，为电厂变革以及新电厂建设提供了一种新思路、新措施[6～7].张学镭等[8]研究了回收循环水余热的热泵供热系统的可行性并建立了供热系统流程图，计算额定工况与变工况热泵系统性能，对系统进行了热力性能评价.刘媛媛[9]等为了充分发挥吸收式热泵在燃煤电厂供热系统中的节能性，提出一种由两级第一类溴化锂吸收式热泵串并联耦合而成的新系统.鲁敬妮[10]利用等效焓降法计算了12 MW的发电量和煤耗等指标通过净现值和动态投资回收期法对热泵余热回收系统进行经济性评价.刘刚[11]等通过建立相应的热经济性计算模型，分析了热泵投切的热负荷转折点、余热水温度以及抽汽流量、压力对机组热经济性的影响.Gogoi TK[12]等提出了一种复合式汽轮机发电循环和溴化锂蒸气吸收制冷系统的热力学分析，计算了各系统构件的功率循环、能量利用率和系统中各组分的不可逆工作效率.周振起[13]等提出了一种利用锅炉排污和汽轮机抽汽驱动吸收式热泵预热凝汽器凝结水的方案并验证了可行性.Aspen Plus作为大型通用模拟软件，在化工设计、动态模拟方面有着举足轻重的地位，刘金平[14]等应用Aspen Plus软件对自复叠式热泵进行了流程模拟，并分析了流程中各点参数.史俊杰[15]采用Aspen plus软件对热泵进行建模分析，从理论角度证明了吸收式热泵的热电联产供热方式比单独的热电联产供热方式更具有节能性.车德勇[16]等以某200 MW抽凝式机组及其供热系统为例，采用Aspen Plus软件建立单、双效溴化锂吸收式热泵模型，并进行变工况模拟对比分析.国内外学者都在不断开发研究更高效、更安全、更环保的吸收式热泵技术.对吸收式热泵热力学性能、循环优化、工程应用等方面进行了一系列研究，然而电厂中热泵机组供热量不足，所占份额不超过总供热量的一半，电厂中仍有排污水余热未利用直接排放，本文采用文献[9]对吸收式热泵的各关键部件数学建模，以Aspen Plus软件模拟系统流程，以中国东北某200 MW火电机组供热系统为例进行分析与研究，提出一种由两级蒸发器串联耦合成的新型吸收式热泵系统，并结合典型吸收式热泵系统分析新系统的热力性能、可行性与经济性.1 新型吸收式热泵系统及模拟本文以中国东北某200 MW火电机组现有的吸收式热泵系统为研究对象，电厂采用第一类增热型吸收式热泵系统，以高品位热能蒸汽(汽轮机抽汽)作为热泵机组的驱动热源，溴化锂-水作为工质对，回收电厂循环冷却水等低品位热能用于热网水升温后供热.热泵系统主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、溶液泵和各种阀门组成，电厂实际运行时仍存在大量废热(如锅炉尾部烟气、排污水等)未利用，热泵系统供热量占整个供热系统约40 %，仍有很大发展空间.根据电厂实际需求，提出一种由两级蒸发器串联耦合成的新系统，第一蒸发器回收部分电厂冷却水余热，第二蒸发器回收锅炉排污水余热，加大余热回收力度，提高热泵机组性能.系统流程图，如图1所示.G—发生器；C—冷凝器；E1—第一蒸发器；E2—第二蒸发器；A—吸收器图1 新型吸收式热泵系统流程图1.1 评价准则吸收式热泵的热力经济性用热力系数COP表示为(1)公式中：Qh为制热量；Qg为发生器的热负荷；Qe为蒸发器的热负荷；Wp为溶液泵的耗功量，溶液泵的耗功量Wp相对于其他部件的换热量来说相对较小，通常忽略不计.节煤量：ΔA=Qr·t·λ，(2)公式中：ΔA为节煤量；Qr为系统热能节约量，即热泵余热回收量；t为时间；λ为当量热力折算标煤数，根据2008年发布的《综合能耗计算通则》，λ为0.034 12 t/GJ.1.2 Aspen Plus模拟假定热泵系统模拟时处于稳定状态和热平衡条件下运行，系统中各部件的压力损失及热损失均忽略不计，工质不存在发热和吸热不足情况，均为饱和状态，节流阀内为绝热节流.采用Aspen Plus中HeatX、Mixer、Pump、Valve和Flash2等模块进行模拟，用HeatX模拟发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，发生器选择闪蒸管来满足水蒸汽与溶液分离要求，吸收器选择混合器满足水蒸汽与浓溶液混合要求，溶液泵的工作效率取66 %，选择适当模块按照工作原理将它们用物流连接，建立完整的模拟系统.以电厂机组实际运行为例，选用循环冷却水参数为33 ℃、0.2 MPa、3 000 t/h，热网水参数为50 ℃、0.2 MPa、2 000 t/h，以0.2 MPa、250 ℃的汽轮机抽汽作为驱动热源，对新型吸收式热泵系统进行模拟计算.模拟流程图，如图2所示.模拟中各个模块说明，如表1所示.图2 新型吸收式热泵系统Aspen Plus模拟流程图表1 模型中单元操作模块说明模块名称模拟部件模块名称模拟部件FSQ1第一发生器ZFQ1第一蒸发器FSQ2第二发生器ZFQ2第二蒸发器LNQ冷凝器XSQ1第一吸收器JLF节流阀XSQ2第二吸收器RYF溶液阀RYB溶液泵RJHQ热交换器1.3 锅炉排污水余热回收的可能性分析在汽包锅炉正常运行过程中，常常通过排出一定量被污染锅水的方式来保证锅水的品质，锅炉排污分为连续排污和定期排污.锅炉排污不仅量大，而且温度较高，直接排放会造成热浪费与热污染情况.锅炉排污水经排污扩容系统回收部分工质，饱和蒸汽引至除氧器，剩余浓缩污水经引流汇总后排至吸收式热泵蒸发器内.需要特殊说明的是，电厂实际运行时的疏放水，轴封漏气等余热均可一同回收.国内对于锅炉的排污率有着严格的控制，排污率规定凝汽器式电厂锅炉的允许排污率为2%～3%，但在实际运行当中，考虑电厂折旧，人为操作等情况，大多数锅炉的排污率都会超过允许值.排污扩容器的能量平衡方程为Gphpφ=Gqhq+Gshs，(3)排污扩容器的质量平衡方程为Gp=Gq+Gs，(4)公式中：Gp为锅炉排污量；Gq为扩容器饱和蒸汽量；Gs为扩容器疏水量；hp 为汽包压力下饱和水比焓；hq为扩容压力下饱和蒸汽比焓；hs为扩容压力下饱和水比焓；φ为扩容器热效率，一般取0.98.扩容器的疏水量为(5)该电厂有6台同类型的200 MW机组，电厂机组排污系统参数如表5所示，根据公式(3)～公式(5)计算，可知额定工况下排污水量为3.23 kg/s，假设6台机组运行工况相同，则6台机组汇总后的排污水量为19.38 kg/s.因排污水中含有钾、钠、镁的化合物以及重碳酸化合物，需在管道加设污水处理装置，第二蒸发器选用耐腐蚀材料.200 MW机组排污系统参数，如表2所示.表2 200 MW机组排污系统参数参数数值参数数值参数数值锅炉蒸发量t/h670汽包压力/MPa14.82汽包排污水温度/℃341.45扩容器压力/MPa0.71扩容疏水温度/℃165.53扩容器效率/%98锅炉排污率/%3G-发生器；C-冷凝器；E-蒸发器；A-吸收器图3 典型吸收式热泵系统流程图2 系统对比分析选用典型吸收式热泵系统对比分析新系统的优劣，典型系统流程图如图3所示，模拟流程图如图4所示.为了便于分析对比二者性能，新系统与参比系统部分参数相同：汽轮机抽汽和排汽流量与温度、循环冷却水进口流量与温度、热网水进口流量和温度.模拟得到各状态点的组分，质量流量等未知参数，计算结果如表3所示. 图4 典型吸收式热泵系统Aspen Plus模拟流程图表3 新型、典型吸收式热泵系统模拟状态点参数对比状态点位置温度/℃压力/kPa蒸汽分率浓度/%质量流量/(kg·s-1)1发生器1出口91.59/91.5958.40/58.400.07/0.0759.00/59.00267.5/267.52发生器2水蒸汽出口128.67/145.958.40/58.401.00/1.000.00/0.0016.99/16.993发生器2溶液出口128.67/145.958.40/58.400.00/0.0062.94/62.94250.76/250.764冷凝器出口85.03/85.0358.40/58.400.00/0.000.00/0.0016.99/16.995节流阀出口11.20/11.201.33/1.330.11/0.130.00/0.0016.99/16.996第一蒸发器出口11.20/11.201.33/1.331.00/1.000.00/0.0016.99/16.997第二蒸发器出口164.00/—1.33/—1.00/—0.00/—16.99—8热交换器浓溶液出口55.30/55.3058.40/58.400.00/0.0062.94/62.94250.76/250.769溶液阀出口55.36/55.361.33/1.330.00/0.0062.94/62.94250.76/250.7610吸收器1出口132.53/124.271.33/1.330.19/0.0059.0059.00267.5/267.511吸收器2出口47.23/47.231.33/1.330.00/0.0059.0059.00267.5/267.512溶液泵出口47.26/47.2658.40/58.400.00/0.0059.00/59.00267.5/267.514热交换器稀溶液出口91.52/91.5258.40/58.400.07/0.0759.00/59.00267.5/267.5CQ汽轮机抽汽250.00/250.00200.00/200.001.00/1.000.00/0.0013.03/13.03FQ汽轮机乏汽138.00/138.00200.00/200.001.00/1.000.00/0.0013.03/13.03XHS1循环水进口33.00/33.00200.00/200.000.00/0.000.00/0.00833.33/833.33XHS2循环水出口22.43/22.43200.00/200.000.00/0.000.00/0.00833.33833.33PWS1排污水进口165.53/—710.00/—0.00/—0.00/—19.38/—PWS2排污水出口165.04—/710.00/—0.88/—0.00/—19.38/—RWS1热网水进口50.00/50.00200.00/200.000.00/0.000.00/0.00555.56/555.56RWS2热网水经吸收器后70.78/68.68200.00/200.000.00/0.000.00/0.00555.56/555.56RWS3热网水经冷凝器后88.36/86.26200.00/200.000.00/0.000.00/0.00555.56/555.562.1 对比分析新系统是由两级蒸发器串联耦合而成，以典型吸收式热泵系统为参比系统，研究讨论新系统的热力性能.经Aspen Plus模拟软件模拟后，新系统与参比系统各部件热力性能如表4所示(已忽略溶液泵所做功)，可以看出：(1)在两系统相同额定工况下，新系统供热量为89.18 MW，参比系统为84.30MW，热泵机组性能整体提高5.79 %，根据公式(1)计算热力系数COP提高约为6.21 %，这是由于新系统第二级蒸发器多回收的排污水余热使热网水温度升高，以某一小区为例，居民采暖热负荷为60 W/m2，新系统新增加供热面积8.13×104 m2，加强了电厂供热能力.(2)参比系统回收的余热为36.78 MW，新系统回收余热为41.68 MW，多回收余热为4.9 MW，根据公式(2)计算电厂节约标准煤炭量，以东北为例，在一年中按3 000 h的供暖期计算，节约煤炭为15 358.91 t，参比系统节煤量为13 553.28 t，新系统较参比系统节约煤量有明显提升，约为13.32%.表4 新系统和参比系统的热力性能参数新系统参比系统参数新系统参比系统热网水回水温度/℃50.0050.00热网水供水温度/℃88.3686.26发生器部件换热量/MW47.4845.72冷凝器部件换热量/MW40.9440.94蒸发器部件换热量/MW41.6836.78吸收器部件换热量/MW48.2443.36热交换器部件换热量/MW45.3945.39COP1.881.772.2 经济性分析能源的综合梯级利用与转换问题绝不仅仅是单纯的热力学计算问题，系统的提出与改进必将有材料、研制等方面费用，本文提出新系统与参比系统相比结构复杂，因此很有必要对新系统进行经济性分析，同样选用典型吸收式热泵系统作为对比系统，以投资回收期作为指标[10]，计算公式为(6)公式中：tp为系统投资回收期；Dtot为系统总投资成本；Dr为单位热价；ty为年运行小时；Qr为余热回收量；Dt为系统设备折旧费；t1为设备使用寿命；Dw 为年运行维护费用.系统总投资成本Dtot=dAHPQAHP+Dcon，dAHP为热泵设备单位成本(以供热量计)；QAHP为热泵供热量；Dcon为系统安装成本.系统经济性分析所用原始数据，如表6所示.表6 经济性分析原始数据参数数值参数数值建设安装费Dcon/元30%Dtota热泵设备投资单位成本dAHP/(元/kW)260a热泵使用寿命t1/年20年运行时间/h3000b年运行维护费用Dw/(元/年)4%Dtota设备折旧费Dt/元5%Dtota单位热价Dr/(元/GJ)22c注：a-由电科院提供；b-根据北方地区集中供暖时常确定；c-根据北方地区燃煤热电厂平均供暖热价确定.根据公式(6)计算表6新系统和参比系统的热力性能，结果如表7所示.明显看出，新系统总投资成本与维护费用均高于参比系统，但是新系统余热回收量较参比系统要多，投资回收期较参比系统要少，新系统的收益高于参比系统.回收排污水余热可增强热泵系统的供热能力并减少电厂投资回收期限.表7 新系统与参比系统投资回收期参数新系统参比系统参数新系统参比系统热泵设备投资单位成本dAHP/(元/kW)260260热泵供热量QAHP/MW89.1884.30余热回收量Qr/MW41.6836.78系统总投资成本Dtot万元33123 131.1设备折旧费Dt/万元165.62156.56年运行维护费用Dw/(万元/年)132.50125.24投资回收期tp/年3.824.143 结论本文采用Aspen Plus软件，模拟研究了东北某200 MW燃煤热电厂中的吸收式热泵系统，考虑在实际生产中电厂存在排污水的余热仍有利用空间，同时吸收式热泵系统供热能力可以继续提升，提出由双蒸发器串联耦合成的新型吸收式热泵系统，并讨论了回收排污水的可能性，计算获得排污水流量.通过对新系统与典型系统热力性能和经济性对比分析，得出以下结论：(1)热泵系统性能提高.新系统供热量为89.18 MW，参比系统为84.30 MW，热泵机组性能提高5.79 %，新系统增大了电厂供热面积，加强了电厂供热能力.(2)新系统余热回收量增加.新系统不仅回收循环水余热，还将排污水余热有效利用起来，新系统回收余热为41.68 MW，参比系统回收余热为36.78 MW，多回收余热为4.9 MW.(3)节煤量明显增加.新系统节约煤碳为15 358.91 t，参比系统节约煤碳为13 553.28 t，节煤量提高为13.32 %.(4)经济性效果显著.新系统投资回收期为3.82年，相对于参比系统投资回收期为4.14年，回收期与经济效益方面都有着明显优势.因此本文所提出的双蒸发器串联耦合回收电厂余热的新型吸收式热泵系统，同时吸收循环水与排污水余热以提升热泵机组性能，并为电厂带来了可观的经济性效益，具有一定的工程实践指导意义.参考文献【相关文献】[1] 杨勇平，杨志平，徐刚，等.中国火力发电能耗状况及展望[J].中国电机工程学报，2013，33(23)：1-11.[2] 毕夏，史长东，程竹.低碳背景下我国新能源行业利用现状及发展前景分析[J].东北电力大学学报，2012，32(5)：86-90.[3] 洪文鹏，滕达.分布式冷热电联供系统集成及应用分析[J].东北电力大学学报，2018,38(5)：54-63.[4] 戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.[5] 陈红，谢继红.热泵技术及其应用[M].北京：化学工业出版社，2006：1-39.[6] 陈光明，石玉琦.吸收式制冷(热泵)循环流程研究进展[J].制冷学报，2017(4)：1-22.[7] 郭培军，隋军，金红光.立式升温型溴化锂吸收式热泵的设计与变工况研究[J].工程物理学报，2012，33(6)：907-912.[8] 张学镭，陈海平.回收循环水余热的热泵供热系统热力性能分析[J].中国电机工程学报，2013，33(8)：1-8.[9] 刘媛媛，隋军，刘浩.燃煤热电厂串并联耦合吸收式热泵供热系统研究[J].中国电机工程学报，2016，36(22)：6148-6155.[10] 鲁敬妮，屠珊，王红娟，等.吸收式热泵回收机组余热经济性分析[J].热力发电，2017，46(2)：136-140.[11] 刘刚.吸收式热泵在供热机组中适用性及经济性研究[J].汽轮机技术，2018，80(3)：216-220.[12] T.K.Gogoi，K.Talukdar.Exergy based parametric analysis of a combined reheat regenerative thermal power plant and water-libr vapor absorption refrigerationsystem[J].Energy Conversion & 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图 １所示 ， 热 泵工作 时 ， 蒸发 器中 的冷却水 吸收低温
低温余 热被 白白浪费 ，如果通 过热泵 技术 回收这部 分能量 用于加热 自备 电厂锅炉 、转炉及 加热炉 气化 冷却系 统补水 ， 不仅节 能 ， 更能 提高能 源利用率 。
２ 热泵 的工作原理及 分类
热 泵技术是 基于逆 卡诺循 环原理 实现 的。按照 驱动力 的不 同，热泵可 以分为 压缩式 热泵和 吸收式 热泵 。 压缩式 热泵 主要由蒸发 器 、 压 缩机 、 冷凝 器和
【 ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ］ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ；ｌ ｏ ｗ ｌ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｌ ｕ ｒ ｅ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ；ｈ ｅ ａ ｔ ｐ ｕ ｍ ｐ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ；ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ 环过程 ， 将低 温热源 的热 量传递 给热用 户。 吸收式热
２ ０ １ ４ 年 第 ２期 怠 第 １ ６ ８期
冶 金
动 力
Ｍ盯 ＡＬＬＵ ＲＧＩ ＣＡＬ ＰＯＷ Ｅ Ｒ
采 用热 泵技 术 回收工 业 循环 水 余热
闫 晓 燕
ｆ 太 原 钢铁 （ 集 团） 有 限公 司 规 划发 展 部 山 Ｎ￣ ｋ ｌ ｇ ．０ ３ ０ ０ ０ ３ 、
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泵主要 由再生 器 、 吸收器 、 冷凝 器 、 蒸发 器 、 溶液 热交
１ 前 言
随着 全球气候 变化形 势的 日益严峻 ，钢铁行 业 节能减排 也变得刻 不容缓 ， 淘汰落 后工艺 ， 采用 先进
换器等 组成 ，是利用两 种沸点 不同 的物质组成 的溶
液 的气 液平衡 特性来工 作 的。 按 照制 热 目的不同 ， 吸 收式热 泵又可 以分为增 热型热 泵和升 温型热 泵。 Βιβλιοθήκη ０ ３ ０ ０ ０ ３ ，
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【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 １ １ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｎ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｒ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ １ ｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ
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的技术装 备 ， 提高 能源利 用率 ， 降低能 源消 耗 ， 减少 二氧化碳 排放 ，是 钢铁行 业实现 可持续 发展 的重要
措施 。 在 钢铁行业 冶炼生 产中 ，会产生 大量 的循 环冷 却水 ， 水温 大约 在 ４ ０ ～ ５ ０ ｏ Ｃ。 目前 大部 分企业 采用 敞开式循 环冷却水 系统 冷却 ，循 环水 中存在 的大量
本文主要 就增热 式热 泵说明其循 环特性并 进行 实例 分析 。
２ １ 增 热式热泵 工作原理
增热式热 泵通 常以蒸 汽为驱动 热源 ，溴 化锂浓 溶液 为吸收剂 ， 水为工 质 ， 利 用水在低 压真空 状态下 低沸 点的特性 ， 提取低 位余热 热源 的热量 ， 通 过吸 收 剂 回收热量并 转换抽 取工 艺或采暖 用热水 。如原理
【 摘 要】 如何 利用工 业余 热 ， 特 别是 ３ ０ ～ ５ ０ ％ 低 温余 热 ， 是行 业 内普遍 关 注的 问题 ， 热 泵技术 在 这方面 具 有很 大潜 力 ， 是一项值 得推 广的 节能技术 。 介绍 了太 钢 自 备 电厂采 用热泵 技术 回收工业 循环水 余热 的方案 与效
益 计算 。
【 关 键词 】 钢铁 行业 ； 低 温余热 ； 热 泵技术 ； 节能 【 中图分 类号 】 Ｔ Ｋ Ｉ １ ５ 【 文献 标识码 】 Ｂ 【 文章 编号 】 １ ０ ０ ６ ６ ７ ６ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ３ １ ０ ３
Ｒｅ ｃ ｏｖ ｅ ｒ ｙ ０ ｆ Ｗ ａ ｓ ｔ ｅ Ｈｅ ａ ｔ ｆ ｒ ０ｍ Ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ
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