【摘要】通過(guò)探討水源熱泵在電廠循環(huán)冷卻水余熱回收中應(yīng)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(yīng)用，說(shuō)明了熱泵技術(shù)在電/-""9應(yīng)用具有顯著的節(jié)能效果。

1 引言

一般大型火電廠實(shí)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。電廠循環(huán)冷卻水排水溫度在50℃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(shí)，火電廠的生產(chǎn)過(guò)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(dāng)中的。這些排放的熱量，不但造成了對(duì)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(guó)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。為了響應(yīng)國(guó)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?zé)嵩吹乃礋岜孟到y(tǒng)特點(diǎn)

電廠循環(huán)冷卻水作為水源熱泵的低溫?zé)嵩磻?yīng)當(dāng)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(duì)清潔的水質(zhì)，相對(duì)穩(wěn)定的流量和較高的溫度，熱泵采熱設(shè)備便可相對(duì)簡(jiǎn)單，且性能系數(shù)(COP)可保持較高水平。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(dòng)化程度高，能量利用效率高，運(yùn)行的費(fèi)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

(1)高溫水源熱泵

電廠冷凝熱品位低，對(duì)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(duì)采暖而言，水溫一般要求提高到70。80℃。熱電廠冷凝熱回收需要高挨j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(diǎn)，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(yuǎn)距離輸送，滿足遠(yuǎn)方用戶的要求。因此需要大容量大溫差熱泵集中供熱，單機(jī)容量在20。30 MW以上，熱水溫差在20℃以上，冷水溫差在8C左右。

(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(jì)性，需要選擇制熱能效比大于4的熱泵機(jī)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(shí)用價(jià)值的根本問(wèn)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(guò)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，通過(guò)熱泵系統(tǒng)將汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)與供暖系統(tǒng)分隔開來(lái)。對(duì)汽輪機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)器相當(dāng)于原來(lái)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中的冷卻塔等冷卻設(shè)備，流動(dòng)阻力增加的并不大，溫降相同或稍低，因而對(duì)汽輪機(jī)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，在熱泵冷凝器的入口處應(yīng)設(shè)置安全閥等保護(hù)措施。

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℃，熱泵提升循環(huán)水余熱后的溫度難于達(dá)到，不可利用現(xiàn)成管網(wǎng)。對(duì)占熱力發(fā)電機(jī)組86%以上的非供熱機(jī)組這種主體機(jī)型，為循環(huán)水余熱利用而單獨(dú)鋪設(shè)供熱管網(wǎng)(除電廠廠區(qū)內(nèi)和廠址附近區(qū)域短距離供熱之外)不大可能。

(2)回收的凝結(jié)熱用于給水回?zé)嵯到y(tǒng)

另外一個(gè)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(jī)熱經(jīng)濟(jì)性。給水回?zé)嵯到y(tǒng)即是對(duì)此而設(shè)的，它對(duì)機(jī)組和電廠的熱經(jīng)濟(jì)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?zé)崮Y(jié)水，提高給水吸熱過(guò)程的平均溫度，并減少低壓抽汽用于回?zé)嵯到y(tǒng)的用汽量。

3采用蒸汽噴射熱泵對(duì)除氧器排汽進(jìn)行自動(dòng)回收

除氧器排汽造成了大量的工質(zhì)損失和熱能浪費(fèi)，既增加了補(bǔ)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(dāng)顯著。除氧器余汽回收系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了良好的除氧效果，又可解決噪聲污染等問(wèn)題，同時(shí)還可回收大量工質(zhì)及熱量。

除氧器廢汽回收和自動(dòng)排氧系統(tǒng)主要在實(shí)現(xiàn)除氧器自動(dòng)排氧的前提下，采用蒸汽噴射熱泵技術(shù)對(duì)除氧器排汽進(jìn)行自動(dòng)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(lái)攜帶被抽氣體，從而達(dá)到抽氣的目的。

蒸汽噴射式熱泵由噴嘴、接受室、混合室和擴(kuò)壓器四部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示闈。進(jìn)人壓縮器前壓力高的驅(qū)動(dòng)蒸汽以很高的速度從噴嘴噴出，進(jìn)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(dòng)蒸汽的動(dòng)能一部分傳給引射蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽和引射蒸汽進(jìn)人混合室中進(jìn)行速度均衡，伴隨著壓力的升高，混合流體進(jìn)人擴(kuò)壓器，壓力將繼續(xù)升高。在擴(kuò)壓器出口混合流體已形成一股居中壓力的壓縮蒸汽，此時(shí)蒸汽壓力已經(jīng)達(dá)到熱用戶要求而進(jìn)人供熱系統(tǒng)中。

目前采用針形閥對(duì)蒸汽噴射式熱泵供汽量進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)已經(jīng)成熟，運(yùn)行效果良好，并且結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。

3.2蒸汽噴射熱泵回收除氧器排汽的技術(shù)特點(diǎn)啊

(1)將噴射式熱泵技術(shù)用于除氧器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(dòng)汽壓力、除氧器壓力、供汽負(fù)荷等均在較大變工況范圍內(nèi)熱泵的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)將除氧器廢汽回收與自動(dòng)排氧系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，不但減少投資，而且增加設(shè)備運(yùn)行安全性。

(3)實(shí)現(xiàn)了除氧器的廢汽回收利用，提高了除氧器余汽的能量品位，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(dòng)力源用于汽動(dòng)給水泵驅(qū)動(dòng)、蒸汽吹灰等。

4采用吸附式熱泵對(duì)鍋爐連續(xù)排污進(jìn)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(bǔ)水方式和機(jī)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。電廠一般設(shè)計(jì)采用排污擴(kuò)容器對(duì)部分排污熱量與工質(zhì)進(jìn)行回收。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于運(yùn)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(yán)重浪費(fèi)和對(duì)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

固體吸附床相當(dāng)于壓縮機(jī)，對(duì)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(dá)到冷凝壓力后，制冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器，凝結(jié)后通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器。此時(shí)對(duì)吸附床冷卻使之吸附，床內(nèi)壓力降低，當(dāng)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(jī)的熱力系數(shù)已達(dá)1.2左右，在單機(jī)制冷量1000 kW以下的中小型制冷場(chǎng)合具有較高性能價(jià)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(diǎn)

(I)采用新型固體吸附式制冷技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，初投資低，耗電少，無(wú)污染，具有良好的節(jié)能與環(huán)保效益。

(2)可適應(yīng)擴(kuò)容器閃蒸汽壓力、液位和負(fù)荷大幅度變化，控制方便，安全可靠。

(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(wú)空調(diào)負(fù)荷期改作熱泵運(yùn)行，直接對(duì)電廠熱力系統(tǒng)供熱，可顯著提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。

(5)固體吸附式制冷回?zé)崃咳炕厥盏诫姀S熱力系統(tǒng)，無(wú)熱量浪費(fèi)。并且設(shè)備投資、維護(hù)費(fèi)用和耗電都較低。

5結(jié)論

(1)可以采用水源熱泵來(lái)回收凝汽器冷卻循環(huán)水的熱量。冬季可以用來(lái)供暖，鑒于其冷凝熱量大、集中的特點(diǎn)，盡量?jī)?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(yuǎn)距離輸送。遠(yuǎn)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(wèn)題，可以考慮利用熱泵技術(shù)來(lái)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(lái)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(guò)程的平均溫度，從而減少低壓抽汽用于回?zé)嵯到y(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(fèi)增加了補(bǔ)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(dāng)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。

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