电厂循环水源热泵区域供热系统研究

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1、电厂循环水源热泵区域供热系统研究清华大学胡鹏付林肖常磊北京科技大学张世钢摘要：根据热电联产电厂内存在大量循环冷却水余热（大部分为凝汽器排热）的现状，提出以电厂循环水为低位热源、利用热泵技术升温后供热的一种城市集中供热新形式。本文分析了循环水余热用于区域供热不同的系统形式及各自的优点和局限性，以北京市各大热电厂的调研结果为依据对循环水区域供热的总体节能和环保效益进行了估算，结合与传统区域供热方式的经济性比较，指出了热泵回收循环水余热用于区域供热的方式确实具备了大规模实施的条件。关键词：循环水水源热泵热电联产区域供热节能1.前言北京市拥有世界上规模最大的城市热网，其供热面积已达1亿平米。采暖

2、能耗占全市建筑能耗总量的约55％【1】。预计到2010年北京热电厂的供热能力都将达到极限，能源供需矛盾非常突出。而新建大型热电厂投资高、建设周期长，并受到城市环境容量的强烈制约。因此，开展能源的高效利用和循环利用，充分挖掘现有热电联产热源的能力，是降低建筑采暖能耗的重要途径之一。北京市的热电厂即使在冬季最大供热工况下，也必须有占电厂总能耗10～30％的热量由循环水（一般通过冷却塔）排放到环境。图1所示为一个典型的热电联产机组的能流分布。在该机组中有19％的燃料能量以废热形式通过循环水排掉。根据调研，北京的四大热电厂冬季可利用的循环水余热资源量就达1000MW以上。如果有效回收这部分余热量

3、，相当于在不新增电厂装机容量和不增加当地污染物排放的情况下，新增供热面积3000万平方米以上，同时节约大量因为蒸发而损失的循环冷却水，因此这是一种极具吸引力的城市集中供热新形式。图1热电联产机组能流分布图1—锅炉；2—凝汽式汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；6—除氧器水箱；7—锅炉给水泵2.系统基本形式2.1低真空运行回收余热方式由于正常情况下循环水的温度比较低（一般冬季20～35℃），达不到直接供热的要求，要用其供热，必须想办法适当提高其温度。目前在利用电厂循环水余热供热方面，国内外发展和应用比较多的是汽轮机组低真空运行，即降低排汽缸真空，提高乏汽温度，用排汽加热循环冷却水

4、作为热网热水，或将凝汽器作为热网的一级加热器，从而实现利用汽轮机乏汽余热供热的目的。汽轮发电机组低真空运行供热理论上可以实现很高的能源利用效率，国内外都有很多研究和成功运行的实例，技术已很成熟，但是该技术主要受到两方面的限制：首先，低真空运行机组类似于热电厂中的背压机组，其通过的蒸汽量决定于用户热负荷的大小，所以发电功率受用户热负荷的制约，不能分别地独立进行调节，即其运行也是“以热定电”，因而只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统；其次，凝汽式汽轮机改造为低真空运行循环水供热时，对小型机组和少数中型机组在经过严格的变工况运行计算，对排汽缸结构、轴向推力的改变、轴封漏汽、末级叶轮的改造等等方

5、面做严格校核和一定改动后，可以实行，但这种情况对现代大型机组则是一般不允许的，在具有中间再热式汽轮机组的大型热电联产系统中，凝汽压力过高会使机组的末级出口蒸汽温度过高，且蒸汽的容积流量过小，从而引起机组的强烈振动，危及运行安全。大型汽轮机组的循环冷却水进口温度一般要求不超过33℃，相应的出口温度在40℃左右，目前只有地板低温辐射采暖等少量高效供热末端装置能够适应这一温度范围，因此该技术的应用受到比较大的限制。2.2热泵回收余热方式提高电厂循环水温度用于供热的另一个方法是采用热泵技术，即以电厂循环冷却水为低位热源、利用热泵技术提取其热量后向高温热网供热。热泵供热技术的节能、环保特性已经得到

6、公认。电厂循环水与目前常用的热泵热源相比，具有热量巨大、温度适中而稳定、水质好、安全环保等优点，是一种优质的热泵热源。2.2.1热泵机组置于用户热力站图2循环水源热泵供热系统原理图1－热泵（用户热力站内）；2—凝汽式汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；循环水供热系统基本方案如图2所示，将热电厂的循环冷却水通过待建的一次循环水管网输送到设立在各个用户处的热力站，热力站内分别安装有吸收式热泵机组或者电动压缩式热泵机组。电厂循环水在相应的热泵机组中放热降温后，返回电厂凝汽器吸热升温后再输送到热力站。如此循环往复地将电厂凝汽器余热输送到用户热力站，热泵机组从循环水吸热并根据不同的用户采

7、暖末端设备的要求加热二次侧热水至不同的温度范围。例如北京地区，在针对地板低温辐射采暖的热用户，热泵机组出口水温达到40～50℃；而针对此采用暖气片的热用户，则要求热泵机组出口水温达到55～65℃。2.2.2热泵机组置于电厂内图3循环水源热泵供热系统原理图B1－热泵（设置在电厂内）；2—凝汽式汽轮机；3—发电机；4—凝汽器；5—凝结水泵；6—热网水泵；7—二级热网换热器；8—第n级热网换热器当电厂附近没有合适的或者足够规模的热用户时，