蒸汽驱动型压缩式热泵在热电厂余热回收中的应用

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1、蒸汽驱动型压缩式热泵在热电厂余热回收中的应用张伟平邓伟鹏孙静摘要：本文介绍了蒸汽驱动型压缩式热泵的原理及其节能优势，并对热电厂余热回收的典型案例进行分析。采用蒸汽作为驱动能源回收热电厂冷却水余热，[1]不仅实现了废热量的回收再利用，而且避免了发电汽轮机的冷端损失，提高了热电厂的综合能源利用率，对热电厂的节能、降耗和减排事业有重大意义。关键词：蒸汽驱动压缩式热泵机组汽轮机节能减排1.概述传统热电厂使用冷却水将发电汽轮机乏汽中所蕴含的热量通过冷却塔排放到空气中，这造成了热能和水资源的巨大浪费。一般纯凝热电厂，其冷端损失可达50%以上。回收热电厂冷却水中的低品位余热用于集中供暖，不仅可以避免能源浪

2、费、提高热电厂的综合能源利用率，更可在保留原有设备的情况下增加热电厂的供热能力。以多级离心式热泵为代表的蒸汽驱动型压缩式热泵，凭借其高可靠性及大温差提升能力，为热电厂冷却水余热回收集中供暖应用开辟了新途径。压缩式热泵机组通过氟利昂蒸气压缩式制热循环，从热源水中提取低品位热能，并将提取的热量连同压缩机压缩功一同释放到热网回水中，用于热水加热。从而实现余热回收集中供暖的目的。2.蒸汽驱动压缩式热泵机组介绍2.1蒸汽驱动压缩式热泵机组原理[2]蒸汽驱动的热泵机组与电驱动热泵机组的构造、原理以及循环流程都是相同的，其不同之处在于：蒸汽驱动压缩式热泵机组的驱动能源是蒸汽，而不是电能，具有一定压力和温度

3、的蒸汽推动汽轮机做功，汽轮机的功率输出给压缩机，压缩机为热泵制热循环提供动力。图1：蒸汽驱动压缩式热泵机组流程图2.2蒸汽驱动离心式热泵机组的特点蒸汽驱动的多级离心式热泵机组在暖通空调、石油化工、区域能源等多个领域有着广泛的应用，具有大制热量、大温度提升能力的特点。由于压缩机采用多级叶轮，能够实现大于70℃的温度压头（温度压头指热泵冷凝器热水出水温度和热泵蒸发器热源水出水温度的差值）。蒸汽驱动的压缩式热泵机组的驱动撬块（主要包括驱动设备、压缩机和控制中心）和换热容器（主要包括蒸发器、冷凝器以及中冷器）可分开放置，其灵活的安装方式可以满足不同客户的多种多样的现场需求。蒸汽驱动的压缩式热泵机组单

4、机制热量大、运行稳定、使得整个供热系统流程简化，设备故障率低，适合对安全、可靠性要求较高的城市集中供暖应用。图2：蒸汽驱动的压缩式热泵机组图3：多级离心式压缩机3.蒸汽驱动和电力驱动压缩式热泵一次能源使用率分析和电驱动热泵机组相比，蒸汽驱动压缩式热泵机组采用蒸汽直接驱动，避免了发电机组的冷端损失和电力输送损失，提高了能源利用率，而且利用蒸汽驱动压缩式热泵机组的余热回收系统可以制取超过100℃的高温热水。3.1电机驱动型压缩热泵一次能源利用率分析以火力发电为例，电厂通过锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，以热泵机组制热效率（热泵机组制热量和驱动功率比值）为5.0为例，则电机驱动热泵机组的能源使用率分析

5、如下：100%的一次能源（煤），进入锅炉产生蒸汽，锅炉损失10%；发电效率（煤电转换率）取35%，另外55%的能量通过冷却塔排放到空气中去。35%的电能用于驱动热泵机组可以回收140%的余热量，热泵机组的总供热量为175%。3.2蒸汽驱动型压缩式热泵一次能源利用率分析仍以煤作为一次能源，燃煤锅炉产生蒸汽，蒸汽直接驱动热泵机组。以热泵机组制热效率（热泵机组制热量和驱动功率比值）为5.0为例，则蒸汽驱动型热泵的能源使用率分析如下：100%的一次能源（煤），进入锅炉产生蒸汽，锅炉损失10%；蒸汽蕴含能量的30%转化为有用功，则可以用来驱动热泵机组的能量占一次能源的27%，通过热泵可回收108%的余

6、热，产生135%的热量。蒸汽中另外含有的70%热量直接放热，则可实现的供热量占一次能源的63%。则蒸汽驱动型热泵提供制热量为198%。3.3小结通过上述分析可知：在相同热泵制热效率的情况下（制热COP取5.0），蒸汽驱动压缩式热泵机组利用1kw的一次能源（煤）可以得到将近1.98kw的供热量，而电驱动热泵机组利用1kw的一次能源（煤）可得到1.75kw的供热量。在集中供暖领域应用，蒸汽驱动方式能够实现更高的一次能源利用率。4.热电厂余热回收集中供暖案例分析4.1项目背景北方某城市热电厂有4台发电机组，改造前从#3机（C12-3.43/0.981）和#4机（C25-8.83/0.98）抽汽供暖

7、，换热首站的供热能力为100万平方米，抽汽参数0.98MPa，300℃，供热抽汽量60吨/时。预计到2014年，换热首站的供热能力要扩容至200万平米，热网实际的供回水温度95℃/55℃，其供热缺口有100万平方米，供热的峰值负荷大约需要增加40MW。4.2蒸汽驱动型多级离心式热泵供热改造项目说明在不增加新热源和供热抽汽量的前提下，只有回收冷却水中的余热可以增加供热负荷。由于住宅供热的负荷系数在0.7~0.8