204 污水源热泵型热电冷联供系统的应用研究

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1、污水源热泵型热电冷联供系统的性能研究赵玺灵资助：国家自然科学基金（U0970152）和北京市自然科学基金资助（3092013）1，付林1，张世钢1，李锋1，朱建章2，黄保民2(1清华大学建筑技术科学系，北京市100084；2铁道第三勘察设计院，天津市300000)摘　要：建筑热电冷联供技术中的一个关键问题是如何配置一个高效的系统。文章提出了一种新的热泵型热电冷联供系统，该系统在发电的同时，冬季工况下，利用余热驱动吸收式热泵提取污水中的低品位热量用于供热，夏季工况下，利用余热驱动吸收式热泵制冷，同时将热量散至污水中，实现了清洁能源与废热资源高效、综合利用。本文根据

2、建筑实际的用能需求，配置了一套污水源热泵型热电冷联供系统，分析研究了系统的综合性能，研究结果表明，该系统能充分利用天然气这种高品质能源,系统的能源利用效率较常规热电冷联供系统供热效率可提高约50%以上。关键词：分布式能源；热电冷联供；原生污水；吸收式热泵.0前言建筑热电冷联供技术（Buildingcombinedcooling,heatingandpower，BCHP）中的一个关键问题是如何配置一个高效的系统。然而，对于常规BCHP系统，夏季工况，在制冷环节利用吸收式制冷机来制冷，在冬季工况，吸收式制冷机做直燃工况运行，相当于仅作为锅炉投入使用，对烟气余热利用效

3、率较低，将烟气的热量利用后往往直接排出系统，排烟温度约为150℃~170℃左右，就使得150℃~170℃左右的烟气余热无法利用，而且直接排出系统还造成一定的环境污染问题。如何以较小的代价最大限度的回收烟气的余热，国内外很多专家和学者对烟气余热回收理论和应用技术做了大量的工作[1-3]。如果可以进一步挖掘烟气余热将会大大提高BCHP系统的供热效率和能源利用率。1热泵型热电冷联供系统基于这样的考虑，在专著[4]中提出了一种热泵型天然气热电冷联供的新流程，如图1所示，较高温度的排烟（500℃左右）通过余热锅炉（高温烟气换热器）换出的蒸汽热量进入吸收式热泵的发生器，作为

4、热泵的驱动热源。如果采用的是烟气型吸收式热泵，则高温烟气直接在高压发生器换热并作为热泵的驱动热源。换热后的烟气（温度在200℃左右）再进入烟气冷凝换热器，进一步将显热和潜热释放给热泵，降低至较低温度（可在30℃以下）后排到大气中。与传统热电冷联供系统相比，供热工况下系统效率可提高10％以上。进一步文献[5]对这种热泵型热电冷联供系统进行了详细的实践研究，得到了一些可以指导系统配置和运行的实践理论。在对该系统的实践研究的过程中发现，作为高温驱动热源的烟气热量与在低温段烟气回收的冷凝热量存在着不匹配的现象，即高温烟气作为驱动力可以回收更多低品位的烟气余热，而排出吸收

5、机的烟气中回收的余热量是不足以提供足够的低位热源。图1热泵型天然气热电冷联供系统同时，在城市中，在具有例如土壤源、污水源等低位热源可以利用的地方，发展了一定程度的电动热泵技术，利用电作为驱动力来提取浅层低温能或者污水能来用于供热。在这类系统中，存在着电能消耗大，经济性差等显著问题。因此，我们就考虑到，利用热泵型热电冷联供系统中剩余的驱动能力，在回收烟气余热的同时，回收部分其他土壤源或者污水源等低品位热量，这样就既解决了热泵型热电冷联供系统仅回收烟气余热不匹配的问题，同时又不需要耗大量的电来回收低品位余热，对于热电冷三联供系统而言，这部分新增供热量是不需要代价的，

6、其节能效果和经济效果将会更加显著。2污水源热泵型热电冷联供系统流程文章提出了一种新的热泵型热电冷联供系统，该系统充分挖潜了余热废热资源，同时解决了两大问题，实现了清洁能源与废热资源高效、综合利用。该系统由燃气发电机、吸收式热泵、烟气冷凝热回收装置、污水源余热回收系统等其他辅助设备组成，系统原理如图2所示。图2污水源热泵型热电冷联供系统原理图在冬季工况下，天然气进入燃气发电机中发电，在发电的同时，排出较高温度的烟气，利用这部分高温烟气驱动吸收机做热泵工况运行，回收污水中的低品位热量，同时将排烟中的烟气冷凝热量回收，供出一种中间温度的热水用于采暖使用，经过吸收机的排

7、烟进入烟气余热回收装置中，将回收的烟气余热送至吸收机的蒸发器侧作为低位热源，最终系统的排烟温度可以降低至25℃；夏季工况下，天然气发电后，利用高温烟气排出的余热驱动吸收式热泵制冷，同时利用污水做了环境冷源，将热量散至污水中。整个系统中的主要设备冬季、夏季都运行，起到了一机两用的效果，大大避免了设备的闲置率，提高利用率。在这套系统中，除了常规热电冷联供设备外，污水源余热回收系统是比较关键的。污水源余热回收系统的详细流程如图3所示，该系统的主要设备包括：污水换热器、阻垢机、及相应的泵和切换阀门组构成。原生污水经过污水一级泵送入污水阻垢机,经阻垢机将污水中的大孔径污物

8、滤出送回到污水源中,经过