吸收式熱泵回收發(fā)電機余熱探討

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1、吸收式熱泵回收發(fā)電機余熱探討匡勝嚴(1)蒲文雄(2)(遠大空調(diào)有限公司,湖南長沙410138;遠大能源利用管理公司,北京100086)摘要:吸收式熱泵是一種以溴化鋰吸收式技術(shù)為基礎(chǔ),以熱能作為驅(qū)動能源,通過回收低品位的熱量,來制取滿足采暖或工藝用中、高溫?zé)崴?,實現(xiàn)余熱回收利用、從低溫向高溫輸送熱能的供熱設(shè)備。電廠發(fā)電機組能耗高,一次能源效率只有35%左右,大部分熱能都通過冷卻水排放到環(huán)境中,形成巨大能源浪費和環(huán)境污染。吸收式熱泵能回收冷卻水的熱量并用于城鎮(zhèn)集中供熱,對于電廠降低采暖煤耗意義重大。關(guān)鍵

2、詞:吸收式熱泵、發(fā)電機余熱、余熱回收0引言北方的集中供暖是我國建筑能耗最大的領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計,全國供熱面積約75億平方米,能耗達到1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,占全國能耗的7%,全國城市建筑能耗的40%。隨著全國城鎮(zhèn)化不斷的推進,總的供熱面積及能耗還將進一步增加。我國集中供熱方式主要有燃煤鍋爐、水源熱泵以及熱電聯(lián)產(chǎn)等。這三種方式中,燃煤鍋爐的供熱一次能耗超過145g標(biāo)煤/kWh;水源熱泵的供熱一次能耗為110~150g標(biāo)煤/kWh;熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱一次能耗為85~120g標(biāo)煤/kWh。雖然熱電聯(lián)產(chǎn)是目前國內(nèi)供熱效率最

3、高和最主要的供熱形式,但其部分熱量通過冷卻水排放到環(huán)境大氣中,仍然存在很大的節(jié)能空間。如果能將冷卻水的熱量回收利用并用于采暖,將對供熱系統(tǒng)形式產(chǎn)生革命性變化。1.吸收式熱泵簡介吸收式熱泵不同于電壓縮式熱泵,它是以熱能作為驅(qū)動熱源的設(shè)備。吸收式熱泵和吸收式制冷機的原理上都是以溴化鋰吸收式技術(shù)為基礎(chǔ),只是兩者工況不同而已。吸收式熱泵主要由發(fā)生器、吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器及其它輔助設(shè)備組成(如圖1)。發(fā)生器內(nèi)輸入驅(qū)動熱源,溴化鋰溶液被加熱至140℃產(chǎn)生水蒸汽和濃溴化鋰溶液。在蒸發(fā)器內(nèi)真空度非常高,來自冷凝器

4、的冷劑在高真空環(huán)境中蒸發(fā),吸收低溫?zé)嵩吹臒崃?。發(fā)生器產(chǎn)生的濃溶液在吸收器內(nèi)吸收來自蒸發(fā)器內(nèi)的蒸汽放出熱量加熱中溫水。中溫水被加熱后進入冷凝器將發(fā)生器來的蒸汽冷凝成冷劑水,中溫水第二次被加熱。吸收式熱泵能獲得比低溫?zé)嵩锤?0~60℃且低于95℃的熱水。由于中溫水的熱量來自于兩部分,一部分回收低溫?zé)嵩吹臒崃?,另外一部分來自?qū)動熱源。因此吸收式熱泵供熱COP(中溫水熱量/驅(qū)動熱量)可達到1.6~1.8,而傳統(tǒng)的供熱模式僅有0.9。由此可見吸收式熱泵供熱具有巨大的節(jié)能優(yōu)勢。圖1.吸收式熱泵組成及原理2.吸收

5、式熱泵回收發(fā)電余熱的應(yīng)用汽輪發(fā)電機和燃氣發(fā)電機都是以燃燒一次能源來獲取電力發(fā)電設(shè)備。在燃燒一次能源中都會產(chǎn)生大量的余熱。抽凝式熱電機組電力輸出為30%,供熱輸出為30%,排氣冷凝損失為20%,其它損失占20%;純凝式汽輪機組發(fā)電效率為38%,排氣冷凝損失45%,其它損失17%;燃氣渦輪機發(fā)電效率為30%,煙氣排熱損失55%,其它損失15%。發(fā)電機的余熱以低溫冷卻水或高溫?zé)煔獾男问脚懦?,這兩部分熱量正好可以作為熱泵機組的低溫?zé)岷万?qū)動熱源加以利用。2.1與抽凝式機組結(jié)合的吸收式熱泵系統(tǒng)吸收式熱泵與抽凝機

6、組配套產(chǎn)生80℃左右的中溫水作為集中采暖用水已在北方開始得到應(yīng)用。傳統(tǒng)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)(如圖2)都是通過從抽凝式機組中抽出的蒸汽作為加熱源,通過換熱器來加熱采暖水。此種模式雖然一次能源效率高于熱水鍋爐,但仍有20%的熱量通過冷卻水排到環(huán)境中。圖2.傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)圖3為采用吸收式熱泵機組后的系統(tǒng)示意圖。吸收式熱泵以蒸汽發(fā)電機的抽汽(0.1~0.8MPa)為熱源驅(qū)動吸收式熱泵,將電廠冷卻水作為低溫?zé)嵩?,采暖水?jīng)吸收式熱泵后由50℃提升到80℃。圖3吸收式熱泵與抽凝機組配套系統(tǒng)與傳統(tǒng)的熱電聯(lián)供模式相比,吸

7、收式熱泵回收了冷卻水的熱量,將原一次能源效率由60%,提高到80%(發(fā)電效率28%,供熱輸出30%,新增供熱22%,其它損失22%)。以某熱電廠為例,采用5臺單機供熱量為14MW的吸收式熱泵機組供熱。電廠冷卻水溫度為24/31℃,驅(qū)動蒸汽壓力為0.8MPa,將47℃的采暖水提升到83℃。整個項目回收冷卻水的熱量為23MW,新增供熱面積40萬平米,年節(jié)省采暖標(biāo)準(zhǔn)煤1.5萬噸,減排二氧化碳4萬噸,年采暖收益達1000萬元,2年收回全部投資成本,取得很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。據(jù)統(tǒng)計,全國熱電機組裝機容量為

8、16655萬千瓦,我國三北地區(qū)約有141臺純凝機組(4466.7萬千瓦)可以改造成熱電機組(單位投資130-220元/萬千瓦,改造周期2-3個月)[1]。如將發(fā)電機的冷凝熱回收用于采暖,將新增供熱面積20多億平米,年節(jié)標(biāo)煤1.2億噸以上。2.2與燃氣輪機結(jié)合的吸收式熱泵系統(tǒng)吸收式熱泵機組是以熱能為驅(qū)動熱源,不但可以使用蒸汽、熱水,還可使用高溫?zé)煔鈦碇苯域?qū)動。燃氣渦輪機發(fā)電后,產(chǎn)生的廢熱主要是以高溫?zé)煔獾男问脚欧拧煔鉁囟葹?00~500℃可以作為吸收式熱泵的驅(qū)動熱源,

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