吸收式热泵技术在热电联产供热系统中的应用

吸收式热泵技术在热电联产供热系统中的应用 吕向阳, 吴华新 (同方人工环境有限公司, 北京 100083) 摘要: 介绍热电联产相结合的吸收式热泵供热技术, 并结合实例工程的计算与分析, 指出该技术在理 论和实际应用中的可行性, 该方法可回收利用大量冷却水的低温余热, 大大增加现有热源的供热能 力。 关键词: 热电联产; 吸收式热泵; 冷却水; COP 中图分类号: TK249; X706? 文献标识码: B? 文章编号: 1004- 7948( 2010) 06- 0069- 03 1问题的提出 热电联产集中供热方式具有很高的经济性和 环保性, 是目前我国城市集中供热的主要形式 1; 同时我国北方地区的供热能耗巨大, 是节能减排的 重点。在城市的建设中, 不断扩大的用供热规模与 现有热源有限的供热能力、 城市热网有限的输送能 力之间的矛盾日益突出。如何在保证现有热源与 现状热网不变的情况下, 进一步增加热源供热能力 和提高热网输送能力是广大工程技术人员需要思 考的一个重要问题。先进的吸收式热泵供热技术 的应用为此类问题提供了一个重要的解决思路。 2与热电联产相结合的吸收式热泵供热技术 热电联产的供热方式主要分两种, 即汽轮机的 背压供热和抽气供热。背压供热汽轮机排汽压力 需高于大气压力, 如不考虑动力装置及管路的热损 失, 理论上其热能利用率可达 100 %, 但由于热、 电 负荷相互制约等原因, 在我国应用较少。抽气供热 是热电联产领域主要的供热方式, 它主要是通过汽 轮机上可调节抽气量的的抽气口进行抽气, 供热原 理如图 1所示。 ? 此方式依然有大量冷却水的低温余热通过冷 却塔排向外界, 若能对其加以再回收利用, 则可在 热电厂规模不变的情况下, 大大提高冬季热源的供 热能力; 同时, 该供热方式的设计供、 回水温度一般 为 130/70? 、 110/70? 、 120/60? 等, 若能将热网 供回水温差提高至 100? 以上, 则热网的供热输送 能力可提高约 1倍基于此 清华大学的江亿院士 与付林教授等人在 京能赤峰热电厂利用基于吸 收式循环技术向城区供热工程可行性研究报告 ! ( 2009年 4月 )中提出了基于热电联产的吸收式热 泵供热技术, 其原理如图 2所示。 ? ? 该技术不仅需在热电厂增加吸收式热泵机组, 还需要改造传统的换热站, 更换其中普通水 - 水换 热机组为大温差吸收式换热机组目前 该技术已 69 2010年第 6期 (总第 335期 ) ? ? ? ? ? ? ? 节 ? ? 能 ENERGY CONSERVAT I ON? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 在赤峰热电厂得到应用, 在京能赤峰热电厂的基于 吸收式循环供热技术实验工程项目鉴定报告中, 鉴 定专家给出了很高的评价, 但其工艺复杂, 易受投 资、 现场条件等多因素的制约。如果通过技术优化 调整, 并结合热电厂实际工程、 现场条件等特点, 可 采取如图 3 、 图 4所示供热方式。 ? 目前, 图 3系统在阳泉已有应用实例, 而图 4 系统在河北承德等地也有由同方人工环境有限公 司成功实施的类似案例。它们的特点是: 由于吸收 式热泵机组回收了大量低温余热, 可大幅度提高热 源的供热能力; 经过系统的调整优化, 可大幅度拓 宽吸收式热泵在热电联产领域的应用范围。 3实例分析 京能赤峰热电厂冬季冷却水量约 2880m 3 /h , 进出冷却塔水温分别约 35? 和 25? , 汽轮机抽气 压力 0?3 0?5MPa(饱和蒸汽 )。距热电厂 3km有 一新建小区, 采暖面积 80万 m 2, 设计供 /回水温 80/60? 。若新建锅炉房, 则耗能高、 污染大, 属国 家限建项目。若以该热电厂为热源, 则电厂热负荷 明显不足, 抽气量仅可供 45万 m 2。 通过分析, 拟决定: 在热电厂新设 1个吸收式 热泵机房, 回收冷却水余热, 提供建筑采暖; 敷设部 分蒸汽管路和余热水管路, 引入吸收式热泵机房; 新敷设 3km的外网系统, 将吸收式热泵制取的 80/ 60? 循环水接入用户管路系统。 3?1计算分析与设备选型 根据 现 场 资 料 和 行 业 规 范: 供 热 面 积 80万 m 2, 热指标取 60 W /m2, 则用户采暖负荷共计 48 MW。 根据低温余热水、 用户侧热水和蒸汽的参数可 知: 吸收式热泵制热系数 COP约 1?8 , 故热泵系统 回收低温余热水的热量为: Q0= Q # ( COP- 1) /COP( 1) 式中: Q0 低温侧吸热量, W; Q 供暖负荷, W; COP 吸收式热泵制热系数, 由运行工况确 定。 低温余热水按 10? 温差提取热量, 则耗水量 由式 ( 2)计算: m = Q0/(C # ?T )( 2) 式中: m 余热水耗水量, kg ; C 水的比热容, 取 4?187kJ/( kg ? ); ? T 余热水提取温差, 取 10? 。 经计算, 设计工况下系统低温侧吸热量为 21?4 MW, 所需余热水 1834m 3 /h 。而热电厂冷却水 水量 2880m 3 /h , 水量足以满足需求。系统需敷设 3km的外网系统, 由负荷可确定外网主干管管径为 DN600 。由于余热水管路和蒸汽管路敷设在热电 厂内, 管线较短, 下文分析初投资时已含在热泵机 房内。吸收式热泵系统的制热量需求为 48 MW, 根 据需要, 选取该工况下制热量为 12 MW 的吸收式 热泵机组 4台 (型号和相关参数略 )。 3?2经济和环境效益分析 3?2?1初投资计算 ( 1)吸收式热泵系统。投资概算如表 1所示。 ? ?( 2)传统热电联产方式。 传统热电联产方式热源侧主要设备是汽 - 水 换热器 按行业经验分析 换热首站 ( 80万 2 建筑 70 节 ? ? 能 ENERGY CONSERVAT I ON? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2010年第 6期 (总第 335期 ) 采暖面积 )初投资约 900万元; 外网与吸收式热泵 系统的相同, 约 300万元, 系统投资共计 1200万 元。 表 1? 吸收式热泵系统投资概算 设备名称数量单价 /万元 合计 /万元 吸收式热泵4台4001600 附属设备1项8080 机房设备及管道安装工程1项200200 机房电气及自控工程1项8080 外网管线工程3k m0?1300 合计2260 3?2?2运行费分析 运行费的测算依据如下: 电价 0?5元 /k Wh, 热 价 50元 /GJ , 水价 3元 / , t 采暖期 144d 。整个采暖 季的理论供热量可按式 ( 3)计算: Qn= 24 #Qn%# ( tn- tpj) /( tn- tw) #N( 3) 式中: Qn 年供热量, k W h ; Qn% 热负荷, k W; tn 室内设计温度, 取 tn= 18? ; tpj 当地采暖季室外平均温度, ? ; tw 采暖计算温度, ? ; N 供暖天数, d 。 ( 1)传统供热方式与吸收式热泵供热方式运 行费分析 (见表 2)。 表 2? 传统方式与吸收式热泵供热方式供热运行费对比 名称 负荷 /MW 热能耗量 热价 /元 GJ- 1 运行费 /万元 传统供热系统48112803840k Wh502030 吸收式热泵系统48101053蒸吨501160?6 ? 传统方式供热运行费共计 2030万元, 合 25?4 元 /m 2。 采用吸收式热泵技术, 通过机组满负荷运行时 的蒸汽耗量和供热系数计算出年耗量, 并换算为热 量后, 可计算出年运行费。另外, 若采用吸收式热 泵技术, 机组需耗少量电能, 电费 W = 48 # 24 # 0?68# 144# 0?5/10000 = 5?6万元。 为比较方便, 系统水泵能耗忽略未计。吸收式 热泵运行费共计 1166?2万元, 合 14?5元 /m 2。 ( 2)吸收式热泵节约水费分析。 由于吸收式热泵从低温侧吸热, 循环水闭式循 环, 还可减少大量系统补水。补给水量分为飞溅损 失和蒸发损失 (占主要部分 )两部分 正常情况下 其值约等于循环水量的 1 % 2 % 。 水源侧需冷却水流量约 1834m 3 /h, 经分析计 算可减少蒸发、 飞溅损失等约 30m 3 /h 。按照该地 水价计算, 年节约水费约 31万元。 3?2?3经济性对比与环境效益分析 (见表 3) 表 3? 吸收式 - 传统方式经济性对比分析万元 名称初投资运行费用节约水费 传统供 热方式 120020300 吸收式热泵 供热系统 22601166?231 与传统方式对比1060- 894 ?8 ? ? 综上所述, 如果采用吸收式热泵供热技术, 则 需投资 2260万元, 而传统方式约 1200万元。但吸 收式比传统供热方式年节约运行费约 895万元, 静 态投资回收期不到 2年。 吸收式热泵通过消耗部分蒸汽热能, 回收热电 厂冷却水的低温余热资源, 不仅满足了热电厂 80 万 m 2 的供热能力, 而且还减少大量运行费。同 时, 采用该技术每年还可节约标煤耗量 5940, t 减少 大量污染物的排放: 二氧化碳 15444, t 一氧化碳 8?3, t 二氧化硫 50?5, t 氮化物 44, t 硫化氢 2?97, t 粉 尘 65?3, t 具有显著的环境效益。 4结论 传统热电联产方式相比, 采用吸收式热泵结合 的技术, 可增加供热效率 50 % 左右, 提高冬季供热 能力 (设计工况下 ) 40 % 以上。如果同时提高热网 供 /回水温差至 100? , 则可提高热网 1倍的输送 能力。 通过实例分析, 吸收式热泵供热技术运行费用 低, 固定成本投资的回收期为 2年左右。 先进的吸收式热泵与热电联产相结合的集中 供热技术, 能源利用率提高, 比常规热电联产供热 方式大幅度减少运行费。该技术符合国务院关于 加强节能工作的决定中所指出的大力推进节能技 术进步, 全面实施重点节能工程, 区域热电联产、 余 热余压利用的方针, 是一种值得大力推广的节能供 热新技术。 作者简介: 吕向阳 ( 1982- ), 男, 河北人, 硕士研究生, 研究 方向: 暖通空调、 集中供热、 工业余热利用。 收稿日期: 2010- 04- 01; 修回日期: 2010- 05- 06 71 2010年第 6期 (总第 335期 ) ? ? ? ? ? ? ? 节 ? ? 能 ENERGY CONSERVAT I ON? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? conditioning automation sy stem which containd dry condition fan?co il and evaporative coo ling fresh air handing units in an office building of x i%an. The project enable thematerial application and automatic contro l closely linked . d . . d . It ensured sy stem ic security and the best energy? sav ing. The pro ject example laid the foundation for the application of sem i?central evaporative coo ling air conditioning system inm iddle?hu? m idity areas . K ey words :sem i?centra l evapo rative coo ling air conditioning sys? tem; evaporative cooling fresh air handing units ; dry condition fan? co i; l evapo rative chiller ; PLC; K I NGV I EW 36 Co mmon view errors analysing which occur in construction electric 10kV distribution syste m design and equipm ent type choice CHEN Ru?zhong, ZHANG Liang?cheng (X iamen International Airport Co . Ltd . , Xiam en 361006, China) Abstract :The autho r attem pt to sort and genera lize parts of common v iew erro rwhich construction electric draw ings being delivered to e? lectric managem ent department for exam ining. Analy zing the reason for error occur and provide som e modification suggestion. T ry to sup? ply som e reference and help to designers , in order to reduce error and speed up the procedure of designing and draw ing s exam ining. K ey words :electric distribution system; electric design; equipment type cho ice; common v iew error analyze 40 Urban road lighting engineering synthesis and analysis of energy?saving FU Rong?we, i ZHANG Zhen?qiang (BeijingNor m alUniversity , ZhuhaiCam pus , Zhuhai519000, China) Abstract :This article on urban street lighting energy?saving pro jects , to be encountered in a comprehensive analysis of the situation and e? labo rate, invo lv ing modern techno logy, energy?sav ing lights , energy? sav ing products supplier po int of view, street management po int of v iew, and the author form any years engaged in energy?sav ing lamp pro ject experience. A s the huge m arket of China% s energy?sav ing lights , despite the relatively sho rt ti m e to come, but it is difficult and tortuous path o f recent years , in order to m ake this pain as soon as pos? sible in the pas, t the autho rs comprehensive analy sis of energy?sav ing w ork in som e “ erro rs“ in the hope to energy?sav ing w ork of our lights back on track as quickly as po ssible, there is som e suppo r. t K ey words :energy sav ing lamp; lighting energy conservation ; light? ing energy saving techno log ies ; urban lighting 46 The technology i mprove m ent of blast furnace gas ?fired Combined Cycle Power Plant REN Qiang, ZHANG Le, i YAN Chen?shua,i et a.l (The Energy Center ofHandan Iron techno logy design ; integrated electricity genera? tion; runing 57 Energy saving and environ m entalproteetion perfor m ance evaluation of the type coal boiler JIANG Tao (Dandong Energy Conservation Supervision Center , Dandong 118000, China) Abstract :Populariz ing and using env ironm ental protection product that likes type coa l boiler , not only consider the env ironmental protec? tion index, but also consider the problem of not env ironm ental protec? tion aspec. t The no t env ironm ental protection problem usually restricts the achieve of env iron m ental protection index. Key words :the type coal boiler ; energy?saving; env ironmental pro? tection problem; perfor m ance evaluation 63 Energy conservation and e m ission reduction approach for coal?fired industrial boilers SUN De?gang (Liaohe Oilfield Co m pany Engineering Depart ment of Shenyang, Shenyang 110316 , China) Abstract :The energy consumption structure is coal?based in China. Industrial bo ilersw ith coal as fuel are them ajor air po llution sources . A ccording to China%s coal?fired industrial bo ilers present situation, it propo ses them ain way s of energy conservation and