循环冷却水热泵技术.doc

循环冷却水热泵技术一 技术原理及特点热泵技术是近几年在我国得到广泛应用的一项节能型新技术。其工作原理是利用低温水为热源，达到向建筑物供冷和供暖的目的，实质上是一种以消耗一部分高质能(机械能、电能或高温热能等)作为补偿，通过热力循环，把环境介质(循环冷却水)中存贮的低品位能量加以发掘、利用的装置，因此它可以充分利用地址能量而节约高位能量。热泵作为一个能量的“搬运工”，可以实现能量的逆向传递，即由低温物体向高温物体的传递的功能。循环冷却水热泵技术是水源热泵，常见的有压缩式和吸收式两种。1. 吸收式热泵工作原理：吸收式热泵依据产生工质蒸气热源的不同分为两种形式(如图所示):第一类是工质蒸气的发生需要消耗部分高质热能；第二类产生工质蒸气的热量是由低品位的余热热源提供。中国在应用中以第一类为主，它由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器以及溶液换热器等设备组成。在蒸发器中，利用近一半的废热使水蒸发，生成的水蒸气进入吸收器被浓工质吸收，吸收时放出的热量返回生产过程重新利用；吸收水蒸气后的稀工质溶液，流经溶液换热器并与浓工质溶液换热后进入发生器；在发生器中利用另一半废热将稀溶液蒸浓，蒸发的水蒸气进入冷凝器冷凝，放出的热量被冷却水带走排向环境；冷凝器流出的凝液及发生器流出的浓工质溶液，分别用泵送回蒸发器和吸收器,进行循环。图1 吸收式热泵工作原理图技术指标：致热系数值一般在2.0左右，即消耗1份蒸气，可从低温热源提取1份热量，供给热用户2份的热量，比应用板式换热器或者气水换热器供暖消耗蒸气量减少一半。吸收式热泵的优点是，可能利用温度不高的热源作为动力；除功率不大的溶液泵外没有转动部件，耗电量低，无噪声。缺点是热效率低，一般适合于规模大的供热系统。2. 压缩式热泵工作原理：低温低压的制冷剂(常用氟利昂类等工质)通过蒸发器从低位冷源吸热蒸发升温后进入压缩机，被绝热压缩成高温高压蒸汽，然后进入冷凝器向高位热源放热冷凝后，经过节流膨胀阀绝热节流降温降压成低干度的湿蒸汽，再通过蒸发器从冷源吸热蒸发，如此循环。图2 压缩式热泵循环流程图技术指标：它的致热系数值将近3.5，也就是消耗1份电能可从低温环境提取2.5份热量，供给用户3.5份热量。压缩式热泵较吸收式热泵设备简单，控制便捷，但需要消耗优质的电能，在具备蒸气源的区域采用吸收式蒸气动力热泵投资少，运行费用低，节约蒸气50%，效果显著。可见两种热泵机组各有优缺点，应该结合地区和环境实际，统筹规划，本着技术上可行，经济上合理的原则选择合适的热泵机组加以应用。二 技术发展应用现状国内利用热泵技术回收循环水余热供热的研究方兴未艾，清华大学基于吸收式热泵回收循环水余热的供热技术。先后在内蒙古赤峰及山西大同等电厂实施，大大提高了其供热能力；北京、山西等地的多家电厂采用吸收式热泵机组吸取循环水余热用于供热的实践工程已经取得了良好的企业效益和社会效益，在节能与环保方面率先垂范，如大同某电厂的余热利用项目年节水效益331.2万元，年节约标煤6.8万t，年二氧化碳减排17万t。但热泵技术回收电厂循环水余热的研究还处于初始阶段，电厂试点值得进一步推广，很多问题还有待于继续研究。三 技术适用领域油田、炼化企业（电厂、钢铁企业、化工企业等）、印染、轮胎制造、制药等行业。钢铁企业在炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧、自备电厂等各单元均有大量的低热工业循环冷却水，虽然其品位不高，但所蕴含的热能是具大的。可以通过热泵技术加以利用。四 典型项目效益1. 以年产量100万t钢材，供暖面积为17万m2(其中办公楼3.5万m2)的某钢厂暖供热系统改造为例。该钢厂下属各厂的工业循环水总量约为1.8万m3/h，冬季水温在1840之间。根据企业的热负荷25.69MW，选择高温干式普通水-水型热泵机级10台SM(G)-700LR型热泵机组供暖。节能计算：采用热泵机组将低热值工业循环水中的热量提取出来，对采暖用水进行加热，以替代原来用于加热取暖水的蒸汽本工程实施前，该钢厂的采暖全部靠公司动力电站的锅炉提供蒸汽解决。17万m2的采暖面积，按照其不同用途计算后的总热负荷为25.69MW/h，换算后需消耗蒸汽42t/h。该钢厂全年采暖为210d，每年取暖蒸汽消耗量约为21.17万t/a。按照低压蒸汽折标系数为：0.129 kgce/kg计算，这一部分蒸汽折合标准煤2.73万t/a。由于本项目运行过程中还要消耗电能，每年的耗电量为1121.25万kWh/a，按照电力折标系数为0.122 9 kgce/(kWh)计算，折合每年消耗标准煤约1378t/a。两项相减后，等于2.59万t/a标准煤。也就是说，本项目实施后，每年可为该钢厂节约标准煤2.59万t/a。本次改造的环境效益：本工程建设的目的旨在对现有工程的余热进行回收利用，实施后，每年可节约标准煤约2.59万t/a，仅此一项每年便可减少粉尘排放量280t；减少SO2排放量125t；减少NOX排放量130t；减少CO2排放量67340t；可见本工程的环境效益是十分明显的。2. 鞍山钢铁集团(简称鞍钢,下同)由于地处北方，涉及到冬季取暖、夏季制冷问题。采用循环冷却水热泵技术，可以很大程度上解决这一问题。就节能减排效益而言，利用余热源水源热泵可回收2120MW的余热量。按照供热指标60W/m2计算，则可提供采暖面积约3533万m2，市场前景广阔。就节能方面而言，应用余热源水源热泵系统，采暖期按150d计算，平均每天16h供暖，环境负荷调节系数取0.6，水源热泵回收工业余热提供2120MW，供热能力需耗电607MW。1501660706 = 872640000kWh，每年耗电8.73亿kWh。根据国家发展改革委提供的最新数据：水源热泵每年耗电8.73亿kWh，折合标煤314280t。燃煤锅炉热效率按70%计算，提供2120MW制热量每小时需消耗标煤2120/70%3600/29.3=372111kg，约372t/h。运行一个采暖期需标准煤150163720.6=535680t。利用水源热泵回收利用低温余热供给3533万m2建筑物采暖，每年可节约221400t标煤。就减排效果而言，能源消耗按1吨标煤产生2.6t二氧化碳、8.3kg二氧化硫、7.4kg氮氧化物计算，则二氧化碳：2214002.6=575640t；二氧化硫：2214008.3/1000=1837.62t；氮氧化物：2214007.4/1000=1638.36t。所以，利用水源热泵回收工业余热替代燃煤锅炉集中供热，可减少二氧化碳排放量575640t/a，二氧化硫1837.62t/a，氮氧化物1638.36t /a。五 技术推广的潜力面向未来，热泵及其应用系统会被越来越广泛地采用，究其原因有以下几点：（1）由于燃烧常规能源（石油、煤、天燃气等）而产生的烟灰、氧化物等有害物质对环境的污染已成为严重的问题。（2）能源价格的上涨与常规能源数量的减少，要求人们必须节能。热泵所具有的用能效率高，运行的自动化和安全性，将会更多地满足人们的节能要求。（3）热泵具有利用以前不能利用的自然能源和排热能源这一优点。钢铁冶金过程中产生的大量循环水、废水和废气等低温余热源，此部分余热资源目前尚没有得到有效利用，形成余热资源的浪费。同时，中国北方钢铁企业冬季供暖需要开动高能耗低效率的燃煤小锅炉或者直接耗用高品质的蒸气进行采暖，燃煤费用、维护检修费用和人工成本较高，造成冬夏季蒸气单位耗量差值较大，在用气高峰时，由于蒸气供应困难甚至影响钢铁生产顺行，因此循环冷却水热泵技术具有很大的经济效益和市场前景。从以上两个例子的节能计算中可以明显看出该项技术带来的巨大效益。六参考文献刘恩海，何媛。热泵技术及其发展与应用。技术创新，2009年第2期；彭琪。蒸汽冷凝水回收系统热经济性研究一。浙江大学硕士学位论文，2002年2月；赵春娟，栗兰，波李凤，林李丽。浅谈利用水源热泵技术回收钢铁厂循环水余热。黑龙江环境通报，2011年3月，第35卷第1期；吴佐莲，刘小春，王萌，刘慧。利用热泵技术回收热电厂余热的可行性与经济性分析。山东农业大学学报(自然科学版)， 2008，39 (1)：62-68；张胜生。莱钢发展循环经济的模式与实践。莱钢科技，2007年8月；徐素芳。化工企业循环冷却水