利用吸收式热泵回收余热技术介绍

ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute供热机组回收循环水（排汽）余热供热技术介绍1华电电力科学研究院2012年1月4日ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute热泵回收余热技术原理技术背景及供热现状分析国内余热利用工程实例专题研究及项目对集团公司意义余热利用技术路线比较华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE集团内新上项目（案例）简要分析2ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute能源是推动人类社会从一个文明迈向另一个更高文明的物质基础。能源的开发、利用极大地促进了人类社会和世界经济的繁荣发展。★世界性的能源问题越来越严重（涉及到战争、工业、交通、日常的生产生活等领域）；★我国政府制定的“坚持节约资源和保护环境”的基本国策以及“节能减排”战略的宏伟规划；★热泵技术具有高效、无污染、低成本以及技术本身的快速发展和成熟应用等优点；★电厂凝汽器的低温循环水，总能量多、品位低并且集中，适合运用热泵技术高效的回收利用特点。一、技术背景及供热现状华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE（一）技术背景3ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute★我国城市供热当前仍以煤为主要燃料，全国采暖能耗达1.8亿吨标煤/年，占全国城市建筑能耗的40%；★不少地区仍采用锅炉房或者汽轮机直接抽汽供热的方式供热，不仅热效率低而且对环境的友好性也未改善，同时还存在供热不足的情况；★“十二五”时期，新开工建设火电规模将达2.6亿至2.7亿千瓦。2011年拟新开工火电8000万千瓦，火电还将继续扮演主力电源以及供电又供热的角色。（二）供热现状4华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute燃料总热量100%300MW亚临界纯凝机组能流图电力输出38%排汽冷凝废热45%（三）电厂（300MW机组）节能潜力分析供热输出30%排汽冷凝废热20%其他损失20%（由于供热新增3%）新增供热22%电力输出30%300MW亚临界机组抽汽供热机组能流图热泵回收余热的抽汽供热机组能流图电力输出28%其他损失17%其他损失20%(由于供热新增3%)能量利用率60%能量利用率38%能量利用率80%华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE5ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute（四）火电厂节能潜力★目前大型抽凝式供热机组大量的凝汽器余热被循环冷却水带走，这部分能量约占总能量30%以上，并且通过冷却塔排放掉使能量浪费很大；★汽轮机抽汽在加热一次网回水过程中存在很大的传热温差，大的传热温差造成了巨大的不可逆损失；★城市热网的供回水温差小，使热网输送能力受限，一次网与二次网的传热过程存在较为严重的不可逆损失；★利用传热温差作为驱动力，采用热泵技术回收低温循环水的余热，提高城市热网供回水的温差，可大幅提高能源利用效率实现大规模节能。6华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute二、余热利用的主要技术路线比较（一）汽轮机低真空（高背压）供热实现方法：提高冷凝式汽轮机背压；凝汽器变为热网加热器；采用抽汽尖峰加热优点:系统简单；降低冷源损失不足:以热定电；高背压影响机组发电效率；排汽工况变化可能会影响机组安全性；维护量大，寿命短。7华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute实现方法：采用新型供热机组；低压缸可根据需要切除；机组在抽凝与背压间转换优点:机组在供热期和非供热期都有较高效率不足:改造投资大，难度大；技术新，风险大；背压时以热定电，热负荷变化时影响机组发电量。8（二）“NCB”新型供热机组华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstituteNCB机组总体设计思想：★将原300MW汽轮机高中压和低压部分断开，各自带发电机；高、中压汽轮机+220MW电机组成高中压机组；低压汽轮机模块+100MW电机组成低压机组；或者，高低压缸之间加装SSS离合器，发电机前置。★传统300MW抽汽机组：在最大抽汽时，低压缸需要“陪转”，需要提供冷却流量（～150t/h），本机组可以在冬季最大采暖抽汽时，将低压缸停下来，高中压部分做背压机用。9华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute实现方法：以电或功作为驱动力，在电厂侧或用户侧，吸收循环水余热进行供热优点:达到一定的节能效果不足:耗电量大；管道投资巨大，输送泵能耗高；供热半径小（3-5km）。10（三）压缩式热泵回收余热技术华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute实现方法：在电厂利用吸收式热泵将热网水一次加热至90℃，抽汽二次加热至120℃；0.5MPa饱和蒸汽驱动热泵优点:利用吸收式热泵回收余热，耗电低不足:热泵容量大，占地多；抽汽量大，对发电有影响11（四）集中设置吸收式热泵供热华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute实现方法：利用吸收式热泵换热机组，通过对一、二次网进行换热，大幅实现降低热网回水温度。优点:大幅提高热网的供热能力，降低管网投资，提高电厂热效率。不足:需要与城市热网相关部门协调，难度较大。12（五）基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute几种技术路线的综合评价优点有：（1）系统结构简单（2）投资省（3）技术易掌握（4）大幅度节能（5）降低管网投资等；缺点有：（1）改造难度大（2）对厂房的占地要求大（3）与相关部门的协调难度大（4）技术新、存在的风险也较大等。因此，综合分析得出，根据电厂实际需要采用吸收式热泵或者低真空（高背压）供热技术是当下最适宜采用的技术。13以上五种技术路线各有优缺点：华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute热泵技术即一种利用高品位能量（电能、功）驱动，实现将热量从低温热源向高温热源转移的技术。按热源分类：•空气源热泵•地源热泵•水源热泵（地下水、地表水等）按工作原理分类：压缩式热泵吸收式热泵（溴化锂）华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE三、热泵回收余热技术原理14ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute热泵技术发展国外：20世纪40年~50年代，主要发源于欧洲及美国。20世纪70年代初期开始，进一步发展。国内：始于80年代初全国已经有400多家企业研发和生产热泵热水器。华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE15ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute热泵技术原理图低温驱动力能量品位高中低中温热源热泵用户空调空调技术原理图华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE16ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute压缩式热泵工作原理◆工质在不同压力下沸点不同的特性；◆凝结放热、蒸发吸热的原理。华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE17输入1kW的电能，从30℃～40℃余热中可制取3.5kW的80℃左右的高品位热能。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute吸收式热泵工作原理◆热力循环与溶液循环；◆溴化锂极好的吸水性；◆浓溶液稀释放热特性；◆水在低压力“闪蒸”吸热特性。输入1kW的266℃0.5MPa蒸汽，可制取1.7kW的80℃左右的中低温热能（热网循环水）。华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE18ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute溴化锂吸收式机组的特征◆可以利用各种热能，如以蒸汽、热水和燃料燃烧产生的烟气为驱动热源；◆以各种低品位热源，如余热、排热、太阳能、地下热能、大气和江河湖水等为低温热源。◆经济性好、能源利用率高，用于采暖供热与传统使用的锅炉相比，显然有热效率高、节能效果好等优点。19华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute循环水循环水二次网供水二次网回水抽汽电站锅炉汽轮机排汽采暖用户一次网供水汽水换热器水水换热器一次网回水凝水传统系统供热工艺流程图吸收式热泵回收余热原理及流程直接排放20华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute凝水回锅炉循环水循环水二次网供水二次网回水抽汽电站锅炉汽轮机排汽采暖用户一次网供水汽水换热器水水换热器一次网回水吸收式热泵凝水吸收式热泵系统供热工艺流程图抽汽参数保持不变余热回收21华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute热能品位高中低理论基础：“温度对口梯级利用”汽机输入热量电排汽抽汽供热驱动力温差热用户正卡诺循环逆卡诺循环正逆耦合循环TSTS22华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute1）内蒙某热电厂内蒙古某电厂余热利用项目是国内首个“基于吸收式循环技术”示范基地。利用此项技术通过改造由该热电厂现有的1台热电机组和该热电厂供热区的供热系统，新系统承担16万平方米的小区住宅供暖任务。四、国内余热利用工程实例项目工艺流程23华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute现场设备24华电电力科学研究院HUADIANELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTEChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute2）山西某热电厂（1）该余热项目一期工程为6台30MW溴化锂吸