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河北工业大学城市学院毕业设计说明书作者：冯昭学号：105847学院：能源与环境工程学院系(专业)：热能与动力工程题目：基于水源热泵的电厂余热回收系统设计指导者：杨振民讲师(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2014年6月13日河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书1毕业设计（论文）中文摘要基于水源热泵的电厂余热回收系统设计摘要：采用水源热泵回收电厂冷凝热成了当前的研究热点，本课题主要探讨在电厂中加入高温水源热泵后电厂的经济性指标变化情况。首先根据电厂汽轮机组排汽参数以及供热需求选定高温水源热泵，并且对热力系统进行设计，然后对高温水源热泵进行热力计算，确定热泵台数、总负荷、进出口水温以及压缩机运行功率。其次对电厂原来的经济性和加入热泵运行后的经济性进行计算，得出稳变工况下机组汽耗率、热耗率、绝对内效率和绝对电效率以及电厂的热耗率、煤耗率、总效率和净效率等经济性指标。最后与电厂原经济性指标进行比较，讨论电厂加入热泵运行后对于电厂经济性的影响。关键词：高温水源热泵热力发电厂电厂经济性河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书1毕业设计（论文）外文摘要TitleThedesignofpowerplantwasteheatrecoverysystembasedonwatersourceheatpumpAbstract：Usingwatersourceheatpumpcondensingheatrecoverypowerplantbecomethecurrentresearchfocus,thistopicmainlydiscussesinthepowerplanttojoinafterhightemperaturewatersourceheatpump,thechangeoftheeconomicindexofthepowerplant.Firstofall,Accordingtothepowerplantturbineexhauststeamparametersandheatingneedsofselectedhightemperaturewatersourceheatpump,andcarriesonthedesigntothethermodynamicsystem,andthenthehightemperaturewatersourceheatpumpofthermodynamiccalculation,determinetheheatpumpunits,thetotalload,inletandoutlettemperatureandthecompressoroperatingpower.Secondly,theeconomyofpowerplantsandjointheoriginaleconomicoperationofheatpumpafterthecalculation,thestabilityconditionsunitsteamconsumptionrate,heatrate,absoluteinternalefficiencyandtheabsolutepowerefficiencyandpowerplantheatrate,consumptionrate,thetotalefficiencyandnetefficiencyofothereconomicindicators.Finally,comparedwiththeoriginaleconomicindexofpowerplant,discusstheinfluenceofthepowerplanttojoinheatpumpaftertheoperationfortheeconomyofpowerplant.Keywords：HightemperaturewatersourceheatpumpThermalpowerplantTheeconomyofpowerplant河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书1目次1引言………………………………………………………………………………11.1课题背景和意义…………………………………………………………………11.2电厂冷凝热应用现状……………………………………………………………11.3高温水源热泵概述…………………………………………………………22系统型式与布置……………………………………………………………33水源热泵热力计算…………………………………………………………53.1冬季工况……………………………………………………………………53.2春秋季工况………………………………………………………………………93.3夏季工况………………………………………………………………………144电厂经济性计算……………………………………………………………………174.1冬季工况………………………………………………………………………174.2春秋季工况………………………………………………………………………224.3夏季工况………………………………………………………………………265经济性比较………………………………………………………………………31结论…………………………………………………………………………………33参考文献………………………………………………………………………………34致谢…………………………………………………………………………………35河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书11引言1.1课题背景和意义电力是国民经济的命脉，目前我国火力发电占全国发电量的80%以上，然而火力发电厂的效率却只有40%左右，这是因为在大部分火力发电厂中，汽轮机排汽靠冷却水或空气来冷凝，这部分巨大的冷凝热直接排入大气，从而造成电厂的效率低下，由此还直接导致了电厂的煤耗量和水耗量的增大。目前我国燃煤电厂平均煤耗率在320g/(kW·h)，与世界先进发电厂煤耗水平280g/(kW·h)还存在着很大的差距；其次，以300MW机组为例，冷却水损失量为300t/h。另一方面，电站、集中供热锅炉房对于化石燃料的燃烧排放又是一个重大环境污染源。现如今，能源匮乏和环境污染已经成为制约我国经济发展和人民生活水平提高的两个重要问题，煤资源和水资源的日渐消耗，雾霾天气的日益严重化，使得电厂的高效节能环保生产越来越重要。采用热电联产利用部分做功后的抽汽对外进行供热可适当降低能源消耗、提高空气质量，但是存在于排汽中的大量低品位热能却排入大气，既浪费热能，又对大气造成热污染。实行大电厂、大机组、高参数、技术路线，采用超临界和超超临界压力机组又受到设备材料的限制。然而，依靠水源热泵利用电厂冷凝热来进行集中供热，不仅可以直接降低电厂的水耗量，还间接地减少了集中供热锅炉房的数量，降低煤耗和环境污染，由此，水源热泵在电厂余热中的应用成为了当前的研究热点。1.2电厂冷凝热应用现状发电厂蒸汽经汽机作功后冷凝成凝结水再经回热后进入锅炉，在这个热媒的循环过程中，需要放出大量的冷凝热。电厂冷凝热具有如下特点：1、品位低。排汽压力：水冷，4-12kPa；空冷，15kPa。冷凝温度：水冷，30-50℃；空冷，55℃。2、量大、集中。平均发电耗热约占总输入的32%左右。纯凝汽工况排入大气的可回收冷凝热占50%以上，为发电耗热的1.5倍以上；供热工况可回收冷凝热约为发电耗热的0.7-1.3倍。河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书2表1表示了火力发电厂锅炉、管道、汽轮机、发电机各项损失参考值[8]。表1火力发电厂各项损失参考值项目中参数高参数临界参数超临界参数锅炉热损失（%）111098管道热损失（%）110.50.5汽轮机机械损失（%）10.50.50.5发电机损失（%）10.50.50.5汽轮机排汽热损失（%）61.557.552.550.5从中可看出汽轮机排汽热损失（冷端损失）最大，因此，电厂冷凝热的损失是造成电厂效率低下的最主要原因。目前电厂冷凝热的处理方式主要有两种：1、冷凝热排空(丢弃)：热电厂做功后的蒸汽需要冷凝为水送回锅炉。目前普遍采用的方法是通过水冷或空冷冷凝蒸汽，而冷凝热则直接排入大气[8]。2、冷凝热回收：由于冷凝热属于低品位热源，难以利用,除低真空的背压机组外，极少回收[8]。电厂冷凝热的排空不仅造成能量和水的浪费，同时也严重地对大气造成热污染。这是我国乃至世界热电厂普遍存在的问题，可以说是很无奈的浪费之举。然而，随着热泵技术的发展，电厂冷凝热的回收已经成为可能。1.3高温水源热泵概述热泵是以逆向循环为基础，利用驱动热源，提取低温余热的热量，提供大量的满足生产、生活中中温热源的一种节能技术，根据余热的品位不同，可以制取不同品位的中温热源。热泵机组可利用的余热非常广泛，一般在20℃以上的余热都可以回收利用，并输出相应的中温热源，在热电行业应用中，电厂凝汽器的冷凝热作为电厂余热的主要来源，可以被回收利用，制取满足城市采暖需求的采暖水[9]。蒸汽压缩式热泵由压缩机、节流阀、冷凝器和蒸发器四个部分组成。电厂冷却循环水通入蒸发器内释放热量，制冷剂在冷凝器内向供热循环水释放热量，压缩机消耗电能，驱动循环的完成，实现热量从低温余热源（电厂冷却循环水）向高温热源（供热水）的传递。蒸汽压缩式热泵的工作原理见图1。河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书3图1蒸汽压缩式热泵工作原理示意图在应用电厂余热供暖中，压缩机利用部分厂用电来驱动，凝汽器冷凝热作为余热，热泵机组为高温水源热泵。高温水源热泵是指可以直接回收利用20—55℃的低品位余热资源，制出65—95℃热水的热泵机组。2系统型式与布置已知电厂汽轮机组为亚临界中间再热单轴四缸四排汽300MW凝汽式汽轮机。排汽参数如表2所示。表2汽轮机排汽参数季节压力（kPa）温度（℃）焓值（kJ/kg）冬季5.54352357.6春秋季9.1442373.7夏季11.8492382.8高温水源热泵参考北京清源世纪科技有限公司生产的QYHP-1000H系列高温水源热泵，其产品主要参数如表3所示。供热水电厂冷却循环水压缩机冷凝器节流阀蒸发器河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书4表3QYHP-1000H型高温水源热泵主要参数项目参数电源380V-3-50Hz循环工质R123冷凝器制热功率（kW）1000制取高温热水温度(℃)50-95循环水温升(℃)5-20端部传热温差(℃)7-12蒸发器利用余热水温度(℃)20-50循环水温降(℃)10-20端部传热温差(℃)4-10压缩机容积效率0.8指示效率0.78轴效率0.85可根据其各项参数确定热泵进出口水温，压缩机参数计算中做参考。电厂凝汽器内为饱和状态，则汽轮机乏汽冷凝为凝结水温度不变，且冷却循环水在凝汽器内温升为12℃。冬季采暖季节，设计采用两台高温水源热泵串联对外界供应热水，供回水温度90/60℃，第一级高温水源热泵将供暖水从60℃加热到75℃，然后流过第二级高温水源热泵继续加热到90℃后向热用户供热，凝汽器传热端差10℃，凝结水温度35℃，蒸发器进出口冷却循环水温度25/10℃。春秋季节，设计采用两台高温水源热泵串联加热凝汽器凝结水，第一级高温水源热泵将凝结水从44℃加热到59℃，然后流过第二级高温水源热泵继续加热到69℃后汇入主凝水管路进入第七级及后续加热器加热，凝汽器传热端差8℃，蒸发器进出口冷却循环水温度36/18℃。夏季则直接采用一台高温水源热泵直接将凝汽器凝结水从49℃加热到69℃，然后汇入主凝水管路进入第七级及后续加热器加热，凝汽器传热端差5℃，蒸发器进出口冷却循环水温度44/24℃。热力系统布置如图2所示。河北工业大学城市学院2014届毕业设计说明书5图2热力系统布置图3水源热泵热力计算液体过冷度3=Δgt℃，吸气管路有害过热度3=Δrt℃。蒸发器传热端差50=Δt℃，冷凝器传热端差10=Δkt℃3.1冬季工况3.1.1第一级热泵冷凝器热负荷1000=ΦkkW电厂冷却循环水：蒸发器进口251=ct℃，出口102=c