循环水结合热泵技术供暖探讨

王 勇

（辽宁沈煤红阳热电有限公司，辽宁 辽阳111000）

0 引言

节能和环保是当今社会的两大主题，节约能源和保护环境是我们当代人义不容辞的责任。目前，各行各业都在积极响应党和国家的号召，努力使本行业的技术向更节能、更环保的方向发展，国家也大力提倡各行各业寻求节能的有效途径。对于热电行业，许多工程技术人员孜孜不倦地研究探索，发现了很多能源浪费的地方，也做了很大的改进，为国家节约了宝贵的能源，也有效地保护了环境，比如热电厂利用循环水供暖就是一项显著的节能措施。

1 回收循环水中的能量，是热电厂节能的有效措施

热电厂循环水每天散失在大气中的热量是一个庞大的数字，它不仅浪费能源，也对周边环境造成了热污染。本文仅以一台单缸中温中压冲动冷凝单抽式C6－35／10／6 000kW 汽轮机为例计算循环水散失的热量，已知循环水温差为12℃，流量为1 660t／h。Q散＝C×m（t2－t1）＝84GJ／h。我国新建的节能型住宅冬季供暖的平均热指标为45～50W／m2，按此标准，循环水散到大气中的热量就相当于33万m2的民宅冬季采暖所需的热量，如果将这部分能量加以回收，对电厂的节能将是一项重大成果。

2 低真空运行，利用循环水供热

为了利用循环水热量，低真空循环水供暖技术应运而生。从经济效果上看，一般凝汽式电厂的循环热效率只能达到25%～35%，而60%以上的热量被循环水带走，变为冷源损失［1］，低真空运行时，凝汽器作为热网的一级换热器直接提高循环水温度，供往热用户，大大提高了循环热效率（图1），消除了热污染，对保护环境是有利的［2］。

图1 利用循环水的低真空运行

3 低真空运行的主要问题

凝汽式汽轮机实现低真空运行，必然要提高背压，这样就改变了汽轮机的热力工况，使汽轮机长期在变工况下运行，偏离了出厂的原设计运行参数，对汽轮机的主要指标都会产生一定的影响。主要表现：（1）背压升高使理想焓降减少，在进汽量和效率不变的情况下，将使发电机功率降低。（2）排汽温度升高汽缸内的蒸汽平均温度提高，汽缸膨胀量比设计值增大，从而改变了各级动静叶片之间通流部分的间隙。（3）排汽温度明显提高致使凝汽器的膨胀量增加，由于凝汽器的外壳与管束非同一种材质，所以膨胀量不同，会造成管束与管板的膨胀接口密封性因膨胀量不同而遭到破坏，严重时可能使汽轮机后轴承升高，从而使汽轮发电机组振动值增大［3］。凝汽器变为热网一级加热器，要求提高水室承受能力，对凝汽器结构和强度作适当改造和加固。（4）凝汽器作为热网一级加热器加热循环水直接供热到热用户，为保证汽轮机的正常运行，热用户必须足够大，以便使循环水的回水温度降到汽轮机的要求温度，否则会对汽轮机造成损坏，也保证不了正常供暖。

4 循环水结合热泵技术供暖

热泵是现今发展比较快的朝阳产业，它以节能、环保、经济、可靠等优点逐渐被大家所认可。但目前热泵在城市现实生活中的应用热源多为地下水等低位热能，换热后的供暖水温在50℃左右，对于寒冷地区很难保证供暖。另外，由于水源热泵要大量提取地下水资源，对地下水不丰富的地区也有局限性，同时水源热泵对地下水含沙量也有较高要求，所以在推广时受到一定的限制。但是如果以凝汽器出口循环水作为热泵的热源，问题就全部解决了。

4.1 循环水结合热泵技术供暖的优势

（1）可消除热泵的技术局限：1）热泵不用吸地下水，避免了受地下水资源和含沙量的影响，同时不需要为管路和热泵的安置打很深的竖井，节省了初始投资。2）由于循环水具有非常好的品质和连续性，闭式循环运行稳定。3）由于循环水比较清洁，无腐蚀问题，不易导致传热效果恶化；热泵如果需要清洁，也比较容易做到。

（2）可解决低真空运行存在的问题：1）利用循环水中的余热，降低了电厂向大气排放的热量，减小了温室效应。2）汽轮机不需在变工况下运行，能降低凝汽器循环水进水温度，提高汽轮机凝汽器的真空度，使汽轮机功率增加，这一点要明显强于低真空供暖。3）汽轮机可以在设计工况下运行，不会改变运行参数，使得运行更加经济，同时在变工况下产生的问题都会迎刃而解。

4.2 循环水系统与热泵相结合

如图2所示，循环水经凝汽器加热后，经过切换阀到热泵系统，通过热泵的蒸发器将循环水内的热量提取出来，输送到冷凝器，在冷凝器内把热量传递给供暖热网系统，实现循环水系统与热泵技术相结合的供暖方式。

图2 循环水系统与热泵相结合

4.3 循环水结合热泵技术和低真空循环水供暖的技术经济比较

我们还是以单缸中温中压冲动冷凝单抽式C6－35／10／6 000kW汽轮机为例，已知设计参数为：循环水温度45～27℃；供暖供回水温度65～40℃；循环水流量1 660t／h；加热面积560m2。在假设汽轮机进汽量和循环水量等参数不变前提下作以下比较：

4.3.1 低真空循环水供暖的技术经济分析

汽轮机背压散热量Q＝C×m（t2－t1）＝174GJ／h；比正常设计工况（84GJ／h）多90GJ／h。根据汽轮机运行工况原理，多排热量应是汽轮机降低真空、减小焓降、降低发电功率得来的。经过这一得一失，真正被利用的是冷源损失84GJ／h的热量，相当于33万m2的供暖热量。

4.3.2 循环水结合热泵技术供暖的技术经济分析

汽轮机凝结热Q＝C×m（t2－t1）＝125GJ／h；热泵利用系数16.9（T为热源温1度，T为冷源温度）。带动热泵每小时所需净功为27.4GJ／h；功率P＝7.4×106÷3 600＝2 055kW。通过上面的计算，我们可以得出汽轮机凝结热减去热泵耗电量即供热量117.6GJ／h，相当于46万m2的供暖热量。

4.3.3 技术经济比较的结论

循环水结合热泵技术供暖方式比低真空循环水供暖方式更节能。对于6 000kW汽轮发电机组，节省能源为117.6－84＝33.6GJ／h，相当于13万 m2的供暖热量。

5 结语

利用热泵技术进行循环水供暖，可以使循环水热量得到充分利用，不仅提高了热源的供热能力，还能降低冷却水的蒸发量，节省水资源，并减少向外界环境排放的热量和水汽，既有经济效益，又符合节能环保理念。

［1］郑杰.汽轮机低真空运行循环水供热技术应用［J］.节能技术，2006（4）.

［2］李岩，付林，张世钢，等.电厂循环水余热利用技术综述［J］.建筑科学，2010（10）.

［3］张学镭，陈海平.回收循环水余热的热泵供热系统热力性能分析［J］.中国电机工程学报，2013（8）.