热泵技术在供热首站的应用

徐易+周守军

摘 要：供热首站在使用的过程中存在各种热损失，尤其是循环冷却水携带的大量低位热能，在实际生产中很难直接再利用，往往直接排放到空气中，造成了环境的热污染和能源的浪费。热泵作为一种利用低温热源的节能装置，在余热回收和提高能源利用率方面具有不可替代的作用，因此，热泵技术被广泛应用于供热首站中。为了进一步阐述热泵技术在供热首站中的重要作用，本文将从吸收式热泵的工作原理出发，分析热泵技术在供热首站中的应用，分析其对供热首站进行节能改造的必要性和可行性，提出了利用汽轮机抽汽驱动吸收式热泵回收供热首站循环水废热来初步预热供热回水的供热方法。经过技术经济性分析，证明此方法可行，具有环保、节能、节水等多重功效。

关键词：热泵技术；供热首站；应用

引言

近年来，随着城市化进程的加快，我国城市集中供热逐渐增加，居民居住环境的不断改善，促进了城市集中供热事业的迅猛发展，2015年全国集中供热面积己经达到64.2亿m2。我国南方地区传统上不设置集中供暖，但由于冬季极端天气数量增多以及人民生活水平的提高，“南方供暖”问题日益引起社会各界的广泛关注，特别是针对长江流域地区的住宅供暖问题已经引起了热烈的讨论。而北方一直是暖气需求量较大的地区，但随着人们对暖气需求量的增加，北方地区的集中供热热源开始出现不足的迹象，现有的热电联产供热能力有限，在许多城市不得不新建大型锅炉（热源厂）作为集中供热热源，热源缺口较大，供暖工程无疑成了一项关系民生的工程。另一方面，供热系统冷凝热通过凉水塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，使供热厂能源使用效率低下，造成能量和水（或电）的浪费，还对大气造成热污染，特别是新排放标准的执行对供热厂的要求越来越严，供热系统的节能减排刻不容缓。而溴化锂吸收式热泵是通过蒸发—吸收循环使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置，不仅可以节约能源，而且可以减少大气污染物和温室气体的排放。热泵本身不是能源，而是开发利用热能的工具，借助热泵可以把无用低温余热变成有用的热能。热泵的推广应用，提供了一条节约燃料、合理用能、减轻环境污染的有效途径，而使用范围几乎不受限制，因此，广泛应用于供热系统中的供热首站中，本文将具体分析其应用后的经济效益。

一、热泵机组的工作原理

溴化锂吸收式热泵是通过蒸发—吸收循环使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置，由取热器、浓缩器、加热器和再热器4个部分组成。它是以蒸汽或热水等为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取工艺性或采暖用高品位的热水。

其工作原理如下：当溴化锂水溶液在浓缩器内受到驱动热源加热后，溶液中的水不断汽化，随着水的不断汽化，浓缩器内溴化锂水溶液的浓度不断升高，进入加热器；而加热汽化的水蒸气则进入再热器，加热热网回水后凝结成高压低温的液态水，当再热器内的水进入取热器时急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收取热器内循环水热量，从而达到吸收低位热量的目的，取热器内的低温水蒸气进入加热器被嗅化铿溶液吸收，溶液浓度逐渐降低，再由溶液泵送回浓缩器完成整个循环，在循环过程中嗅化铿溶液在加热器中冷却，温度较低，为节省加热稀溶液的加热量，提高整个装置的热效率可在系统中增加一个换热器。

二、热泵技术在供热首站中的应用

例如：某热电厂供热机组2×300 MW，采暖期为155天，采暖室外计算温度为-18℃，供热期间内的平均室外温度为-4.7℃。额定供热工况抽汽压力0.4MPa，流量为550 t/h热网供回水温度为130/70℃ ，额定供热面积为1200×104m2。

方案一：项目总投资为1.7亿元，换热首站增加制热量为75 MW的吸收式热泵4套。

节能分析：每小时回收汽轮机乏汽200 t，年回收乏汽余热170万GJ，利用乏汽余热增加供热面积200余万m2，回收这部分余热相当于节约7.25万t标准煤。

减排分析：每年可回收冷凝热量170万GJ，按替代大型燃煤供热锅炉分析，回收乏汽供热量相当于减少SOx排放量0.17万t，减少NOx排放量164.4 t，减少烟尘排放量0.13万t，减排灰渣2.7万t 。

经济分析：项目总投资为1.7亿元，按照节标煤计算800元/t ，年节煤效益是7.25万t×800=6000万元，国家发改委发放实施节能补贴为250元/t标煤× 7.25万t=1812.5万元；新建设备年运行费用197万元。本项目静态投资回收期不超过3年。

方案二：改造分为两个部分，第一部分在热电厂的首站内增加4组余热回收机组，回收汽轮机排汽余热，将20℃的热网低温回水加热至120℃后供给热网。第二部分是热力站内安装吸收式换热机组，该机组可以将一次网回水温度降至20 0C，不改变供热管道，增加供热能力。初步估算，投资约为21600万元。

节能分析：在电厂现有供热抽汽量不变，前提下通过回收汽轮机余201.7 t/h，集中供热面积可以达到1591×104m2。

减排分析：其中回收汽轮机凝气余热240万剑热值折合标煤约8.2万t），节能40%。减少SOx排放2600t，减少NOx排放800 t，减少烟尘排放1000，具有非常显著的节能效果与环境效益。

经济分析：回收的余热按热价15元/GJ计算，余热折合收益3660万元/年。每年采暖季增加售电收益约900万元/年，考虑每节约1t标煤获得250元的政府补贴，总共可获补贴2050万元，大约4.3年可回收初投资。

三、结论

热泵是一种高效、节能、环保的装置，随着人们节能意识、环保意识的提高和能源结构的调整，热泵具有极其广阔的发展前景。我国各种低温余热资源丰富，各行各业余热资源大约占燃料消耗量的17-67%，其中可回收利用的约占余热资源总数的60%。使用后的地热排水也提供了丰富的低温热源，还有各种自然的低温热源，这为热泵利用提供了广阔的低温资源。热泵在我国供热领域中应用前景看好，但根据我国的不同地区的气候特点、能源情况、建筑物型式、功能不同，应用热泵得因地制宜。在以采暖为主的地区，如果有合适的低温热源，应在条件允许的情况下发展和运用热泵采暖系统，它和传统的采暖系统相比既节能又环保。对于严寒地区，如单一使用热泵不能完全满足供热要求的前提下，可以考虑热泵供暖与传统供暖相结合的方式。对于热泵供暖能够满足要求时采用热泵供暖，不能满足时采用传统供暖方式辅助供暖。只要将传统供热方式与热泵供热方式有机结合起来，同样可以获得既节能又环保的效果。

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作者简介：徐易，男，1986.03，汉，籍贯；山东省临沂市苍山县（现在为兰陵县），学历：大学本科，职称：中级工程师，研究方向；供热，

周守军，男，汉，研究方向；节能环保。