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摘 要：本文结合工程实际，研究循环水余热利用来减少汽轮机冷源损失的热泵技术方案。
关键词：循环水系统；热泵技术；0号高加
1 工程概况
对于大型抽凝机组，发电后大量低品位的冷凝热，约占发电过程中燃料热量的50-60%以上，温度30℃-50℃，无法利用，通过空气或冷却水排放掉，是能源的极大浪费。如果能够回收再利用，将为整个社会的节能做出重大贡献。
目前，更有效与更充分利用冷源热量的技术是热泵技术。利用热泵技术可以吸纳约10度左右热量用于供热，而不影响机组的发电能力，可有效的降低发电厂的冷源损失，同时使冷却系统的热负荷降低，降低电厂的热污染，减少湿式冷却系统的水蒸发损失或干式冷却系统的电耗，节能效果明显。同时，由于热泵花费少量的驱动能源，就可以从周围环境中提取低品位热量转化为有用的热量，被广泛应用于建筑空气调节、石油化工供能、农副产品加工、化工原料处理、中草药材干燥、轻工业产品生产等领域中。热泵还可以采用各种新能源和可再生能源作为驱动能源，合理匹配利用能源，在节约能源的同时实现了社会的可持续发展。
一般湿冷工程采用带自然通风冷却塔的二次循环冷却方式，供水系统采用单元制方案，每台机组设1座循环水泵房及1座双曲线自然通风冷却塔。循环水经循环水泵加压后，用压力钢管送入凝汽器，凝汽器排出的温排水，用压力钢管送入自然通风冷却塔，冷却后的循环水经循环水沟及循环水排水管送回循环水泵的吸水池，从而形成循环供水系统。
在年平均水温约21.03℃的地区，根据实际运行经验，冬季循环回水管出口循环水温较低，一般低于30℃。
2 循环水余热利用方案
2.1 吸收式热泵供热系统方案
根据设计要求，市政集中采暖供回水参数为130/70℃，在冬季采暖期，假定冷却塔进口水温为30℃时，热泵机组一次管网出口水温最高仅为70℃，热泵出口水温达不到采暖供水温度（130℃）；同时回水温度为50℃，远小于采暖回水温度（70℃）。
因此，应用吸收式热泵供热的可能方案有两种。
2.1.1 热泵机组热水直接供热方案
对于利用热泵机组产生的热水直接进行采暖供热方案，又可以分为对厂区进行采暖供热和对城镇居民进行采暖供热两种方案。其中，厂区采暖供热负荷小，不能完全发挥热泵机组利用循环水余热的作用；而对城镇居民进行采暖供热方案，需单独建设有别于原市政供热管网的热水管网（供回水参数为70℃/50℃），投资太大。因此，利用热泵机组产生的热水直接进行采暖供热虽然理论上可行，但根据工程实际，因投入产出不合理，实际上很难执行。
2.1.2 热泵机组后增设热网加热器供热方案
对在吸收式热泵后增设热网加热器方案，因冬季循环回水管出口水温一般低于30℃，热泵负责将低于50℃的热网回水加热至约70℃，70℃以上的热水交给热网热器来完成加热，吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行。
2.1.3 拟采用供热方案
根据工程实际，结合大型热电联产对循环水余热利用的技术要求和目前已运行的热泵机组实际情况，采用吸收式热泵后增设热网加热器方案。
先提高汽轮机排汽背压，使冬季循环水温保持在35℃。然后引一部分循环水至吸收式热泵取热端，将循环水从35℃降至25℃后，再汇入冷却塔至机组的循环水管道上。吸收式热泵以汽轮机0.4MPa压力的抽汽作为驱动热源（和采暖抽汽得压力一致），提取循环水的余热，对60℃的热网循环水回水进行一次加热，将热网回水升温至80℃，80℃的热网水在供热首站中通过热网加热器进行二次加热，升温至130℃，提供给市政管网。
2.2 吸收式热泵制冷系统方案
对于采用吸收式热泵进行制冷，只有余热水温度高于85℃，才能作为吸收式制冷的驱动热源，使用热水型单效吸收式制冷机（热泵）。制冷效率低，能效比一般为0.5～0.7，即使在夏季，循环水温也不满足吸收式制冷的驱动热源温度的要求。
吸附式制冷技术能够利用85℃～60℃之间的低温热水进行制冷，但其能效比较低，大约为0.5，该项技术和设备制造水平等与机械压缩式和吸收式制冷技术相比，并没有成熟定型，还未得到规模化应用，另外，在夏季循环水的温度不能完全满足吸附式制冷驱动热源的温度要求。
所以仅从夏季空调的角度考虑，循环水的余热还无法得到有效利用。
2.3 吸收式热泵加热凝结水方案
从换热原理上讲，可以采用吸收式热泵对全部或部分凝结水进行加热，代替部分加热器的作用，把循环水系统的热量转移至汽轮机热力系统，达到利用余热的目的，降低机组热耗。
由于热泵系统仅能把50-60℃凝结水加热至85-90℃，其中凝结水吸热量中的余热的份额也仅仅占到40%，余热利用经济性不高。其次，很多工程可以采用更为成熟、经济的低温省煤器来加热该温度区间的凝结水。因此，是否采用热泵来加热凝结水应经过详细的技术经济论证后来决定。
3 吸收式热泵供热系统配置
主要系统包括蒸汽系统、凝结水回收系统、循环冷却水 利用系统、热网循环水系统、补充水系统等。
两台机总抽汽量为800t/h（抽汽参数0.4MPa/247℃），配置6台30.6MW热泵机组和3台154.4MW二次热网加热器，采暖供热系统的总热负荷为646.8MW；而800t/h（抽汽参数0.4MPa/247℃）的抽汽量进行常规采暖供热时，总热负荷为573.6MW。采用吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案比常规方案总热负荷增大73.2MW（即回收循环水余热73.2MW），增大比例约12.8%。
4 节能减排及投资收益分析
4.1 节能减排分析
采用成熟的吸收式热泵技术，回收利用低温热能，在高温蒸汽热源作为驱动热源和二次加热热源时转换为集中供热，增加了电厂的供热能力，节约了电厂的燃煤量。 假设冬季采暖期120天（2880小时），采暖供热系统均按额定满负荷运行，因采用吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案比常规热网加热器方案总热负荷增大73.2MW，故采暖期内可增加供热量7.59×105GJ，按照本工程平均供热标准煤耗37.3kg/GJ折算，每年折合节约标煤量约28308吨。
热泵自身消耗电能约54万度，按照年平均供电煤耗261.2g/kWh折算，每年折合消耗标煤量140吨。
同时，根据热平衡图，额定双抽汽工况下汽轮机单台汽轮机排汽量为645548kg/h，为了保证热泵机组经济运行，需将单台汽轮机排汽背压提高，以保证采暖期循环冷却水温在35℃左右。因汽轮机排汽背压提高，机组热耗修正率约2.5%，因此造成的能力损失约（含排汽热损失增加及机组出力减小）：6494×2.5%×604432×2880kJ=283×109kJ，折合标准煤：283×109÷29270000吨=9655吨。
因此，每年综合节能量折合节约标准煤约28308-140-9655=18513吨。
由于燃煤量的减少，烟尘、CO2、SO2以及NOx的排放也相应减少；同时，由于利用余热，减少冷却塔向环境的散热和水分蒸发，降低对电厂周边环境的热湿污染。
4.2 投资收益
该方案需新建6套热泵机组，3台二次热网加热器，工程投资约25800万元，相比较常规采暖加热系统（投资约2600万元），增加投资约23200万元。
按标煤为700元/吨进行计算，年节煤收益为：18513×700÷10000=1296万元；溴化锂和水溶液一次加入机组内部后循环使用，每年内只需少量补充，目前溴化锂市场价格约3000元/吨，溴化锂每年按补充36吨级，溴化锂年补充费用10.8万元。故年运行综合收益约1285.2万元。
4.3 投资回收期估算
按机组经济运行年限15年，贷款利率6.15%，根据费用现值比较法分析，总投资为25800万元，总收益为12361万元，即在整个热泵机组经济运行年限内，若不考虑供热收益，仅考虑节煤效益时，无法收回投资。
5 小结
通过调研国内几家利用吸收式热泵回收电厂循环水余热来集中供热的项目，结合工程实际，吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案的运行时间较短，单位造价比较高。因此，机组是否采用热泵技术应结合工程实际进行论证。同时热泵方案应进一步优化系统配置，降低投资成本，以利于机组的可持续发展。
关键词：循环水系统；热泵技术；0号高加
1 工程概况
对于大型抽凝机组，发电后大量低品位的冷凝热，约占发电过程中燃料热量的50-60%以上，温度30℃-50℃，无法利用，通过空气或冷却水排放掉，是能源的极大浪费。如果能够回收再利用，将为整个社会的节能做出重大贡献。
目前，更有效与更充分利用冷源热量的技术是热泵技术。利用热泵技术可以吸纳约10度左右热量用于供热，而不影响机组的发电能力，可有效的降低发电厂的冷源损失，同时使冷却系统的热负荷降低，降低电厂的热污染，减少湿式冷却系统的水蒸发损失或干式冷却系统的电耗，节能效果明显。同时，由于热泵花费少量的驱动能源，就可以从周围环境中提取低品位热量转化为有用的热量，被广泛应用于建筑空气调节、石油化工供能、农副产品加工、化工原料处理、中草药材干燥、轻工业产品生产等领域中。热泵还可以采用各种新能源和可再生能源作为驱动能源，合理匹配利用能源，在节约能源的同时实现了社会的可持续发展。
一般湿冷工程采用带自然通风冷却塔的二次循环冷却方式，供水系统采用单元制方案，每台机组设1座循环水泵房及1座双曲线自然通风冷却塔。循环水经循环水泵加压后，用压力钢管送入凝汽器，凝汽器排出的温排水，用压力钢管送入自然通风冷却塔，冷却后的循环水经循环水沟及循环水排水管送回循环水泵的吸水池，从而形成循环供水系统。
在年平均水温约21.03℃的地区，根据实际运行经验，冬季循环回水管出口循环水温较低，一般低于30℃。
2 循环水余热利用方案
2.1 吸收式热泵供热系统方案
根据设计要求，市政集中采暖供回水参数为130/70℃，在冬季采暖期，假定冷却塔进口水温为30℃时，热泵机组一次管网出口水温最高仅为70℃，热泵出口水温达不到采暖供水温度（130℃）；同时回水温度为50℃，远小于采暖回水温度（70℃）。
因此，应用吸收式热泵供热的可能方案有两种。
2.1.1 热泵机组热水直接供热方案
对于利用热泵机组产生的热水直接进行采暖供热方案，又可以分为对厂区进行采暖供热和对城镇居民进行采暖供热两种方案。其中，厂区采暖供热负荷小，不能完全发挥热泵机组利用循环水余热的作用；而对城镇居民进行采暖供热方案，需单独建设有别于原市政供热管网的热水管网（供回水参数为70℃/50℃），投资太大。因此，利用热泵机组产生的热水直接进行采暖供热虽然理论上可行，但根据工程实际，因投入产出不合理，实际上很难执行。
2.1.2 热泵机组后增设热网加热器供热方案
对在吸收式热泵后增设热网加热器方案，因冬季循环回水管出口水温一般低于30℃，热泵负责将低于50℃的热网回水加热至约70℃，70℃以上的热水交给热网热器来完成加热，吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行。
2.1.3 拟采用供热方案
根据工程实际，结合大型热电联产对循环水余热利用的技术要求和目前已运行的热泵机组实际情况，采用吸收式热泵后增设热网加热器方案。
先提高汽轮机排汽背压，使冬季循环水温保持在35℃。然后引一部分循环水至吸收式热泵取热端，将循环水从35℃降至25℃后，再汇入冷却塔至机组的循环水管道上。吸收式热泵以汽轮机0.4MPa压力的抽汽作为驱动热源（和采暖抽汽得压力一致），提取循环水的余热，对60℃的热网循环水回水进行一次加热，将热网回水升温至80℃，80℃的热网水在供热首站中通过热网加热器进行二次加热，升温至130℃，提供给市政管网。
2.2 吸收式热泵制冷系统方案
对于采用吸收式热泵进行制冷，只有余热水温度高于85℃，才能作为吸收式制冷的驱动热源，使用热水型单效吸收式制冷机（热泵）。制冷效率低，能效比一般为0.5～0.7，即使在夏季，循环水温也不满足吸收式制冷的驱动热源温度的要求。
吸附式制冷技术能够利用85℃～60℃之间的低温热水进行制冷，但其能效比较低，大约为0.5，该项技术和设备制造水平等与机械压缩式和吸收式制冷技术相比，并没有成熟定型，还未得到规模化应用，另外，在夏季循环水的温度不能完全满足吸附式制冷驱动热源的温度要求。
所以仅从夏季空调的角度考虑，循环水的余热还无法得到有效利用。
2.3 吸收式热泵加热凝结水方案
从换热原理上讲，可以采用吸收式热泵对全部或部分凝结水进行加热，代替部分加热器的作用，把循环水系统的热量转移至汽轮机热力系统，达到利用余热的目的，降低机组热耗。
由于热泵系统仅能把50-60℃凝结水加热至85-90℃，其中凝结水吸热量中的余热的份额也仅仅占到40%，余热利用经济性不高。其次，很多工程可以采用更为成熟、经济的低温省煤器来加热该温度区间的凝结水。因此，是否采用热泵来加热凝结水应经过详细的技术经济论证后来决定。
3 吸收式热泵供热系统配置
主要系统包括蒸汽系统、凝结水回收系统、循环冷却水 利用系统、热网循环水系统、补充水系统等。
两台机总抽汽量为800t/h（抽汽参数0.4MPa/247℃），配置6台30.6MW热泵机组和3台154.4MW二次热网加热器，采暖供热系统的总热负荷为646.8MW；而800t/h（抽汽参数0.4MPa/247℃）的抽汽量进行常规采暖供热时，总热负荷为573.6MW。采用吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案比常规方案总热负荷增大73.2MW（即回收循环水余热73.2MW），增大比例约12.8%。
4 节能减排及投资收益分析
4.1 节能减排分析
采用成熟的吸收式热泵技术，回收利用低温热能，在高温蒸汽热源作为驱动热源和二次加热热源时转换为集中供热，增加了电厂的供热能力，节约了电厂的燃煤量。 假设冬季采暖期120天（2880小时），采暖供热系统均按额定满负荷运行，因采用吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案比常规热网加热器方案总热负荷增大73.2MW，故采暖期内可增加供热量7.59×105GJ，按照本工程平均供热标准煤耗37.3kg/GJ折算，每年折合节约标煤量约28308吨。
热泵自身消耗电能约54万度，按照年平均供电煤耗261.2g/kWh折算，每年折合消耗标煤量140吨。
同时，根据热平衡图，额定双抽汽工况下汽轮机单台汽轮机排汽量为645548kg/h，为了保证热泵机组经济运行，需将单台汽轮机排汽背压提高，以保证采暖期循环冷却水温在35℃左右。因汽轮机排汽背压提高，机组热耗修正率约2.5%，因此造成的能力损失约（含排汽热损失增加及机组出力减小）：6494×2.5%×604432×2880kJ=283×109kJ，折合标准煤：283×109÷29270000吨=9655吨。
因此，每年综合节能量折合节约标准煤约28308-140-9655=18513吨。
由于燃煤量的减少，烟尘、CO2、SO2以及NOx的排放也相应减少；同时，由于利用余热，减少冷却塔向环境的散热和水分蒸发，降低对电厂周边环境的热湿污染。
4.2 投资收益
该方案需新建6套热泵机组，3台二次热网加热器，工程投资约25800万元，相比较常规采暖加热系统（投资约2600万元），增加投资约23200万元。
按标煤为700元/吨进行计算，年节煤收益为：18513×700÷10000=1296万元；溴化锂和水溶液一次加入机组内部后循环使用，每年内只需少量补充，目前溴化锂市场价格约3000元/吨，溴化锂每年按补充36吨级，溴化锂年补充费用10.8万元。故年运行综合收益约1285.2万元。
4.3 投资回收期估算
按机组经济运行年限15年，贷款利率6.15%，根据费用现值比较法分析，总投资为25800万元，总收益为12361万元，即在整个热泵机组经济运行年限内，若不考虑供热收益，仅考虑节煤效益时，无法收回投资。
5 小结
通过调研国内几家利用吸收式热泵回收电厂循环水余热来集中供热的项目，结合工程实际，吸收式热泵机组与二次热网加热器串联运行方案的运行时间较短，单位造价比较高。因此，机组是否采用热泵技术应结合工程实际进行论证。同时热泵方案应进一步优化系统配置，降低投资成本，以利于机组的可持续发展。