徐易+周守軍

摘 要：供熱首站在使用的過程中存在各種熱損失，尤其是循環(huán)冷卻水?dāng)y帶的大量低位熱能，在實際生產(chǎn)中很難直接再利用，往往直接排放到空氣中，造成了環(huán)境的熱污染和能源的浪費。熱泵作為一種利用低溫?zé)嵩吹墓?jié)能裝置，在余熱回收和提高能源利用率方面具有不可替代的作用，因此，熱泵技術(shù)被廣泛應(yīng)用于供熱首站中。為了進(jìn)一步闡述熱泵技術(shù)在供熱首站中的重要作用，本文將從吸收式熱泵的工作原理出發(fā)，分析熱泵技術(shù)在供熱首站中的應(yīng)用，分析其對供熱首站進(jìn)行節(jié)能改造的必要性和可行性，提出了利用汽輪機抽汽驅(qū)動吸收式熱泵回收供熱首站循環(huán)水廢熱來初步預(yù)熱供熱回水的供熱方法。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟性分析，證明此方法可行，具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水等多重功效。

關(guān)鍵詞：熱泵技術(shù)；供熱首站；應(yīng)用

引言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，我國城市集中供熱逐漸增加，居民居住環(huán)境的不斷改善，促進(jìn)了城市集中供熱事業(yè)的迅猛發(fā)展，2015年全國集中供熱面積己經(jīng)達(dá)到64.2億m2。我國南方地區(qū)傳統(tǒng)上不設(shè)置集中供暖，但由于冬季極端天氣數(shù)量增多以及人民生活水平的提高，“南方供暖”問題日益引起社會各界的廣泛關(guān)注，特別是針對長江流域地區(qū)的住宅供暖問題已經(jīng)引起了熱烈的討論。而北方一直是暖氣需求量較大的地區(qū)，但隨著人們對暖氣需求量的增加，北方地區(qū)的集中供熱熱源開始出現(xiàn)不足的跡象，現(xiàn)有的熱電聯(lián)產(chǎn)供熱能力有限，在許多城市不得不新建大型鍋爐（熱源廠）作為集中供熱熱源，熱源缺口較大，供暖工程無疑成了一項關(guān)系民生的工程。另一方面，供熱系統(tǒng)冷凝熱通過涼水塔或空冷島排入大氣，形成巨大的冷端損失，使供熱廠能源使用效率低下，造成能量和水（或電）的浪費，還對大氣造成熱污染，特別是新排放標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行對供熱廠的要求越來越嚴(yán)，供熱系統(tǒng)的節(jié)能減排刻不容緩。而溴化鋰吸收式熱泵是通過蒸發(fā)—吸收循環(huán)使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置，不僅可以節(jié)約能源，而且可以減少大氣污染物和溫室氣體的排放。熱泵本身不是能源，而是開發(fā)利用熱能的工具，借助熱泵可以把無用低溫余熱變成有用的熱能。熱泵的推廣應(yīng)用，提供了一條節(jié)約燃料、合理用能、減輕環(huán)境污染的有效途徑，而使用范圍幾乎不受限制，因此，廣泛應(yīng)用于供熱系統(tǒng)中的供熱首站中，本文將具體分析其應(yīng)用后的經(jīng)濟效益。

一、熱泵機組的工作原理

溴化鋰吸收式熱泵是通過蒸發(fā)—吸收循環(huán)使熱量從溫度低的介質(zhì)流向溫度高的介質(zhì)的裝置，由取熱器、濃縮器、加熱器和再熱器4個部分組成。它是以蒸汽或熱水等為驅(qū)動熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用高品位的熱水。

其工作原理如下：當(dāng)溴化鋰水溶液在濃縮器內(nèi)受到驅(qū)動熱源加熱后，溶液中的水不斷汽化，隨著水的不斷汽化，濃縮器內(nèi)溴化鋰水溶液的濃度不斷升高，進(jìn)入加熱器；而加熱汽化的水蒸氣則進(jìn)入再熱器，加熱熱網(wǎng)回水后凝結(jié)成高壓低溫的液態(tài)水，當(dāng)再熱器內(nèi)的水進(jìn)入取熱器時急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收取熱器內(nèi)循環(huán)水熱量，從而達(dá)到吸收低位熱量的目的，取熱器內(nèi)的低溫水蒸氣進(jìn)入加熱器被嗅化鏗溶液吸收，溶液濃度逐漸降低，再由溶液泵送回濃縮器完成整個循環(huán)，在循環(huán)過程中嗅化鏗溶液在加熱器中冷卻，溫度較低，為節(jié)省加熱稀溶液的加熱量，提高整個裝置的熱效率可在系統(tǒng)中增加一個換熱器。

二、熱泵技術(shù)在供熱首站中的應(yīng)用

例如：某熱電廠供熱機組2×300 MW，采暖期為155天，采暖室外計算溫度為-18℃，供熱期間內(nèi)的平均室外溫度為-4.7℃。額定供熱工況抽汽壓力0.4MPa，流量為550 t/h熱網(wǎng)供回水溫度為130/70℃ ，額定供熱面積為1200×104m2。

方案一：項目總投資為1.7億元，換熱首站增加制熱量為75 MW的吸收式熱泵4套。

節(jié)能分析：每小時回收汽輪機乏汽200 t，年回收乏汽余熱170萬GJ，利用乏汽余熱增加供熱面積200余萬m2，回收這部分余熱相當(dāng)于節(jié)約7.25萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。

減排分析：每年可回收冷凝熱量170萬GJ，按替代大型燃煤供熱鍋爐分析，回收乏汽供熱量相當(dāng)于減少SOx排放量0.17萬t，減少NOx排放量164.4 t，減少煙塵排放量0.13萬t，減排灰渣2.7萬t 。

經(jīng)濟分析：項目總投資為1.7億元，按照節(jié)標(biāo)煤計算800元/t ，年節(jié)煤效益是7.25萬t×800=6000萬元，國家發(fā)改委發(fā)放實施節(jié)能補貼為250元/t標(biāo)煤× 7.25萬t=1812.5萬元；新建設(shè)備年運行費用197萬元。本項目靜態(tài)投資回收期不超過3年。

方案二：改造分為兩個部分，第一部分在熱電廠的首站內(nèi)增加4組余熱回收機組，回收汽輪機排汽余熱，將20℃的熱網(wǎng)低溫回水加熱至120℃后供給熱網(wǎng)。第二部分是熱力站內(nèi)安裝吸收式換熱機組，該機組可以將一次網(wǎng)回水溫度降至20 0C，不改變供熱管道，增加供熱能力。初步估算，投資約為21600萬元。

節(jié)能分析：在電廠現(xiàn)有供熱抽汽量不變，前提下通過回收汽輪機余201.7 t/h，集中供熱面積可以達(dá)到1591×104m2。

減排分析：其中回收汽輪機凝氣余熱240萬劍熱值折合標(biāo)煤約8.2萬t），節(jié)能40%。減少SOx排放2600t，減少NOx排放800 t，減少煙塵排放1000，具有非常顯著的節(jié)能效果與環(huán)境效益。

經(jīng)濟分析：回收的余熱按熱價15元/GJ計算，余熱折合收益3660萬元/年。每年采暖季增加售電收益約900萬元/年，考慮每節(jié)約1t標(biāo)煤獲得250元的政府補貼，總共可獲補貼2050萬元，大約4.3年可回收初投資。

三、結(jié)論

熱泵是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的裝置，隨著人們節(jié)能意識、環(huán)保意識的提高和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，熱泵具有極其廣闊的發(fā)展前景。我國各種低溫余熱資源豐富，各行各業(yè)余熱資源大約占燃料消耗量的17-67%，其中可回收利用的約占余熱資源總數(shù)的60%。使用后的地?zé)崤潘蔡峁┝素S富的低溫?zé)嵩?，還有各種自然的低溫?zé)嵩?，這為熱泵利用提供了廣闊的低溫資源。熱泵在我國供熱領(lǐng)域中應(yīng)用前景看好，但根據(jù)我國的不同地區(qū)的氣候特點、能源情況、建筑物型式、功能不同，應(yīng)用熱泵得因地制宜。在以采暖為主的地區(qū)，如果有合適的低溫?zé)嵩?，?yīng)在條件允許的情況下發(fā)展和運用熱泵采暖系統(tǒng)，它和傳統(tǒng)的采暖系統(tǒng)相比既節(jié)能又環(huán)保。對于嚴(yán)寒地區(qū)，如單一使用熱泵不能完全滿足供熱要求的前提下，可以考慮熱泵供暖與傳統(tǒng)供暖相結(jié)合的方式。對于熱泵供暖能夠滿足要求時采用熱泵供暖，不能滿足時采用傳統(tǒng)供暖方式輔助供暖。只要將傳統(tǒng)供熱方式與熱泵供熱方式有機結(jié)合起來，同樣可以獲得既節(jié)能又環(huán)保的效果。

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作者簡介：徐易，男，1986.03，漢，籍貫；山東省臨沂市蒼山縣（現(xiàn)在為蘭陵縣），學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：中級工程師，研究方向；供熱，

周守軍，男，漢，研究方向；節(jié)能環(huán)保。