吸收式热泵回收发电机余热探讨

1、吸收式热泵回收发电机余热探讨匡胜严（1） 蒲文雄（2）（远大空调有限公司, 湖南 长沙 410138；远大能源利用管理公司，北京 100086）摘要：吸收式热泵是一种以溴化锂吸收式技术为基础，以热能作为驱动能源，通过回收低品位的热量，来制取满足采暖或工艺用中、高温热水，实现余热回收利用、从低温向高温输送热能的供热设备。电厂发电机组能耗高，一次能源效率只有35%左右，大部分热能都通过冷却水排放到环境中，形成巨大能源浪费和环境污染。吸收式热泵能回收冷却水的热量并用于城镇集中供热，对于电厂降低采暖煤耗意义重大。关键词：吸收式热泵、发电机余热、余热回收0 引 言北方的集中供暖是我国建筑能耗最大的领域。

2、据统计，全国供热面积约75亿平方米，能耗达到1.5亿吨标准煤，占全国能耗的7%，全国城市建筑能耗的40%。随着全国城镇化不断的推进，总的供热面积及能耗还将进一步增加。我国集中供热方式主要有燃煤锅炉、水源热泵以及热电联产等。这三种方式中，燃煤锅炉的供热一次能耗超过145g标煤/kWh；水源热泵的供热一次能耗为110150 g标煤/kWh；热电联产的供热一次能耗为85120g 标煤/kWh。虽然热电联产是目前国内供热效率最高和最主要的供热形式，但其部分热量通过冷却水排放到环境大气中，仍然存在很大的节能空间。如果能将冷却水的热量回收利用并用于采暖，将对供热系统形式产生革命性变化。1. 吸收式热泵简介

3、吸收式热泵不同于电压缩式热泵，它是以热能作为驱动热源的设备。吸收式热泵和吸收式制冷机的原理上都是以溴化锂吸收式技术为基础，只是两者工况不同而已。吸收式热泵主要由发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器及其它辅助设备组成（如图1）。发生器内输入驱动热源，溴化锂溶液被加热至140产生水蒸汽和浓溴化锂溶液。在蒸发器内真空度非常高，来自冷凝器的冷剂在高真空环境中蒸发，吸收低温热源的热量。发生器产生的浓溶液在吸收器内吸收来自蒸发器内的蒸汽放出热量加热中温水。中温水被加热后进入冷凝器将发生器来的蒸汽冷凝成冷剂水，中温水第二次被加热。吸收式热泵能获得比低温热源高5060且低于95的热水。由于中温水的热量来自于两部分，

4、一部分回收低温热源的热量，另外一部分来自驱动热源。因此吸收式热泵供热COP（中温水热量/驱动热量）可达到1.61.8，而传统的供热模式仅有0.9。由此可见吸收式热泵供热具有巨大的节能优势。图1. 吸收式热泵组成及原理2. 吸收式热泵回收发电余热的应用汽轮发电机和燃气发电机都是以燃烧一次能源来获取电力发电设备。在燃烧一次能源中都会产生大量的余热。抽凝式热电机组电力输出为30%，供热输出为30%，排气冷凝损失为20%，其它损失占20%；纯凝式汽轮机组发电效率为38%，排气冷凝损失45%，其它损失17%；燃气涡轮机发电效率为30%，烟气排热损失55%，其它损失15%。发电机的余热以低温冷却水或高温烟

5、气的形式排出，这两部分热量正好可以作为热泵机组的低温热和驱动热源加以利用。2.1 与抽凝式机组结合的吸收式热泵系统吸收式热泵与抽凝机组配套产生80左右的中温水作为集中采暖用水已在北方开始得到应用。传统的热电联供系统（如图2）都是通过从抽凝式机组中抽出的蒸汽作为加热源，通过换热器来加热采暖水。此种模式虽然一次能源效率高于热水锅炉，但仍有20%的热量通过冷却水排到环境中。图2. 传统热电联产系统图3为采用吸收式热泵机组后的系统示意图。吸收式热泵以蒸汽发电机的抽汽（0.10.8MPa）为热源驱动吸收式热泵，将电厂冷却水作为低温热源，采暖水经吸收式热泵后由50提升到80。图3吸收式热泵与抽凝机组配套系

6、统与传统的热电联供模式相比，吸收式热泵回收了冷却水的热量，将原一次能源效率由60%，提高到80%（发电效率28%，供热输出30%，新增供热22%，其它损失22%）。以某热电厂为例，采用5台单机供热量为14MW的吸收式热泵机组供热。电厂冷却水温度为24/31，驱动蒸汽压力为0.8MPa，将47的采暖水提升到83。整个项目回收冷却水的热量为23MW，新增供热面积40万平米，年节省采暖标准煤1.5万吨，减排二氧化碳4万吨，年采暖收益达1000万元，2年收回全部投资成本，取得很好的经济效益和环保效益。据统计，全国热电机组装机容量为16655万千瓦，我国三北地区约有141台纯凝机组（4466.7万千瓦）

7、可以改造成热电机组（单位投资130-220元/万千瓦，改造周期2-3个月）1。如将发电机的冷凝热回收用于采暖，将新增供热面积20多亿平米，年节标煤1.2亿吨以上。2.2 与燃气轮机结合的吸收式热泵系统吸收式热泵机组是以热能为驱动热源，不但可以使用蒸汽、热水，还可使用高温烟气来直接驱动。燃气涡轮机发电后，产生的废热主要是以高温烟气的形式排放。烟气温度为300500可以作为吸收式热泵的驱动热源，排出的烟气温度160左右。由于天然气的主要成分为甲烷，含氢量很高，因而燃烧后排出的烟气中含有大量的水蒸汽（容积成份接近20%），水蒸汽的汽化潜热占天然气高位发热量的比例为10%11%。图4吸收式热泵与燃气轮

8、机配套系统图4是吸收式热泵利用燃气轮机用于供暖的示意图。发电机产生500的烟气驱动吸收式热泵，排出的烟气温度为145。16的低温水通过烟气板交回收烟气冷凝热升温到20，作为热泵机组的低温热源。另外一边，吸收式热泵将50的采暖水加热到60用于供暖。清华大学对此系统进行了建模和模拟，证明了在该方式下运行是可行的，并且研究了影响热泵温升提高的主要因素2。此种模式也可利用发电机尾气来制冷，实现冷、热、电三联供。除可利用发电机尾气外还可对锅炉或直燃机的排放的低温烟气进行热回收，产生热水作为热泵的低温热源。这种方式可以减少排放的水汽含量，大幅削弱排气白烟对环境的影响，在北方分散式供暖有一定环保意义。2.3

9、 回收冷却水热量用于加热凝结水在非采暖季，能否利用热泵机组来回收冷却水的热量来加热冷凝水，达到减少发电煤耗的目的。图5是此系统的示意图。发电机抽出的低压蒸汽（0.10.8MPa）作为吸收式热泵的驱动热源，回收冷却水的热量，将凝结水的温度由40提升到90。热泵机组的COP能达到1.61.8，比传统的采用锅炉从40加热成蒸汽要节能。以200MW机组为例，蒸汽凝水的流量为670t/h，采用热泵将凝水从40升温到90，回收冷却水热量16MW，消耗0.4MPa蒸汽的量为35t/h。由于吸收式热泵需要消耗一部分蒸汽，必然会对发电机产生影响，这需要在节能和经济性上进行更深入的研究。图5 吸收式热泵回收冷却水热量加热凝水此种模式是一种值得去探讨的运行模式，目前只有在小型热电机组中有应用。泰国两台小型热电机组已采用此种模式。从实际运行情况来看，每千瓦电煤耗减少34g。3. 结束语（1）在北方热电联合供热的电厂，采用吸收式热泵回收冷却水热量用于集中采暖将是未来电厂供热改造的主要方向，具有很好的经济和环保效益。（2）吸收式热泵能以低温烟气的潜热和显热作为低温热源，对于采用以燃气为能源的供能系统具有一定意义。（3）对于非采暖季利用吸收式热泵加热电厂凝结水的模式，实际案例具有一定的节能效果。但缺少理论和模拟，此种模式需要更进一步研究。（4）从国内外已运行的项目来看，吸收式热泵良莠不齐，要么运行参数