2014年博资考生资格审查

导师：付林教授

报告人：唐道轲压缩式热泵在余热回收系统中应用的相关问题研究博士生资格审查目录引入压缩式热泵的原因现状及相关问题研究思路与研究计划已完成工作汇报30℃Co-ah循环余热回收系统1引入压缩式热泵的原因电厂侧原理换热站原理目前集中供热系统余热回收的主要方式之一是基于吸收式换热技术的Co-ah循环，具有如下特点：在电厂侧，通过吸收式热泵技术，利用抽气的驱动力回收低温余热，减少了传热不可逆损失；在换热站侧，通过吸收式换热技术，利用一次网高温水的驱动力进一步降低回水温度，减少了不可逆损失；

因此提高供热能力30%以上,提高热网能力50%以上；目前余热回收方式

1引入压缩式热泵的原因

热电联产汽轮机组火电厂改造汽轮机主汽量（t/h)1079950

额定抽气量（t/h)400200

额定乏气量（t/h)254410

典型抽气参数温度(℃)253

305

压力(bar)4.0

9.8

随着供热形式的变化，许多原本只发电的机组也开始改造用于供热，改造汽轮机通常是在中压缸和低压缸之间打孔抽气，改造机组的抽气参数较高，通常达到8-10公斤，而直接驱动吸收机所需驱动蒸汽参数一般4-6公斤，存在较大的火用损和火积损；改造的电厂抽气参数高，存在能量利用匹配问题通过压缩式热泵可以有效实现能量的匹配。我国热电联产采用“以热定电”的运行方式，随着热电联产机组比例的上升，电网调峰能力越来越差1引入压缩式热泵的原因能耗低潜力大

电力需求高峰期运行不供热或少供热：减少抽汽量或降低机组背压以增加发电负荷压缩热泵关闭减少厂用电，提高发电上网负荷对低温余热进行蓄热电力调峰稳定供热蓄热技术与压缩式热泵相结合

电力需求低谷期运行多供热：增加抽汽量或提高机组背压以减少发电负荷压缩热泵开启增加厂用电，减少发电上网负荷对部分高温进行蓄热矛盾如何解决

在实际的改造工程中,当改造站的比例不足时，一次网回电厂的水温将由于混水而变得较高，对于电厂余热回收不利：热网回水温度升高后，电厂余热回收量随之下降，电厂供热能力降低同时，电厂回收余热量占总供热量比例下降，电厂供热成本升高

同时，一网回水温度升高对于长输管网的经济性也不利，因此存在一次网进一步降温的需求。1引入压缩式热泵的原因有利于进一步降低一网回水温度

2现状及相关问题集中供热用热泵运行范围与常规热泵差别非常大，蒸发，冷凝温度都较高，机组的设计过程及问题将有很大不同；集中供热热泵机组热源侧和使用侧的温差都很大，如何合理的设计系统，减少火积损失将对系统效率产生较大影响；

集中供热用热泵与常规水源热泵在外部特性上差别巨大

2现状及相关问题集中供热用热泵的压缩机与常规热泵压缩机存在诸多新的问题热泵常用压缩机类型

0.01~0.15MW

0.2~2MW1~50MW

2现状及相关问题在相同的蒸发/冷凝温差下（30℃），不同制冷剂COP随着蒸发温度变化趋势如图所示，显然常规制冷剂R134a等应用存在问题；

蒸发温度（℃）），不同制冷剂压力-温度变化趋势如图示，常规制冷剂R134a运行压力太高，对于热泵机组的成本影响较大；

综合效率，传热温差利用，运行压力，容积制冷量，工程可靠性等考虑还需对制冷剂进行进一步筛选。COP压力（KPa）），温度（℃）），

2现状及相关问题集中供热用热泵在换热技术上需要创新液体静压对蒸发温度的影响：常规热泵通常采用满液式蒸发器，在集中供热用热泵中，由于蒸发器较大，因此制冷剂液体的静压对于蒸发温度的影响不可忽视，下图为静压对蒸发温度影响的趋势；（30MW机组，蒸发器外径2m）制冷剂减量需求：以30MW机组为例，若采用满液式蒸发器，灌注量计算值为12吨。巨大的灌注量不仅有环保的影响，也带来了使用维护的问题，为此需要在换热技术上进行研究，减少灌注量；

3研究思路与研究计划2013.9-2014.12

2014.9-2015.92015.9-2016.32016.3-2016.9参数表参数单位热泵A热泵B蒸发器进水温度℃28.247.2出水温度℃1515水流量m3/h32.810.2总换热量kW503.1381.6总压降kPa不大于20kPa不大于20kPa冷凝器进水温度℃58.861.5出水温度℃--水流量m3/h95.4190.8总压降kPa19.249.7运行时段-在电力平峰期和低谷期运行只在电力低谷期运行4已完成工作汇报换热站用压缩式热泵样机开发系统流程图热泵A1.蒸发器和冷凝器均分为两级，可以减少损失；2.由于蒸发温度较高，制冷剂质量流量大，因此油分离器的设计要求更高；3.蒸发器和冷凝器的压降不能超过20kPa；4已完成工作汇报热泵B1.蒸发器的分级问题；2.蒸发器和冷凝器流量倍率为19倍，流量不匹配；3.冷凝温度与蒸发温度差较大，存在机组流程优化问题；4.由于