（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 西安 710054）
摘要：采用吸收式热泵回收电厂冷凝热回收系统，可以有效提取低温冷凝热，节省高品位的蒸汽消耗，在不增加热源投入的前提下，提高电厂最大供热能力，减少投入的供热锅炉或热电机组投资，同时降低现有供热系统能耗和运行成本，实现电厂冷凝余热的循环利用，大幅度提高综合能源利用效率。本文主要论述热泵方案在工程应用的可行性和运行收益，以便于投资方做出决策。
关键词：吸收式热泵；方案；经济性
吸收式热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，是近30年来迅猛发展的一种高效节能装置。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。正是因为热泵同时兼顾节约能源、保护环境和持续发展而倍受人们关注。采用吸收式热泵回收电厂冷凝热回收系统，可以有效提取低温冷凝热，节省高品位的蒸汽消耗，在不增加热源投入的前提下，提高电厂最大供热能力，减少投入的供热锅炉或热电机组投资，同时降低现有供热系统能耗和运行成本，实现电厂冷凝余热的循环利用，大幅度提高综合能源利用效率。
1.吸收式热泵原理
吸收式热泵是利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸汽，在另一条件下又能强烈吸收低沸点组分的蒸汽这一特性完成热泵循环的。
1.1第一类吸收式热泵装置
第一类吸收式热泵装置如图1-1所示。它是由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、节流阀、溶液泵等部件组成。其热泵循环由在发生器和吸收器之间进行的溶液循环和在发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器之间进行的工质循环组成。
图1-1 第一类吸收式热泵装置示意图
溶液循环的原理是：由吸收剂和制冷剂组成的溶液在发生器中被加热，消耗热量Qg ，使部分工质气化，导致溶液由浓溶液变为稀溶液，稀溶液通过节流阀进入吸收器，在吸收器中吸收来自蒸发器的气态工质，再次变为浓溶液，同时释放出吸收热Qa，向用热对象供热。浓溶液被溶液泵送回发生器，从而完成溶液循环。
工质循环的原理是：在发生器中部分工质气化后进入冷凝器被冷凝成液态工质，同时放出冷凝热Qc向用热对象供热。液态工质通过节流阀后进入蒸发器，在蒸发器中吸收热源的热量后变为气态工质，再被输往吸收器。在吸收器中气态工质被来自发生器的稀溶液吸收后泵回发生器，从而完成工质循环。
驱动第一类吸收式热泵的热源温度必须高于用热对象的温度，所以第一类吸收式热泵又被称为增热型吸收式热泵。
1.2第二类吸收式热泵装置
溶液循环的原理是：由吸收剂和制冷剂组成的溶液在发生器中被加热，消耗热量Qg，由于部分工质被气化变为稀溶液。稀溶液通过溶液泵至吸收器吸收来自蒸发器的气态工质，再次变为浓溶液，同时释放出吸收热Qa向用热对象供热。然后，浓溶液经过节流阀返回发生器。
工质循环的原理是：在发生器中部分工质气化后进入冷凝器被冷凝成液态工质，因为冷凝器中工质的温度比较低，不能够满足用热对象的需要，只好放入环境。液态工质通过泵送入蒸发器，在蒸发器中吸收热量Qc后，变为气态工质，再被输往吸收器。在吸收器中气态工质被来自发生器的稀溶液吸收后经过节流阀回到发生器，从而完成工质循环。
在理想情况下，不考虑各种散热损失，第二类吸收式热泵的制热量为Qa，所消耗的热量为Qg+Qc。由此，其性能系数为：
驱动第二类吸收式热泵的热源温度低于用热对象的温度，所以第二类吸收式热泵又被称为升温型吸收式热泵。
2.吸收式热泵机组在热电厂的应用
2.1吸收式热泵机组制热原理
目前，在热电厂应用的吸收式热泵机组均为第一类吸收式热泵装置，已经实施的工程项目均以增加供热量为目的。
该热泵装置的基本原理主要是：
采用水作为吸收剂，采用溴化锂作为制冷剂。
利用水在高度真空下，蒸发（汽化）吸热、冷凝放热完成换热过程。
利用溴化锂溶液高吸湿性携带水进行循环换热。
2.2吸收式热泵机组在热电联产工程应用中的技术流派
吸收式热泵机组在热电联产工程应用中分为两个技术流派：
2.2.1常规热力管网集中供热技术
一次网设计参数为130℃/70℃或120℃/60℃，采用电厂设置的吸收式热泵将热网回水加热升温15℃~30℃，再用热网首站汽水换热器通过蒸汽将热泵出口的热水加热至一次网需要的热网供水温度。吸收式热泵将热网回水加热升温的幅度受低温热源温度制约。
该技术方案易于实现，仅需在热网首站前设置吸收式热泵，热泵负责热网回水的低温段加热。热泵机组的COP在1.6～1.7。工程实施中，热泵机组系统设有旁路，在热泵机组故障时，热网首站系统可以在开旁路的情况下按照汽水换热的方式运行，保证供热的可靠性。
2.2.2超大温差管网集中供热技术
一次网设计参数为130℃/20℃，采用用户热力站设置的吸收式热泵将一次网回水温度降至20℃，输送至电厂设置的吸收式热泵。一次网回水吸收低温热源水的热量，升温至75℃~80℃，输送至热网首站的汽水加热器，再通过蒸汽将热泵出口的热水加热至一次网需要的热网供水温度。在热泵出口的热网水温满足热网供热要求时，热水通过热网首站汽水换热器的旁路直接外供。
3.响吸收式热泵方案经济性的重要因素
3.1余热利用率
余热利用率的高低，对方案经济性的影响至关重要，但往往受外部热网的制约。吸收式热泵工作是基于梯级加热的原理，所以，热网回水的温度越低，对热泵的利用越有效，余热回收比例越高。因为吸收式热泵采用溴化锂溶液制冷，其出口的热网水温度最高为90℃，所以对外供热的温度降低会对余热回收比例有显著提高。
3.2内部真空度
内部真空度是影响溴化锂机组运行效率的重要指标，也是影响机组寿命的主要因素。为达到溴化锂机组内部水蒸气低温蒸发的换热机制，溴化锂机组需要维持高度真空。不凝性气体由室外空气渗入或机组内电化腐蚀而产生，机组内即使只含有微量不凝性气体也会使制冷量显著下降，对机组性能的影响极大。当不凝性气体含量达到10%时，会使机组无法正常运行。另外内部空气中的氧气会加速钢板氧化，缩短机组寿命。
溴化锂机组在出厂时已达到高度真空，在运行中需要真空泵或其他抽真空设备维持机组内部真空。
3.3制冷工质结晶
作为机组内部制冷工质的溴化锂溶液，起着制冷剂和吸收剂的作用，其浓度和温度发生循环周期性变化，溶液浓度过大或温度过低时，会使溴化锂从溶液中析出，即结晶。会造成机组运行效率降低或停机。
结晶主要是由以上两个原因造成，从目前调查情况来看，通过运行正常监视和调整可以避免。
3.4换热管束结垢
热泵设备内有大量的换热管束，材质为钢管或铜管。一个环节的换热管结垢，会产生连锁效应，引起整个系统的换热效率降低。实时监测各部位水质，是保证热泵设备高效运行的必要手段。
4.结论及建议
采用吸收式热泵技术，回收乏汽余热，用于集中供热，该方案在工艺技术上是可行的。
实施吸收式热泵回收电厂余热技术，降低了污染物排放量，保护了大气环境，符合当地城市规划的目标和指导思想，对当地经济和社会的可持续发展起到积极的作用，还可申请较为可观的政策性补贴。因此，该方案在环保效益和社会效益方面是显著的。
论文作者:吴莎
论文发表刊物:《河南电力》2018年12期
论文发表时间:2018/12/4
标签：热泵论文; 工质论文; 溶液论文; 机组论文; 溴化锂论文; 余热论文; 温度论文; 《河南电力》2018年12期论文;