国电内蒙古东胜热电有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000
摘要：分析330 MW亚临界燃煤火力发电机组乏汽余热收回的热泵技术原理和运行效率，揭示驱动蒸汽压力、背压、热网水流量和热泵进水温度对热泵性能系数COP的影响规律。结果表明，采用溴化锂吸收式的热泵技术能有效回收一部分乏汽，用以初步提升热网回水温度，可进一步提升深度供热期的供热面积和供热温度。热泵性能系数COP随驱动蒸汽压力、热网循环水流量和背压的增加而单调增大，随热泵进水温度的降低而单调增大。采用热泵技术前，最大供热能力为540.8 MW，最大供热面积为供热面积约1040万m2。采用热泵技术后，最大供热能力为686.17 MW，最大供热面积约1320万m2，供热面积增大27%，每个供热期节省标煤7.23万吨，降低标准煤耗约25 g/kWh。
关键词：供热火电机组；COP；热泵技术；乏汽余热回收；直接空冷
1引言
对于330 MW亚临界直接空冷供热火力发电机组，大量的乏汽余热通过空冷岛向环境散失，冷端损失了大量的低品位热量[1-4]。采用热泵技术，回收部分冷端损失的乏汽热量，用以增加城市热网供热面积，不仅有利于能源的综合利用，还能有效地减少大气污染[3-5]。
本文拟分析330 MW亚临界直接空冷燃煤火力发电机组乏汽余热回收的溴化锂吸收式热泵技术原理和运行效率，揭示驱动蒸汽压力、背压、热网水流量和热泵进水温度对热泵系统性能系数COP的影响规律。本文的分析有助于了解热泵技术在燃煤供热发电机组中的运行效率和分析方法，通过热泵技术提高最大供热面积，降低综合供电煤耗。
2热泵技术
以国电东胜热电公司330 MW亚临界直接空冷燃煤火力发电机组为例进行分析。单台机组的额定供热抽汽量为550 t/h，设计最大供热面积为1050万平方米。通过对机组空冷系统改造，以供热抽汽（第五段抽汽）作为驱动热源，采用溴化锂作为吸收工质，水为制冷剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，利用热泵技术回收低品位的乏汽余热。
图1示出改造前的供热和凝汽器系统。在满足机组供热条件下最低发电负荷为220 MW，采暖抽汽和排汽量为497 t/h，热网循环水流量为10000 t/h，空冷岛所需的最小防冻乏汽流量为200 t/h。单台机组负荷260 MW时，在供热抽汽量2×420 t/h的条件下，利用压力0.4 MPa和温度242.4℃的第五段抽汽可将55℃的热网回水加热至101.5℃的热网供水。
图2 改造后的供热和空冷凝汽器系统
图2示出采用溴化锂吸收式热泵技术改造后的供热和凝汽器系统。将原排入空冷岛的乏汽一部分，每台机组约96 t/h乏汽抽入热泵中。以原用于供热的部分第五段抽汽，每台机组约129 t/h作为动力驱动蒸汽，以热泵中的溴化锂为媒介，将抽入热泵中的乏汽和五抽的汽化潜热均释放出来，将热网回水由55℃加热至81.8℃。再经热网加热器，将热网回水加热至114℃，对外供热。
每台机组抽取的96 t/h乏汽的余热即为额外的正收益。抽取的乏汽在热泵中释放热量凝结成水，回到凝结水系统的排汽段。驱动蒸汽在热泵中释放热量凝结成水，回到凝结水系统的6号低加入口。
3性能和效果分析
溴化锂吸收式热泵系统的性能系数COP受驱动蒸汽压力、背压、热网水流量和热泵进水温度的影响。热泵性能系数COP随驱动蒸汽（第五段抽汽）压力、热网循环水流量和背压增加而单调增大。热泵性能系数COP随热泵进水温度的降低而单调增大。
设计工况为单台机组负荷260 MW。热泵系统的总供热量Qrb（MW）和热网加热器的总供热量Qrh（MW）为：
Qrb=Cp?Grw?(Trb,out? Trb,in)/3600 (1)
Qrh=Cp?Grw?(Trh,out? Trh,in)/3600 (2)
式中，水比热容Cp取4.1868 kJ?kg-1?K-1；热网循环水流量Grw为10000 t/h；Trb,in、Trb,out为热泵进出口的热网循环水温度；Trh,in、Trh,out为热网加热器进出口的热网循环水温度。当Trb,in、Trb,out分别为55℃和81.8℃时，Qrb为311.68 MW。热泵系统的性能系数COP定义为：
COP=Qrb/Qmotive (3)
式中，Qmotive为驱动蒸汽的供热量；COP设计值为1.667。由式(2)，设计工况下，Qmotive为186.97 MW。热泵回收的乏汽余热Qes为：
Qes=Qrb?Qmotive (4)
式(3)示出设计工况下，Qes为124.71 MW，即448.96 GJ/h。每个供热期包括4320个小时，约节省标煤7.23万吨，降低煤耗25 g/kWh。
采用热泵前，将840 t/h抽汽全部用于供热，由式(2)，计算得到热网加热器的最大供热能力为540.8 MW，单位面积供热负荷为52 W/m2，最大供热面积约1040万m2。采用热泵后，将840 t/h的抽汽全部用于供热，由式(1)和(2)，计算得到最大供热能力为686.17 MW，最大供热面积约1320万m2，供热面积增大27%。
4结论
分析330 MW亚临界燃煤火力发电机组乏汽余热收回的热泵技术原理和运行效率，揭示驱动蒸汽压力、背压、热网水流量和热泵进水温度对热泵性能系数COP的影响规律。结果表明：
（1）采用溴化锂吸收式的热泵技术能有效回收一部分乏汽，用以初步提升热网回水温度，可进一步提升深度供热期的供热面积和供热温度。
（2）热泵性能系数COP受驱动蒸汽压力、背压、热网水流量和热泵进水温度的影响。热泵性能系数COP随驱动蒸汽压力、热网循环水流量和背压的增加而单调增大。热泵性能系数COP随热泵进水温度的降低而单调增大。
（3）采用热泵技术前，最大供热能力为540.8 MW，最大供热面积为供热面积约1040万m2。采用热泵技术后，最大供热能力为686.17 MW，最大供热面积约1320万m2，供热面积增大27%，每个供热期节省标煤7.23万吨，降低标准煤耗约25 g/kWh。
参考文献
[1]周健, 张毅龙, 陈亚楠, 沈跃军, 隋晓华, 赵俊杰. 迎面风速对空冷凝汽器换热效率和背压的影响[J]. 电力设备, 2017, (20) : 145, 157.
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论文作者:高殿波,张毅龙,任晓敏,周健,赵俊杰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/26
标签：热泵论文; 机组论文; 余热论文; 溴化锂论文; 系数论文; 蒸汽论文; 面积论文; 《防护工程》2017年第29期论文;