(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司 发电工程事业部 北京 100120)
摘 要：该循环水余热利用工程项目，属于某电厂的技术改造项目，利用现有的热网循环水系统以及热网抽汽系统，通过新增5×30MW等级吸收式热泵机组，回收热电冷联供700MW级燃气-蒸汽联合循环电站机组循环水的低品质热量，用于对外供热，同时减少污染物的排放。通过系统优化、管道布置优化以及支吊架优化等方式对实际项目进行改造设计，对节能减排、提高经济效益、改善生态环境具有重要的社会意义。
关键词：吸收式热泵；循环水；余热利用；技术改造
Key words: absorption heat pump; circulating water; waste heat recovery ; technological updating
引言
在电力、冶金、化工、纺织、采油、制药等行业的工艺生产过程中，一般会产生大量的废热( 废蒸汽、废热水等) ，若不加以利用，不仅造成
能源浪费，而且容易对环境产生污染。在众多的节能技术中，利用吸收式热泵回收电厂循环水余热越来越受到重视。吸收式热泵以蒸汽和溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，而且具有高效节能的特点［1］，尤为引人注目。
但受技术的限制，热泵技术回收电厂循环水余热当前主要应用于小容量的热电机组，截至目前国内仍然鲜有在热电冷联供工程700MW级燃气-蒸汽联合循环电站大容量机组中余热利用的实例。本文依托该实际技术改造项目，利用溴化锂吸收式热泵回收循环水余热，并进行了优化设计和实例分析。
1 吸收式热泵工作原理
吸收式热泵( 即增热型热泵) ，是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置，图1为其工作原理示意图。
图1 溴化锂吸收式热泵的工作原理
吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵( 冷剂泵、溶液泵) 和其他附件等。
它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内低温热源水的热量，使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来冷剂蒸汽，并放出吸收热，加热流经吸收器传热管的热水。热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户[2～4]。
2 改造中的优化设计
2.1 溴化锂吸收式热泵机组设计条件
凝汽器循环水进水温度：30℃，凝汽器循环水出水温度：25℃；凝汽器循环水水质：中水（为城市再生水）；热网循环水进水温度：55℃，热网循环水出水温度：75℃；热网循环水水质：集中供热热网回水，水质符合城市热力网设计规范要求。
2.2 系统设计优化
热泵机组在能量调节范围内的不同负荷下必须保证平稳运行。其噪音、振动必须控制在标准范围内。
热泵机组本体配备先进、有效、完整的就地检测、自动检测、自动记录、故障诊断、自动联锁、自动报警、自动保护、手动控制和自动控制系统。
该燃气热电冷联供工程700MW级燃气-蒸汽联合循环电站机组，蒸汽轮发电机配备3台热网循环泵，热网供热量465.2MW，总循环水量约6600t/h，设计外网供水温度130℃，设计外网回水温度70℃，一般外网实际回水温度55℃左右，所以电厂现有换热条件达不到外网供水温度要求。故电厂新增5×30MW等级吸收式热泵机组，通过回收热电冷联供700MW级燃气-蒸汽联合循环电站机组循环水的低品质热量，将外网回水温度从55℃提高到75℃，满足电厂原有设计条件，进而满足外网供水温度130℃的设计要求，改造后的系统图见图2：
图2 热网循环水管道改造系统图
其性能参数见表1：
2.3 布置设计优化
从原电厂的热网循环水管道到热泵站距离较长，新改造管道分为厂区热网循环水管道和热泵站热网循环水管道两部分来设计。厂区内管道外径1020mm，壁厚20mm，管道外径和壁厚比较大，管道比较硬，为便于应力计算，管道布置采用了打π形弯的方式，以便于管道膨胀，吸收热位移。管道的支吊架的热位移比较小，见下图计算结果：
其中，接口编号100、200、300为3台热网循环水泵的回水接口。接口编号333、444、555、666、777为五台热泵的进水口，332、442、552、662、772五台热泵的出水口。
3 结论
本文依托于电厂循环水余热利用技术改造项目，通过新增5×30MW等级溴化锂吸收式热泵机组，回收循环水的低品质热量用于对外供热，得出以下结论：
（1）吸收式热泵系统回收电厂热网循环水余热，是实现电厂节能减排和提高电厂经济效益的一种实用技术，为电厂技术改造提供了一种节能减排的有效手段，并成功应用于燃气热电冷联供工程700MW级燃气-蒸汽联合循环电站机组技术改造中。
（2）利用吸收式热泵，可以回收热网循环水余热，Φ1020x20的热网循环水管道比较硬，通过优化管道布置，设置管道π形弯，可以吸收管道膨胀的热位移。
（3）优化管道布置后，在支吊架设计中，通过调整支吊架位置和型式，采取导向支架、固定支架和弹簧、刚性支吊架相结合的方式，可以进一步减小热泵进、出口和原热网循环水管道入口滤网接口的力与力矩，使其在允许范围内。
利用溴化锂吸收式热泵回收电厂循环水余热，为电厂技术改造及新电厂建设提供了一种节能减排、改善生态环境的有效手段，具有重要的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 郭小丹，胡三高，杨昆，等．热泵回收电厂循环水余热利用问题研究[J]．现代电力，2010，27 ( 2 ) :58-61．Guo Xiaodan，Hu Sangao，Yang Kun，et al． Researchon waste heat recovery of circulating water in power plant by heat pump technology [J]．Modern Electric Power，2010，27 ( 2) : 58-61
[2] 季杰，刘可亮，裴刚，等．以电厂循环水为热源利用热泵区域供热的可行性分析[J]．暖通空调，2005，35 ( 2) : 104-107．
Ji Jie，Liu Keliang，Pei Gang，et al Practicability of district heating using heat pumps with circulating water of power plant as heat source [J]．HV＆AC，2005，35(2): 104-107．
[3]蓝玉．利用电厂余热的水源热泵空调系统的研究[D]．大连: 大连理工大学，2005．
[4]王宝玉，周崇波．热泵技术回收火电厂循环水余热的研究[J].现代电力，2011，28 (4):73-77．Wang Baoyu，Zhou Chongbo．Study on heat pump technique to reclaim circulating water waste heat in thermal power plant[J]．Modern Electric Power，2011，28( 4) : 73-77．
作者简介
王艳红（1982-），女，硕士，中级工程师，主要从事火电厂机务设计研究工作。
论文作者:王艳红1,朱迎新2
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/27
标签：热泵论文; 电厂论文; 余热论文; 蒸汽论文; 溴化锂论文; 机组论文; 管道论文; 《电力设备》2015年第12期供稿论文;