热泵技术在热电厂循环水热能回收项目中的应用

一、项目方案分析

1.项目概况

XX有限公司成立于2002年7月，五十五年以来，秉持诚信立业之宗旨，注重技术、质量及服务顾客，至今已发展成为台湾之大型企业集团，产品行销世界五十余国，是台湾名列前茅的大型综合塑料、电子和精细化工集团，拥有丰富的人才和技术资源，在业界有多年的丰富经营经验，市场遍及全球，并以研发新工艺著称，拥有各项世界专利产品，因而位列世界著名化学公司之林。

XX有限公司设有自备热电厂，生产电力、蒸汽为理文产业提供能源所需。自备热电厂锅炉系统需新增补水约为90m³/h，补水温度约为30℃，自备电厂发电过程中，抽凝机组需要大量的冷却水，冷却水夏季最高温度约为40℃，冬季最低约为25℃，该部分热量全部由冷却塔散发到空气中去。

2.方案设计

2.1方案设计目的及原则

现通过对锅炉补水用热需求及冷却水系统散热的综合分析，以“先保证系统安全可靠的基础上，提供最佳性价比方案”的原则对系统进行设计：

设计一套吸收式热泵余热回收系统，回收循环冷却水余热，在一定量蒸汽的驱动下，将30℃的除盐水加热至82℃，由于季节变化余热参数有变化，夏季热水出水温度高，冬季热水出水温度相对较低，部分时间段会低于80℃或高于80℃，因此因此本次方案以循环水温度30℃为基本参数依据，热水出水温度满足82℃为目标。

2.2用热需求数据分析

除盐水补水来自于反渗透制取除盐水，锅炉补水温度全年平均温度约为30℃，根据客户提供需要加热的补水量为90t/h。

根据用热需求，加热补水量为90m³/h，加热初始温度为30℃，加热至82℃，热需求为：

Q=CM△t=1KCal/L.℃×90×1000kg/h×(82℃-30℃)=468×10⁴KCal/h

0.55MPa蒸汽有效热值按60×10⁴KCal/t计算，那么蒸汽耗量约为7.8t/h。

2.3冷却水余热量数据分析

XX自备热电厂冷却水数据为：流量可以满足方案余热取水需求，夏季冷却水供/回水温度为40℃/33℃，冬季冷却水供/回水温度为25℃/18℃，该部分热量可以根据用热需求部分余热回收，也可以全部热回收，这取决最终的用热需求，由于热需求量较小，则项目进行部分热回收。本次方案根据全年平均温度30℃/25℃实施。

2.4方案数据确认

锅炉补水量90t/h，30℃/82℃；循环冷却水30℃/25℃，冷却水量足够多。

2.5系统设备选型

2.5.1主设备选型

蒸汽型吸收式热泵性能参数表

项目		单位	规格
机组型号		-	RHP055
热泵数量		套	1
热网水	流量	t/h	90.0
	入口	℃	30.00
	出口	℃	82.21
	压力损失	m	5.2
	制热量	MW	5.46
余热水	流量	t/h	367
	入口	℃	30.0
	出口	℃	25.0
	压力损失	m	5.3
	回收热	MW	2.13
驱动蒸汽	入口压力	Mpa G	0.55
	饱和温度	℃	162.1
	凝水温度	℃	90
	流量	kg/h	5031

2.5.2辅助设备选型（估算）

部分热回收：

热水泵：流量95m³/h，扬程20m，额定功率7.5KW，数量2台（1用1备），如果原除盐水泵压头有足够的富余量，该泵可以取消。

热源水取水泵：流量367m³/h，扬程20m，额定功率30KW，数量2台（1用1备），如果原循环水泵压头有足够的富余量，该泵可以取消。

减温减压装置一套，设计最大蒸汽量约6t/h，0.8MPa减压至0.5MPa，300℃降温至159℃。

二吸收式热泵介绍

1.吸收式热泵技术的提出

随着环境保护和节约能源呼声的高涨，国内外相关专家开始寻求一种回收工业领域大量的低温冷却水余热资源，提供建筑采暖或工业用热，达到节约能源、保护环境的目的。利用吸收式热泵原理，可以实现这一目的，吸收式热泵技术应运而生。

如果能合理利用冷却水的余热资源，在规模不变的情况下，至少可降低热水加热蒸汽消耗量（设计工况下）的40%，基于此，我们根据吸收式制冷机的原理，提出了回收余热资源用来改善预热方式的吸收式热泵供热技术，并将其应用与实际工程。

2.吸收式热泵机组工作原理

吸收式热泵工作原理：1、热泵是一个专业术语，是把处于低温位的热量传输到高温位的机械。锅炉补水使用的吸收式热泵是将电厂双曲线冷却塔水中的热量搬运到温度更高的除盐水中。双曲线塔中32度的冷却循环水经过机组变为27度，而除盐水由进机组时的20度升高80度。2、溴化锂吸收式热泵同样遵循热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（热量由低温搬运到高温不会自发进行，必须消耗其他能量）。溴化锂吸收式热泵在工作状态下需要输入一定量的蒸汽。

增热型热泵：是利用少量的高温热源，产生大量能被利用的中温热能。即利用高温热能驱动, 把低温热源的热能提高到中温，从而提高了热能的利用效率。制热COP在1.5～2.3左右：就是利用1MW的驱动热源可以得到约1.5～2.3MW的生产生活需要的热量。

吸收式热泵机组不仅用来供暖、制取生活热水，甚至还可制冷，一机三用。工作原理吸收式制冷基本相同。不同在于：蒸发器用于余热水热量的吸收，吸收器和冷凝器作为用户热水循环系统。

3.吸收式热泵机组的特点

与传统的换热器加热系统相比，吸收式热泵有明显的优势。普通换热器只能将90％～95％的热能或55～80%的燃料内能转化为除盐水携带的热量。而吸收式热泵可利用蒸汽、高温热水或烟气等较高品位的能源再回收一部分余热能源，效率值可达1.8.因此吸收式热泵要比传统的低温加热器节省50%左右的能量。概括来讲，主要有以下特点：

1）适用范围广。吸收式热泵机组可利用的余热水水体温度冬季为20～50℃，可制取的热水水温为45～90℃。在国民生产的各个领域，如热电、钢铁、化工、石油等均存在着大量的低温循环水，且各行业均存在着工业用热或民用建筑采暖等热需求，所以吸收式热泵机组应用范围相当广泛。

2）高效节能。吸收式热泵系统之所以节能，很重要的一点就是它所提供的热量中有很大部分是从低温侧无偿获得，如果热泵的制热系数为1.8，相当于只消耗了1kW高温（蒸汽）热能，既有0.8KW的能量从低温侧无偿获得，吸收式热泵的效率为180%，远高于传统的换热器。

3）环境效益显著。吸收式热泵基本不耗电能，热泵机组使用溴化锂-水溶液，运行时没有任何污染，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地。

4）一机多用，应用范围广。吸收式热泵系统可加热工艺用水、供暖、还可供生活热水，一机多用，

1. 自动运行。吸收式热泵机组运转部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命20年以上。

三节能效益分析及投资概算

1.经济效益分析

根据现有的用热需求条件下，除盐水加热始末温度30℃/82.21℃，流量90t/h，热泵机组加热量470×10⁴kcal/h；循环水全年平均温度30℃/25℃条件下，余热回收量183.5×10⁴kcal/h，余热回收量折合蒸汽量3.06t/h。全年运行7000小时，全年热回收折合节省蒸汽量：3.06t/h×7000h=21420t。

蒸汽价格按140元/t计算，年节省蒸汽效益：21420t×140元/t=2998800元。

2.环境效益分析

采用吸收式热泵机组，制取比原废热水更高温度的热水，提高用热范围，增加经济效益。吸收式热泵机组和板式热交换器组合热回收无需锅炉，没有燃烧过程，不存在固体废弃物、有毒有害气体及烟尘排放等问题，不消耗水资源，不污染地下物质，因而是环保的供热方式。

部分热回收条件下，现传统方式和吸收式热泵的蒸汽耗量换算为标煤（7000Kcal/kg）,锅炉效率85%，则该项目年节约标煤量约为2158吨。