（山西国锦煤电有限公司 山西交城 030599）
摘要：本文提出了低温回水技术在热电联产集中供热系统中的应用，分析了吸收式热泵+常规板换方案、电动水源热泵+常规板换方案、热力站混水+电动水源热泵方案、电动或汽动压缩式热泵四种方案。进而，降低一次网回水温度，提高热负荷输送能力，节能减排效果十分显著。
关键词：热电联产；低温回水技术；热泵；热力站；梯级利用
1概况
“2020年我国城镇供热120亿平米，供热能耗2亿吨标煤，其中，70%为集中供热，30%为分散供热，其中集中供热热源热电联产和锅炉各占一半；乡村分散供热100亿平米，供热能耗1.2亿吨标煤，供热热源以散煤锅炉为主，秸秆和牛羊粪烧炕为辅”。可以看出，北方地区城镇供热中，热电联产集中供热的比例仅占35%，与此同时，“北方地区的电力、钢铁、水泥等3.0亿吨标煤的低品位余热资源没有利用”，对于靠近城市的供热机组，虽然这几年已逐步重视余热的开发利用，但余热利用率也仅在50%，大量远离城市的大型火力发电厂余热还远远没有被开发利用。因此，热电联产集中供热当前受到两个问题的严重困扰，供热能耗高，环境污染严重。
实践证明利用余热的热电联产集中供热系统要比大型的燃煤锅炉供热、燃气供热、电力供热运行成本低，如果把这些余热能充分利用，基本能满足目前北方地区的供暖需求，并且节能减排效果显著。如何增大热网的输送能力成为关键。其中一种可行的方式是增大热网的供回水温差，现有大型集中热网通常采用间接供热方式，一次网供水温度由于受到直埋聚氨酯保温管道保温材料的限制，供水温度最高到130℃，而一次网回水温度由于热力站内换热器端差的影响，受到二次网温度的限制，为了解决这一问题，本文对热力站低温回水技术进行了研究。
2低温回水技术原理
2.1吸收式热泵
2.1.1吸收式热泵分类
吸收式热泵是利用溴化锂溶液的吸收循环实现热泵功能的装置，采用热能直接驱动。吸收式热泵分为单效和双效两类：吸收式热泵（增热型泵）及吸收式热泵（升温型热泵）
在降低一次网回水温度的技术中，通常采用热水驱动型第一类吸收式热泵，利用热泵将一次网回水温度降低到比二次网温度更低的水平，同时利用热网的高温热水驱动，基本无额外能量输入，运行费用显著降低，特别适用于热能丰富的热力站内使用。
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图1吸收式热泵分类
2.1.2吸收式热泵原理
吸收式热泵组成部分包括：热交换器、发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器。目前，常用的是溴化锂吸收式热泵，制冷剂为水，吸收剂为溴化锂溶液，利用水的相变原理，溴化锂溶液吸收工作。溴化锂溶液是一种极易吸收水（蒸汽）、化学性质稳定的物质，在温度越低、浓度越高时吸收能力越强。
2.2喷射式热泵
喷射式热泵本质上是一种引射式压缩器，利用高压引射低压气体，混合成中压蒸汽。高压蒸汽经过狭窄的喷嘴后，形成高速射流，四周的压力急剧降低，形成负压。喷射式热泵以直接抬升乏汽的压力从而提高其饱和温度，达到给热网水加热的目的。其特点是设备可靠，过程简单，工作效率高，后续的维护工作量小。
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图2喷射式热泵工作原理
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图3吸收式热泵机组供热系统热力流程简图
喷射式热泵主要由喷嘴，负压腔，文丘里管三部分结构组成。相比于吸收式热泵，喷射式热泵结构简单，设备外形尺寸较小、成本低，适用于空间狭小的既有热力站改造。
3热力站低温回水技术方案
3.1热力站设置大温差热水型溴化锂换热机组
该项技术是由清华大学研制的基于Co-ah循环的热电联产集中供热方法，在用户热力站处安装吸收式热泵机组，采用这种技术将回水温度降低到25-30℃回电厂，将周围电厂的余热完全利用。
本方案采用吸收式热泵和常规板换联合运行方式，一次网130℃高温供水先进入吸收式热泵产生驱动力，降温到85℃进入水—水板式换热器作为高温热源放热给温度较低的二次网循环水，一网水温度进一步降低到55℃再次进入吸收式热泵作为低温热源，热量被热泵吸收后放热给二次网循环水，一网水温度降至25℃返回电厂，二网水分别经吸收式热泵和常规板换加热后，由45℃升高到60℃供向热用户。增加吸收式热泵后，在保证二次网供回水温度的前提下，一次网回水温度大幅降低，从而提到了热网的供热能力，同时，较低温的回水更利于回收电厂凝汽器余热，节能和经济效果显著。
3.2电动水源热泵降温方式
在传统热力站供热初、末期，由板式换热器换热，严寒期由电动水源热泵通过吸收板式换热器出水侧的余热尖峰补热，可降低一级热网的回水温度，有利于热电厂乏汽充分利用，热力站可增容40%-50%左右。如霍州到临汾长距离热水输送供热在热力站就采用这种技术，可将回收温度降低到15℃，电动水源热泵的COP值实测为10。
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图4水源热泵机组供热系统热力流程简图
对于一次网供水温度较低的场合，可以考虑末端增加电热泵的方式，实现回水温度的降低。本方案一次网供水温度95℃，先在板式换热器内间接换热，并考虑5℃端差，一次网回水温度比二次网回水温度高5℃，即40℃流出板换后，进入热泵蒸发器，热量利用循环工质，温度降至15℃送至回水管。冷凝器接至二次热网循环水之间，二次热网回水为35℃，在冷凝器内吸收热量，温度升高至50℃后，供向热用户。根据热泵循环的理想效率和蒸发温度、冷凝温度的关系，提高蒸发温度、降低冷凝温度有利于提高热泵机组的能效，因此采用两级电热泵串联连接的系统形式下，双级热泵的COP可达到10，节能效果显著。
3.3热力站混水+水源热泵梯级利用方式
一级网供回水在热力站与二级网供回水混水后将水温降到45℃以下，再利用电动水源热泵将混水后的45℃以下回水的余热提出，降到30-15℃，通过电动压缩机将余热提取供二级网用户使用。这种混水换热方式由于采用混水换热，热效率高，节约投资，电动水源热泵的耗电量比较低。如临汾市洪洞县利用集中供热热网回水余热供热热力站内采用这种技术。
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图5混水+水源热泵机组供热系统热力流程简图
本方案利用临汾市集中供热回水管网的50-55℃低温水在洪洞县换热站与用户系统的回水进行混合，得到50℃左右的热水，经混水泵送入用户采暖系统中进行供热；将混水直供采暖系统35℃回水做为热源，利用两级水源热泵提取回水热量供二次网用户系统采暖，一次网经过以上两次用热，使洪洞回临汾的集中供热回水温度降至15℃，该温度的水再回到电厂。
3.4利用压缩热泵集中回水降温方式
在一级网回水总管上设置大型电动或汽动压缩式热泵将回水温度由45-55℃降低到35-25℃返回火力发电厂，提取的余热经过压缩机做功后将二级网回水加热到85℃可独立向附近的供热区域供热。如山西国锦电厂就是利用国锦电厂至太原市长输热水供热管网（45公里长）的回水总管上设置压缩热泵集中回水降温装置，将水温由50度降温到35℃返回电厂余热装置利用，压缩热泵提取的余热通过压缩机做功后将清徐独立供热系统的45℃回水加热到85℃供清徐热用户使用。
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图6电动或汽动压缩式热泵机组供热系统热力流程简图
4结论
对低温回水技术进行分析，得出结论如下：
1)集中供热热网利用板换进行间接换热的常规系统往往受到二次网温度的限制，一次网回水温度通常在55-70℃之间，利用热泵技术可以打破这种局限，大幅降低回水温度到15-30℃，进一步拉大供回水温差，从而提高热网输送能力，提升系统供热效率，同时，较低的回水温度更加有利于电厂乏汽余热的回收，降低供热成本，节能性经济性显著。
2)热泵的选型对供热系统效果影响较大，对于吸收式热泵，利用热能直接驱动，无需额外的能源输入，运行费用低，特别适用于热能丰富的热力站使用；电驱动压缩式热泵的设备性能高，只需要消耗少量的高品位电能，就能实现大量低温位能向高温位热能的转移，特别适用于供水温度较低的场合；喷射式热泵结构紧凑，成本低运行可靠，特别适用于空间受限的热力站改造。
3)低温回水技术方案主要有以下四种：吸收式热泵+常规板换方案、电动水源热泵+常规板换方案、热力站混水+电动水源热泵方案、电动或汽动压缩式热泵方案。这几种方案都能有效降低一次网回水温度，节能减排效果十分显著。
参考文献
[1]石兆玉.供热系统运行调节与控制.清华大学出版社.1994.
[2]王魁吉.供热系统全方位节电节能技术.区域供热,2005，（1）.
作者简介
王孝全，男，出生年月：1969年02月；工程师。