李占东
（天津国电津能热电有限公司 天津 300300）
摘要：随着热泵技术的快速发展和日趋成熟，热泵技术应用于供热机组，达到热能回收利用、节约能源、降低排放成为现实。采用蒸汽型的溴化锂吸收式热泵，以供热抽汽为驱动蒸汽，提取循环水回水的低品位热量，加热城市热网循环水，转化为城市居民供暖用的高品质热量。通过采用热泵技术，降低了汽轮机的冷端损失，扩大了对外供热能力，增加了供热的灵活性，还能减少原煤消耗，降低二氧化硫和二氧化碳的排放，起到节能减排的作用。
关键词：热泵技术 冷端损失 供热 节能减排
1前言
本公司现有2台330MW亚临界燃煤供热机组，分别于2009年8月、11月建成投产。汽轮机型号为C330/262-16.7/0.3/538/538 型亚临界抽汽式供热燃煤汽轮机，东方汽轮机厂制造。一期工程配套安装了热网首站，安装有4台LRJCW2200-2400型卧式热网加热器，换热面积为2400㎡，分别向市区和华明镇供热。随着城市的规划发展，供热需求和节能减排需求日益提高，为了满足日益提高的供热和节能减排需求，增加机组供热的能力和灵活性，充分利用汽机排汽的冷凝热，降低汽轮机的冷凝损失，达到节能减排，降低发电煤耗的目的，进行了#2机组的热泵系统改造。
2热泵技术分析
简要介绍溴化锂吸收式热泵原理：吸收式热泵也称增热型热泵，原理是以蒸汽为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取采暖用或工艺用的高品位热水。即应用高温蒸汽作为驱动热源，把低温热源的热能提高到中温，以达到提高热能的应用效率。其中对热源技术指标要求如下: 1、驱动热源：压力为 0.20～0.80MPa，温度 220℃左右。2、可应用低温热源：温度 40℃左右的余热水。3、产生中温热源：可得到比废热温度高 40℃左右，即 80℃左右的中温热水。4、热泵制热COP为1.7左右，就是应用1.0MW的驱动热源可以得到 1.7MW 的中温热源。
热泵型号为：RHP-388溴化锂吸收式热泵。热泵单元系统包括：驱动蒸汽进汽系统，减温水系统，凝结水系统，余热水系统，热网水系统，抽真空系统、热泵本体等。每套热泵机组自带一套监视、测量、控制系统，对进入热泵的蒸汽、余热水、热网水及热泵内部换热介质等进行独立监控，热泵站通过通讯系统与2号机DCS控制系统连接。
每套热泵机组蒸汽入口设有关断式调节阀，由热泵机组自带PLC控制系统自动控制调节门开度。该系统配套8台热泵，每台供热能力设计为38.961MW。设计制热工况下，蒸汽型溴化锂吸收式热泵机组热水入口温度为50℃，出口温度为76.8℃；余热水入口温度为41℃，出口温度为33℃。
余热回收热泵以#2机组供热抽汽作为驱动热源，#1机组供热抽汽作为驱动备用热源，并以溴化锂吸收式热泵机组为主体，回收#2机组循环水余热。改造完成后，热网循环水流程为：热泵→#1 机热网加热器→#2 机热网加热器，变为三级串联加热。改造后#2 机运行背压由4kPa提升至9kPa，对应凝汽器循环水出口温度41℃，部分循环水经热泵回收余热温度降为33℃后，返回至机组循环水系统。热泵系统主要蒸汽参数如下。
热泵驱动蒸汽参数的选择：热泵设计驱动蒸汽压力0.4MPa，蒸汽温度240℃。蒸汽减温调节阀前压力为 0.35MPa，进入热泵机组发生器压力为0.3MPa。但是由于蒸汽管道实际管阻大于设计管阻，机组五抽压力0.4 MPa时，减温调节阀前压力仅为 0.3 MPa。
要达至热泵机组进行汽压力额定值，五抽压力需维持0.48MPa。实际运行中，由于机组电负荷需要做一定调整，在供热季，要保证汽轮机运行安全，要求低压缸进行流量＞120 t/h， 低压缸进汽压力＞0.07MPa，冬季供热既需要满足热负荷需求又需要满足电负荷需求，热泵减温器后驱动蒸汽压力压力随负荷变化维持在0.25MPa左右，热泵能较高效率空间连续运行。
余热水温度控制：热泵机组设计余热水进出水温度 41/33℃，对应机组背压 9kPa，余热水温降为8℃。机组背压每升高1kPa，额定工况约影响机组煤耗下降 2.02g/KWh，机组背压对煤耗影响作用会随机组排汽量减小而削弱。热泵系统投运前机组供热季平均背压约为4.3kPa，热泵系统投运后，机组背压升高必然会影响机组耗上升。为减小机组背压升高对机组经济性下降的影响，在热泵系统运行后，在保持余热水温降的前提下，降低低了余热水进出水温度，热水进出水温度采用 39/31℃，实际运行进水温度控制在37-39℃，出水温度控制在29-31℃。为达到此目标，对热泵机组进行了一定调整。热泵机组中热量提取和转换利用了三种介质：驱动热源—蒸汽，吸收剂—溴化锂溶液，制冷剂—水。溴化锂饱和溶液的水蒸汽分压力比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多，因而有强烈的吸湿性。溴化锂溶液饱和蒸汽压力同时与温度、浓度有关，而水的饱和蒸汽压力仅与温度有关。溴化锂溶液温度不变时，浓度愈高时水蒸气的分压力愈低，热泵机组中水溶液的蒸发温度就愈低。热泵机组设计溴化锂溶液浓度52%，每台热泵机组添22t溴化锂。为提高热泵机组的热量提取能力，将溴化锂溶液浓度提高至56%，每台热泵机组增加4t溴化锂。此项改进后，余热水进水温度可降低至39℃，余热水温降仍可维持原设计值7℃。此工况机组对应背压7.3 kPa，较热泵系统设计值低 1.7 kPa，约影响机组煤耗少降低 3 g/KWh。
热泵系统的日常调整主要控制以下参数：1、热泵站循环水流量稳定，调节热泵供水总流量不低于6000t/h。2、热泵站减温器后温度控制在额定140±5℃，不得高于150℃。调节蒸汽参数时必须缓慢，每次调节间隔10-15分钟。3、凝结水箱水位设定值在1500±100mm，凝结水箱水位高二值（≥2200mm）时联启备用泵。4、凝结水水质合格，凝结水SiO2≤20ug/L，PH 10.0～10.5，凝结水导电度≤0.2μs/cm。5、凝结水泵自动调节正常，电流不大于165A，轴承温度≤70℃。6、热泵自动调节过程中余热水用量的变化会引起机组背压变化，应及时调节间循环水配水方式。7、冷剂水温正常(>2℃)。余热水温正常（37—41℃），余热水温低于4℃跳热泵。8、机组内部压力正常，无泄漏。9、热泵热负荷变动控制在每分钟2%以下，热网回水温度变化不超0.5℃/分钟。10、热网供热加热器进汽调整门手动开大时每次调整幅度不允许超过5%，防止中排压力突降。
2热泵节能分析
投产后性能试验计算节能减排量实验基础数据:#2机组背压8.84kpa；五段抽汽压力为0.48MPa.a；热网回水温度50.35/75.48 ℃； 热网循环水流量9929t/h； 余热水温度 41.78/33.03℃； 余热水流量10040 t/h； 主蒸汽流量1008 t/h；发电机组电功率266MW。 每年发电降耗可节约1.65万吨标准煤；按照机组全年利用小时数 5400h，折算到全厂全年发电标煤耗降低4.62g/kW.h；削减二氧化硫排放 0.018 万吨；削减二氧化碳排放 4.67 万吨。
3总结
热泵技术在供热机组的应用，充分利用汽机排汽的冷凝热，降低汽轮机的冷凝损失，并转换为可供城市居民供暖用的高品质热量。不仅扩大了机组对外供热能力，增加了机组供热的灵活性，缓解当前供热压力；还能降低电厂原煤消耗，减少二氧化硫和二氧化碳的排放，达到节能减排效果。
参考文献：
[1]烟台荏原空调设备有限公司．溴化锂吸收式热泵可公开资料[Z]．烟台：荏原空调设备公司，2012．