以电厂循环水为热源利用热泵技术供热的研究

第28卷第1期长春师范学院学报(自然科学版)2009年2月Vol 28 No. 1Joumal of Changchun Normal University( Natural Science)Feb. 2009以电厂循环水为热源利用热泵技术供热的研究冉春雨,李杨,王春清(吉林建筑工程学院,吉林长春130021)[摘要]利用热泵技术使火力发电厂循环水热量得到充分利用,相当于在不增加电厂容量、不增加当地排放的情况下,扩大了热源的供热能力,提高了电厂的综合能源利用效率,同时还可以降低冷却水的蒸发量,节省宝贵水资源,并减少向环境排放的热量和水汽,具有非常显著的经济、社会与环境效益。[关键词]热源;水源热泵;电厂循环水;区域供热中围分类号]T833文献标识码]A[文章编号]100-178X(2901-027-031引言我国工业余热的资源非常丰富,不仅分布广,而且利用潜力大,具有余热温度较高且载热体流量稳定的特点,有较好的利用条件。电厂循环水热就是一例,由于电厂循环水的温度往往只比环境温度高10℃左右,品位不高,因此人们对这部分能量的利用不够重视,往往直接排放到大气中去。这样不但造成了能量的浪到有效地利用能源的目的,从而收到显著的节能效果。-热泵技术回收余热,挖掘低品位热能,就能够达费,还给环境带来了热污染。若以电厂循环水为热源,利用2循环水-热泵技术的优点21水源热泵的工作原理蒸汽压缩式热泵同蒸汽压缩式制冷一样,它的理论循环是在具有温差传热两相区的逆卡诺循环的基础上改造而成的,利用冷凝器和蒸发器实现等压的冷凝放热和气化吸热过程。在冬季热泵供热运行,当冷凝温度定时,蒸汽压缩式热泵的供热量和性能系数取决于蒸发温度的高低,也即取决于低位热源温度的高低;在夏季制冷工况运行,当蒸发温度一定时,热泵的制冷量和制冷性能系数取决于冷凝温度的高低。当冷凝温度一定时,如果热源的平均温度提高5~10℃,那么热泵装置的效率就可以提高10~15%,因此,对冷热源的研究可以使热泵中的经济性更具吸引力。所以,水作为冬季供热运行时低位热源的研究以及以水作为热泵夏季供冷运行时冷源的研究,对水源热泵装置的应用具有重大的意义。22水源热泵机组特性参数简介热泵供热实质上是以消耗一部分功作为补偿条件,把热量由低温处转到高温处。热泵循环和制冷循环的区别是两者的工作温度区间不同。制冷循环在环境温度T/和被冷却物温度T之间工作,制冷机向作为高温热源的环境介质排热,而从作为低温热源的被冷却物中吸热,以维持冷却物温度低于环境温度;热泵循环在被加热物体温度TH和环境温度TA之间工作,热泵从作为低温热源的环境介质中吸热,而向作为高温热源的被加热物体供热,以维持其温度高于环境温度。在热泵循环中,用制热性能系数(简称制热系数,又称供热系数)来衡量热循环性能的优劣。中国煤化工CNMHG[收稿日期]20-11-03[作者简介]冉春雨(1954-),男,河北易县人,吉林建筑工程学院教授,項士生导师,从事建筑环境与设备工程研究。热泵的制冷与制冷机制冷的原理是一样的,制冷系数的定义也一样,为热泵的制冷量与压编机消耗的功率的比值,即Q式中Q—热泵的制冷量W;W—热泵消耗的功率W。热泵的制热性能系数Eh定义为热泵的制热量与消耗功率之比,即Q43式中Q4——热泵从环境中吸取的热量,即热泵的制冷量W;W—热泵消耗的功率W;Q3——热泵的制热量W。由式(1-2)可以看到,热泵的制热性能系数等于热泵的制冷系数加1,由此可见,热泵的制热系数永远大于1。逆卡诺循环是制冷循环中的理想循环。4在一定高低温热源之间工作的制冷循环中,逆卡诺循环的制冷系数最大。由式(1-2)可知,具有最大制冷系数的循环,其制热性能系数已达最大。因此,逆卡诺循环是TTH热泵循环中的理想循环,它的制热性能系数最大。制热性能系数为:esc=Tn- TA TH-7°23热源对比及分析空气源热泵在冬季受室外环境的影响非常大。其制热量随室外环境温度的降低而减少,这与建筑热负荷需求正好相反。在寒冷和高湿度地区,热泵运行时蒸发器会出现结霜现象,定期除霜也需要消耗大量的电能,这些都是造成空气源热泵效率低下,使用的区域受限的原因。近年来,国内关于土壤源热泵、地下水源热泵的研究和应用越来越多。在国外,日本等国家还开展了利用海水作热源的热泵区域供热研究。由于利用了土壤或水源的高热容特性,一般情况下这些类型的热泵制冷和供热效率都高于空气源热泵,但它们的应用却受到水文地质等多种条件的限制。6以电厂循环水为热源的热泵与目前常用热泵的热源相比具有下列显著优点:(1)蕴含的热量巨大;(2)循环水的温度和流量都稳定,一般都保持在20℃以上,蒸发器不会出现结霜现象;(3)循环水比较清洁,无腐蚀问题,不易导致传热效果的恶化,换热器清洗也比较方便;(4)利用了循环水的余热,可以减少冷却塔向环境的散热和冷却水的蒸发损失,减少污染,节约水源;(5)能降低凝汽器循环水进水温度,提高汽轮机凝汽器的真空度,增加机组的通流量和发电功率。2.4选用热泵种类分析热泵可以采用吸收式热泵,利用蒸汽、燃油、燃气等作为驱动热源,也可以采用压缩式热泵,利用电力作为驱动能源。根据循环水源热泵系统的运行工况分析,采用压缩式热泵的CP4可以达到4~7,采用吸收式热泵的CoPA可以达到1.7~23。即如果采用电力驱动的压缩式热泵,系统制热量是耗电量的4-7倍;如果采用蒸汽驱动的吸收式热泵,系统制热量是耗电量的17-2.3倍,节能效果显著73电厂循环水的供热能力的理论计算目前,火力发电机组供热多为热电联供的方式。对于抽汽供热的方式,供热蒸汽一般都要经过降温、减压,进入用户前通常还需要热交换,因此会大大降低能量的品质,既不合理也不经济,若利用循环水的热量,使用可控制温湿度的热泵系统,不仅能使人感到更加舒适,而且这种方式比抽汽供暖要经济得多。下面以长春某热电厂一台200MW机组为例,在全年最大供热情况下,对循环水中蕴含的热量和区域供热能力进行分析,机组的主要技术参数及分析计算中部分参数如表1。表1200MW汽轮发电机组主要技术参数排气压力MPa排气温度℃中国煤化工汽机效率%|57.31循环水设计流量为m3h-1140℃/18.4℃14℃/184℃水焓值(0.1Ma)kJ50.7282.58CNMHG循环水带走的热量为Q=m(ho-h1)。式中m凝汽器循环水流量m3h-1;b—凝汽器循环水进水的焓kJ·kg-;ho凝汽器循环水出水的焓kJ·k;Q—凝汽器循环水带走的热量OJ·h-1;Q2=m(ho-h1)=200008.58-5072)=6372GJh目前,我国新建的节能型住宅冬季供暖的平均热指标为20~30v/m2,最高不超过45w/m2,对于一些老式的房屋,供暖的能耗还要髙出许多;而对于宾馆、医院、体育馆等公共场合,设计的标准一般要达到80~120w/m2。按此标准,若此台20MW的机组循环水中的热量20%被利用,其区域供热面积可达(1.21.8)×105m2,由此可见电厂循环水中蕴藏的热量能够提供区域供暖的面积是非常巨大的。另外,随着经济的发展和人们生活水平的提高,公共建筑和住宅的空调设施已经成为人们普遍的需求。其中一些中高档住宅甚至是豪华别墅,对采暖设备和空调设备以及生活舒适性有着更高的要求。8因此可以利用热泵技术回收电厂循环水热量对其进行冬季供暖、夏季供冷和供生活热水,提高人们生活的舒适程度。这样,即使是在我国北方寒冷地区的非供暖季节,电厂循环水热量也可以较好地被利用。4小结通过上述分析可以看出,利用电厂循环水的热量及热泵技术进行供暖经济性较好,同时也减少了电厂向空气的余热排放量,降低了大气的温室效应。热泵技术的采用还减少了循环水的蒸发损失,降低了冷却塔的热负荷;对机组而言,它还降低了循环水的进水温度,提高机组真空度,增加机组的发电能力,降低机组的热耗率。由此可见,充分利用好电厂循环水中蕴含的热量,可以达到节省能源的目的,同时降低了对环境的污染。[參考文谳][】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门暖通空调,0035(2):104-107[2]蓝玉利用电厂余热的水源热泵空调系统的研究[D]大连热能与动力工程学院,06[3]曹昕水源热泵技术在寒冷地区应用的可行性分析[D]哈尔滨建筑与土木工程学院,2003[4JEnstrom. H. Some Experiencees of Heat Pump in District Heating Networks[c]. Proceedings of 16th Intemational Congress of Refrigera-ton,1983:3[5]陈培钩,吕晓俭谢振华北京地下水资源与首都持续发展[门]北京地质,1994):1-6[6】杨卫波董华土壤源热泵系统国内外研究状况及其发展前景[J]建筑热能通风空调,200,2(3)[7仇保兴中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社,00[8]何华明浅谈北方地区小区冷热联供与水源热泵[C]全国暖通空调制冷204年学术年会资料摘要集,2004On Heating with Heat Pump Technology Using Circulating Water of Power Plants as Heat SourceRAN Chun-yu, LI Yang, WANG Chun-qing( School of Municipal and Environment Engineering, Jilin Architectural and Civil EngineeringInstitute, Changchun 130021, China)Abstract: The use of heat pump technology to heat the circulating water of power plants has been fully utilized It hascreased the heating capacity of heat source, and improved the comprehensive use of energy efficiency of power plants incase of not increasing the capacity of power plants and not increasing local emissions. At the same time, it can also reducethe evaporation of cooling water, save the valuable water resources, and reduce the emissions of heat and water vapor to theenvironment. It has very significant economic, social and environmental benefitsKey words: heat source; water source heat pump; circulating water of power plants; district heating中国煤化工CNMHG