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摘要：本文通过对火电厂循环水余热回收、吸收式热泵技术的介绍，提出了基于吸收式热泵技术回收火电厂循环水余热制取高品位热媒应用于城市供暖和火电厂锅炉补水加热的设想。
关键词：吸收式热泵 火电厂 循环水 余热回收 节能 城市供暖 锅炉补水
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
火电厂循环水余热回收的意义
随着国民经济的持续快速增长，我国电力需求将大幅增长，预计到2020年发电量需求将达到5500亿千瓦·时左右，而其中大约65%的电量将由火电厂提供【1】。火电厂是能源消耗大户，且能源利用率低。一般大型火电厂实际热能利用率仅为40%，而60%以上的热量通过烟囱或者汽轮机排汽凝汽器的循环水疏散到大气中，相比之下，通过冷却塔的循环水所带走的余热能又占相当大一部分【2】，既造成了大量能源的浪费，同时对周边环境也造成了很大的热污染。
火电厂汽轮机排气冷凝处理方法目前普遍采用的是通过水冷或空冷。汽轮机排气冷凝热具有如下主要特点：1）品位低。水冷排汽压力：4-8kPa；水冷冷凝温度：冬季约为20-35℃；夏季约为25℃-45℃（视火电厂所处区域而不同）【2】。2）量大、集中。平均发电耗热约占总输入的32%左右。纯凝汽工况排入大气的可回收冷凝热占50%以上，为发电耗热的1.5倍以上；供热工况可回收冷凝热约为发电耗热的0.7-1.3倍。
由于冷凝热属于低品位热源，难以利用，除低真空的背压机组外，极少回收。因此在国家大力推行节能减排能源政策的大背景下，火电厂丰富的余热资源正引起人们越来越多的关注。如果回收循环水带走的汽轮机冷凝热量，将大量排外大气的冷凝热充分利用，可以大幅提高火电厂的能源利用率，达到巨大的经济效益和社会效益。
2、吸收式热泵技术原理
吸收式热泵技术即以外部热源（如饱和蒸汽、热水等）为驱动热源，以溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位的余热源（循环水）中的热量，利用溴化锂浓溶液具有强吸水性的特性，通过内部回收转换制取工艺性或采暖用的高品位热媒，从而实现将低品位余热向高品位热媒传递，进行综合利用的一种高新技术。具体工作原理见图1所示。
图1 吸收式热泵技术工作原理
吸收式热泵技术特点：
（1）节能性特点：实现节约能源消耗的相对百分比高达40%以上；
（2）可利用余热：一般可以使用温度在25℃-70℃的余热水、单组分或多组分的气体或液体；
（3）可制取热媒：可以获得比余热温度高40℃左右，不超过100℃的热媒；
（4）驱动热源：0.8MPaG以下的饱和蒸汽、高温热水、燃油、燃气、高温烟气等；
（5）制热系数COP (Coefficient of Performance)值：1.84-2.25之间，即利用1个单位的驱动热源就可获得1.84-2.25个单位左右的生产、生活需要的高品位热媒；
（6）品位说明：余热进出口温度越高，获得的热媒温度就越高；
（7）环保特点：采用溴化锂-水为工质，环境友好，无污染。
3、火电厂循环水余热回收节能改造
火电厂循环水余热回收利用具备符合吸收式热泵技术应用的先决条件：1）火电厂具有充足的低压抽汽或乏汽作为驱动热源；2）火电厂循环水蕴含有大量的余热，且温度稳定适中；3）水质好、传热好、连续性且不具腐蚀性；4）具有广泛的高品位热媒的需求（如生产、生活用热）；5）环保效果好，可达到节能减排效果。
随着吸收式热泵技术的日趋成熟和快速发展，无疑为推广火电厂循环水余热回收利用提供了可靠的技术保证。近些年来，该项技术在城市采暖供热、生产用热系统等领域得到了广泛的应用。
3.1 循环水余热回收用于城市采暖供热改造
随着城镇化地进一步加快，我国城市集中供热建设发展迅速，目前我国集中供热城市普遍存在热源不能满足快速增加的供热需求，尤其北方地区热源日显不足。为了缓解城市供热热源紧张，部分地区盲目上马区域小型燃煤、燃气锅炉甚至电热采暖，一方面严重恶化了环境，同时也造成了采暖成本高，燃气、电力等资源紧张。而新建大型热源，则周期长，投资高【3】。
利用吸收式热泵技术回收火电厂循环水余热资源，不仅解决了采暖热源问题，即不需要增加或新建大型采暖热源，还可以减少火电厂能源和水源损失，并间接减少了C02、S02等污染物的排放。
图2 吸收式热泵技术在某火电厂城市供热改造中的应用
如图2所示，吸收式热泵依靠火电厂内部的驱动热源（0.5MPaG的抽汽）与提取的低温余热能源（40℃的循环水），在吸收式热泵的制热端将采暖水由60℃升温至90℃，即可满足采暖初、末期的采暖需求，在严寒期，则需利用换热机组将采暖水提升至120℃即可。吸收式热泵与电厂冷却塔并联联接，采暖季循环水直接进入吸收式热泵放热而不上冷却塔，既实现余热回收，又可减少冷却塔的飘水损失，即同时实现能源节约和环境保护。
该技术改造有如下特点：
1）在不增加供暖热源的前提下，可最大限度地回收循环水余热，增加火电厂的供热能力，提高能源利用率，增加供熱面积，从而可以降低供热成本，提高供热效益；
2）减少冷却塔负荷，降低循环冷却水消耗，起到节水收益；
3）减少污染物排放，降低热污染。
3.2 循环水余热回收用于电站锅炉补水改造
火电厂循环水余热回收技术除可运用于城市供暖改造，也可用于对火电厂锅炉补水加热方面。一般火电厂为了维持热力系统的正常循环，系统循环过程中产生的汽水损失需要源源不断地补充新鲜水。为了防止锅炉腐蚀，需要去除补充新鲜水中所含的腐蚀性气体（氧气），因此补充新鲜水在进入锅炉前需要先在热力除氧器中利用汽轮机抽汽将补充新鲜水加热至相应工作压力的饱和温度。这一过程需要消耗大量的汽轮机抽汽，从而减少了汽轮机组的发电量。
图3 吸收式热泵技术在某火电厂锅炉补水改造应用流程图
如图3所示，利用吸收式热泵技术回收火电厂循环水余热与上述3.1节的方式一样，只是热用户为热力除氧器，即将来自化水车间的20℃的锅炉补水加热至90℃，然后进入除氧器继续利用抽汽加热至补水的工作压力下的饱和温度（104℃）。这样可以减少加热所需的蒸汽量，从而达到节能减排的目的。该技术改造除有上述3.1节的特点外，还可实现8000h运行，节能节水效益更好，且投资回收期更短。
4、总结
利用吸收式热泵回收循环水余热制取高品位热媒技术不论用于城市采暖供热，还是用于火电厂生产工艺，都能实现节能减排，提高火电厂能源利用率；且循环水余热潜能巨大，具有很大的推广价值。
1）该技术目前在城市采暖供热领域已经得到了成熟应用和推广，如山西阳泉煤业、山西大同二电厂等都是该技术改造的直接受益者。
2）该技术在电厂锅炉补水加热的应用，虽然目前尚未得到广泛推广，但由于其技术的成熟、可靠，相信在未来的节能减排项目中会得到充分的应用，尤其是没有采暖需求的南方地区，本身靠单一的发电、给工业企业提供蒸汽的话，其企业效益较低，采用该技术改造将大大提高企业的能源利用率，增加企业的经济效益。
鉴于该技术既是一项节能技术，又是一项环保技术，在目前全球大力倡导“绿色地球”，环保呼声越来越高的今天，基于吸收式热泵回收火电厂循环水余热制热技术必将是不错的选择。
[1] 王汝武主编，电厂节能减排技术，北京：化学工业出版社，2008.3
[2] 贺益英、赵懿珺，电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题，能源与环境，2007（6）
[3] 刘海，邵慧发，电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术，城市建设理论研究，2012（4）
作者简介：
何根木，男，1978年10月，硕士研究生，流体机械及工程专业，工程师，从事节能系统新技术开发与推广及技术改造工作
关键词：吸收式热泵 火电厂 循环水 余热回收 节能 城市供暖 锅炉补水
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
火电厂循环水余热回收的意义
随着国民经济的持续快速增长，我国电力需求将大幅增长，预计到2020年发电量需求将达到5500亿千瓦·时左右，而其中大约65%的电量将由火电厂提供【1】。火电厂是能源消耗大户，且能源利用率低。一般大型火电厂实际热能利用率仅为40%，而60%以上的热量通过烟囱或者汽轮机排汽凝汽器的循环水疏散到大气中，相比之下，通过冷却塔的循环水所带走的余热能又占相当大一部分【2】，既造成了大量能源的浪费，同时对周边环境也造成了很大的热污染。
火电厂汽轮机排气冷凝处理方法目前普遍采用的是通过水冷或空冷。汽轮机排气冷凝热具有如下主要特点：1）品位低。水冷排汽压力：4-8kPa；水冷冷凝温度：冬季约为20-35℃；夏季约为25℃-45℃（视火电厂所处区域而不同）【2】。2）量大、集中。平均发电耗热约占总输入的32%左右。纯凝汽工况排入大气的可回收冷凝热占50%以上，为发电耗热的1.5倍以上；供热工况可回收冷凝热约为发电耗热的0.7-1.3倍。
由于冷凝热属于低品位热源，难以利用，除低真空的背压机组外，极少回收。因此在国家大力推行节能减排能源政策的大背景下，火电厂丰富的余热资源正引起人们越来越多的关注。如果回收循环水带走的汽轮机冷凝热量，将大量排外大气的冷凝热充分利用，可以大幅提高火电厂的能源利用率，达到巨大的经济效益和社会效益。
2、吸收式热泵技术原理
吸收式热泵技术即以外部热源（如饱和蒸汽、热水等）为驱动热源，以溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位的余热源（循环水）中的热量，利用溴化锂浓溶液具有强吸水性的特性，通过内部回收转换制取工艺性或采暖用的高品位热媒，从而实现将低品位余热向高品位热媒传递，进行综合利用的一种高新技术。具体工作原理见图1所示。
图1 吸收式热泵技术工作原理
吸收式热泵技术特点：
（1）节能性特点：实现节约能源消耗的相对百分比高达40%以上；
（2）可利用余热：一般可以使用温度在25℃-70℃的余热水、单组分或多组分的气体或液体；
（3）可制取热媒：可以获得比余热温度高40℃左右，不超过100℃的热媒；
（4）驱动热源：0.8MPaG以下的饱和蒸汽、高温热水、燃油、燃气、高温烟气等；
（5）制热系数COP (Coefficient of Performance)值：1.84-2.25之间，即利用1个单位的驱动热源就可获得1.84-2.25个单位左右的生产、生活需要的高品位热媒；
（6）品位说明：余热进出口温度越高，获得的热媒温度就越高；
（7）环保特点：采用溴化锂-水为工质，环境友好，无污染。
3、火电厂循环水余热回收节能改造
火电厂循环水余热回收利用具备符合吸收式热泵技术应用的先决条件：1）火电厂具有充足的低压抽汽或乏汽作为驱动热源；2）火电厂循环水蕴含有大量的余热，且温度稳定适中；3）水质好、传热好、连续性且不具腐蚀性；4）具有广泛的高品位热媒的需求（如生产、生活用热）；5）环保效果好，可达到节能减排效果。
随着吸收式热泵技术的日趋成熟和快速发展，无疑为推广火电厂循环水余热回收利用提供了可靠的技术保证。近些年来，该项技术在城市采暖供热、生产用热系统等领域得到了广泛的应用。
3.1 循环水余热回收用于城市采暖供热改造
随着城镇化地进一步加快，我国城市集中供热建设发展迅速，目前我国集中供热城市普遍存在热源不能满足快速增加的供热需求，尤其北方地区热源日显不足。为了缓解城市供热热源紧张，部分地区盲目上马区域小型燃煤、燃气锅炉甚至电热采暖，一方面严重恶化了环境，同时也造成了采暖成本高，燃气、电力等资源紧张。而新建大型热源，则周期长，投资高【3】。
利用吸收式热泵技术回收火电厂循环水余热资源，不仅解决了采暖热源问题，即不需要增加或新建大型采暖热源，还可以减少火电厂能源和水源损失，并间接减少了C02、S02等污染物的排放。
图2 吸收式热泵技术在某火电厂城市供热改造中的应用
如图2所示，吸收式热泵依靠火电厂内部的驱动热源（0.5MPaG的抽汽）与提取的低温余热能源（40℃的循环水），在吸收式热泵的制热端将采暖水由60℃升温至90℃，即可满足采暖初、末期的采暖需求，在严寒期，则需利用换热机组将采暖水提升至120℃即可。吸收式热泵与电厂冷却塔并联联接，采暖季循环水直接进入吸收式热泵放热而不上冷却塔，既实现余热回收，又可减少冷却塔的飘水损失，即同时实现能源节约和环境保护。
该技术改造有如下特点：
1）在不增加供暖热源的前提下，可最大限度地回收循环水余热，增加火电厂的供热能力，提高能源利用率，增加供熱面积，从而可以降低供热成本，提高供热效益；
2）减少冷却塔负荷，降低循环冷却水消耗，起到节水收益；
3）减少污染物排放，降低热污染。
3.2 循环水余热回收用于电站锅炉补水改造
火电厂循环水余热回收技术除可运用于城市供暖改造，也可用于对火电厂锅炉补水加热方面。一般火电厂为了维持热力系统的正常循环，系统循环过程中产生的汽水损失需要源源不断地补充新鲜水。为了防止锅炉腐蚀，需要去除补充新鲜水中所含的腐蚀性气体（氧气），因此补充新鲜水在进入锅炉前需要先在热力除氧器中利用汽轮机抽汽将补充新鲜水加热至相应工作压力的饱和温度。这一过程需要消耗大量的汽轮机抽汽，从而减少了汽轮机组的发电量。
图3 吸收式热泵技术在某火电厂锅炉补水改造应用流程图
如图3所示，利用吸收式热泵技术回收火电厂循环水余热与上述3.1节的方式一样，只是热用户为热力除氧器，即将来自化水车间的20℃的锅炉补水加热至90℃，然后进入除氧器继续利用抽汽加热至补水的工作压力下的饱和温度（104℃）。这样可以减少加热所需的蒸汽量，从而达到节能减排的目的。该技术改造除有上述3.1节的特点外，还可实现8000h运行，节能节水效益更好，且投资回收期更短。
4、总结
利用吸收式热泵回收循环水余热制取高品位热媒技术不论用于城市采暖供热，还是用于火电厂生产工艺，都能实现节能减排，提高火电厂能源利用率；且循环水余热潜能巨大，具有很大的推广价值。
1）该技术目前在城市采暖供热领域已经得到了成熟应用和推广，如山西阳泉煤业、山西大同二电厂等都是该技术改造的直接受益者。
2）该技术在电厂锅炉补水加热的应用，虽然目前尚未得到广泛推广，但由于其技术的成熟、可靠，相信在未来的节能减排项目中会得到充分的应用，尤其是没有采暖需求的南方地区，本身靠单一的发电、给工业企业提供蒸汽的话，其企业效益较低，采用该技术改造将大大提高企业的能源利用率，增加企业的经济效益。
鉴于该技术既是一项节能技术，又是一项环保技术，在目前全球大力倡导“绿色地球”，环保呼声越来越高的今天，基于吸收式热泵回收火电厂循环水余热制热技术必将是不错的选择。
[1] 王汝武主编，电厂节能减排技术，北京：化学工业出版社，2008.3
[2] 贺益英、赵懿珺，电厂循环冷却水余热高效利用的关键问题，能源与环境，2007（6）
[3] 刘海，邵慧发，电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术，城市建设理论研究，2012（4）
作者简介：
何根木，男，1978年10月，硕士研究生，流体机械及工程专业，工程师，从事节能系统新技术开发与推广及技术改造工作