以電廠(chǎng)循環(huán)水為熱源利用熱泵技術(shù)供熱的研究

第28卷第1期長(cháng)春師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)2009年2月Vol 28 No. 1Joumal of Changchun Normal University( Natural Science)Feb. 2009以電廠(chǎng)循環(huán)水為熱源利用熱泵技術(shù)供熱的研究冉春雨,李楊,王春清(吉林建筑工程學(xué)院,吉林長(cháng)春130021)[摘要]利用熱泵技術(shù)使火力發(fā)電廠(chǎng)循環(huán)水熱量得到充分利用,相當于在不增加電廠(chǎng)容量、不增加當地排放的情況下,擴大了熱源的供熱能力,提高了電廠(chǎng)的綜合能源利用效率,同時(shí)還可以降低冷卻水的蒸發(fā)量,節省寶貴水資源,并減少向環(huán)境排放的熱量和水汽,具有非常顯著(zhù)的經(jīng)濟、社會(huì )與環(huán)境效益。[關(guān)鍵詞]熱源;水源熱泵;電廠(chǎng)循環(huán)水;區域供熱中圍分類(lèi)號]T833文獻標識碼]A[文章編號]100-178X(2901-027-031引言我國工業(yè)余熱的資源非常豐富,不僅分布廣,而且利用潛力大,具有余熱溫度較高且載熱體流量穩定的特點(diǎn),有較好的利用條件。電廠(chǎng)循環(huán)水熱就是一例,由于電廠(chǎng)循環(huán)水的溫度往往只比環(huán)境溫度高10℃左右,品位不高,因此人們對這部分能量的利用不夠重視,往往直接排放到大氣中去。這樣不但造成了能量的浪到有效地利用能源的目的,從而收到顯著(zhù)的節能效果。-熱泵技術(shù)回收余熱,挖掘低品位熱能,就能夠達費,還給環(huán)境帶來(lái)了熱污染。若以電廠(chǎng)循環(huán)水為熱源,利用2循環(huán)水-熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)21水源熱泵的工作原理蒸汽壓縮式熱泵同蒸汽壓縮式制冷一樣,它的理論循環(huán)是在具有溫差傳熱兩相區的逆卡諾循環(huán)的基礎上改造而成的,利用冷凝器和蒸發(fā)器實(shí)現等壓的冷凝放熱和氣化吸熱過(guò)程。在冬季熱泵供熱運行,當冷凝溫度定時(shí),蒸汽壓縮式熱泵的供熱量和性能系數取決于蒸發(fā)溫度的高低,也即取決于低位熱源溫度的高低;在夏季制冷工況運行,當蒸發(fā)溫度一定時(shí),熱泵的制冷量和制冷性能系數取決于冷凝溫度的高低。當冷凝溫度一定時(shí),如果熱源的平均溫度提高5~10℃,那么熱泵裝置的效率就可以提高10~15%,因此,對冷熱源的研究可以使熱泵中的經(jīng)濟性更具吸引力。所以,水作為冬季供熱運行時(shí)低位熱源的研究以及以水作為熱泵夏季供冷運行時(shí)冷源的研究,對水源熱泵裝置的應用具有重大的意義。22水源熱泵機組特性參數簡(jiǎn)介熱泵供熱實(shí)質(zhì)上是以消耗一部分功作為補償條件,把熱量由低溫處轉到高溫處。熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)的區別是兩者的工作溫度區間不同。制冷循環(huán)在環(huán)境溫度T/和被冷卻物溫度T之間工作,制冷機向作為高溫熱源的環(huán)境介質(zhì)排熱,而從作為低溫熱源的被冷卻物中吸熱,以維持冷卻物溫度低于環(huán)境溫度;熱泵循環(huán)在被加熱物體溫度TH和環(huán)境溫度TA之間工作,熱泵從作為低溫熱源的環(huán)境介質(zhì)中吸熱,而向作為高溫熱源的被加熱物體供熱,以維持其溫度高于環(huán)境溫度。在熱泵循環(huán)中,用制熱性能系數(簡(jiǎn)稱(chēng)制熱系數,又稱(chēng)供熱系數)來(lái)衡量熱循環(huán)性能的優(yōu)劣。中國煤化工CNMHG[收稿日期]20-11-03[作者簡(jiǎn)介]冉春雨(1954-),男,河北易縣人,吉林建筑工程學(xué)院教授,項士生導師,從事建筑環(huán)境與設備工程研究。熱泵的制冷與制冷機制冷的原理是一樣的,制冷系數的定義也一樣,為熱泵的制冷量與壓編機消耗的功率的比值,即Q式中Q—熱泵的制冷量W;W—熱泵消耗的功率W。熱泵的制熱性能系數Eh定義為熱泵的制熱量與消耗功率之比,即Q43式中Q4——熱泵從環(huán)境中吸取的熱量,即熱泵的制冷量W;W—熱泵消耗的功率W;Q3——熱泵的制熱量W。由式(1-2)可以看到,熱泵的制熱性能系數等于熱泵的制冷系數加1,由此可見(jiàn),熱泵的制熱系數永遠大于1。逆卡諾循環(huán)是制冷循環(huán)中的理想循環(huán)。4在一定高低溫熱源之間工作的制冷循環(huán)中,逆卡諾循環(huán)的制冷系數最大。由式(1-2)可知,具有最大制冷系數的循環(huán),其制熱性能系數已達最大。因此,逆卡諾循環(huán)是TTH熱泵循環(huán)中的理想循環(huán),它的制熱性能系數最大。制熱性能系數為:esc=Tn- TA TH-7°23熱源對比及分析空氣源熱泵在冬季受室外環(huán)境的影響非常大。其制熱量隨室外環(huán)境溫度的降低而減少,這與建筑熱負荷需求正好相反。在寒冷和高濕度地區,熱泵運行時(shí)蒸發(fā)器會(huì )出現結霜現象,定期除霜也需要消耗大量的電能,這些都是造成空氣源熱泵效率低下,使用的區域受限的原因。近年來(lái),國內關(guān)于土壤源熱泵、地下水源熱泵的研究和應用越來(lái)越多。在國外,日本等國家還開(kāi)展了利用海水作熱源的熱泵區域供熱研究。由于利用了土壤或水源的高熱容特性,一般情況下這些類(lèi)型的熱泵制冷和供熱效率都高于空氣源熱泵,但它們的應用卻受到水文地質(zhì)等多種條件的限制。6以電廠(chǎng)循環(huán)水為熱源的熱泵與目前常用熱泵的熱源相比具有下列顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn):(1)蘊含的熱量巨大;(2)循環(huán)水的溫度和流量都穩定,一般都保持在20℃以上,蒸發(fā)器不會(huì )出現結霜現象;(3)循環(huán)水比較清潔,無(wú)腐蝕問(wèn)題,不易導致傳熱效果的惡化,換熱器清洗也比較方便;(4)利用了循環(huán)水的余熱,可以減少冷卻塔向環(huán)境的散熱和冷卻水的蒸發(fā)損失,減少污染,節約水源;(5)能降低凝汽器循環(huán)水進(jìn)水溫度,提高汽輪機凝汽器的真空度,增加機組的通流量和發(fā)電功率。2.4選用熱泵種類(lèi)分析熱泵可以采用吸收式熱泵,利用蒸汽、燃油、燃氣等作為驅動(dòng)熱源,也可以采用壓縮式熱泵,利用電力作為驅動(dòng)能源。根據循環(huán)水源熱泵系統的運行工況分析,采用壓縮式熱泵的CP4可以達到4~7,采用吸收式熱泵的CoPA可以達到1.7~23。即如果采用電力驅動(dòng)的壓縮式熱泵,系統制熱量是耗電量的4-7倍;如果采用蒸汽驅動(dòng)的吸收式熱泵,系統制熱量是耗電量的17-2.3倍,節能效果顯著(zhù)73電廠(chǎng)循環(huán)水的供熱能力的理論計算目前,火力發(fā)電機組供熱多為熱電聯(lián)供的方式。對于抽汽供熱的方式,供熱蒸汽一般都要經(jīng)過(guò)降溫、減壓,進(jìn)入用戶(hù)前通常還需要熱交換,因此會(huì )大大降低能量的品質(zhì),既不合理也不經(jīng)濟,若利用循環(huán)水的熱量,使用可控制溫濕度的熱泵系統,不僅能使人感到更加舒適,而且這種方式比抽汽供暖要經(jīng)濟得多。下面以長(cháng)春某熱電廠(chǎng)一臺200MW機組為例,在全年最大供熱情況下,對循環(huán)水中蘊含的熱量和區域供熱能力進(jìn)行分析,機組的主要技術(shù)參數及分析計算中部分參數如表1。表1200MW汽輪發(fā)電機組主要技術(shù)參數排氣壓力MPa排氣溫度℃中國煤化工汽機效率%|57.31循環(huán)水設計流量為m3h-1140℃/18.4℃14℃/184℃水焓值(0.1Ma)kJ50.7282.58CNMHG循環(huán)水帶走的熱量為Q=m(ho-h1)。式中m凝汽器循環(huán)水流量m3h-1;b—凝汽器循環(huán)水進(jìn)水的焓kJ·kg-;ho凝汽器循環(huán)水出水的焓kJ·k;Q—凝汽器循環(huán)水帶走的熱量OJ·h-1;Q2=m(ho-h1)=200008.58-5072)=6372GJh目前,我國新建的節能型住宅冬季供暖的平均熱指標為20~30v/m2,最高不超過(guò)45w/m2,對于一些老式的房屋,供暖的能耗還要髙出許多;而對于賓館、醫院、體育館等公共場(chǎng)合,設計的標準一般要達到80~120w/m2。按此標準,若此臺20MW的機組循環(huán)水中的熱量20%被利用,其區域供熱面積可達(1.21.8)×105m2,由此可見(jiàn)電廠(chǎng)循環(huán)水中蘊藏的熱量能夠提供區域供暖的面積是非常巨大的。另外,隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高,公共建筑和住宅的空調設施已經(jīng)成為人們普遍的需求。其中一些中高檔住宅甚至是豪華別墅,對采暖設備和空調設備以及生活舒適性有著(zhù)更高的要求。8因此可以利用熱泵技術(shù)回收電廠(chǎng)循環(huán)水熱量對其進(jìn)行冬季供暖、夏季供冷和供生活熱水,提高人們生活的舒適程度。這樣,即使是在我國北方寒冷地區的非供暖季節,電廠(chǎng)循環(huán)水熱量也可以較好地被利用。4小結通過(guò)上述分析可以看出,利用電廠(chǎng)循環(huán)水的熱量及熱泵技術(shù)進(jìn)行供暖經(jīng)濟性較好,同時(shí)也減少了電廠(chǎng)向空氣的余熱排放量,降低了大氣的溫室效應。熱泵技術(shù)的采用還減少了循環(huán)水的蒸發(fā)損失,降低了冷卻塔的熱負荷;對機組而言,它還降低了循環(huán)水的進(jìn)水溫度,提高機組真空度,增加機組的發(fā)電能力,降低機組的熱耗率。由此可見(jiàn),充分利用好電廠(chǎng)循環(huán)水中蘊含的熱量,可以達到節省能源的目的,同時(shí)降低了對環(huán)境的污染。[參考文讞][】季杰,劉可亮,裴剛等以電廠(chǎng)循環(huán)水為熱源利用熱泵區域供熱的可行性分析門(mén)暖通空調,0035(2):104-107[2]藍玉利用電廠(chǎng)余熱的水源熱泵空調系統的研究[D]大連熱能與動(dòng)力工程學(xué)院,06[3]曹昕水源熱泵技術(shù)在寒冷地區應用的可行性分析[D]哈爾濱建筑與土木工程學(xué)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]陳培鉤,呂曉?xún)€謝振華北京地下水資源與首都持續發(fā)展[門(mén)]北京地質(zhì),1994):1-6[6】楊衛波董華土壤源熱泵系統國內外研究狀況及其發(fā)展前景[J]建筑熱能通風(fēng)空調,200,2(3)[7仇保興中國建筑節能年度發(fā)展研究報告[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,00[8]何華明淺談北方地區小區冷熱聯(lián)供與水源熱泵[C]全國暖通空調制冷204年學(xué)術(shù)年會(huì )資料摘要集,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中國煤化工CNMHG