1．吸收式熱泵產(chǎn)品介紹
1.1 吸收式熱泵簡(jiǎn)介
熱泵是將低溫?zé)嵩粗械臒崃刻崛〕鰜?lái)，轉(zhuǎn)移該部分熱量，進(jìn)而得到較高品位的熱水或蒸汽的設(shè)備。吸收式熱泵可以利用低溫?zé)嵩矗üに囅到y(tǒng)廢熱：?jiǎn)谓M分或多組分氣體、廢熱水、乏汽等）；用以制取高品位熱媒（比低溫?zé)嵩锤?/span>40℃左右的中、高溫?zé)崴?/span>0.4MPa以下蒸汽）。
吸收式熱泵分為兩類：第一類吸收式熱泵與第二類吸收式熱泵。兩者主要區(qū)別：廢熱源品味要求不同；可供應(yīng)高品位熱水不同；外部驅(qū)動(dòng)能源要求不同；循環(huán)原理不同。
第一類吸收式熱泵
第二類吸收式熱泵
1.2吸收式熱泵原理
吸 收式熱泵是以水換熱為介質(zhì)，溴化鋰溶液為吸收劑，將低溫?zé)嵩粗械臒崃刻崛〕鰜?lái)，轉(zhuǎn)移該部分熱量，進(jìn)而得到較高品位的熱媒的設(shè)備。吸收式熱泵是一種成熟產(chǎn) 品，在熱電廠中主要采用第一類熱泵技術(shù)用來(lái)提取電廠的廢熱，增加供熱能力，擴(kuò)大供暖面積。主要原理如下圖（簡(jiǎn)易循環(huán)圖）：
吸收式熱泵簡(jiǎn)易循環(huán)圖
吸收式熱泵設(shè)備外觀圖
◇熱量提?。豪盟谪?fù)壓下低溫沸騰—從低溫?zé)嵩粗邪褵崃刻崛〕鰜?lái)。（蒸發(fā)器）
◇熱量轉(zhuǎn)移：利用濃溴化鋰溶液吸收低溫蒸汽提高了溴化鋰溶液的溫度—實(shí)現(xiàn)了熱的轉(zhuǎn)移，得到高品位的熱。（吸收器）
◇溶液循環(huán)：利用驅(qū)動(dòng)熱源放出熱量將溴化鋰稀溶液濃縮成濃溶液，實(shí)現(xiàn)溶液循環(huán)使用。（發(fā)生器）
1.3 吸收式熱泵應(yīng)用及特點(diǎn)
1.3.1 吸收式熱泵熱平衡及應(yīng)用范圍
1.3.2吸收式熱泵的特點(diǎn)
◇廢熱水品位要求：一般可以使用溫度在30 ℃～70℃的低溫?zé)嵩?/span>
◇可供應(yīng)高品位熱水：比廢熱源高40℃左右，一般情況下可提供100℃以內(nèi)的熱水
◇需外部提供少量高品位驅(qū)動(dòng)熱源：0.8MPa以下蒸汽、高溫?zé)崴?、燃油、天然氣、高溫?zé)煔?/span>
◇節(jié)能性：利用較低品位廢熱，使用少量高品位驅(qū)動(dòng)熱源，獲得大量高品位熱水
◇制熱COP值1.65～1.85：就是利用1T/H的蒸汽熱量可以得到1.65～1.8T/H蒸汽的熱量
◇機(jī)組制熱量是廢熱量的2.2～2.4倍左右：就是利用1MW廢熱可以得到2.2～2.4MW左右的高品位熱媒
◇廢熱水溫度越高獲得的熱水溫度越高；反之，廢熱水溫度越低獲得的熱水溫度越低。
2．基于吸收式熱泵技術(shù)的集中供熱技術(shù)
2.1 技術(shù)背景
2.1.1 供熱節(jié)能在我國(guó)節(jié)能減排工作中的地位
建筑能耗占全國(guó)總能耗約 30%，因此建筑節(jié)能在我國(guó)節(jié)能減排全局中占據(jù)重要地位。而北方城市供熱是我國(guó)建筑能耗最大的領(lǐng)域。截止 2008 年，全國(guó)北方地區(qū)供熱建筑面積已超過(guò) 90億平方米，采暖期因地域不同從3個(gè)月到6個(gè)月不等。我國(guó)城市供熱目前仍以煤為主要燃料。全國(guó)采暖能耗達(dá)到 1.8 億噸標(biāo)煤/年，占全國(guó)城市建筑能耗的 40%。因此，供熱節(jié)能工作是建筑節(jié)能工作的重中之重。
北方采暖地區(qū)范圍包括：嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的15個(gè)省市，面積約占全國(guó)陸地總面積的70%，人口數(shù)量超過(guò)全國(guó)總?cè)丝诘?/span>40%。
中國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分布圖
2.1.2 熱電聯(lián)產(chǎn)在供熱中的地位
熱電聯(lián)產(chǎn)相比熱電分產(chǎn)能節(jié)約 1/3 左右燃煤消耗，是目前我國(guó)北方集中供熱的主要方式，供熱量約占北方集中供熱一半以上。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電量占全國(guó)火力發(fā)電比例已經(jīng)超過(guò) 20%，總裝機(jī)容量超過(guò) 1 億千瓦。
熱電聯(lián)產(chǎn)作為采暖熱源，其供熱能耗甚至低于目前市場(chǎng)上熱議的水源熱泵等方式。因此，大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)并大幅提高其在供熱熱源中的比例應(yīng)該是我國(guó)集中供熱系統(tǒng)熱源節(jié)能改造的主要方向。
各種采暖方式比例圖
2.1.3 熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱面臨的突出矛盾
(1) 大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組排放大量低溫余熱難以利用
電力工業(yè)為了實(shí)現(xiàn)“十一五”能源消耗和主要污染物排放總量控制目標(biāo)實(shí)施“上大壓小、節(jié)能減排”的能源政策，積極鼓勵(lì)建設(shè)大容量、高參數(shù)抽凝式熱電機(jī)組。但是，這一類熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為保證安全運(yùn)行必須通過(guò)冷卻塔向熱電廠周圍環(huán)境排放大量低溫余熱，該余熱數(shù)量巨大，可占到機(jī)組額定供熱量的30%以上。以北京市的現(xiàn)狀為例，接入市政大熱網(wǎng)的四大主力熱電廠可白白排放的循環(huán)水余熱量達(dá)1000 MW以上，如配備相應(yīng)容量的調(diào)峰熱源，則可增加供熱面積到4000~5000萬(wàn)平米，相當(dāng)于目前市政大熱網(wǎng)供熱面積的35%以上，每年將為北京市減少采暖用燃料耗量約60余萬(wàn)噸標(biāo)煤，減少電廠循環(huán)水蒸發(fā)損失80萬(wàn)噸。
(2) 城市熱網(wǎng)輸送能力成為集中供熱發(fā)展瓶頸
熱網(wǎng)建設(shè)具有投資巨大和周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。由于近年來(lái)我國(guó)城市發(fā)展速度過(guò)快，城市熱網(wǎng)供熱半徑不斷加大，現(xiàn)有熱網(wǎng)的輸送能力已嚴(yán)重不足。以北京市的現(xiàn)狀為例：市政大熱網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的供熱面積達(dá)到近3億平米，但熱網(wǎng)極限輸送能力只能負(fù)擔(dān)約1.3億 平米供熱面積。缺口部分則不得不采用其他低效、污染嚴(yán)重以及高成本的供熱方式填補(bǔ)。另一方面，大型熱電機(jī)組成為熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展的主流趨勢(shì)下，配套超大規(guī)模熱 網(wǎng)投資也已嚴(yán)重影響到大型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的經(jīng)濟(jì)性。因此，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新大幅提高熱網(wǎng)輸送能力，對(duì)于整個(gè)供熱節(jié)能意義重大。
(3) 熱電聯(lián)產(chǎn)熱源和城市熱網(wǎng)夏季利用率較低
熱 電聯(lián)產(chǎn)熱源夏季供熱負(fù)荷需求較小，造成熱電廠熱效率下降，熱電廠的余熱大量排放。城市熱網(wǎng)夏季也大多處于閑置狀態(tài)或低負(fù)荷低效率運(yùn)行狀態(tài)。另一方面，近幾 年由于空調(diào)電耗猛增而造成的電力負(fù)荷的季節(jié)差和日夜峰谷差不斷加大，嚴(yán)重影響城市供電安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)高峰電負(fù)荷已占城市夏季負(fù)荷的 40%左右，而空調(diào)用電受氣溫的影響很大，其實(shí)際用電量只有 6%，為滿足電空調(diào)用電需求而增加的電力設(shè)施投資巨大，利用率卻很低，造成設(shè)備閑置浪費(fèi)。
2.2 吸收式熱泵換熱技術(shù)介紹
通過(guò)深入研究和分析目前熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題及其節(jié)能潛力，2007 年，清華大學(xué)在世界上首次提出吸收式換熱的概念并提出“基于吸收式換熱的新型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)”。完整的基于吸收式換熱的新型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)由以下兩個(gè)核心技術(shù)環(huán)節(jié)構(gòu)成：
（1）基于吸收式換熱的超大溫差供熱技術(shù)*（發(fā)明專利號(hào)：ZL 200810101064.5 / ZL 200820079021.7 / 200810117040.9 /200910091337.7）
充分利用了一次網(wǎng)高溫?zé)崴刑N(yùn)藏的高位熱能的做功能力，借助核心設(shè)備——設(shè)置在用戶熱力站處的吸收式換熱機(jī)組（專利號(hào)：ZL 200810101064.5）顯著降低一次網(wǎng)回水溫度。如圖所示，在保持二次網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，一次網(wǎng)供回水溫度由傳統(tǒng)的 130℃/70℃變?yōu)?/span> 130℃/20℃，供回水溫差由60℃提高至110℃。該技術(shù)的應(yīng)用具有如下突出優(yōu)點(diǎn)：
l 一次網(wǎng)供回水溫差由 60℃增加到 110℃，可提升既有熱網(wǎng)輸配能力 80％；
l 減小新建大型熱網(wǎng)管徑、免除回水管網(wǎng)的保溫措施，大幅降低管網(wǎng)投資；
l 一次網(wǎng)回水溫度降至 20℃左右，為高效回收電廠循環(huán)水余熱創(chuàng)造了條件；
l 吸收式換熱機(jī)組在夏季通過(guò)簡(jiǎn)單切換可做吸收式制冷機(jī)使用，以城市熱網(wǎng)水驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生 12～7℃冷水，為空調(diào)提供冷源。如果再配置溶液除濕裝置和生活熱水加熱系統(tǒng)，一次網(wǎng)回水可降低至 50℃左右，為大量回收熱電廠夏季循環(huán)水余熱創(chuàng)造條件。
(2) 基于吸收式換熱的余熱回收技術(shù)*（發(fā)明專利號(hào)：ZL 200810101065.X/ZL 200810117049.X / 200910090917.4 /200910092464.9 / 200910091944.3）
在熱力站實(shí)現(xiàn)超大溫差換熱的基礎(chǔ)上，設(shè)置在熱電廠首站內(nèi)的核心設(shè)備——電廠余熱回收專用熱泵機(jī)組（發(fā)明專利號(hào)：ZL 200810117049.X200910091944.3），通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的熱泵內(nèi)部循環(huán)設(shè)計(jì)，在保證體積緊湊的前提下將多臺(tái)機(jī)組逐級(jí)升溫的功能高度集成，大幅提升電廠內(nèi)余熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。在不考慮調(diào)峰熱源加入的情況下，升溫幅度高達(dá)70~80℃?？紤]調(diào)峰的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)110℃的升溫能力，對(duì)傳統(tǒng)熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重大突破?；厥沾罅康蜏匮h(huán)水余熱后使得系統(tǒng)供熱能耗降低 40%。 另外夏季利用汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵實(shí)現(xiàn)集中供冷，提高系統(tǒng)整體能效和經(jīng)濟(jì)性，并可減少電廠夏季循環(huán)冷卻水的冷卻壓力。通過(guò)基于吸收式換熱的系統(tǒng)集成技 術(shù)將基于吸收式換熱的超大溫差供熱技術(shù)和余熱回收技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成完整的吸收式換熱的新型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)如下圖所示。
進(jìn)一步提煉吸收式換熱循環(huán)的實(shí)質(zhì)如下圖所示：吸收式換熱循環(huán)的 4個(gè)環(huán)節(jié)中，第 1 個(gè)環(huán)節(jié)即吸收式換熱環(huán)節(jié)是放熱過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了冬季一次熱網(wǎng)的低溫回水和夏季利用熱網(wǎng)水驅(qū)動(dòng)制冷。第 2、3 環(huán)節(jié)分步回收汽輪機(jī)排汽余熱；同時(shí)，使得回水加熱過(guò)程實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)升溫。根據(jù)不同集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的差異，循環(huán)中第 2、3 環(huán)節(jié)也可以只保留其中之一。調(diào)峰環(huán)節(jié)對(duì)熱負(fù)荷進(jìn)行調(diào)峰的同時(shí)，保證吸收式換熱環(huán)節(jié)必要的熱網(wǎng)供水溫度。
2.3 新技術(shù)應(yīng)用工程方案
（1）以國(guó)內(nèi)某汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的 300 MW 抽汽供熱機(jī)組為例，額定工況下主蒸汽流量 1000 t/h，采暖抽汽量 500 t/h（330 MW），低壓缸排汽量 240 t/h（150 MW）。供熱首站采用常規(guī)汽水換熱器，供熱能力為 330 MW，供熱面積660萬(wàn) m2。
（2）實(shí)施新技術(shù)后，汽輪機(jī)低壓缸排汽量可全部回收，對(duì)外供熱能力可達(dá) 480MW，相比常規(guī)技術(shù)增加了 45%，可滿足960 萬(wàn)m2 建筑面積的供熱。
（3）采取如下常規(guī)供熱方案與新技術(shù)方案對(duì)比：300 MW抽汽供熱機(jī)組+容量150MW 燃煤鍋爐，此時(shí)兩方案供熱能力相等。
（4）新技術(shù)方案與常規(guī)供熱方案相比，年回收循環(huán)水余熱 146萬(wàn)GJ，節(jié)能率39%，年節(jié)約標(biāo)煤5.0萬(wàn)噸、供熱蒸汽12萬(wàn)噸、減排 CO2 總計(jì)折合約15萬(wàn)噸。
（5）新技術(shù)方案與常規(guī)供熱方案相比增加的初投資主要是首站的電廠余熱回收專用熱泵機(jī)組和熱力站的吸收式換熱機(jī)組，一次管網(wǎng)由于實(shí)現(xiàn)大溫差熱輸送，管徑變小，管網(wǎng)投資減少 30%左右。
（6）新技術(shù)方案與常規(guī)供熱方案相比，首站投資增加約0.86億元，熱力站投資增加約1.73 億元，管網(wǎng)投資降低約 0.96 億元（與項(xiàng)目所在地、管網(wǎng)規(guī)模等因素有關(guān)），總體初投資增加約 1.63 億元，年節(jié)約燃煤及蒸汽成本共4650萬(wàn)元，增量投資靜態(tài)回收年限控制在3~5 年。
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熱源
|
單位
|
常規(guī)方案
|
新技術(shù)方案
|
備注
|
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|
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300MW
汽輪機(jī)組
|
燃煤鍋爐
效率80%
|
300MW汽輪機(jī)組+循環(huán)水余熱
|
|
||
|
供熱
能力
|
容量
|
MW
|
330
|
150
|
480
|
相等
|
|
負(fù)擔(dān)面積
|
萬(wàn)㎡
|
660
|
300
|
960
|
||
|
投資
|
熱電廠首站
|
億元
|
——
|
0.64
|
1.50
|
增加0.86億元
|
|
用戶熱力站
|
億元
|
1.15
|
2.88
|
增加1.73億元
|
||
|
供熱一次管網(wǎng)
|
億元
|
3.20
|
2.24
|
節(jié)約0.96億元
|
||
|
運(yùn)行能耗及成本
|
熱量
（萬(wàn)GJ）
|
257（蒸汽）
|
117（熱水）
|
228（蒸汽）
|
回收余熱146萬(wàn)GJ節(jié)能率39%
|
|
|
耗量
（萬(wàn)噸）
|
102（蒸汽）
|
5.0（標(biāo)煤）
|
90（蒸汽）
|
蒸汽成本75元/噸
燃煤成本750元/噸
|
||
|
耗量
（萬(wàn)元）
|
7650
|
3750
|
6750
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