吸收式熱泵技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用呂向陽，吳華新 同方人工環(huán)境有限公司，北京海淀區(qū)王莊路1號同方科技廣場B座21層 ；The application of absorption heat pump technology in the CHP of heating system LV Xiang-yang, Wu Hua-xinTONGFANG ARTIFICIAL ENVIRONMENT CO., LTD. B21F, TSINGHUA TONGFANG HI-TECH PLAZA NO.1,Wangzhuan Road, Haidian District, Beijing,P.R.China,. ABSTRACT：The absorption heat pump heating with CHP is an advanced heating technology, (which)make the most of the low temperature exhaust heat in heat power plant, increase the heating capacity of the existing heating source and improve the transmission capacity of heating network . Through the introduction of this kind of heating technology and the anysis of a project example,the author point out the technical is feasible in practical project, and also it has the advantage of energy saving, environmental protection, high efficiency and short payback period,etc.In consequence, it’s an new advanced energy-saving heating technology and valuable to develope.KEY WORD：Absorption heat pump；CHP； Central heating摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的吸收式熱泵供熱技術(shù)是一種先進(jìn)的供熱技術(shù)，充分地利用了熱電廠冷卻水的低溫余熱，可增加現(xiàn)有熱源供熱能力和提高熱網(wǎng)輸送能力。

通過對該供熱技術(shù)的介紹與某工程實例的分析，指出了該技術(shù)實際工程應(yīng)用的可行性，它具有節(jié)能環(huán)保、高效、回收期短等優(yōu)點，是一種值得大力推廣、先進(jìn)的節(jié)能供熱新技術(shù)關(guān)鍵詞：吸收式熱泵；熱電聯(lián)產(chǎn)；集中供熱1 問題的提出 能源與環(huán)境問題已成為中國乃至世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,節(jié)能減排已成為人類生存與發(fā)展的首要命題，成為各國政府、企業(yè)、公民共同的責(zé)任與使命熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式具有很高的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，是目前我國城市集中供熱的主要形式[1]；同時我國北方地區(qū)的供熱能耗巨大，是節(jié)能減排的重點在城市的建設(shè)中，不斷擴(kuò)大的用供熱規(guī)模與現(xiàn)有熱源有限的供熱能力、城市熱網(wǎng)有限的輸送能力之間的矛盾日益突出如何在保證現(xiàn)有熱源與現(xiàn)狀熱網(wǎng)不變的情況下，進(jìn)一步增加熱源供熱能力和提高熱網(wǎng)輸送能力是廣大工程技術(shù)人員需要思考的一個重要問題先進(jìn)的吸收式熱泵供熱技術(shù)的應(yīng)用為上述問題的解決提供了一個重要的解決思路2 與熱電聯(lián)產(chǎn)相結(jié)合的吸收式熱泵供熱技術(shù) 熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱方式主要分兩種，即汽輪機(jī)的背壓供熱和抽氣供熱背壓供熱汽輪機(jī)排汽壓力需高于大氣壓力，如不考慮動力裝置及管路的熱損失，理論上它的熱能利用率可達(dá)100%，但由于熱、電負(fù)荷相互制約等原因，在我國應(yīng)用較少[1]。

抽氣供熱是熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域主要的供熱方式，它主要是通過汽輪機(jī)上可調(diào)節(jié)抽氣量的的抽氣口進(jìn)行抽氣，供熱原理如圖1：圖1 抽汽供熱系統(tǒng)原理圖Fig.1 Extraction steam heating system principle diagram 此方式依然有大量冷卻水的低溫余熱通過冷卻塔排向外界，若能對其加以再回收利用，則可在熱電廠規(guī)模不變的情況下，大大提高冬季熱源的供熱能力；同時，該供熱方式的設(shè)計供、回水溫度一般為130/70℃、110/70℃、120/60℃等等，若能將熱網(wǎng)供回水溫差提高至≥100℃，則熱網(wǎng)的供熱輸送能力可提高約1倍基于此，清華大學(xué)的江億院士與付林教授等人[2]提出了“基于熱電聯(lián)產(chǎn)的吸收式熱泵供熱技術(shù)”，原理如下圖：圖2熱電聯(lián)產(chǎn)結(jié)合的吸收式熱泵供熱系統(tǒng)原理圖Fig.2 The absorption heat pump heating with CHP principle diagram 該技術(shù)不僅需在熱電廠增加吸收式熱泵機(jī)組，還需要改造傳統(tǒng)的換熱站，更換其中普通水-水換熱機(jī)組為大溫差吸收式換熱機(jī)組目前，它已在赤峰得到應(yīng)用，并且得到了鑒定專家很高的評價[3]，但它工藝復(fù)雜，易受投資、現(xiàn)場條件等多因素的制約。

如果通過技術(shù)優(yōu)化調(diào)整，并結(jié)合熱電廠實際工程、現(xiàn)場條件等特點，可采取如下圖3、圖4所示供熱方式圖3熱網(wǎng)供熱參數(shù)不變的吸收式熱泵系統(tǒng)原理圖Fig.3 The absorption heat pump heating system principle diagram (the heating network not changed)圖4熱網(wǎng)直供(無換熱站)吸收式熱泵供熱系統(tǒng)原理圖Fig.4 The absorption heat pump heating system principle diagram（not heat exchange station） 目前，圖3系統(tǒng)在陽泉已有應(yīng)用實例，而類似圖4系統(tǒng)在河北承德等地也有我公司成功實施的案例它們的特點是：由于吸收式熱泵機(jī)組回收了大量低溫余熱，可大幅度提高熱源的供熱能力；經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，可大幅度拓寬吸收式熱泵在熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍3 某實例分析 某自備熱電廠冬季冷卻水量約2880m3/h，進(jìn)出冷卻塔水溫分別約35℃和25℃（兩個數(shù)字是否顛倒一下？），汽輪機(jī)抽氣壓力0.3-0.5Mpa（飽和蒸汽）距熱電廠3km有一新建小區(qū)，采暖面積80萬m2，設(shè)計供、回水溫80/60℃。

若新建鍋爐房，則耗能高、污染大，屬國家限建項目若以該熱電廠為熱源，則電廠（供熱能力）熱負(fù)荷明顯不足，抽氣量僅可供45萬m2通過上述熱電聯(lián)產(chǎn)吸收式熱泵技術(shù)，問題可迎刃而解 通過分析，擬決定：在熱電廠新設(shè)一吸收式熱泵機(jī)房，回收冷卻水余熱，提供建筑采暖；敷設(shè)部分蒸汽管路和余熱水管路，引入吸收式熱泵機(jī)房；新敷設(shè)3km的外網(wǎng)系統(tǒng)，將吸收式熱泵制取的80/60℃循環(huán)水接入用戶管路系統(tǒng)3.1 計算分析與設(shè)備選型 根據(jù)現(xiàn)場資料和行業(yè)規(guī)范：供熱面積80萬m2，熱指標(biāo)取60W/m2，則用戶采暖負(fù)荷共計48MW 根據(jù)低溫余熱水、用戶側(cè)熱水和蒸汽的參數(shù)可知：吸收式熱泵制熱系數(shù)COP約1.8，故熱泵系統(tǒng)回收低溫余熱水的熱量為： Q0=Q×（COP-1）/COP式中： Q為供暖負(fù)荷，W；Q0為低溫側(cè)吸熱量，W；COP 為吸收式熱泵制熱系數(shù)，由運行工況確定低溫余熱水按10℃溫差提取熱量，則耗水量由下式計算： m = Q0/（C×△T）式中：m為余熱水耗水量，kg；△T為余熱水提取溫差，取10℃，℃；C為水的比熱，取4.187KJ/(kg·℃)；經(jīng)計算，設(shè)計工況下系統(tǒng)低溫側(cè)吸熱量為21.4MW，所需余熱水1834m3/h。

而熱電廠冷卻水水量2880m3/h，水量足以滿足需求 系統(tǒng)需敷設(shè)3km的外網(wǎng)系統(tǒng)，由負(fù)荷可確定外網(wǎng)主干管管徑為DN600由于余熱水管路和蒸汽管路敷設(shè)在熱電廠內(nèi)，管線較短，下文分析初投資時已含在熱泵機(jī)房內(nèi) 吸收式熱泵系統(tǒng)的制熱量需求為48MW，根據(jù)需要，選取該工況下制熱量為12MW的吸收式熱泵機(jī)組4臺（型號和相關(guān)參數(shù)略）3.2 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益分析3.2.1初投資計算1）吸收式熱泵系統(tǒng) 投資概算包括：吸收式熱泵機(jī)組、水泵等機(jī)房附屬設(shè)備；機(jī)房管路施工、設(shè)備安裝工程；機(jī)房電氣及自控工程；用戶熱網(wǎng)系統(tǒng)（見下表1）表1 吸收式熱泵系統(tǒng)投資概算Tab1 Investment budget of the absorption heat pump system 設(shè)備名稱數(shù)量單位單價（萬元）合計（萬元）吸收式熱泵4臺4001600附屬設(shè)備1項8080機(jī)房設(shè)備及管道安裝工程1項200200機(jī)房電氣及自控工程1項8080外網(wǎng)管線工程3km0.1300合計22602）傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)方式 傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)方式熱源側(cè)主要設(shè)備是汽-水換熱器，按行業(yè)經(jīng)驗分析，換熱首站（80萬m2建筑采暖面積）初投資約900萬元；外網(wǎng)和吸收式熱泵系統(tǒng)相同，約300萬元，系統(tǒng)投資共計1200萬元。

3.2.2運行費分析 運行費的測算依據(jù)如下：電價0.5元/Kwh，熱價50元/GJ，水價 3元/噸，采暖期144天整個采暖季的理論供熱量可按下式計算： Qn=24×Qn′× [(tn-tpj)/(tn-tw)] ×N式中：Qn為年供熱量，kwh；Qn′為熱負(fù)荷， kw；tn為室內(nèi)設(shè)計溫度，取18℃；tpj 和tw均為當(dāng)?shù)夭膳臼彝馄骄鶞囟群筒膳嬎銣囟?，℃；N為供暖天數(shù)，d1） 傳統(tǒng)供熱方式運行費分析表2 傳統(tǒng)方式供熱運行費Tab2 The operatiing cost of traditional way名稱負(fù)荷(MW)年供熱量(kw·h)熱價(元/GJ)運行費(萬元)傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)48502030 傳統(tǒng)方式供熱運行費共計2030萬元，合25.4元/m22）吸收式熱泵供熱方式運行費分析表3吸收式熱泵供熱運行費Tab3 The operatiing cost of the absorption heat pump system 名稱負(fù)荷(MW) 蒸汽耗量(t)熱價(元/GJ)運行費(萬元)吸收式熱泵系統(tǒng)48501160.6通過機(jī)組滿負(fù)荷運行時的蒸汽耗量和供熱系數(shù)計算出年耗量，并換算為熱量后，可計算出年運行費，統(tǒng)計如表3。

另外，若采用吸收式熱泵技術(shù)，機(jī)組需耗少量電能，電費如下：W=48KW×24h×0.68×144天×0.5元/kw·h /10000 =5.6萬元為比較方便，系統(tǒng)水泵能耗忽略未計吸收式熱泵運行費共計1166.2萬元，合14.5元/ m23）吸收式熱泵節(jié)約水費分析由于吸收式熱泵從低溫側(cè)吸熱，循環(huán)水閉式循環(huán)，還可減少大量系統(tǒng)補(bǔ)水補(bǔ)給水量分為飛濺損失和蒸發(fā)損失（占主要部分）兩部分，正常情況下其值約等于循環(huán)水量的1%-2%左右水源側(cè)需冷卻水流量約1834m3/h，經(jīng)分析計算可減少蒸發(fā)、飛濺損失等約30m3/h按照該地水價計算，年節(jié)約水費約31萬元3.2.3 經(jīng)濟(jì)性對比與環(huán)境效益分析圖4經(jīng)濟(jì)性對比分析Fig4 The analysis on economy 名稱初投資(萬元)運行費(萬元)吸收式-傳統(tǒng)方式備注傳統(tǒng)供熱方式12002030894.8（運行費）吸收式熱。