第28卷第1期長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)(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(zhǎng)春130021)[摘要]利用熱泵技術(shù)使火力發(fā)電廠循環(huán)水熱量得到充分利用，相當(dāng)于在不增加電廠容量、不增加當(dāng)?shù)嘏欧诺那闆r下，擴(kuò)大了熱源的供熱能力，提高了電廠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(jié)省寶貴水資源，并減少向環(huán)境排放的熱量和水汽，具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境效益。[關(guān)鍵詞]熱源;水源熱泵;電廠循環(huán)水;區(qū)城供熱[中圍分類(lèi)號(hào)] TU833[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1008- 18(2009)01 - 0027-031引言我國(guó)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(wěn)定的特點(diǎn)，有較好的利用條件。電廠循環(huán)水熱就是- -例，由于電廠循環(huán)水的溫度往往只比環(huán)境溫度高10C左右，品位不高，因此人們對(duì)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費(fèi)，還給環(huán)境帶來(lái)了熱污染。若以電廠循環(huán)水為熱源，利用熱泵技術(shù)回收余熱，挖掘低品位熱能，就能夠達(dá)到有效地利用能源的目的，從而收到顯著的節(jié)能效果。1-2]2循環(huán)水-熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)2.1水源熱泵的工作原理蒸汽壓縮式熱泵同蒸汽壓縮式制冷--樣，它的理論循環(huán)是在具有溫差傳熱兩相區(qū)的逆卡諾循環(huán)的基礎(chǔ)上改造而成的，利用冷凝器和蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)等壓的冷凝放熱和氣化吸熱過(guò)程。在冬季熱泵供熱運(yùn)行，當(dāng)冷凝溫度-定時(shí)，蒸汽壓縮式熱泵的供熱量和性能系數(shù)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(yùn)行，當(dāng)蒸發(fā)溫度- -定時(shí)，熱泵的制冷量和制冷性能系數(shù)取決于冷凝溫度的高低。當(dāng)冷凝溫度一定時(shí)，如果熱源的平均溫度提高5~ 10C，那么熱泵裝置的效率就可以提高10~ 15%，因此，對(duì)冷熱源的研究可以使熱泵中的經(jīng)濟(jì)性更具吸引力。所以，水作為冬季供熱運(yùn)行時(shí)低位熱源的研究以及以水作為熱泵夏季供冷運(yùn)行時(shí)冷源的研究，對(duì)水源熱泵裝置的應(yīng)用具有重大的意義。[3]2.2水源熱泵機(jī)組特性參數(shù)簡(jiǎn)介熱泵供熱實(shí)質(zhì)上是以消耗一部分功作 為補(bǔ)償條件,把熱量由低溫處轉(zhuǎn)到高溫處。熱泵循環(huán)和制冷循環(huán)的區(qū)別是兩者的工作溫度區(qū)間不同。制冷循環(huán)在環(huán)境溫度Tn和被冷卻物溫度Te之間工作，制冷機(jī)向作為高溫?zé)嵩吹沫h(huán)境介質(zhì)排熱，而從作為低溫?zé)嵩吹谋焕鋮s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?zé)嵩吹沫h(huán)境介質(zhì)中吸熱，而向作為高溫?zé)嵩吹谋患訜嵛矬w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(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)制熱系數(shù)，又稱(chēng)供熱系數(shù))來(lái)衡量熱循環(huán)性能的優(yōu)劣。[收穡日期] 2008-11-03[作者簡(jiǎn)介]冉舂雨(1954-), 男，河北易縣人，吉林建筑工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，從事建筑環(huán)境與設(shè)備工程研究。熱泵的制冷與制冷機(jī)制冷的原理是一-樣的，制冷系數(shù)的定義也- -樣， 為熱泵的制冷量與壓縮機(jī)消耗的功率的比值，即=l(1-1)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(shù)εh定義為熱泵的制熱量與消耗功率之比，即Q4 03+ wen==ε+1(1-2)式中Q4一熱泵從環(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(shù)等于熱泵的制冷系數(shù)加1,由此可見(jiàn)，熱泵的制熱系數(shù)永遠(yuǎn)大于1。逆卡諾循環(huán)是制冷循環(huán)中的理想循環(huán)。[4)在--定高低溫?zé)嵩粗g工作的制冷循環(huán)中，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)最大。由式(1-2) 可知，具有最大制冷系數(shù)的循環(huán)，其制熱性能系數(shù)已達(dá)最大。因此，逆卡諾循環(huán)是T_TH熱泵循環(huán)中的理想循環(huán)，它的制熱性能系數(shù)最大。]制熱性能系數(shù)為: er.=元+1=jTH- T2.3 熱源對(duì)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(fù)荷需求正好相反。在寒冷和高濕度地區(qū)，熱泵運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)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(qū)域受限的原因。川近年來(lái)，國(guó)內(nèi)關(guān)于土壤源熱泵、地下水源熱泵的研究和應(yīng)用越來(lái)越多。在國(guó)外，日本等國(guó)家還開(kāi)展了利用海水作熱源的熱泵區(qū)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(yīng)用卻受到水文地質(zhì)等多種條件的限制。[6以電廠循環(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優(yōu)點(diǎn): (1)蘊(yùn)含的熱量巨大; (2) 循環(huán)水的溫度和流量都穩(wěn)定，- -般都保持在20C以上，蒸發(fā)器不會(huì)出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象; (3)循環(huán)水比較清潔，無(wú)腐蝕問(wèn)題，不易導(dǎo)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(jié)約水源; (5)能降低凝汽器循環(huán)水進(jìn)水溫度，提高汽輪機(jī)凝汽器的真空度,增加機(jī)組的通流量和發(fā)電功率。[1,7]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?xì)獾茸鳛轵?qū)動(dòng)熱源，也可以采用壓縮式熱泵，利用電力作為驅(qū)動(dòng)能源。根據(jù)循環(huán)水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行工況分析，采用壓縮式熱泵的CoPn可以達(dá)到4~7,采用吸收式熱泵的CoP%可以達(dá)到1.7-2.3。即如果采用電力驅(qū)動(dòng)的壓縮式熱泵，系統(tǒng)制熱量是耗電量的4~7倍;如果采用蒸汽驅(qū)動(dòng)的吸收式熱泵，系統(tǒng)制熱量是耗電量的1.7-2.3倍，節(jié)能效果顯著。7]3電廠 循環(huán)水的供熱能力的理論計(jì)算目前，火力發(fā)電機(jī)組供熱多為熱電聯(lián)供的方式。對(duì)于抽汽供熱的方式，供熱蒸汽- -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(jì)，若利用循環(huán)水的熱量，使用可控制溫濕度的熱泵系統(tǒng)，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(jì)得多。叫下面以長(zhǎng)春某熱電廠一臺(tái)200MW機(jī)組為例，在全年最大供熱情況下，對(duì)循環(huán)水中蘊(yùn)含的熱量和區(qū)域供熱能力進(jìn)行分析，機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)及分析計(jì)算中部分參數(shù)如表1。表1200MW 汽輪發(fā)電機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)排氣壓力MPa76排氣溫度C303.9汽耗率kg/huh5.22汽機(jī)效率%57.31循環(huán)水設(shè)計(jì)流量為m3.h-120000循環(huán)水進(jìn)/出水溫度為14.09/18.4C149C/18.4C水焓值(0.1 Mpa)k小.kg-"50.72/82.58循環(huán)水帶走的熱量為Qe=m(ho-h)。式中m.-凝汽器 循環(huán)水流量m3.h-';h;- -凝汽器 循環(huán)水進(jìn)28●水的焓kJ.kg-';ho--凝汽器循環(huán)水出水的焓 kJ.kg-';Q.--凝汽器 循環(huán)水帶走的熱量GJ.h-;Q=me(ho- h) = 2000(82.58 - 50.72) = 637.2GJ.h-'。目前，我國(guó)新建的節(jié)能型住宅冬季供暖的平均熱指標(biāo)為20~ 30w/m2,最高不超過(guò)45w/m2,對(duì)于一些老式的房屋，供暖的能耗還要高出許多;而對(duì)于賓館、醫(yī)院、體育館等公共場(chǎng)合，設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)一般要達(dá)到80~ 120w/m2。按此標(biāo)準(zhǔn)，若此臺(tái)200MW的機(jī)組循環(huán)水中的熱量20%被利用，其區(qū)域供熱面積可達(dá)(1.2~1.8)x10fm2,由此可見(jiàn)電廠循環(huán)水中蘊(yùn)藏的熱量能夠提供區(qū)域供暖的面積是非常巨大的。另外，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,公共建筑和住宅的空調(diào)設(shè)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(duì)采暖設(shè)備和空調(diào)設(shè)備以及生活舒適性有著更高的要求。[8)因此可以利用熱泵技術(shù)回收電廠循環(huán)水熱量對(duì)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(guó)北方寒冷地區(qū)的非供暖季節(jié)，電廠循環(huán)水熱量也可以較好地被利用。4小結(jié)通過(guò)上述分析可以看出，利用電廠循環(huán)水的熱量及熱泵技術(shù)進(jìn)行供暖經(jīng)濟(jì)性較好，同時(shí)也減少了電廠向空氣的余熱排放量，降低了大氣的溫室效應(yīng)。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(fù)荷;對(duì)機(jī)組而言，它還降低了循環(huán)水的進(jìn)水溫度，提高機(jī)組真空度，增加機(jī)組的發(fā)電能力，降低機(jī)組的熱耗率。由此可見(jiàn)，充分利用好電廠循環(huán)水中蘊(yùn)含的熱量，可以達(dá)到節(jié)省能源的目的，同時(shí)降低了對(duì)環(huán)境的污染。[參考文獻(xiàn)][1]季杰,劉可亮,裴剛,等.以電廠循環(huán)水為熱源利用熱泵區(qū)域供熱的可行性分析[J].暖通空調(diào),2005 ,35(2): 104- 107.[2]藍(lán)玉.利用電廠余熱的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的研究[D].大連:熱能與動(dòng)力工程學(xué)院,00.[3]曹昕.水源熱泵技術(shù)在寒冷地區(qū)應(yīng)用的可行性分析[D].哈爾濱:建筑與土木工程學(xué)院,2003.[4]Enstrom. 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It has in-creased the heating capacity of heat source, and improved the comprehensive use of enengy efficiency of power plants in thecase of not increasing the capacity of power plants and not increasing local emissions. At the same time, it can alo 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 envionmental benefits.Key words:heat source; water source heat pump;irculating water of power plants; dstrict heating