(黑龙江省林业设计研究院，哈尔滨 150080)

0 引 言

北方某生物质热电厂建设规模为3×75 t/h次高压循环流化床生物质锅炉+3×12 MW抽凝式汽轮发电机组。是以秸秆、稻壳、芦苇及木屑等为主要燃料的新型可再生无污染能源项目。

本项目拟建设3台27.8 MW吸收式热泵机组，总制热量83.4 MW，回收冷却塔余热35.74 MW，每采暖季可回收余热36.86万GJ。

1 蒸汽型吸收式热泵应用原理

蒸吸收式热泵全称为第一类溴化锂吸收式热泵，是以蒸汽为驱动热源，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，提取低位余热源的热量，通过吸收剂回收热量并转换制取工艺性或采暖用的热水，是国家重点推广的高新技术之一。

吸收式热泵应用原理是在电厂首站内设置蒸汽型吸收式热泵。如图1所示，以汽轮机抽汽为驱动能源Q1，驱动机内溴化锂溶剂循环做功，产生制冷效应，回收乏汽中的余热Q2。消耗的驱动蒸汽热量Q1与回收的乏汽余热量Q2一同加入到热网水中，即：热网得到的热量为Q1+Q2。

2 吸收式热泵的基本构成

吸收式热泵的工艺流程示意图如图2所示，热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和热交换器等主要部件及抽气装置、屏蔽泵(溶液泵和冷剂泵)等辅助部件组成。

图1 吸收式热泵回收余热示意图

图2 蒸汽型溴化锂吸收式热泵运行原理流程图

(1)工质对：一般是循环工质和吸收剂组成的二元非共沸混合物，其中循环工质的沸点低，吸收剂的沸点高，且两组元的沸点应具有较大的差值。循环工质在吸收剂中应具有较大的溶解度，工质对溶液还应对循环工质有较强的吸收能力。

(2)发生器：发生器中为水—溴化锂工质对的浓溶液(水为溶剂)，利用热水、蒸汽或者燃料火焰加热工质对溶液，使其中的低沸点循环工质变为工质蒸汽排出，同时将稀溶液浓缩，故称为发生器。

(3)吸收器：吸收器中为水—溴化锂工质对的稀溶液，利用工质对溶液对循环工质较强的吸收能力，抽吸蒸发器中产生的循环工质蒸汽，吸收器一般是管式结构的喷淋式热交换器，将浓溶液喷淋在管子表面上，吸收工质蒸汽。

(4)冷凝器：由发生器来的循环工质蒸汽在冷凝器中冷凝为液体，并放出热量。冷凝器一般为壳管式结构，传热管内为待加热的介质，工质蒸汽在管外冷凝为工质水，工质水在管簇下部的水盘收集，经节流进入蒸发器。

(5)蒸发器：由节流部件来的低压、低温循环工质饱和汽和饱和液的混合物吸收低温热源的热量，使其中的循环工质饱和液蒸发为饱和汽。由于溴化锂吸收式热泵蒸发压力相对低，故要求工质在蒸发器内流动时阻力尽量小，因此，蒸发器一般采用管壳式的喷淋式热交换器，即传热管内为低温热源介质，加热管外为工质蒸发。

3 热泵边界条件

电厂管网负责供热的区域为166万平米，按照供暖指标为50 W/m2，供热尖峰负荷为83 MW。所以拟采用3台27.8 MW热泵，热网水1 992 t/h进入热泵46 ℃，经过热泵加热至82 ℃输送至热用户供热。热泵机组的驱动蒸汽来自热网首站的采暖抽汽母管，压力0.49 MPa，温度257 ℃，余热水流量 6147 t/h，进热泵26 ℃，出热泵21 ℃，回收余热35.74 MW。

3.1 蒸汽边界参数确定

根据汽轮机参数及运行实际数据，确实热泵驱动蒸汽采用汽机抽汽，压力为0.49 MPa。

3.2 余热循环水边界参数确定

该生物质电厂循环水系统设置4台S700-M17J/620-F型循环水泵，单台流量为4 000 t/h，扬程24 m，三用一备。通过调研，得知冬季循环水进塔温度在25～27 ℃，出塔温度为22～20 ℃，所以确定进入热泵的余热循环水温度为26 ℃，出热泵的余热循环水温度为21 ℃，这样选择基本维持系统原有的运行参数，不对机组真空产生影响，不增加机组的发电煤耗。

由于机组的发电收益高于供热收益，因此尽量回收余热是基本的设计方向，所以确定进入热泵的余热循环水量为6 147 t/h。

3.3 热网水边界参数确定

该生物质电厂热网循环水系统设置3台DFSS350-9/4型双吸循环水泵，单台流量为1 100 t/h，扬程80 m，二用一备；热网系统配置3台热网加热器，主供水管径为DN700。根据以上设备参数，确定进入热泵系统的热网水流量为1 992 t/h，水流速为1.47 m/s，符合规范要求。

4 余热利用系统连接方案

蒸汽管道连接如图3所示。

图3 热泵系统连接示意图

4.1 热泵蒸汽和疏水管道连接方案

确定在热网首站外采暖抽汽母管接出一条DN600管道，经过减温器减温后，将蒸汽引入到热泵房作为热泵驱动蒸汽。此部分蒸汽凝结成的90 ℃疏水，由新增设的疏水泵送入热网首站内凝结水箱。

4.2 热泵热网水管道连接方案

在热网循环泵入口母管引接一条DN700管道将热网回水引入到热泵内，热网水在热泵内吸收热量后，再返回到热网循环泵入口母管。

4.3 热泵循环水管道连接方案

初步确定在循环水回水管路加装碟阀F1，在碟阀F1前引接DN1200管路，将26 ℃的循环水引接入热泵，降温至21 ℃，再经过新增的DN1200管路引接至冷却水塔塔池，通过原有循环泵再次循环，对凝汽器进行冷却。

5 效益分析

增加发电收益：每个采暖季可回收余热为36.86万GJ，该生物质热电厂出口热价为35元/GJ，则每采暖季余热收益：36.86万GJ×3元/GJ =1290.1万元。

增加节水收益：增加余热系统后，每采暖季上塔的水量减少，每采暖季可减少蒸发、风吹等水损失10.7万吨，每采暖季的节水收益为：10.7万吨×1元/吨 =10.7万元。

改造系统电耗：131.7 kW×24 h×183 d×0.75元/kWh×0.658=28.54万元。

则该生物质热电厂每个采暖季比改造前相当于多收益1272.26万元。

6 结束语

通过对现有生物质电厂冷却水系统的余热回收利用，减少了能源浪费，降低了企业运行成本，增加了企业效益，可谓一举多得。