低碳技术 乏汽型吸收式热泵技术
yj蓝天
yj蓝天 Lv.16
2023年03月26日 07:32:34
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火电厂高压蒸汽经过汽轮机发电时,压力降低直至变成负压水蒸气,称为“乏汽”。为了维持正常循环,乏汽需要散热变成液态水,再回到锅炉形成高压蒸汽。乏汽散热量就是火电厂最大的热损失,约占总热量的20%-50%。这些热量白白散入环境,浪费严重。根据乏汽热量的散热方式,火电厂可以分为水冷电厂、间接空冷电厂和直接空冷电厂。水冷电厂、间接空冷电厂均使用冷却水作为中间媒介,通过凝汽器或其他方式吸收乏汽热量,进入冷却塔散热。不同的是,水冷电厂的冷却水在冷却塔内与空气直接接触,散热的同时还会损失大量的水;间接空冷电厂的冷却水在冷却塔内通过传热管与空气换热,只散热不失水。直接空冷电厂取消冷却水系统,将乏汽引入空冷岛的传热管内与空气换热,同样只散热不失水。空冷电厂水耗少,大部分建设在水资源紧张的地区。直接空冷电厂投资较少,占比更大。

火电厂高压蒸汽经过汽轮机发电时,压力降低直至变成负压水蒸气,称为“乏汽”。为了维持正常循环,乏汽需要散热变成液态水,再回到锅炉形成高压蒸汽。乏汽散热量就是火电厂最大的热损失,约占总热量的20%-50%。这些热量白白散入环境,浪费严重。

根据乏汽热量的散热方式,火电厂可以分为水冷电厂、间接空冷电厂和直接空冷电厂。水冷电厂、间接空冷电厂均使用冷却水作为中间媒介,通过凝汽器或其他方式吸收乏汽热量,进入冷却塔散热。不同的是,水冷电厂的冷却水在冷却塔内与空气直接接触,散热的同时还会损失大量的水;间接空冷电厂的冷却水在冷却塔内通过传热管与空气换热,只散热不失水。直接空冷电厂取消冷却水系统,将乏汽引入空冷岛的传热管内与空气换热,同样只散热不失水。空冷电厂水耗少,大部分建设在水资源紧张的地区。直接空冷电厂投资较少,占比更大。

 

某些工业生产也会产生乏汽,这些热量被水吸收后,再被冷却塔排放,最终都把热量释放到环境中,热量损失较大。

电厂和工业乏汽余热,均采用水蒸气作为热量载体,能量密度大、露点温度较高,是很好的余热资源。不过,水冷电厂和间接空冷电厂的设计紧凑,汽轮机与凝汽器之间的距离较小,无法引出乏汽,只能回收循环水热量,采用以水为余热源的常规吸收式热泵;直接空冷电厂和工艺流程的乏汽,有充足的空间引出,可以采用乏汽型吸收式热泵,在不降低乏汽品位的前提下,高效回收热量,大幅度降低系统投资,提高经济性。

常规吸收式热泵以水为媒介,不能直接用于乏汽工况。水的体积流量小,为了保证足够的流速和换热系数,蒸发器换热管沿热泵长度方向布置,流通截面积小,使水的流速升高,而且在这种布置方式下,蒸发器与发生器、冷凝器、吸收器的方向一致,设计简单,是目前热泵的主流结构。

采用常规热泵回收乏汽热量,有两个选择:一是采用水作为乏汽热量的中介,这样的流程与热泵结构吻合,但会造成余热温度降低、工况恶化,吸收式热泵的造价升高,还需要增加中介水系统的初投资和运行费用,经济性变差;二是把乏汽直接通入常规热泵的蒸发器,但因为乏汽压力低、体积流量大,会导致乏汽流速很高,管道阻力大增,乏汽压力急剧下降,露点温度随之降低,工况严重恶化,热泵造价增加,甚至产生乏汽无法顺畅流动、吸收热量不足的问题,更不可取。乏汽型吸收式热泵可以完美解决这些问题。

乏汽型吸收式热泵与常规热泵最大的不同之处在于蒸发器结构。常规的蒸发器换热管沿热泵长度方向布置,单管长度大、流量面积小;乏汽型吸收式热泵采用蒸发器横向进汽的专利技术,沿热泵宽度方向布置传热管,单管长度从10米降低到4米以下,相同换热面积情况下,流通面积增加到2.5倍,流速相应降低,流动阻力大幅度减小,余热品质基本不降低,实现了高效无损的回收乏汽热量,经济性极佳。

 

由上图可以看出,乏汽型吸收式热泵的乏汽进口在侧面,增加了乏汽的流通面积,也更容易与凝汽器紧密结合。以空冷电厂为例,乏汽温度50℃左右,在初末寒期比热网回水温度还高,可采用凝汽器直接回收乏汽热量,提高经济性;凝汽器不能加热的部分,再采用热泵回收余热。这样一来,凝汽器+热泵的组合是该工况下最合理的配置方式。热泵乏汽进口在侧面,凝汽器的进汽室也可以在侧面开口,与热泵蒸发器紧密结合,实现一拖一或一拖二的组合。凝汽器进汽室还能自动分配凝汽器和热泵的乏汽流量,适合热网水温度大范围变化的工况;且整体机型紧凑,便于改造现场的设备布置。

 

工业乏汽余热回收项目中,也可以应用乏汽型吸收式热泵直接回收乏汽。不过,部分流程对乏汽凝水的品质要求较低,如多效蒸发、热法海水淡化等,乏汽凝水不用在进入锅炉蒸发,只作为液态水使用。这就可以将多效蒸发等工艺与吸收式热泵结合在一起,形成另外一种乏汽直接回收型吸收式热泵,进一步降低造价,提高项目经济性。

综合而言,乏汽作为发电和生产工艺的余热,能量密度大、温度高,是优质的余热资源,不应采用换热方式降低余热品位后再进行利用。乏汽型吸收式热泵,可以实现对乏汽的高效利用,是这类项目的首选产品。

 

 


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