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利用凝汽器循环水废热的热泵系统用能分析 　　摘要： 本文应用能流分析法对电厂循环水源热泵系统的用能作出分析，以便判断利用电厂凝汽器循环水废热的各方案的优劣，解释了各种类型驱动能量的热泵站收集循环水废热的一次能源利用系数。数据表明：电动热泵供能设备总利用率比汽轮机热泵站总利用率低于2%，如果发电效率或者是热泵机组发热能力系数变小，可能造成本电站电力过少的状况。然而汽轮机与燃气轮机热泵站依据从外面吸收一次能源作为驱动能，它的一次能源使用系数和电动热泵站相比分别低14%与11%。所以站在能量使用的立场看，电动热泵站优于燃气轮机热泵站与汽轮机热泵站。 　　关键词：热泵站、凝汽器循环水、驱动能源 　　一、前言 　　电站发电时有一部分一次能在电站通过废热的方式消耗掉，当中大部分的能量消耗是凝汽器循环水吸收的能量。因为凝汽器循环水的温度相对很低，正常状况下，仅仅高于环境温度10℃。所以，为使用凝汽器循环水热量，必须增强循环水温度。当前，大多利用两种方法提高水温：一是增强凝汽式汽轮机排气压力（降低真空度），以低真空工作的方式把凝汽器水温提升到60～80℃，就叫做低真空工作循环水供热；二是利用热泵技术吸收电厂循环水中能量产生供热，就是通过电站将循环冷却水变成温度低的热源，使用热泵增强其品位（50～60℃）来达到向使用者提供热源。以温度水平角度看，电站凝汽器冷却水余热是热泵优良的低位热源。所以，使用电厂循环水废热的热泵产生热量的方法已吸引国内专家学者的注意，而且将火电厂循环水热泵供热系统的可利用性、效益性等做出了分析。并且，找出汽轮机凝汽器机组和热泵的联合系统存在的不足之处，必须吸收外部能量。 　　二、电动热泵站用能分析 　　在原有凝汽式发电系统中，增设热泵机组，使凝汽器的冷却水系统与热泵机组的蒸发器构成新的循环回路，替代带有冷却塔的原冷却水回路。凝汽器循环水（出水）直接进入热泵机组的蒸发器，经蒸发器吸取热量后，使循环水温度降低，供冷却用。而通过热泵机组加热热网回水，使之温度升高到45～55°C，向用户供热。 　　在以前的凝汽式发电系统中，加入热泵机组，将凝汽器的冷却水系统和热泵机组的蒸发器变成适当的循环路径，代替具有冷却塔的以前冷却水路径。凝汽器循环水立刻进入热泵机组的蒸发器，通过蒸发器吸收热量以后，减小循环水的温度，提供冷却使用。而且经过热泵机组加热热网回水，把它的温度提升到45～55℃，对使用者供热。简单评价系统的性能，作出以下假设： 　　（1）发电率为38%，电站锅炉等消耗为10%，电网消耗为2%。 　　（2）热泵机组的产生热量性能系数为5.0。 　　（3）凝汽器循环水的废热都被热泵机组吸取，没有注意热水输送过程中的热消耗，没有计算循环泵等设备的耗能。 　　总结可以得到： 　　（1）把凝汽器循环水废热消耗都收集起来，当热泵机组性能系数为4时，损失电力13%，就等于电站发电量（38%）中的34.21%。 　　（2）电网存留电量为23%，占电站发电量的60.53%。 　　（3）总利用率（65+23）/100=88%。观察可得，因为收集了凝汽器冷却水废热52%，把系统的总利用率增加到88%。然而它的系统用能总利用率的增强是以降低供电量（38%-23%-3%）=13%（占总发电量的34.21%）为代价的。 　　（4）发电效率和热泵机组产生热量性能系数的高低将会对电动热泵站系统的用能造成较强的作用。其中没有描述的百分比，都是以火电厂燃料为100%；电网存留量为负值时，说明电站发电量已低于热泵耗电量。 　　三、汽轮机驱动热泵站的用能分析 　　使用汽轮机驱动大型热泵是解决上述的电网存留电量快速下降的合理技术方法之一。电能是高消费的二次能源，损失电能来收集发电过程必需造成的废热量，站在用能方面看是不正确的。所以，使用一次能直接利用的热泵应是相对正确的选择。因为热泵机组的驱动机是将电动机改变成汽轮机，所以该系统是在电动热泵系统的原型上，增加一个蒸汽锅炉设备组成的收集电站废热的汽轮机驱动的热泵供热系统。 　　供热热网回水先经过热泵加热，作为一级加热，然后再经过汽轮机II的凝汽器，进行二级加热，加热后的热水供给热用户采暖用。 　　评价系统的使用能量为目的，将其中所做的假定排除外，将新装备的锅炉效率定为90%，新装备的汽轮机对外做功为25% 　　（1）收集电站废热的汽轮机驱动热泵站供电、供热整体供能系统用能总利用率为（121.32%+38%）/（100%+77.02）=90%。和电动热泵系统对比，它的用能总利用率仅仅增加90%-88%=2%，根据这样可以认为，它的系统用能总利用率与系统相比提高的非常低，但是又提高了新的锅炉等设施，系统更复杂，它的系统好像没有意义，实际上不是的。这是由于上面的研究只是以能量部分得出的