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蒸汽驱动型压缩式热泵在热电厂余热回收中的应用 张伟平 邓伟鹏 孙静 摘要：本文介绍了蒸汽驱动型压缩式热泵的原理及其节能优势，并对热电 厂余热回收的典型案例进行分析。采用蒸汽作为驱动能源回收热电厂冷却水余热， [1] 不仅实现了废热量的回收再利用，而且避免了发电汽轮机的冷端损失 ，提高了 热电厂的综合能源利用率，对热电厂的节能、降耗和减排事业有重大意义。 关键词： 蒸汽驱动 压缩式热泵机组 汽轮机 节能减排 1. 概述 传统热电厂使用冷却水将发电汽轮机乏汽中所蕴含的热量通过冷却塔排放 到空气中，这造成了热能和水资源的巨大浪费。一般纯凝热电厂，其冷端损失可 达50% 以上。回收热电厂冷却水中的低品位余热用于集中供暖，不仅可以避免 能源浪费、提高热电厂的综合能源利用率，更可在保留原有设备的情况下增加热 电厂的供热能力。 以多级离心式热泵为代表的蒸汽驱动型压缩式热泵，凭借其高可靠性及大 温差提升能力，为热电厂冷却水余热回收集中供暖应用开辟了新途径。压缩式热 泵机组通过氟利昂蒸气压缩式制热循环，从热源水中提取低品位热能，并将提取 的热量连同压缩机压缩功一同释放到热网回水中，用于热水加热。从而实现余热 回收集中供暖的目的。 2. 蒸汽驱动压缩式热泵机组介绍 2.1 蒸汽驱动压缩式热泵机组原理 [2] 蒸汽驱动的热泵机组与电驱动热泵机组的构造 、原理以及循环流程都是相 同的，其不同之处在于：蒸汽驱动压缩式热泵机组的驱动能源是蒸汽，而不是电 能，具有一定压力和温度的蒸汽推动汽轮机做功，汽轮机的功率输出给压缩机， 压缩机为热泵制热循环提供动力。 图1：蒸汽驱动压缩式热泵机组流程图 2.2 蒸汽驱动离心式热泵机组的特点 蒸汽驱动的多级离心式热泵机组在暖通空调、石油化工、区域能源等多个领 域有着广泛的应用，具有大制热量、大温度提升能力的特点。由于压缩机采用多 级叶轮，能够实现大于70℃的温度压头 （温度压头指热泵冷凝器热水出水温度 和热泵蒸发器热源水出水温度的差值）。 蒸汽驱动的压缩式热泵机组的驱动撬块（主要包括驱动设备、压缩机和控制 中心）和换热容器（主要包括蒸发器、冷凝器以及中冷器）可分开放置，其灵活 的安装方式可以满足不同客户的多种多样的现场需求。 蒸汽驱动的压缩式热泵机组单机制热量大、运行稳定、使得整个供热系统流 程简化，设备故障率低，适合对安全、可靠性要求较高的城市集中供暖应用。 图2： 蒸汽驱动的压缩式热泵机组 图3： 多级离心式压缩机 3. 蒸汽驱动和电力驱动压缩式热泵一次能源使用率分析 和电驱动热泵机组相比，蒸汽驱动压缩式热泵机组采用蒸汽直接驱动，避免 了发电机组的冷端损失和电力输送损失，提高了能源利用率，而且利用蒸汽驱动 压缩式热泵机组的余热回收系统可以制取超过100℃的高温热水。 3.1 电机驱动型压缩热泵一次能源利用率分析 以火力发电为例， 电厂通过锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，以热泵机组制 热效率（热泵机组制热量和驱动功率比值）为5.0 为例，则电机驱动热泵机组的 能源使用率分析如下： 100%的一次能源（煤），进入锅炉产生蒸汽，锅炉损失10%；发电效率（煤 电转换率）取35%，另外55%的能量通过冷却塔排放到空气中去。35% 的电能 用于驱动热泵机组可以回收140%的余热量，热泵机组的总供热量为175%。 3.2 蒸汽驱动型压缩式热泵一次能源利用率分析 仍以煤作为一次能源，燃煤锅炉产生蒸汽，蒸汽直接驱动热泵机组。以热泵 机组制热效率（热泵机组制热量和驱动功率比值）为5.0 为例，则蒸汽驱动型热 泵的能源使用率分析如下： 100%的一次能源（煤），进入锅炉产生蒸汽，锅炉损失10%；蒸汽蕴含能 量的30%转化为有用功，则可以用来驱动热泵机组的能量占一次能源的27%， 通过热泵可回收108%的余热，产生135%的热量。蒸汽中另外含有的70%热量 直接放热，则可实现的供热量占一次能源的63% 。则蒸汽驱动型热泵提供制