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结果，但是忽视了能质部分。在电动热泵站供能系统中，利用电能来解决发电中一定造成的热消耗，使其发电站电网存留电量只是发电量的34.21%，没能正确利用二次能（电能）。汽轮机驱动热泵站供能系统在维持以前发电站的正确供电量的现状下，科学利用一次能（如煤）完成收集电站废热，向用户供121.32%的热量，其用能的科学性非常突出。这也表明从电站外直接引进一次能作为热泵驱动能的科学性。

（2）根据显示的供电、供热整体供热系统是以相对独立的发电系统与汽轮机驱动热泵的供热系统2个系统构成的，所以，在汽轮机驱动热泵供热系统中，一旦汽轮机排热的温度达到一定高度，就能够都为供热所利用，就是充足使用了汽轮机做功后的排放热量，能量使用效率增强。而且电用户还可以取得电站固有的总发电量。

四、燃气轮机驱动热泵站用能分析

当前，燃气轮机是一个性能很好的热泵驱动设备。使用燃气轮机热泵收集电站废热也是一种值得考虑的方法。与电动热泵装置对比，系统增加燃气轮机与回收热能装置（废气热交换器），将各自独立的发电系统与燃气热泵供热系统构成供电与供热的整体供能系统。燃气轮机正常供热量为500～5500kW，适用于大型热泵使用，而且，燃气轮机拥有修理简单、养护时间长、使用面积小等优点。

燃气轮机的合理效率为15～28%，因此燃气轮机轴功率取值为25%，废气消耗取值15%，能够利用废气热流量取值60%。供电站使用的能源取值为100%。以使系统拥有对比性为目的，热泵产生热能性能系数取5，根据上述条件计算出系统的能量分配。根据经验可得出，燃气轮机驱动热泵站供热系统一次能源使用系数可达110.92/69.32=1.60，相对于电动热泵站一次能源使用系数低11%。

五、结论

1.以使用凝汽器循环水废热为目的，利用电动热泵提高热能，能够将电站单个供电系统改变为供电、供热整体供能系统。然而需要注意到，电与提高热能（50℃左右的热水）二个的效率是不同的。所以因为发电效率与热泵机组产生热能性能系数的变小，电网存留电量可能会降得很低，乃至变成零。因此选择电动热泵系统方式回收电站废热是否合理，应综合发电效率和热泵机组性能系数两方面数据分析。

2.由于汽轮机驱动热泵系统需要引入外部一次能源，即增加了锅炉及辅助设备等，使得系统更为复杂，且增加了相应的投资。当电动热泵系统的性能系数为4.6时，具有相同的一次能源利用率，此时，应优先选择电动热泵系统作为凝汽器循环水废热利用装置。

参考文献：

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