2013 NO.18Science and Technology Innovation Herald科技创新导报火、核电厂冷凝水余热回收系统设计与应用①
聂要辉 周国辉 屈乐建 刘晓(郑州大学 河南郑州 450001)
摘 要：随着城市集中供热规模的不断扩大，近年来热电联产技术获得日益广泛的应用，集中供热成为城市重要的基础设施之一。关键词：冷凝水 余热回收系统 设计与应用中图分类号：TK11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)06(c)-0053-02
以供热式汽轮机发电的火力发电厂中有一个很重要的流程就是热电联产。将煤或者其他燃料的化学能转化成高品位的热能进行发电，然后将已经在汽轮机做过功的含有低品位热能的蒸汽对外供热。从而提高对热能的利用效率，来节约能源。其优点如下。
(1)能够满足城市生活集中供热，该技术不仅取得了发电效益的而且能满足供暖和供热的需要。
(2)利用该技术还能够实现集中空调制冷，当不能供热时，我们可利用低温蒸汽作制冷剂，带动溴化锂吸收式制冷装置对民用或工业用建筑物进行集中供冷。
(3)可供选择的燃料种类多，所用的燃料可以是石油、煤炭等燃料中的任意一种。
(4)热电联产利用已经做过功的低位热能来向外供热，冷源损失在一定程度上减少了，提高了电厂总体热效率，从而节约了燃
(5)和其他节能技术一样，热电联产技术的实施从根本上来说也能够大量减少空气污染物的排放，改善环境。
(6)热电联产还可以调节地方的能源结构，或得其他效益，比如可以较少煤厂的面积，降低煤的运输量。
但目前电厂的热电联产运行，虽减少了冷凝损失，但从节能减排角度，仍存在巨大提高能源利用率的潜力，主要表现：
(1)在中压汽缸打孔抽汽，将抽出的热蒸汽经过降温、减压，这些过程会大大降低蒸汽的用能品质,从能量利用的角度很不经济。
(2)由于火电厂汽轮发电机组大部分是凝汽式(含抽汽凝汽式)机组，冷凝热既对环境产生热污染,同时又具有品位低(排汽压力0.004～0.008 MPa，冷凝温度40 ℃左右)，量大，水质好和集中等特点，余热利用价值较大。
综合上述分析，为进一步提高热电联产系统的热能利用率，减少对环境的污染，一方面应梯度利用经过降温减压器的能源，另一方面应设法回收电厂循环水的冷凝余热，提高热电联产的能源利用率，减少对环境的污染。
的有用能量(如:电能和热能)为代价，以其热泵系统中的工质作为热载体，可以利用余热源作为低温热源,驱动工质在低温环境下吸取热量，并将其能位提高后，向高温环境输出热量。文献计算表明，冬季以火电厂凝汽器循环水为热泵的低位热源时，热泵机组的制热性能系数可达4以上。按火力发电效率0.33计算，热泵机组的一次能源利用率大于1.33。而集中供热系统（燃煤或燃气）的一次能源利用率仅在0.6左右。由此算来热泵供热用于集中供热采暖，能节省汽轮机的蒸汽抽出量，比燃煤供热节能55%。但热泵系统需消耗高位能源来驱动，这又带来额外的能量损耗，若能利用通过减温减压器的高位能量来驱动热泵，以提取火电厂凝汽器循环水的低位热能，既能降低循环水水温，有效的利用汽轮机凝汽器循环水的低位余热，减少汽轮机凝汽器循环水余热的排放,又能利用抽气的高位能量，达到节省汽轮机的蒸汽抽出量，提高能源利用率的目的。还能降低凝汽器循环水进水温度,提高汽轮机凝汽器的真空度,增加机组的通流量和发电功率，因此这必将形成一举多赢的节能减排技术。
热源是)升温型热泵，又称热变换器。
机组的能耗是衡量第一类吸收式热泵性能的一个重要指标。
如果我们忽略整个过程的热损失和泵功率，溴化锂吸收式第一类热泵机组的热平衡关系式为：
Qg+Qo=Qa+Qk (1)
所以，溴化锂吸收式第一类热泵循环的热力系数COPAHP可表示为：
COPAHP=
Qa+Qk>1 (2)Qg
由式(2)可见，第一类吸收式热泵装置的性能系数恒大于1(即热效率恒大于100％)。
第二类吸收收式热泵的热力系数COPAHP为：
COPAHP=Qg+Qo=1-QQaQk
a+Qk
<1 (3)
料，使成本降低了。.com.cn. All Rights Reserved.由式(3)可见，第二类吸收式热泵装置的性能系数恒小于1（即热效率恒小于100％）。
下面，表1对第一类与第二类吸收式热泵装置进行了简要对比。
由此表及该文吸收式热泵的应用场合可知，在热电厂冷凝水余热利用问题上，更加适于采用第一类吸收式热泵。
2 吸收式热泵系统与热电联供系统分
析
热泵是一种在回收利用中、低温废热能方面有明显优点节能率在25％以上的节能装置。随着科技的发展，能源利用领域的一个热点研究方向就是利用热泵技术进行工业余热的回收利用，从而节约能源。
现在常用的吸收式热泵系统主要有氨—水吸收式热泵和溴化锂—水吸收式热泵。对于氨—水吸收式热泵来说，热泵里面的工质是氨水，其具有一定的危险性，如果泄露会造成一定的危害。对于溴化锂—水吸收式热泵来说，限制该热泵推广的一个很重要原因是溴化锂溶液的腐蚀性很强，然而随着科技的进步溴化锂溶液腐蚀性问题已经得到了很大的改善，所以目前来说以溴化锂—水为工质对的吸收式热泵已经兴起。
按照输出热的温度我们把溴化锂吸收式热泵分为两种：第一类吸收式热泵(输出热的温度低于驱动热源的)，也叫增热型。第二类吸收式热泵(输出热的温度高于驱动
3 第一类溴化锂吸收式热泵与蒸气压
缩式热泵在性能比较，有如下优势
1)如果工况是高温工况，也就是当热源水温度在15～58 ℃范围内时，溴化锂吸收式热泵较蒸气压缩式热泵具有显著节能优势，其名义工况下的制热COP平均是蒸气压缩式的1.3倍左右；
2)当工况是中温冷热双工况时，即热源水在25～34 ℃范围内变动，冷热型溴化锂吸收式热泵较蒸气压缩式制热COP平均高出约15％，制冷EER以及冷热平均COP′高出基本相当，但其冷热能力约是蒸气压缩式的1.3倍，更加节能、制热量更大；
3)当工况是冷热两种需求时，虽然热源水在25 ℃以下时蒸气压缩式热泵具有节能优势，但在温度在25 ℃以上时，冷热型溴化锂吸收式热泵更有优势。并且当制热时，溴化锂吸收式热泵制热COP在热源
（下转55页)
1 热泵技术的优势
近年来兴起的热泵技术，以消耗一定
①作者简介：聂要辉(1992—)，男，汉族，河南省平顶山市鲁山县，郑州大学本科生，研究方向为热能与动力工程。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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工业技术
2013 NO.18Science and Technology Innovation Herald科技创新导报能够更加详细地掌握煤矿井下人员的确切位置，及时与井下工作人员进行即时通信。
（4）为实现井下人员的实时定位，在矿井出入井口、重点区域出入口、限制区域、巷道分支处等人员活动区域设置分站时，满足监测携卡人员出入方向的要求，避免一卡重复覆盖，同时在多个位置监测分站显示。
（5）煤矿井下环境湿度大，空气潮湿且职工流汗汗水易浸湿识别卡充电插头，造成插头金属片氧化腐蚀。识别卡应具有防尘、防水、防潮、防腐蚀、防静电等防护性能，适合在恶劣环境条件下工作。
（6）要加强系统设备维护，定期进行调试、校正，及时升级改造，确保设备性能完好，系统灵活可靠，保障系统安全可靠运行。
（7）为防止无关人员和非法人员进入巷道或作业面，系统需设置该卡准入巷道或作业面的时效管理模块及卡的失效、报失等。
图1 煤矿井下作业人员管理系统
块进行管理。
（5）对于井下作业人员，必须携带本人的识别卡，方可进入巷道，这样工作人员经过井下监测分站时就会被系统记录。系统通过数据传输系统，可将采集到的工作人员的相关信息及到达相应位置的时间等信息反馈到地面监控系统，系统经过分析处理可将具体的信息在显示屏上显示出来。一旦有工作人员违规进入其限制的工作区域，系统
的指导作用。
（7）通过识别卡，系统对员工的考勤与管理等情况可自动生成报表，有助于管理效率的提高。
2.2 系统在实际应用中存在的问题
（1）电磁干扰较严重，这是由于井下空间有限，机电设备安装相对集中，这些大功率机电设备、变频设备的启动和停止、架线电机车电火花等必然对系统通信设备的正常运行存在一定的影响。
（2）煤矿井下工作环境恶劣，信号传输过程中信号被物体遮挡，衰减较大。
（3）借鉴和使用合适的定位技术进一步提高系统的定位精度，使得井上管理人员
3 结语
煤矿井下作业人员管理系统不仅在井下发生灾害事故时起到重要作用，而且对煤矿安全生产的日常实际管理应用有重要的现实意义。
参考文献
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在煤矿安全管理中的应用[J].工矿自动化,2010(7):116-117.
[2] AQ6210-2007煤矿井下作业人员管理
系统通用技术条件[S].
[3] AQ1048-2007煤矿井下作业人员管理
系统使用与管理规范[S].
.com.cn. All Rights Reserved.会立即报警，调度人员可根据报警信息立即
进行处理，避免安全事故发生。
（6）当井下出现突发事故时，指挥人员可通过地面监控中心及时发现受困人员的情况，对于下一步的搜救工作具有重大
(上接53页）热泵类型功能驱动热源低温热源热水回路应用场合应用实例
第一类吸收式热泵制取100 ℃以下热水蒸汽,高温水,燃气
表1 第一类与第二类吸收式热泵装置的简要对比
第二类吸收式热泵
制取150 ℃及以下热水或蒸汽热排水,有机蒸汽和液体同左吸收器
工程用热水或蒸汽精馏,蒸煮工艺
海水,河水,热排水,地下水,太阳能热水吸收器,冷凝器串联
房屋采暖,生活热水,给水预热,工程用热水集中供暖供冷
水10～58 ℃范围内的整个工况下也优于蒸气压缩式热泵，且其节能优势随着热源水温度升高而升高。
（4)第一类溴化锂吸收式热泵的最大制热功率能够达到10000 kW，大概相当于蒸气压缩式热泵最大功率的10倍，其单机能力大。能够满足区域供热等大中型系统中的要求。
带来额外的能量损耗的不利因素，利用通过减温减压器的高位能量来驱动热泵，以提取火电厂凝汽器循环水的低位热能，既能降低循环水水温，减少水的“热污染”，有效的利用汽轮机凝汽器循环水的低位余热，减少汽轮机凝汽器循环水余热的排放,又能利用抽气的高位能量，达到节省汽轮机的蒸汽抽出量，提高能源利用率的目的。还能降低凝汽器循环水进水温度,提高汽轮机凝汽器的真空度,增加机组的通流量和发电功率，因此这是一举多赢的节能减排技术。计算表明，第一类吸收式热泵机组在利用低温余热方面优势明显，综合性能系数
可以达到1.7，与原热电联供系统相比，每年还可节省大量资金。
参考文献
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余热综合利用方案设计的初步研究[J].电力科技与环保,2012(2).
4 项目创新性介绍
该项目提出一种新型的电厂联合循环系统，来替代原热电联产系统。本项目克服了热泵运行需消耗高位能源来驱动，从而
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