热泵性能分析及工况核算

热泵性能分析及工况核算一、不同参数对于热泵供热能力的影响 外部影响热泵吸收循环水余热的因素主要有几下几个方面：热网循环水流量、循环水进热泵温度、热网回水 温度和驱动蒸汽压力和温度，下面就各个方面的影响进行分析。1.1、热网循环水流量对热泵的供热能力影响以热网回水温度50C，驱动蒸汽为热网一抽，按照循环水进热泵温度30C（对应凝汽器真空4.5kpa）,不同循 环水流量下，热泵供热能力计算结果如下表 1：工况热网水流量热网回 水温度热泵供 水温度循环水进 热泵温度循环水出 热泵温度循环水流量热泵 供热量热泵蒸汽消耗量 （凝水70 C）热泵回收 乏汽余热量EOPt/hCCCCt/hMWt/hMWt/hMW130005090.933025.189675142.809110.78788.51980.19254.2901.613240005083.523024.649675155.831119.49795.47889.14860.3531.632350005078.33024.279675164.43125.11399.96595.22264.4651.645460005074.263024.059675169.126127.896102.18998.87366.9371.655570005071.473023.829675174.566131.503105.071102.65169.4951.661680005069.113023.699675177.51133.258106.473104.92971.0371.667表1按照现有参数下，在 3000-6000t/h 热网循环水量下，热泵回收低压缸乏汽流量在 80-99t/h 之间，回收余热 195-241GJ/h，无法全部回收全部低压缸乏汽。1.2、循环水回水温度对热泵的供热能力影响在表1工况下，如果按照循环水进热泵温度40.8C（对应凝汽器真空约8kpa）,不同循环水流量下，热泵供 热能力计算结果如下表 2：工 况热网水流量热网回 水温度热泵供 水温度循环水进 热泵温度循环水出 热泵温度循环水流量热泵供 热量热泵蒸汽消耗量 （凝水70 C）热泵回收 乏汽余热量EOPt/hCCCCt/hMWt/hMWt/hMW130005097.3240.835.089675165.218126.268100.88895.02264.3301.638240005093.9540.833.739675204.554156.429124.987117.52979.5671.637350005088.1740.833.059675221.944168.651134.752128.79287.1921.647460005082.8840.832.709675229.297172.952138.189134.57691.1081.659570005078.6440.832.499675232.985174.612139.515138.06593.4701.670680005075.7740.832.229675239.507176.741142.950142.62596.5571.675表2在汽机背压由4kpa提高至8kpa时，循环水回水温度由30C提高至40.8C,在3000-6000t/h热网循环水量下，与表1数据相比热泵回收低压缸乏汽流量提高至95-134t/h，回收余热231-328GJ/h，多吸收乏汽15-35t/h，多回收循环水余热36-87GJ/h。由于8Kpa背压对应低压缸最小流量293t/h,热泵无法吸收全部低压缸乏汽。按照汽机厂家提供的低压缸最小流量与背压曲线提供数据如下：凝汽器背压kpa3.545678910低压缸最小流量t/h120139178216255293331370在背压提高至8kpa后，低压缸最小流量将升高至293t/h,总的可抽汽量减少173t/h，折合最大供热能力将 减少 500GJ/h。1.3、热网回水温度对热泵的供热能力影响在表2工况的情况下，若热网回水温度降低至45C，不同循环水流量下，热泵供热能力计算结果如下表3：工 况热网水流量热网回 水温度热泵供 水温度循环水进 热泵温度循环水出 热泵温度循环水流量热泵供 热量热泵蒸汽消耗量（凝水70C）热泵回收 乏汽余热量EOPt/hCCCCt/hMWt/hMWt/hMW130004597.4240.834.429675183.005106.044111.213106.04471.7921.646240004594.740.832.809675231.28133.034141.216133.03490.0641.638350004587.5540.832.129675247.336144.214149.703144.21497.6331.652460004581.5640.831.749675254.874150.541152.958150.541101.9161.666570004576.9640.831.479675259.935155.056154.962155.056104.9731.677680004573.5440.831.229675265.234159.261157.414159.261107.8201.685表3可看出，与表2数据相比在热网回水温度降低5C后，在3000-6000t/h热网循环水量下，热泵回收低压缸乏 汽流量提高至106-150t/h，回收余热258-367GJ/h，多吸收乏汽11-16t/h,多回收循环水余热27-39GJ/h。1.4、驱动蒸汽压力对于热泵供热能力的影响以抽汽温度350C，热网循环水流量6000t/h，凝汽器背压4kpa，在不同的驱动蒸汽压力下，热泵供热能力计算结果如下表 4：工 况热网水流量热网回 水温度热泵供 水温度热泵蒸 汽压力循环水进 热泵温度循环水出 热泵温度循环水流量热泵供 热量热泵蒸汽消耗量（凝水70C）热泵回收 乏汽余热量EOPt/hCCMpaCCt/hMWt/hMWt/hMW160005059.6403027.6967567.16250.140.20839.826.9541.34260005066.790.13025.779675116.9986.969.43470.2447.5561.35360005071.610.23024.699675150.594113.66590.81888.29559.7761.65460005074.310.33024.099675169.464128.824102.93098.27866.5341.64560005074.310.43024.099675169.464128.824102.93098.27866.5341.64660005074.310.53024.099675169.464128.824102.93098.27866.5341.64表4从上表可以看出，要保证热泵的最大出力，热泵驱动蒸汽压力必须0.3Mpa，在蒸汽压力V0.2Mpa后，热泵 的出力和EOP值将急剧下降。我公司机组在一拖一供热时，一抽压力只能够保证01Mpa，此时一抽抽汽作为热泵驱动蒸汽，热泵性能将严 重下降，最大将只能回收70t/h低压缸乏汽，吸收循环水余热171GJ/h,热泵少回收循环水余热68GJ/h。将 1.1 、 1.2、 1.3 数据汇总于下表对比如下：热网2.60 O3600A 60 076003600560066 0 O WJEBkpa，回刃3口9. 背压斗kpa -h 回水三CiP背压Ekp日，回水龄P16015 0叵10130庄120110一壬汽1CIOInLmuao706 0二、不同电负荷下热网运行工况核算机组供热时要达到最大经济性，其运行工况应该为：热泵满负荷一基本加热器满负荷一剩余尖峰加热器供热, 按照不同电负荷情况下供热数据。这里均按照热网回水温度50C，供水温度105C计算热网热量。2.1、背压4kpa工况核算（循环水回水30C）凝汽器背压4kpa，汽机低压缸要求最低流量139t/h。工 况电负荷总供热 量热网水流量热泵供 水温度循环水出 热泵温度热泵 供热量回收低压 缸乏汽热泵抽汽二抽供热量一抽供热量备注MWGJ/ht/hCCGJ/ht/ht/ht/h供热量t/h供热量1430693300090.7725.19513.712880.72110.852965.91179.2900部分热负荷2430924400083.3124.66559.634189.58119.3747133.96364.3700部分热负荷34301155500078.1124.29590.396395.69124.9356207.57564.6000部分热负荷44301501.5650072.6523.95618.4196101.48129.8136324.66883.0800满热负荷55001617700071.2723.86625.2838102.91130.9932364.60991.7200满热负荷75501709.4740070.2923.80630.5616104.00131.9136396.631078.8400满热负荷86001801.8780069.4123.73635.9762105.09132.8796428.611165.8200满热负荷96901963.5850068.1123.61646.6877107.16134.8633420.001142.4065189.8满热负荷10300831.6360085.9424.85543.348486.41116.3747105.97288.2500满热负荷11340877.8380084.5724.75551.813288.05117.9377119.85325.9900满热负荷其中工况1、2、3分别为热网流量3000、4000、5000t/h供热工况，机组热网未达到最大出力。机组430MW电负荷，供热最大出力达到 1500GJ/h。回收乏汽最大量为107 t/h，小于139 t/h，热泵无法全部回收低压缸乏汽热量。2.2、背压8kpa工况核算（循环水回水40.8C）凝汽器背压8kpa,汽机低压缸要求最低流量293t/h,而一拖一最大蒸发量只有370t/h,可抽蒸汽量只有77t/h,都不够热泵抽汽使用的，因此一拖一高背压热备不具备投入条件。工 况电负 荷总供热 量热网水流量热泵供 水温度循环水出 热泵温度热泵 供热量回收低压 缸乏汽热泵抽汽二抽供热量一抽供热量备注MWGJ/ht/hCCGJ/ht/ht/ht/h供热量t/h供热量1430693300097.2235.09594.9595.68126.524936.0598.0500部分热负荷2430924400093.5933.77732.3618117.91155.637970.46191.6400部分热负荷34301155500088.1133.06800.3131129.84169.2463130.40354.6900满热负荷45001270.5550085.3532.86816.6257133.18172.1093166.87453.8700满热负荷55501362.9590083.2632.75824.2562135.05173.191198.03538.6400满热负荷76001455.3630081.3332.66828.9296136.48173.614230.28626.3700满热负荷86901617700078.4132.53835.1575138.68173.9228287.44781.8400满热负荷其中工况 1、 2 分别为热网流量 3000、 4000t/h 供热工况,机组热网未达到最大出力。机组 430MW 电负荷,供热最大出力达到 1155GJ/h。回收的乏汽量最大138t/h,远小于370t/h，热泵只能吸收部分低压缸乏汽热量。2.3、运行方式建议（1）机组一拖一运行时 机组一拖一供热时，机组只能采取低背压运行以保证机组最大供热能力。在不考虑抽汽压力不足的影响是，热泵可以吸收最大88t/h的乏汽，折合214GJ/h；若考虑到一拖一时一抽压 力只有0.1Mpa，热泵可以吸收最大70t/h乏汽，折合171GJ/h。（2）机组二拖一运行时在现有热网流量额定6600t/h以下时，我公司最大对外供热能力只能达到1550GJ/h。采取的运行方式为，根据具体电负荷和热负荷灵活控制机组背压值。具体方式为：在满足低压缸最小流量、总的供热量情况下，机组保持最 高背压运行。用以最大限度利用循环水余热，提高机组效率。此种方式的经济性还需要进一步的验证。三、存在的问题1、一拖一运行供热运行时，热泵驱动蒸汽压力不足。热泵要保证性能，需要驱动蒸汽压力0.3Mpa。而一拖一供热运行时一抽压力只能维持0.1Mpa,无法保证热泵 最佳抽汽压力，最大只能回收 70t/h 低压缸乏汽，只有额定抽汽压力下的 70%。可以考虑冷再蒸汽供热泵抽汽的可能性，冷再蒸汽压力1.5-2Mpa，温度350C。一拖一工况下热泵最大抽汽量 约为130 t/h，需要对汽机和锅炉的热平衡进行核算。2、凝汽器循环水流量过低的问题。京能高安屯热电已经很好的解决了此问题，其在凝汽器供回水管道间增加了再循环泵，保证凝汽器的最小流量， 可以借鉴其改造经验进行技改。3、热网疏水加热器入口水温较高，将会损失部分热量。尖峰和基本热网加热器现有工况下，在50C热网水进入后能够将热网疏水冷却至55C。投入热泵后，入口水 温降升高至70-90C，现有热网疏水加热器将损失部分供热能力。背压4kpa工况时，疏水加热器最大损失供热能力30GJ/h；背压8kpa工况时，疏水加热器最大损失供热能力 36GJ/h。4、汽机最小流量曲线的验证汽机厂家提供的低压缸最小流量与背压关系曲线需要验证，对机组最大供热能力的发挥和以后的运行控制边界 有较大影响。