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50℃，驱动蒸汽为热网一抽，按照循环水进热泵温度30℃（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：

热网水工况 流量 t/h 1 2 3 4 5 6 3000 4000 5000 6000 7000 8000 热网回水温度 ℃ 50 50 50 50 50 50 热泵供水温度 ℃ 循环水进热泵温度 ℃ 30 30 30 30 30 30 循环水出循环水热泵温度 流量 ℃ t/h 9675 9675 9675 9675 9675 9675 热泵 供热量 MW 热泵蒸汽消耗量 （凝水70℃） t/h MW 热泵回收 乏汽余热量 t/h MW EOP 90.93 83.52 78.3 74.26 71.47 69.11 25.18 24. 24.27 24.05 23.82 23.69 142.809 155.831 1.43 169.126 174.566 177.51 110.787 88.519 80.192 119.497 95.478 .148 125.113 99.965 95.222 127.6 102.1 98.873 131.503 105.071 102.651 133.258 106.473 104.929 .290 60.353 .465 66.937 69.495 71.037 1.613 1.632 1.5 1.655 1.661 1.667 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40.8℃（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 1 2 3 4 5 6 热网水流量 t/h 3000 4000 5000 6000 7000 8000 热网回水温度 ℃ 50 50 50 50 50 50 热泵供水温度 ℃ 循环水进热泵温度 ℃ 40.8 40.8 40.8 40.8 40.8 40.8 循环水出循环水热泵温度 流量 ℃ t/h 9675 热泵供热量 MW 热泵蒸汽消耗量 （凝水70℃） t/h MW 热泵回收 乏汽余热量 t/h MW EOP 97.32 93.95 88.17 82.88 78. 75.77 35.08 33.73 33.05 32.70 32.49 32.22 165.218 9675 204.5 9675 221.944 9675 229.297 9675 232.985 9675 239.507 表2

126.268 100.888 95.022 156.429 124.987 117.529 168.651 134.752 128.792 172.952 138.1 134.576 174.612 139.515 138.065 176.741 142.950 142.625 .330 79.567 87.192 91.108 93.470 96.557 1.638 1.637 1.7 1.659 1.670 1.675 在汽机背压由4kpa提高至8kpa时，循环水回水温度由30℃提高至40.8℃，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 低压缸最小流量 kpa t/h 3.5 120 4 139 5 178 6 216 7 255 8 293 9 331 10 370 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45℃，不同循环水流量下，热泵供热能力计算结果如下表3：

工况 1 2 3 4 5 6 热网水流量 t/h 3000 4000 5000 6000 7000 8000 热网回水温度 ℃ 45 45 45 45 45 45 热泵供水温度 ℃ 循环水进热泵温度 ℃ 40.8 40.8 40.8 40.8 40.8 40.8 循环水出循环水热泵温度 流量 ℃ t/h 9675 热泵供热量 MW 热泵蒸汽消耗量 （凝水70℃） t/h MW 热泵回收 乏汽余热量 t/h MW EOP 97.42 94.7 87.55 81.56 76.96 73. 34.42 32.80 32.12 31.74 31.47 31.22 183.005 9675 231.28 9675 247.336 9675 2.874 9675 259.935 9675 265.234 表3 106.044 111.213 106.044 133.034 141.216 133.034 144.214 149.703 144.214 150.1 152.958 150.1 155.056 1.962 155.056 159.261 157.414 159.261 71.792 1.6 90.0 1.638 97.633 1.652 101.916 1.666 104.973 1.677 107.820 1.685 可看出，与表2数据相比在热网回水温度降低5℃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350℃，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 1 2 3 4 5 6 热网水 热网回热泵供热泵蒸循环水进流量 水温度 水温度 汽压力 热泵温度 t/h 6000 6000 6000 6000 6000 6000 ℃ 50 50 50 50 50 50 ℃ Mpa 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 循环水出循环水热泵温度 流量 ℃ t/h 9675 27.6 9675 25.77 24.69 9675 24.09 9675 24.09 9675 24.09 9675 表4 热泵供热量 MW 热泵蒸汽消耗量 （凝水70℃） t/h MW 热泵回收 乏汽余热量 t/h MW EOP 59. 66.79 71.61 74.31 74.31 74.31 ℃ 30 30 30 30 30 30 67.162 116.99 150.594 169.4 169.4 169.4 50.1 40.208 86.9 69.434 113.665 90.818 128.824 102.930 128.824 102.930 128.824 102.930 39.8 70.24 88.295 98.278 98.278 98.278 26.9 47.556 59.776 66.534 66.534 66.534 1.34 1.35 1.65 1. 1. 1. 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＜0.2Mpa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0.1Mpa，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：

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→基本加热器满负荷→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50℃，供水温度105℃计算热网热量。

2.1、背压4kpa工况核算（循环水回水30℃） 凝汽器背压4kpa，汽机低压缸要求最低流量139t/h。

工电负荷 况 MW 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 430 430 430 430 500 550 600 690 300 340 总供热量 GJ/h 693 924 1155 1501.5 1617 1709.4 1801.8 1963.5 831.6 877.8 热网水流量 t/h 3000 4000 5000 6500 7000 7400 7800 8500 3600 3800 热泵供水温度 ℃ 循环水出热泵温度 ℃ 热泵 供热量 GJ/h 回收低压缸乏汽 t/h 热泵抽汽 t/h 二抽供热量 t/h 供热量 一抽供热量 t/h 供热量 备注 90.77 83.31 78.11 72.65 71.27 70.29 69.41 68.11 85.94 84.57 25.19 24.66 24.29 23.95 23.86 23.80 23.73 23.61 24.85 24.75 513.7128 559.6341 590.3963 618.4196 625.2838 630.5616 635.9762 6.6877 3.3484 551.8132 80.72 110.8529 .58 119.3747 95.69 124.9356 101.48 129.8136 102.91 130.9932 104.00 131.9136 105.09 132.8796 107.16 134.8633 86.41 116.3747 88.05 117.9377 65.91 179.29 0 133.96 3.37 0 207.57 5.60 0 324.66 883.08 0 3.60 991.72 0 396.63 1078.84 0 428.61 1165.82 0 420.00 1142.40 65 105.97 288.25 0 119.85 325.99 0 0 部分热负荷 部分热负荷 0 0 部分热负荷 满热负荷 0 满热负荷 0 0 满热负荷 0 满热负荷 1.8 满热负荷 0 满热负荷 0 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107t/h，小于139t/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40.8℃）

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 1 2 3 4 5 7 8 电负荷 MW 430 430 430 500 550 600 690 总供热量 GJ/h 693 924 1155 1270.5 1362.9 1455.3 1617 热网水流量 t/h 3000 4000 5000 5500 5900 6300 7000 热泵供水温度 ℃ 循环水出热泵温度 ℃ 热泵 供热量 GJ/h 回收低压缸乏汽 t/h 热泵抽汽 t/h 二抽供热量 t/h 供热量 一抽供热量 t/h 供热量 备注 97.22 93.59 88.11 85.35 83.26 81.33 78.41 35.09 33.77 33.06 32.86 32.75 32.66 32.53 594.95 732.3618 800.3131 816.6257 824.2562 828.9296 835.1575 95.68 117.91 129.84 133.18 135.05 136.48 138.68 126.5249 155.6379 169.2463 172.1093 173.191 173.614 173.9228 36.05 98.05 70.46 191. 130.40 3.69 166.87 453.87 198.03 538. 230.28 626.37 287.44 781.84 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 部分热负荷 部分热负荷 满热负荷 满热负荷 满热负荷 满热负荷 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350℃。一拖一工况下热泵最大抽汽量约为130t/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50℃热网水进入后能够将热网疏水冷却至55℃。投入热泵后，入口水温降升高至70-90℃，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。