低碳技术 乏汽型吸收式热泵技术

火电厂高压蒸汽经过汽轮机发电时，压力降低直至变成负压水蒸气，称为“乏汽”。为了维持正常循环，乏汽需要散热变成液态水，再回到锅炉形成高压蒸汽。乏汽散热量就是火电厂最大的热损失，约占总热量的20%-50%。这些热量白白散入环境，浪费严重。

根据乏汽热量的散热方式，火电厂可以分为水冷电厂、间接空冷电厂和直接空冷电厂。水冷电厂、间接空冷电厂均使用冷却水作为中间媒介，通过凝汽器或其他方式吸收乏汽热量，进入冷却塔散热。不同的是，水冷电厂的冷却水在冷却塔内与空气直接接触，散热的同时还会损失大量的水；间接空冷电厂的冷却水在冷却塔内通过传热管与空气换热，只散热不失水。直接空冷电厂取消冷却水系统，将乏汽引入空冷岛的传热管内与空气换热，同样只散热不失水。空冷电厂水耗少，大部分建设在水资源紧张的地区。直接空冷电厂投资较少，占比更大。

某些工业生产也会产生乏汽，这些热量被水吸收后，再被冷却塔排放，最终都把热量释放到环境中，热量损失较大。

电厂和工业乏汽余热，均采用水蒸气作为热量载体，能量密度大、露点温度较高，是很好的余热资源。不过，水冷电厂和间接空冷电厂的设计紧凑，汽轮机与凝汽器之间的距离较小，无法引出乏汽，只能回收循环水热量，采用以水为余热源的常规吸收式热泵；直接空冷电厂和工艺流程的乏汽，有充足的空间引出，可以采用乏汽型吸收式热泵，在不降低乏汽品位的前提下，高效回收热量，大幅度降低系统投资，提高经济性。

常规吸收式热泵以水为媒介，不能直接用于乏汽工况。水的体积流量小，为了保证足够的流速和换热系数，蒸发器换热管沿热泵长度方向布置，流通截面积小，使水的流速升高，而且在这种布置方式下，蒸发器与发生器、冷凝器、吸收器的方向一致，设计简单，是目前热泵的主流结构。

采用常规热泵回收乏汽热量，有两个选择：一是采用水作为乏汽热量的中介，这样的流程与热泵结构吻合，但会造成余热温度降低、工况恶化，吸收式热泵的造价升高，还需要增加中介水系统的初投资和运行费用，经济性变差；二是把乏汽直接通入常规热泵的蒸发器，但因为乏汽压力低、体积流量大，会导致乏汽流速很高，管道阻力大增，乏汽压力急剧下降，露点温度随之降低，工况严重恶化，热泵造价增加，甚至产生乏汽无法顺畅流动、吸收热量不足的问题，更不可取。乏汽型吸收式热泵可以完美解决这些问题。

乏汽型吸收式热泵与常规热泵最大的不同之处在于蒸发器结构。常规的蒸发器换热管沿热泵长度方向布置，单管长度大、流量面积小；乏汽型吸收式热泵采用蒸发器横向进汽的专利技术，沿热泵宽度方向布置传热管，单管长度从10米降低到4米以下，相同换热面积情况下，流通面积增加到2.5倍，流速相应降低，流动阻力大幅度减小，余热品质基本不降低，实现了高效无损的回收乏汽热量，经济性极佳。

由上图可以看出，乏汽型吸收式热泵的乏汽进口在侧面，增加了乏汽的流通面积，也更容易与凝汽器紧密结合。以空冷电厂为例，乏汽温度50℃左右，在初末寒期比热网回水温度还高，可采用凝汽器直接回收乏汽热量，提高经济性；凝汽器不能加热的部分，再采用热泵回收余热。这样一来，凝汽器+热泵的组合是该工况下最合理的配置方式。热泵乏汽进口在侧面，凝汽器的进汽室也可以在侧面开口，与热泵蒸发器紧密结合，实现一拖一或一拖二的组合。凝汽器进汽室还能自动分配凝汽器和热泵的乏汽流量，适合热网水温度大范围变化的工况；且整体机型紧凑，便于改造现场的设备布置。

工业乏汽余热回收项目中，也可以应用乏汽型吸收式热泵直接回收乏汽。不过，部分流程对乏汽凝水的品质要求较低，如多效蒸发、热法海水淡化等，乏汽凝水不用在进入锅炉蒸发，只作为液态水使用。这就可以将多效蒸发等工艺与吸收式热泵结合在一起，形成另外一种乏汽直接回收型吸收式热泵，进一步降低造价，提高项目经济性。

综合而言，乏汽作为发电和生产工艺的余热，能量密度大、温度高，是优质的余热资源，不应采用换热方式降低余热品位后再进行利用。乏汽型吸收式热泵，可以实现对乏汽的高效利用，是这类项目的首选产品。