研究生学位毕业论文开题报告

1.1话题背景

中国是能源生产和消费大国，经济快速发展导致能源需求快速增长[1]。根据国家统计局2014年2月22日发布的《中华人民共和国2013年国民经济和社会发展统计公报》，2013年中国能源消费总量为37.5亿吨标准煤，比上年增长3.7%。煤炭消费增长3.7%；原油消费增长3.4%；天然气消费增长13.0%；用电量增长7.5%。这说明中国已经成为世界一次性煤炭能源消费大国和世界第二大能源消费国。因此，合理利用能源，节能减排已成为中国可持续发展的战略方针之一[2]。

目前火电厂综合效率低的原因之一是机组乏汽排入凝汽器后，其热量被循环水带走，再通过冷却塔排入大气或随循环水排入河流，低温余热大量浪费，造成非常大的冷源损失[3]，随低温水排出的余热约占总损失的55%-60%[4]。中国能源利用率只有33%，节能空间和潜力很大[5]。能源利用效率低下意味着中国经济社会的快速发展必须以消耗大量一次性能源为代价，这使得中国本已严峻的石化能源形势更加严峻，不符合可持续发展战略的要求。而且大量的能源消耗和低效率的能源利用必然会产生巨大的热量排放和污染，粉尘、硫氧化物、氮氧化物的排放会加剧大气污染，二氧化碳的排放会造成温室效应。根据我国“十二五”规划，燃煤火电机组新开工容量预计为3亿千瓦，2065.438+05年发电总装机容量将达到654.38+0.436亿千瓦，其中火电装机容量将达到9.33亿千瓦。在这些机组中，除了北方一些缺水地区采用空冷外，大部分机组采用循环水冷却排汽。在增加燃煤火电机组装机容量的过程中，碳排放总量也会增加，二氧化硫等污染物的排放量也会大幅增加。如果能利用循环水中的热量，提高能源的综合利用效率，必将节约石化能源的使用，实现环境、经济、能源的双赢[6]。

因为一般情况下循环水温度比较低(冬季一般20-35℃)，达不到直接供热的要求。要用它取暖，就要想办法适当提高它的温度。中小型凝汽式汽轮机可以通过降低排汽缸的真空来提高循环水的温度(60-80℃)，即低真空运行的循环水供热。这项技术在理论上可以达到很高的能量利用效率，国内外也有很多研究和成功运行的例子。技术已经非常成熟，尤其是在国内一些北方城市。而传统的低真空运行机组类似于热电厂中的背压机组，其通过的蒸汽量取决于用户的热负荷，所以发电量受到用户热负荷的制约，不能独立调节，即其运行也是‘由热决定’，所以只适用于用户热负荷稳定的供热系统。另外，机组的低真空运行要求机组结构进行相应的改造，这种改造只适用于小机组和少数中型机组，而对于现代大型机组是完全不允许的。在采用中间再热汽轮机的大型热电联产系统中，过高的冷凝压力会使机组末级蒸汽温度过高，蒸汽体积流量过小，从而引起机组强烈振动，危及运行安全。大型汽轮机组循环冷却水的入口温度一般要求不超过33℃(对应的出口温度为40℃左右)。如果加热温度在这个范围内，机组的结构不需要改变，适用于任何容量和类型的机组。但目前唯一适用于这一温度范围的采暖装置是地板低温辐射采暖，因此其应用范围受到很大限制[7]。

另一种提高电厂循环水温度进行供热的方法是采用热泵技术，即电厂循环冷却水。

热泵技术作为一种低位热源，用于提取其热量并向用户供热。与常用的热泵热源相比，电厂循环水具有热量巨大、温度适中稳定、水质好、安全环保等优点，是一种优质的热泵热源。利用电厂的循环水作为热泵的低位热源进行供热，可以方便灵活地在供热和用户需求之间进行质和量的匹配，不会对电厂原有的热力系统产生很大的影响[8]。热泵装置回收的循环冷却水余热返回热力系统加热凝结水，可减少相应低压加热器的抽汽消耗，从而增加电厂发电量，降低电厂发电煤耗值，提高电厂运行的经济性。因此，电厂循环水源热泵是回收电厂循环水余热用于供热的理想方式。

1.2研究目的和意义

为了利用大量温度高于环境温度约10度的低温循环冷却水，选择第一类吸收式热泵，从提高系统热力完善性的角度分析其循环机理。在此基础上，以一台300MW机组为例，进行热力计算，分析其经济性。

利用热泵技术，将冷却系统的部分过程用于循环冷却水，提取冷却水的余热，降低冷却水的温度，实现余热的循环利用，将余热能量转化为可以有效利用的能量，节省过程中蒸汽能量的消耗，在实现节能减排和保护环境的同时，为企业创造直接的经济效益[9]。

二、本研究领域的国内外研究动态和发展趋势。

2.1国外研究动态和发展趋势

欧美和日本对余热回收的研究由来已久。自1973能源危机以来，各国都非常重视能源问题。

1976年美国B.C.L.(Battele Columber Labs)提出概念并做了市场预测，确信利用吸收式热泵回收余热的技术具有实用价值[10]。在美国费城郊区，占地407亩的克罗泽-切斯特医疗中心有25栋建筑，安装了能源转换系统。该系统的一部分使用工业热泵将医疗中心空调室的废热转移到洗衣房使用的热水中。仅这项设施在十年内就将节省50多万美元[11]。美国宾夕法尼亚州贝尔电话公司的一个电话转换中心，利用热泵吸收270吨空调系统冷却装置聚集的余热，在10年[12]的分析期内，每年将节约2.7亿美元。从1981年前开始，日本三洋公司为日本及世界其他地区建立了20多套规模为2000-5000 kw的AHT装置，大部分用于回收石油化工企业蒸馏塔塔顶有机蒸汽的热量[13]。到目前为止，预先建立的装置已经成功运行了十多年。他们利用单级热泵回收工业余热，将锅炉给水从93℃提高到117℃，并成功应用于工业领域，应用装置总数占世界一半以上[14]。

近年来，热泵的发展取得了很大的进步。Vander Pal[15]等人开发了压缩/吸收式混合热泵机组，将工业余热提升到100℃以下，建立了混合热泵的模拟计算模型，并进行了实测验证。结果表明，当压缩机位于蒸发器和吸附反应器之间时，其对机组能效的影响显著大于压缩机位于吸附反应器和冷凝器之间时，后者的能效与纯热驱动机组几乎相同，充分证明了研究。宫崎[16]等人提出了双蒸发器吸收式冰箱。这台新冰箱由两个蒸发器、1冷凝器和三个吸收器组成。蒸发和吸收同时在两个不同的压力下进行，可以扩大浓缩和稀释过程中吸附质的浓度变化范围。实验结果表明，在给定条件下，双蒸发器吸收式机组的性能系数是普通机组的3.4倍。Christian Keil[17]等人研究了吸收式热泵在低温集中供热系统中的应用。

2.2国内研究趋势和发展趋势

我国余热回收的发展比国外晚。回收的余热主要是生产过程中排放的烟气和可燃气体的显热，低温余热的利用还处于起步阶段。而且在国内，余热(尤其是低品位余热)的回收主要采用压缩式热泵的方式。吸收式热泵的应用还很落后。近年来，许多人对吸收式热泵技术回收余热做了大量的研究。

大连三洋制冷有限公司肖[18]提出了利用溴化锂吸收式热泵回收地热尾水余热为油田作业区提供采暖水的方案。经过两个采暖季，节约燃气费用1210000元，节能率达到原系统能耗的46%。

周，东北大学[19]研究了利用热泵装置回收循环冷却水余热，再加热锅炉入口空气，可以降低辅助蒸汽和抽汽的消耗，从而提高电厂的热经济性。

华电电力科学研究院周崇波等人[20]对125MW火电厂和300MW火电厂余热回收利用系统的性能进行了测试，这些火电厂采用大型吸收式热泵回收循环水余热用于城市集中供热。 得出热网回水温度升高和驱动蒸汽压力降低带来的不利影响大于相应参数反向变化带来的良性影响，驱动蒸汽对供热能力和余热回收的影响大于热网水和余热的影响。

河北省电力科学研究院郭[21]利用电能的换热系数来讨论压缩式热泵和吸收式热泵的经济性，对指导热泵的选择具有重要意义。

陆女士和[22]根据大唐第三热电厂的实际情况，分析了以工业抽汽、工业抽汽和供热抽汽、供热抽汽为驱动热源的三种情况，并对热经济性进行了计算。

吴星[23]等人发现，在相同供热负荷下，循环水供热由于供回水温差小(10-15℃)，比城市热网需要更多的管网投资和水泵电耗。因此，循环水供热的应用范围是电厂周围3-5公里。

Xi交通大学的孙志新[24]建立了电厂循环水源热泵的数学模型，分析了冷凝器温度对热泵蒸发温度、加热系数等主要参数的影响，计算出热泵供热优于抽汽供热的临界参数。

华电电力科学研究院的王宝玉[25]根据热泵系统中冷凝器替代低压加热器的循环方式，分析了额定负荷为200 MW、300 MW和600 MW的3台机组的节能性，可以简化电厂供热系统，是系统优化和节能的重要途径。

清华大学基于吸收式热泵回收循环水余热的供热技术先后在内蒙古赤峰和山西大同实施，大大提高了其供热能力[26]。北京、山西等地的许多电厂都采用吸收式热泵机组吸收循环水余热进行供热，取得了良好的企业效益和社会效益，在节能环保方面树立了典范。如大同某电厂年节水效益331.2万元，年节约标准煤6.8万吨，年减排二氧化碳1.7万吨[27]。

中国石油辽河分公司金[28]对锅炉供暖系统和吸收式热泵供暖系统的经济性进行了比较，认为热泵系统的经济性优于前者。

叶[29]以超临界660WM机组为例，采用等效焓降法计算分析了吸收式热泵的经济性。

西山煤电集团刘振宇[30]针对燃煤电厂热电联产集中供热利用率低的现状，探讨了几种不同的余热回收供热技术路线。

第三，提出了本课题的主要研究内容、研究方案和技术路线。

3.1研究的主要内容

(1)根据吸收式热泵的理论循环过程，找出循环过程中的典型状态点，通过查阅数据分析热泵实际循环中的影响因素；

(2)将热泵系统的各换热器作为关键部件，建立吸收式热泵回收循环水余热的分析计算模型；

(3)以一台300MW供热机组为例，计算分析了该机组的系统能效；

3.2研究计划

吸收式热泵可分为输出热温度低于驱动热源的第一类吸收式热泵(加热型)和输出热温度高于驱动热源的第二类吸收式热泵(加热型)。第一类吸收式热泵适用于火电厂循环水余热的利用。本文以溴化锂吸收式热泵为对象，通过了解工质的性质来分析吸收式热泵系统的循环过程，在假设整个系统处于热平衡和稳定流动状态，蒸发器和冷凝器出口工质饱和，吸收器发生器出口溴化锂溶液饱和， 不考虑换热器的换热损失，不考虑节流阀内的绝热节流过程，不考虑热网水物性参数的变化。 得到了各换热器的换热量和系统的热力系数，并从机组供热条件下机组供热能力充足和供热能力不足两个方面讨论了热泵系统的经济性。

3.3技术路线

(1)根据溴化锂溶液的焓-浓度图或溴化锂水溶液的比焓计算方程，确定热泵系统各典型状态点的焓；

(2)以热泵系统的各换热器为关键部件，建立吸收式热泵回收循环水余热的模型，根据热平衡列出各换热器的热负荷方程，由各状态点的焓值得到各具体换热部件的热负荷，再由整个系统的热平衡方程得到系统的热系数；

(3)在供热负荷和蒸汽初、终参数不变的情况下，计算供热蒸汽的提取量和热泵驱动热源的提取量。在供热不足的情况下，直接用热泵回收的循环水余热来讨论经济性。在机组供热充足的情况下，计算安装热泵系统节省的抽气量，计算机组增加的功率，计算节煤量，得出其节能效益。

第四，提出了本课题研究过程中可能遇到的困难和问题，并提出了初步的解决思路

可能存在的困难和问题:热泵的实际运行会受到很多因素的影响，这使得模型的建立和计算非常困难。在分析节能效益时，单纯从热量的角度得出的结果可能与实际效益相差太大。能不能找到一个相对准确的方法来判断它的经济性？

解决的初步思路:首先要熟悉和了解溴化锂溶液的性质和溴化锂吸收式热泵的工作原理。在对热泵系统进行建模时，我们应该忽略一些影响因素，做一些理想的假设。在分析其节能效益时，讨论了供热能力或供热需求。遇到具体问题，要认真查阅相关资料，向前辈和老师请教。

五、本研究的进展和预期目标。

5.1研究时间表

(1)20XX.09-20XX.10了解课题，查阅资料，撰写开题报告；

(2)20xx . 11-20xx . 01完成开题报告，开始建立热泵系统模型；

(3)20XX.03-20XX.05计算模型并进行经济分析，完成小论文；

(4)4)20xx . 06-20xx . 07的临时抗辩；

(5)20XX.09-20XX.03写毕业论文，准备毕业答辩。

5.2预期目标

(1)通过学习了解热泵的原理及其在电厂中的应用；

(2)研究热泵系统各部件的传热，计算其热负荷，完成经济分析；

(3)发表2-3篇水平较高的论文；

(4)顺利完成硕士论文。

不及物动词参考

[1]王。分布式能源与热电厂节能[J].节能，2005，(5): 4-9

[2]顾昕，，，邵.火电厂节能减排的现实意义及措施分析[J].科技世界，2008，(15): 178

[3]平. 31-25-1汽轮机组循环水供热改造[J].四川电力技术，2006，(1): 31-32

[4]莫泽，修尼泽。工业中的热泵[M]。阿姆斯特丹Qxford:爱思唯尔，1985

[5]刘·。基于循环经济理念的电厂余热利用空调系统研究[D].保定:华北电力大学，2008

刘，马，游坤坤，等.火电厂循环水余热利用研究[J].节能，2012，(9):49-52

吉杰，刘克良，裴钢，等.以电厂循环水为热源的热泵区域供热可行性分析[J].暖通空调，2005，35 (2): 104-107

赵斌，杨玉华，钟晓辉，武志红。循环水吸收式热泵热电联产机组的性能分析[J].涡轮技术，2013，55 (6): 454-457。

张论、赵金辉、张立君。电厂凝结水余热回收系统的设计与应用[J].节能，2013，(3): 38-41

李。吸收式热泵技术分析[J].应用能源技术，2007，117 (9): 40-42。

[11] Goldstick RT .余热回收手册[M]。反式。谢邦信等。长沙:中南工业大学出版社，1986，12-13。

[12] Y，Schaefer L，Hartkopf .双效(平行和串联)吸收式制冷系统的能量和能量分析[C]//10 IEA热泵会议。日本，2011

塔尔比。[1]分析:以溴化锂和水为工质的吸收式制冷机[J].应用热能工程2000，619-630

[14]王一清。溴化锂吸收式热泵的研究与应用[J].能源技术. 2000，(3): 177-179

[15] van der Pal M，de Boer R，Wemmers A，等.基于罗茨压缩机和硅胶-水吸附的混合吸附-压缩热泵的实验结果和模型计算[C]//10 IEA热泵会议，日本，2011

[16]宫崎T，塔尼Y，上田Y，等.双蒸发器型吸附式制冷机的实验研究[C]//10国际能源署热泵会议。日本，2011

张，陈海平。循环水余热回收热泵供热系统热力性能分析[J].中国电机工程学报，2013，33 (8): 1-8。

[18]小秦永，韩世功，。溴化锂吸收式热泵在集中供热系统中的应用级节能分析[J].制冷与空调，2012，12(四):8-12。

[19]周，，马玉杰，等.吸收式热泵回收电厂余热预热冷凝水的可行性研究[J].流体机械，2010，38 (12)，73-76

[20]周崇波，于聪，郭栋，等.大型吸收式热泵应用于火电厂热回收的实验研究[J].现代电力，2013，30 (2): 37-40。

[21]郭，常继平，冯爱华，李浩，等.压缩吸收式热泵回收电厂循环水冷凝热的经济性分析[J].涡轮技术，2012，54 (5): 379-380，388。

[22]鲁泰，刘玲玲。热泵技术回收电厂冷凝热的研究[J].东北电力大学学报，2011，31 (1): 6-10。

胡朋福临吴兴。循环水供热技术在电厂中的研究与应用[J].区域供热，2008，(4):4-7，32

[24]孙志新、戴、王江峰等。电厂循环水源热泵供热系统的可行性分析[J].HVAC HV & amp；AC，2011，41(3):133-136

[25]王宝玉，周崇波。利用热泵技术回收火电厂循环水余热的研究[J].现代电力，2011，28 (4): 73-77。

[26]严俊杰，李勤道，刘继平，等.热网加热器运行经济性的定量诊断方法[J].汽轮机技术，2000，42 (6): 327-330，364。

[27]王洪，，王江川。大同第二发电厂探索大型热电联产供热新模式[N]。经济日报，2011-06-24。

金·。吸收式热泵供暖系统的应用及经济性分析[J].燃气和热力，2010，30 (1): 4-6

叶，童家林，吴杰，等.超临界660WM机组余热利用的经济性分析[J] .2013，42 (4): 15-16 .

30刘振宇。燃煤电厂余热回收供热技术路线分析[J].2013，(6):44-45