濟南市熱力設計研究院      武青永   焦震   姜海洋

摘   要：對濟南某大溫差吸收式熱泵能源站系統的設計計算、設備選型及部分運行數據進行分析，通過分析結果，評價系統的設計及設備選型等情況，并最終得出結論：再利用大溫差吸收式熱泵技術進行供熱時，長輸管網的回水溫度與吸收式熱泵的出力情況呈正相關，熱泵一次網出水溫度越高長輸管網的回水溫度越高。

關鍵詞：大溫差；吸收式熱泵；長輸管網；出水溫度

       1   應用技術

       定義：基于吸收式換熱的大溫差供熱技術是指在二級換熱站處以吸收式換熱機組代替傳統的板式換熱器，從而使一次管網回水溫度降低至30℃以下，拉大了供、回水溫差，故稱為大溫差供熱技術。 
吸收式熱泵余熱回收技術以其高效節能和不影響機組背壓為特點，在電廠利用余熱進行供熱中得到了廣泛的應用。吸收式熱泵常以溴化鋰溶液作為工質，對環境沒有污染，不破壞大氣臭氧層，回收低品位的余熱，達到節能、減排、降耗的目的。

       大溫差吸收式熱泵系統中主要設備為吸收式熱泵機組，圖1即為單效溴化鋰吸收式熱泵的工作原理：熱泵由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、溶液熱交換器、節流裝置、溶液泵、冷劑泵等組成；為了提高機組的熱力系數還設有溶液熱交換器；為了使裝置能連續工作，使工質在各設備中進行循環，因而還裝有屏蔽泵（溶液泵、冷劑泵）以及相應的連接管道、閥門等。其工作過程為：蒸發器連續地產生冷效應，從低位熱源吸熱，吸收器和冷凝器連續地產生熱效應，將熱水（中溫熱源）加熱。熱水在吸收器和冷凝器中的吸熱量等于驅動熱源和低位熱源在熱泵中的放熱量之和。

圖1   溴化鋰吸收式熱泵工作原理

       2   工程概況

       本工程位于濟南市歷城區。本能源站占地56m×32m，南北長東西寬，建筑面積3584m²。能源站采用三層布置，底層為動力設備間，層高9.0m，設水泵、吸收式熱泵、水箱、除污器等；二層為管道夾層；三層為換熱設備間，水水換熱器頂部設桁車。高、低壓配電室設置在一層的輔助辦公區，控制室、值班室設置在二層的輔助辦公區，其余地方設置為辦公室。
能源站供熱能力90MW，能源站內的燃氣補燃型吸收式熱泵和板式換熱器與電廠敷設的長輸熱水和一次高溫熱水進行熱量交換，此熱交換過程將章丘電廠過來的120℃長輸高溫熱水降低到15~30℃返回章丘電廠；將50℃一次高溫回水最高可以加熱到85℃，并通過高溫熱水管道將85℃一次高溫熱水輸送出能源站，對熱用戶供熱。系統流程圖如圖2所示。

圖2   系統流程圖

       2.1   設計參數

       長輸管網供回水溫度120/30℃，一次網供回水溫度85/50℃，能源站供暖綜合熱指標為45W/m²，供暖總負荷為90MW，一次網設計流量為2210t/h，管徑選取為DN600。

       2.2   設備選型

       根據設計參數計算，本能源站設備選型參數及型號如表1所示。

表1   設備選型表

       2.3   能源站公用配套系統

       2.3.1   長輸管網熱水系統

       電廠來的長輸管網120℃供水由母管接入能源站內，經過旋流除污器依次進入板式換熱器和吸收式熱泵，換熱做功后降至30℃，隨后返回章丘電廠完成一個供回水循環過程。其中長輸管網120℃高溫供水經過板式換熱器后降溫至55℃，經過吸收式熱泵后降溫至30℃。

       2.3.2   循環水系統

       一次高溫熱水回水由母管接入能源站內，經過旋流除污器、循環泵進入吸收式熱泵和板式換熱器，換熱加熱至85℃后接至站內一次網供水母管，供往熱用戶完成一個供回水循環過程。

       2.3.3   補水系統及定壓方式

       補水自市政自來水經全自動軟水器軟化后進入補水箱，經補水泵，接至循環水泵的入口母管。為確保供、回水系統穩定運行，維持系統靜壓，系統采用補水定壓方式，補水采用變頻控制。

     （1）補水水質標準

       根據CJJ34—2010《城鎮供熱管網設計規范》的規定，給水水質標準見表2。

表2   補水水質標準

     （2）補充水系統

       補水來源為市政自來水。市政自來水經全自動軟水器軟化后進入補水箱，由補水泵將軟化水補充至一次熱水回水管道。能源站補水量為20t/h。

       2.4   運行數據分析

       本次運行數據分析選取最冷月12月以及1月份進行分析，圖3為運行期間長輸管網供回水溫度圖；

圖3   長輸管網供回水溫度

       根據數據圖分析，長輸管網供水溫度大部分時間在90℃左右，測試期間平均溫度為93.4℃，長輸管網的供水溫度與設計值存在偏差，而長輸管網回水溫度為50℃左右，回水平均溫度為46.5℃，分析影響長輸管網供水溫度因素主要為電廠內發電情況。

       圖4為能源站一次網供回水溫度圖，一次網供水溫度大約在73℃左右，供水平均值為74.2℃，回水溫度為47℃左右，回水平均溫度為48.3℃，一次網供水溫度與設計值存在偏差，但偏差值很小。

圖4   一次網供回水溫度

       圖5為能源站系統一次網瞬時流量，瞬時流量大約為2170t/h，與設計流量2210t/h基本吻合，說明本系統在前期調研及計算數據較為準確，系統設計值與系統實際運行數據較為接近。

圖5   一次網瞬時流量

       3   結論

       通過系統運行瞬時流量分析，設計流量為2210t/h，而實際運行流量為2170t/h，設計值與實際運行值較為接近，說明本系統水泵選型較為準確。但能源站建設初期所定設計值為：長輸管網供回水溫度為120/30℃，一次網供回水溫度為85/50℃，而實際運行數據表明長輸管網93.4/46.5℃，一次網供回水溫度為74.2/48.3℃，雖然設計值與實際運行參數有一定偏差，但整個系統設計初期計算為滿負荷運行數據，設計值都偏大，實際校核溫度往往低于設計溫度，所以本系統在實際運行中無論是長輸管網還是一次管網設計值與實際運行參數存在偏差也屬正常情況。

       同時根據圖3和圖4分析，長輸管網供水溫度為93.4℃，回水溫度為46.5℃，一次網供水溫度為74.2℃，長輸管網溫度偏低導致驅動熱泵的動力偏小，而一次網供水溫度偏高導致長輸管網回水溫度偏高，減小了長輸管網的供回水溫差，不利于系統節能運行。

       綜上分析整個系統運行參數雖然與設計值存在一定偏差，但考慮近期負荷較小，而設計皆為長期供暖設計值，存在偏差屬正常情況。所以整個系統設計較為完好；長輸管網的回水溫度與吸收式熱泵的出力情況呈正相關，即長輸管網出水溫度越高驅動熱泵能力越強，大溫差吸收式熱泵系統的回水溫度主要取決于一次網的供水溫度和長輸管網的供水溫度，即進出熱泵熱水的端差為影響長輸管網回水溫度高低的一個重要因素。

參考文獻

       [1] 《城鎮供熱管網設計規范》[S]. , CJJ34—2010.

       [2] 姜云濤. 電廠及工業廢熱利用新途徑[J]. 北京:石油石化節能減排, 2011(1)3/4.

       [3] 付林, 李巖, 江億等. 吸收式換熱的概念與應用[J]. 建筑科學，2010,10.068.

       [4] 李靜原，謝曉云，江億. 基于吸收式換熱技術的多段立式吸收–蒸發器的實驗研究與應用[J]. 北京:科學通報,2015.11.

備注：本文收錄于《建筑環境與能源》2017年3月刊總第3期。
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