济南市热力设计研究院 武青永 焦震 姜海洋
摘 要：对济南某大温差吸收式热泵能源站系统的设计计算、设备选型及部分运行数据进行分析，通过分析结果，评价系统的设计及设备选型等情况，并最终得出结论：再利用大温差吸收式热泵技术进行供热时，长输管网的回水温度与吸收式热泵的出力情况呈正相关，热泵一次网出水温度越高长输管网的回水温度越高。
关键词：大温差；吸收式热泵；长输管网；出水温度
1 应用技术
定义：基于吸收式换热的大温差供热技术是指在二级换热站处以吸收式换热机组代替传统的板式换热器，从而使一次管网回水温度降低至30℃以下，拉大了供、回水温差，故称为大温差供热技术。
吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和不影响机组背压为特点，在电厂利用余热进行供热中得到了广泛的应用。吸收式热泵常以溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，回收低品位的余热，达到节能、减排、降耗的目的。
大温差吸收式热泵系统中主要设备为吸收式热泵机组，图1即为单效溴化锂吸收式热泵的工作原理：热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、节流装置、溶液泵、冷剂泵等组成；为了提高机组的热力系数还设有溶液热交换器；为了使装置能连续工作，使工质在各设备中进行循环，因而还装有屏蔽泵（溶液泵、冷剂泵）以及相应的连接管道、阀门等。其工作过程为：蒸发器连续地产生冷效应，从低位热源吸热，吸收器和冷凝器连续地产生热效应，将热水（中温热源）加热。热水在吸收器和冷凝器中的吸热量等于驱动热源和低位热源在热泵中的放热量之和。
图1 溴化锂吸收式热泵工作原理
2 工程概况
本工程位于济南市历城区。本能源站占地56m×32m，南北长东西宽，建筑面积3584m2。能源站采用三层布置，底层为动力设备间，层高9.0m，设水泵、吸收式热泵、水箱、除污器等；二层为管道夹层；三层为换热设备间，水水换热器顶部设桁车。高、低压配电室设置在一层的辅助办公区，控制室、值班室设置在二层的辅助办公区，其余地方设置为办公室。
能源站供热能力90MW，能源站内的燃气补燃型吸收式热泵和板式换热器与电厂敷设的长输热水和一次高温热水进行热量交换，此热交换过程将章丘电厂过来的120℃长输高温热水降低到15~30℃返回章丘电厂；将50℃一次高温回水最高可以加热到85℃，并通过高温热水管道将85℃一次高温热水输送出能源站，对热用户供热。系统流程图如图2所示。
图2 系统流程图
2.1 设计参数
长输管网供回水温度120/30℃，一次网供回水温度85/50℃，能源站供暖综合热指标为45W/m2，供暖总负荷为90MW，一次网设计流量为2210t/h，管径选取为DN600。
2.2 设备选型
根据设计参数计算，本能源站设备选型参数及型号如表1所示。
表1 设备选型表
2.3 能源站公用配套系统
2.3.1 长输管网热水系统
电厂来的长输管网120℃供水由母管接入能源站内，经过旋流除污器依次进入板式换热器和吸收式热泵，换热做功后降至30℃，随后返回章丘电厂完成一个供回水循环过程。其中长输管网120℃高温供水经过板式换热器后降温至55℃，经过吸收式热泵后降温至30℃。
2.3.2 循环水系统
一次高温热水回水由母管接入能源站内，经过旋流除污器、循环泵进入吸收式热泵和板式换热器，换热加热至85℃后接至站内一次网供水母管，供往热用户完成一个供回水循环过程。
2.3.3 补水系统及定压方式
补水自市政自来水经全自动软水器软化后进入补水箱，经补水泵，接至循环水泵的入口母管。为确保供、回水系统稳定运行，维持系统静压，系统采用补水定压方式，补水采用变频控制。
（1）补水水质标准
根据CJJ34—2010《城镇供热管网设计规范》的规定，给水水质标准见表2。
表2 补水水质标准
（2）补充水系统
补水来源为市政自来水。市政自来水经全自动软水器软化后进入补水箱，由补水泵将软化水补充至一次热水回水管道。能源站补水量为20t/h。
2.4 运行数据分析
本次运行数据分析选取最冷月12月以及1月份进行分析，图3为运行期间长输管网供回水温度图；
图3 长输管网供回水温度
根据数据图分析，长输管网供水温度大部分时间在90℃左右，测试期间平均温度为93.4℃，长输管网的供水温度与设计值存在偏差，而长输管网回水温度为50℃左右，回水平均温度为46.5℃，分析影响长输管网供水温度因素主要为电厂内发电情况。
图4为能源站一次网供回水温度图，一次网供水温度大约在73℃左右，供水平均值为74.2℃，回水温度为47℃左右，回水平均温度为48.3℃，一次网供水温度与设计值存在偏差，但偏差值很小。
图4 一次网供回水温度
图5为能源站系统一次网瞬时流量，瞬时流量大约为2170t/h，与设计流量2210t/h基本吻合，说明本系统在前期调研及计算数据较为准确，系统设计值与系统实际运行数据较为接近。
图5 一次网瞬时流量
3 结论
通过系统运行瞬时流量分析，设计流量为2210t/h，而实际运行流量为2170t/h，设计值与实际运行值较为接近，说明本系统水泵选型较为准确。但能源站建设初期所定设计值为：长输管网供回水温度为120/30℃，一次网供回水温度为85/50℃，而实际运行数据表明长输管网93.4/46.5℃，一次网供回水温度为74.2/48.3℃，虽然设计值与实际运行参数有一定偏差，但整个系统设计初期计算为满负荷运行数据，设计值都偏大，实际校核温度往往低于设计温度，所以本系统在实际运行中无论是长输管网还是一次管网设计值与实际运行参数存在偏差也属正常情况。
同时根据图3和图4分析，长输管网供水温度为93.4℃，回水温度为46.5℃，一次网供水温度为74.2℃，长输管网温度偏低导致驱动热泵的动力偏小，而一次网供水温度偏高导致长输管网回水温度偏高，减小了长输管网的供回水温差，不利于系统节能运行。
综上分析整个系统运行参数虽然与设计值存在一定偏差，但考虑近期负荷较小，而设计皆为长期供暖设计值，存在偏差属正常情况。所以整个系统设计较为完好；长输管网的回水温度与吸收式热泵的出力情况呈正相关，即长输管网出水温度越高驱动热泵能力越强，大温差吸收式热泵系统的回水温度主要取决于一次网的供水温度和长输管网的供水温度，即进出热泵热水的端差为影响长输管网回水温度高低的一个重要因素。
参考文献
[1] 《城镇供热管网设计规范》[S]. , CJJ34—2010.
[2] 姜云涛. 电厂及工业废热利用新途径[J]. 北京:石油石化节能减排, 2011(1)3/4.
[3] 付林, 李岩, 江亿等. 吸收式换热的概念与应用[J]. 建筑科学，2010,10.068.
[4] 李静原，谢晓云，江亿. 基于吸收式换热技术的多段立式吸收–蒸发器的实验研究与应用[J]. 北京:科学通报,2015.11.
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2017年3月刊总第3期。
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