增热型吸收式热泵在城市集中供热系统中的应用分析

增热型吸收式热泵在城市集中供热系统中的应用分析

李冲冲

滨州热力有限公司 山东滨州 256600

摘要：以某增热型吸收热泵换热站为研究对象，对冬季供热期换热站的能耗进行分析，通过引入换热站能量供给系数概念，给出了供暖季换热站逐月能量供给系数；根据气象参数，分析了采暖季换热站热负荷变化情况；依据热负荷的变化，提出了热泵换热站的控制方案。

关键词：增热型吸收式热泵;运行优化;能耗分析

在我国北方地区，随着城市建筑面积的增加，城市供热负荷逐年增加。为解决城市供热负荷增加带来的问题，部分城市集中供热系统在换热站增加了吸收式热泵作为调峰热源。以某市的某吸收式热泵换热站为例，分析了换热站在不同供暖期间供热量的变化及运行模式。在供暖期不同时间，分析了板式换热器独自运行以及吸收式热泵与板换联合运行的模式下，管网水温的变化情况。

1 增热型吸收式热泵供热系统概述

1.1 热力站概述

本文所选取的热力站设计供热面积300万㎡，占地面积约1800㎡，总建筑面积6500㎡，目前供热面积达200万平米。

1.2 热力站供热及控制流程

热力站换热流程见图1，热力站有两种设备运行模式，分别为板式换热器单独运行、增热型吸收式热泵和板式换热器同时运行，从而极大的保障了供热片区的供热效果及稳定性。

其水路流经过程如下：一次网高温热水首先作为驱动热源，进入增热型吸收式热泵的发生器中加热并浓缩溴化锂溶液，发生器进、出口水温差可以达到30℃以上；第一次降温后的一次网高温热水进入板式换热器直接加热二次网热水；第二次降温后的一次网高温水返回吸收式热泵作为低品位热源，进入吸收式热泵的蒸发器中，在其蒸发器中降温后最终返回一次网回水管，蒸发器进、出口水温差最高可以达到30℃以上；另一方面，二次网回水分为两路进入机组，一路依次进入吸收式热泵的吸收器和冷凝器中吸收热量，另一路进入板式换热器，与一次网热水进行换热，两路热水汇合后作为二次网的供水送往用户末端。

热力站内吸收式热泵机组设定了热水、热水+补燃两种驱动热源控制运行方式。当热水运行模式时，吸收式热泵机组只会采用一次管网热水驱动模式，机组燃烧器不启动工作。热水+补燃运行模式时，采用热水与燃气同时驱动，优先采用热水驱动，热水达不到负荷目标时，机组自动开启燃气进行辅助驱动。

LSV为机组侧目标温度设定，RSV为远程目标温度设定，供热系统在实际运行中可以根据机组侧控制室设定要求控制目标温度，以采暖水出口温度作为机组的目标温度。在实际运行中，根据采暖水出口温度的变化，通过温度调节器调整蒸汽调节阀的开度，进而改变热水或燃气的流入流量，以此调整吸收式热泵的能效，改变机组的出力，达到保持热网水出口温度稳定的效果。

2增热型吸收式热泵供热系统计算

热力站的主要换热设备是板式换热器,板式换热器具有传热系数高、占地面积小容易改变换热面积(增加或减少板片)或流程组合(改变板片排列)、组装方便、质量轻、价格低、维修保养方便、容易清洗等特点。

为了提高换热器的换热效率,通常将一次管网热水和二次管网水做逆流换热,一次管网的回水温度必须高于二次管网的回水温度[ 41],即一次管网的回水温度受到了二次管网回水温度的限制,如此便限制了一次管网热水的总放热量;同时,一次管网和二次管网之间较大的换热温差导致换热器换热过程中产生很大的不可逆传热损失。

计算公式为：

F=Q/KB△tp j

Q — —传热量,W;

K — —传热系数,W/(㎡·℃),板式换热器一般取5000-6000;W/(㎡·K);

F — —换热器传热面积,㎡;

B — —考虑水垢的系数,水-水换热器B取0.7-0.8;

△tp j — —对数平均温差,℃。

在实际的供热运行过程中,已知室外温度和室内温度比,就可以根据上式得出集中供热系统的相对供暖热负荷比,进而得到二次网系统所需要的供、回水温度。

上述的常规热力站的热网调节计算公式可以分析随着室外温度的变化不同工况运行中,在调节模式下二次网水温度的变化规律,以及在热网调节下得到常规热力站的一次管网水温度及流量的变化规律。

3 供热系统运行调配控制分析

3.1 运行模式分析

此供热系统共有2种运行模式，分别为吸收式热泵和板式换热器同时运行、板式换热器单独运行。

热泵开启运行前，一次网的供回水温度大约为75～85℃，平均温度为78℃；热泵开启运行后，一次网侧的平均供水温度提升到97℃。站内运行的1号循环泵频率为27 Hz；一次网供水流量为1 304.6 t/h，压力0.97 MPa，一次网回水流量为1 273.3 t/h，压力0.71 MPa。吸收式热泵刚开始开启使用后，供热参数无明显变化，运行一段时间后，吸收式热泵的一次网温度明显下降，二次网的供水温度明显上升。驱动热源供水及一次网供水温度取决于长输管网热水温度，二次网的回水温度受用户换热限制，无明显变化。

3.2 控制方式分析

根据数据记录分析，在热泵机组开启直燃驱动后的24 h里，机组平用气量约327 m

3/h，耗气总量7 863 m3。开启直燃后，初始燃气消耗量较大，高达345 m3/h，机组运行趋于稳定后，燃气消耗趋于稳定，约平均325 m3/h。

根据数据分析，未开启燃气补燃驱动时，吸收式热泵余热水出口温度与长输管网的回水温度相差4～5℃，开启燃气补燃驱动后，吸收式热泵的余热水出口温度有明显下降。

开启燃气补燃驱动的前后，驱动热源侧的出水温度和用户侧热水的出水温度均有明显提升，是燃气补燃驱动机组供热量提高引起的。驱动热源侧的出水同板式换热器交换热量后作为余热水再次进入吸收式热泵，余热水侧的进水温度也出现明显提升。补燃驱动后，机组整体性能提高，余热利用的效率提高，余热水侧出水温度降低。用户侧进水温度和驱动热源进口温度均无明显变化。

3.3 运行调控方式优化分析

由冬季每日气温资料可知，济南市的昼夜温差较大，最大温差高达10℃。因此，热力站需要根据气温变化的趋势及时对供热负荷进行有效调整，确保整个系统的供需平衡。以往较采用模糊的经验式调控，造成供热量与所需量不匹配，无法满足用户的需求温度，引发能源浪费等问题，影响供暖效果。应找到较为精准的供热运行调控方式，可以通过室外温度的变化对一次网供回水温度进行调节。

根据对热负荷的分析可以得到建筑的供热单耗，建筑单耗随室外温度升高而降低；随着室外温度升高，用户所需的供水温度也会降低。在不同室外温度条件下，热力站的供水温度以及热量也不同，可以优化系统运行调控方式。在整个采暖季内，不同时间对应不同的室外温度以及所需供热量。根据不同负荷率和室外温度的变化，可以通过切换使用不同的设备满足所需的供热量。

当室外温度高于4℃时，宜采用板式换热器独自运行即可满足系统所需供热量；当室外温度长时间低于4℃时，宜采取吸收式热泵和板式换热器同时运行，吸收式热泵仅用热水驱动；当室外温度低于-3℃时，机组宜开启燃气补燃模式，吸收式热泵使用燃气+热水同时驱动，以保证系统的供热量。

结论

通过分析，热力站随着室外温度降低，热负荷变大，二次管网供水温度降低，机组能效比降低，需要提高一次管网热水来满足负荷的增加。相比常规板式换热器应用增热型吸收式热泵是的运行期内，供能系数较高，热力系统能效更高，可以提供热量更多。

参考文献

[1]付林,李岩,张世钢,江亿,赵玺灵.吸收式换热的概念与应用[J].建筑科学,2010,26(10):136-140.

[2]李兆坚,江亿.我国广义建筑能耗状况的分析与思考[J].建筑学报,2016(07):30-33.