大溫差吸收式換熱技術(shù)換熱站應(yīng)用案例

李曉

（山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

目前，隨著我國城市集中供熱規(guī)模及用量的不斷增加，傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)供熱能力已經(jīng)無法滿足人們對于熱能的需求，在該情況下一種新型的供熱技術(shù)誕生了，該技術(shù)被稱為“大溫差吸收式換熱技術(shù)”。該技術(shù)是指在二級換熱站處用吸收式換熱機(jī)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的板式換熱機(jī)組，這樣可以在不改變熱力站二次網(wǎng)供回水溫度的前提下，使一次網(wǎng)回水溫度降低到30℃以下，這樣就拉大了供網(wǎng)與回網(wǎng)水的溫度，大的溫差可以形成有效的能源，并作為驅(qū)動力，從而產(chǎn)生熱泵效益。同時，在保證水流量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上可以大大增強(qiáng)換熱站的換熱量，可以充分利用一次管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更大的熱負(fù)荷需要。對于換熱站來說，吸收式換熱機(jī)組是最為主要的構(gòu)成之一，可以實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)一次以及二次水之間的換熱，其主要結(jié)構(gòu)以及具體工作流程可以通過圖1進(jìn)行表示。

圖1 吸收式熱泵工作原理

從圖1中可知，在發(fā)生器中存在較高溫度的水體，其作為主體驅(qū)動熱源能夠加熱溶液，在經(jīng)過必要的濃縮之后會進(jìn)入到吸收器當(dāng)中，會形成冷劑蒸汽流入到冷凝器中發(fā)生冷凝作用，在此過程中蒸汽會將釋放的熱量傳導(dǎo)給二次水，使其溫度有所上升。冷劑水在經(jīng)過必要的冷凝之后會重新進(jìn)入到蒸發(fā)器當(dāng)中，與此同時已經(jīng)進(jìn)行了熱量釋放的一次水會進(jìn)入到蒸發(fā)器當(dāng)中，冷劑會在低壓環(huán)境之下進(jìn)行蒸發(fā)，同時會再次從一次水當(dāng)中吸收熱量，從而進(jìn)一步造成一次水的水溫下降，這些溫度下降的一次水會再次輸送到熱電廠進(jìn)行循環(huán)利用。除此之外，蒸發(fā)器中會形成冷劑蒸汽，這些蒸汽會進(jìn)入到吸收器當(dāng)中，會被發(fā)生器當(dāng)中的濃溶液進(jìn)行中和，同時在吸收時會進(jìn)行一定程度的熱量釋放，這些熱量會向二次水進(jìn)行傳遞。

1 案例基本概況

某換熱站主要服務(wù)某區(qū)域共38.5萬m2，主要包括20萬m2的高區(qū)以及18.5萬m2的低區(qū)。為了確保更好的供熱效果，該換熱站積極引入大溫差換熱技術(shù)，采取AHE160T-II-S型號的吸收式換熱機(jī)組。自從2018年該機(jī)組投入使用以來始終運(yùn)行良好，得到了較好的換熱效果。

2 大溫差吸收式換熱技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

2.1 大溫差吸收式換熱技術(shù)的概述

大溫差吸收式換熱技術(shù)主要就是通過吸收式換熱機(jī)組取代傳統(tǒng)水換熱器，將其設(shè)置于熱力站能夠在保證二次網(wǎng)供回水溫度的基礎(chǔ)上，可以充分應(yīng)用一次熱網(wǎng)和二次熱網(wǎng)之間的大溫差消能，能夠有效降低一次網(wǎng)回水溫度，進(jìn)一步提升熱力站換熱量，能夠很好地滿足不斷增長的熱負(fù)荷需求。

對于換熱站來說，大溫差吸收式換熱機(jī)組是非常關(guān)鍵的構(gòu)件，其可以實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)的一二次水換熱。對于吸收式換熱機(jī)組來說，吸收式熱泵是最主要的構(gòu)件之一，在吸收式熱泵的發(fā)生器中，高溫水受到加熱溶液影響會形成冷劑蒸汽，在經(jīng)過必要的濃縮之后會進(jìn)入到吸收器當(dāng)中，會形成冷劑蒸汽流入到冷凝器中發(fā)生冷凝作用，在此過程中蒸汽會將釋放的熱量傳導(dǎo)給二次水，使其溫度有所上升。冷劑水在經(jīng)過必要的冷凝之后會重新進(jìn)入到蒸發(fā)器當(dāng)中，與此同時已經(jīng)進(jìn)行了熱量釋放的一次水會進(jìn)入到蒸發(fā)器當(dāng)中，冷劑會在低壓環(huán)境之下進(jìn)行蒸發(fā)，同時會再次從一次水當(dāng)中進(jìn)行熱量吸收，從而進(jìn)一步造成一次水的水溫下降，這些溫度下降的一次水會再次輸送到熱電廠進(jìn)行循環(huán)利用。除此之外，蒸發(fā)器中會形成冷劑蒸汽，這些蒸汽會進(jìn)入到吸收器當(dāng)中，會被發(fā)生器當(dāng)中的濃溶液進(jìn)行中和，同時在吸收時會進(jìn)行一定程度的熱量釋放，這些熱量會向二次水進(jìn)行傳遞。

2.2 大溫差吸收式換熱技術(shù)的優(yōu)勢分析

相對于傳統(tǒng)的換熱技術(shù)來說，大溫差吸收式換熱技術(shù)具有如下幾方面的優(yōu)勢：

（1）大溫差吸收式換熱技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低一次網(wǎng)的供回水溫度，可以從70℃降低到30℃，可以將溫差從40℃提升到80℃，能夠大大提升管網(wǎng)的熱量傳輸性能（實(shí)現(xiàn)100%的提升）。

（2）相對于傳統(tǒng)板式換熱器來說，大溫差吸收式換熱技術(shù)的有效應(yīng)用能夠大大降低新建管道的規(guī)格型號，能夠大大降低管網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)費(fèi)用。

（3）大溫差吸收式換熱機(jī)組的有效應(yīng)用可以一定程度上增加熱量的利用率，可以將熱量傳導(dǎo)到全新建設(shè)的項目中作為補(bǔ)充性能源，能夠有效提升熱網(wǎng)的可調(diào)性能。

（4）能夠?yàn)榈推肺挥酂岬幕厥战⑵鸶佑欣臈l件。采用大溫差吸收式換熱技術(shù)能夠?qū)峋W(wǎng)回水溫度控制在30℃之下，能夠進(jìn)一步提升電廠凝汽器余熱的利用率，可以大大增強(qiáng)能源利用率。近些年社會各方對于余熱的利用率越來越重視，特別是對于高溫?zé)煔獾雀咂肺挥酂岣雨P(guān)注。但是從目前來看，較低品位的余熱（例如電廠循環(huán)冷卻水余熱、煙氣冷凝熱等）的高效利用還有所欠缺。造成此問題的主要原因在于余熱和供熱的品位要求存在偏差，在進(jìn)行低品位余熱提升時也容易受到多方面（例如費(fèi)用投入、技術(shù)等）因素的影響。而利用大溫差吸收式換熱技術(shù)可以有效降低熱力管網(wǎng)回路的熱媒溫度，能夠確保管網(wǎng)熱媒和低溫余熱之間的有效匹配，從而更加有效地對低溫余熱進(jìn)行回收以及應(yīng)用。

3 大溫差吸收式換熱技術(shù)換熱站應(yīng)用分析

吸收式換熱機(jī)組在實(shí)際工作時會產(chǎn)生吸收發(fā)生和蒸發(fā)等過程，此種換熱方式相對于一般性循環(huán)情況來說，可以進(jìn)一步提升一次水進(jìn)出口的溫差，實(shí)現(xiàn)更好的換熱效果。

3.1 在一次側(cè)采取直燃型吸收式換熱機(jī)組實(shí)施換熱

在換熱站設(shè)置直燃型吸收式換熱機(jī)組（其功率達(dá)到21MW，和其匹配的天然氣供應(yīng)量達(dá)到max1300m3/h）可以進(jìn)一步提升換熱站供熱調(diào)峰性能。對于一次管網(wǎng)來說，需要將50℃的回水按照兩路來設(shè)置（最終都要?dú)w入直燃型吸收式熱泵），一路主要是通過低溫?zé)嵩催M(jìn)入到蒸發(fā)器當(dāng)中而實(shí)現(xiàn)熱量的釋放，實(shí)現(xiàn)溫度的再次下降，一旦溫度降低50%（水溫達(dá)到25℃情況下）就回歸到熱源；一路水會進(jìn)入到冷凝器以及吸收器，對其進(jìn)行進(jìn)一步升溫（達(dá)到100℃），能夠?yàn)橐淮尉W(wǎng)下游提供高溫水。該種換熱技術(shù)主要是通過天然氣燃燒形成熱力源，能夠?qū)崿F(xiàn)水體的整個流動過程。為了確保該種換熱方式的有效進(jìn)行，可以通過設(shè)置天然氣煙氣深度熱量提取裝置來減少排煙溫度情況。該換熱站的總體回水流量預(yù)設(shè)為350t/h，在通過直燃型換熱機(jī)組之后其回水流量總體上達(dá)到210t/h，并且水溫也從原有的46.4℃上升到90.7℃。但是在實(shí)施一網(wǎng)供水（剩余流量完成換熱之后）之后水溫沒有按照預(yù)期實(shí)現(xiàn)下降（并未達(dá)到25℃），而是從46.4℃降低到30.6℃。

3.2 在一次側(cè)和二次側(cè)之間設(shè)置補(bǔ)燃型吸收式換熱機(jī)組實(shí)施換熱

按照工程的具體情況在A站設(shè)立補(bǔ)燃型吸收式換熱機(jī)組（其功率達(dá)到12MW），按照此換熱機(jī)組設(shè)定相匹配的天然氣供應(yīng)量具體為max400m3/h。所設(shè)立的補(bǔ)燃機(jī)組主要是建立在普通吸收式換熱機(jī)組基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的改進(jìn)，額外設(shè)置發(fā)生器補(bǔ)燃裝置，將一次高溫水作為主要熱驅(qū)動力驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行。隨著外部環(huán)境溫度的下降，若是需要熱量增加還可增設(shè)天然氣作為輔助性驅(qū)動熱源，通過一次水熱量+天然氣燃燒熱量的方式實(shí)現(xiàn)二次水加熱的目的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一次水降溫、二次水升溫的操作。若是在進(jìn)行調(diào)試時進(jìn)行燃?xì)庾饔?，那么發(fā)生器中流入一次供水溫度達(dá)到90.4℃，而一次回水從蒸發(fā)器流出時的水溫會降到27.8℃。在不啟動燃?xì)獾那闆r下發(fā)生器流入一次供水溫度達(dá)到85.4℃，而一次回水自蒸發(fā)器流出時的水溫會下降到32.2℃。

4 結(jié)語

總的來說，在換熱站中采用大溫差吸收式換熱技術(shù)能夠有效降低一次回水溫度，同時能夠高效地應(yīng)用煙氣余熱，進(jìn)一步增強(qiáng)資源的利用率，具有較好的效果，非常值得大范圍推廣。