長輸供熱工程降低一級網回水溫度的運行實踐

孫洪治，王鼎力，徐平平，劉銳

（國能寧夏供熱有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 前言

大溫差長輸供熱項目在我國的太原、銀川和石家莊等城市已經得到了應用。這是解決城鎮(zhèn)化推進中，城市供熱面積增大而管網輸送能力不足的有效解決方案。

控制一級網的回水溫度是長輸供熱項目的重要運行指標。降低一級網回水溫度可有效提升管網的輸送能力、降低管網的初投資，同時回水溫度較低，回水管路中可減少布置補償器或不布置補償器，有利于管網的安全穩(wěn)定運行。

銀川市采用距城市邊緣約40km的電廠，進行長距離、跨黃河、大溫差熱泵技術為市區(qū)進行集中供熱。二期工程項目于2019年12月開始新建，于2020年11月投入運行，當年實現供熱面積約1490×104m2。一級管網的設計供回水溫度為130℃/30℃，管徑為DN1400mm。在銀川市邊緣建有一座大型隔壓站，隔壓站選擇配置48臺換熱器（共24組，每組二級串聯運行，單組換熱能力為72MW）。二級管網的設計供回水溫度為125/25℃，主管網管徑為DN1400mm。二期項目共新建有73座吸收式大溫差熱泵中心站。

經過一個采暖季的調試和運行，通過運行數據分析，對于降低一級網回水溫度進行操作實踐并總結，以實現在安全運行的基礎上，提高管網的輸送能力。

2 熱泵機組入口參數的影響

吸收式大溫差熱泵機組是實現大溫差供熱的核心設備。用戶側冷水分別進入熱泵機組和板式換熱器，如圖1所示，完成換熱升溫過程。

圖1 吸收式熱泵機組工藝流程簡圖

驅動熱源是首站輸送來的高溫水，溫度范圍為90～130℃。高溫水加熱熱泵發(fā)生器中的溴化鋰稀溶液，產生蒸汽工質。蒸汽工質在冷凝器中降溫后，進入板式換熱器加熱用戶側部分冷水。然后，返回熱泵機組蒸發(fā)器再次降溫。

用戶側冷水一部分在板式換熱器中加熱，另一部分冷水則先后經過熱泵的吸收器和冷凝器完成升溫。最后兩部分匯合再送往用戶。從73座吸收式大溫差熱泵中心站選擇三座中心站，分別為A中心站（驅動熱源為125～25℃；用戶側冷水為40～50℃）、B中心站（驅動熱源為125～25℃；用戶側冷水為40～60℃）和C中心站（驅動熱源為130～30℃；用戶側冷水為45～75℃）。在采暖期，三座中心站的實驗數據如圖2所示。由圖2可知，三座中心站的一次水進口溫度低于90℃時，與常規(guī)板換相比，一次回水溫度并沒有明顯的降低，表明此工況下全工況大溫差熱泵機組的COP較低；當一次進水溫度達到95℃以上時，熱泵機組一次回水溫度明顯降低，表明熱泵機組的COP明顯升高，機組內溴化鋰溶液建立穩(wěn)定、高效的循環(huán)。

圖2 熱泵一次供水溫度和一次回水溫度的關系

一次水進口溫度越高，熱泵內溴化鋰溶液蒸發(fā)器和吸收器工作效率越高，機組COP越高，一次水出口溫度也越低。因此，建議在長輸大溫差管網冬季運行過程中，盡可能提高熱泵一次側熱網供水溫度，使熱泵能夠高效發(fā)揮作用，拉大管網溫差，大幅降低管網的輸配電耗。

3 水力平衡的影響

水力平衡是指管網中各用熱設備或熱用戶在流量改變時保持本身流量不變的能力。對于本長輸供熱工程，實際運行中的水力平衡包括吸收式熱泵中心站的二次側、中心站內多臺熱泵機組之間和中心站之間的水力熱力平衡三部分。

特別是熱泵中心站二次側的水力平衡調整尤為重要。以熱泵中心站D為例，研究在一次側供水溫度、流量、室外環(huán)境相同情況下，二次側的水力平衡調整對回水溫度的影響。中心站D內安裝的9臺吸收式大溫差熱泵機組，中心站外共接30座常規(guī)換熱站，供熱半徑超過1km。采用失調度X表示實際供回水溫度平均值與設計供回水溫度平均值之間的不一致性。失調度反映了供熱管網調節(jié)的好壞。失調度越大，說明供熱管網調節(jié)越差。中心站D的運行記錄如表1所示。

表1 調整前的中心站D運行參數

如表1所示，中心站D各換熱站間失調度較高，說明二次側管網設計自調節(jié)能力差，這意味著熱泵二次側系統管道特性阻力數值與設計的管道特性阻力不一致，容易引起系統的水力熱力失調。因此，需對中心站和換熱站進行水力熱力平衡調整，調整后的運行參數如表2所示。

表2 調整后的中心站D運行參數

由表2中數據可知，隨著熱泵二次側失調度的降低，熱泵中心站低溫側回水溫度降低，一次側回水溫度隨之降低。證明了熱泵中心站二次側水力熱力平衡調整對一次側回水溫度的降低有顯著作用。

4 一二次網的流量配比影響

對于長距離供熱項目而言，由于管線通常在30km以上，往往會在一級網上設計布置有中繼泵站和隔壓站。隔壓站一二次側的運行流量和設計端差也是熱泵回水溫度高低的重要影響因素。隔壓站二次側出水溫度直接決定了下游大溫差熱泵機組的一次側進水溫度，而熱泵的入口參數對于熱泵效率的影響十分關鍵。因此，在實際運行中，應盡量提升隔壓站二次側供水溫度。銀川長輸供熱工程隔壓站板換的一次側進出口設計溫度為125/25℃，二次側為130/30℃，端差5℃。在供暖季初期（11月1日～27日），進行隔壓站板換的一二次側流量配比對二次側溫度的影響實驗，如圖3所示。

圖3 隔壓站板換兩側參數的變化

由圖3可知，當隔壓站板換的一二次側流量相近時，換熱端差小于5℃，優(yōu)于設計值；當板換二次側平均流量比一次側流量高出18%～22%時，板換一二次側端差達到8～10℃，即二次側供水比一次側供水低8～10℃。此種情況不利于大溫差吸收式熱泵機組效能的發(fā)揮。因此，建有隔壓站的長距離大溫差供熱項目，隔壓站一二次流量盡可能相同，這樣二次側供水溫度能夠接近一次側供水溫度，利于大溫差熱泵機組的運行，同時也可滿足板換換熱條件。

但實際運行中，隔壓站二次側小流量運行，不利于二次側中心站之間水力平衡的調整?？赡軙е滤r不理想的中心站（換熱站）流量不足，因此，為便于中心站之間水力工況調整，隔壓站二次側流量往往會大于一次側流量。在兼顧中心站之間水力工況調整的前提下，盡可能使隔壓站二次側流量接近一次側流量，使大溫差吸收式熱泵處于高效運行區(qū)間。

5 結語

大溫差長輸供熱是解決城市供熱面積增大而管網輸送能力不足的有效解決方案。經過一個采暖季的調試和運行，對銀川市的長距離供熱工程進行降低一級網回水溫度的運行實踐總結。得到以下結論：（1）實際運行中應盡可能提高熱網供水溫度，使熱泵能夠高效發(fā)揮作用。通過三座中心站的數據分析，當一次水進口溫度低于90℃時，與常規(guī)板換相比，一次回水溫度并沒有明顯的降低。當一次進水溫度達到95℃以上時，一次回水溫度得到明顯降低。并且一次進水溫度越高，一次回水溫度越低。（2）實際運行中，應盡可能降低熱泵二次側失調度。失調度反映了供熱管網調節(jié)的好壞。失調度越大，說明供熱管網調節(jié)越差。通過中心站D的失調度調整，隨著熱泵二次側失調度的降低，熱泵中心站低溫側回水溫度降低，一次側回水溫度隨之降低。（3）在運行中，盡可能使隔壓站二次側流量接近一次側流量。對隔壓站進行了板換一二次側流量配比對二次側溫度的影響實驗，當隔壓站板換的一二次側流量相近時，換熱端差小于5℃，優(yōu)于設計值。當隔壓站板換的一二次側流量比增大時，板換一二次側端差超過設計值。因此，盡可能使隔壓站二次側流量接近一次側流量，使大溫差吸收式熱泵處于高效運行區(qū)間。

以上是大溫差長輸工程的運行總結，在設計階段，還應充分重視用戶側的特征，結合負荷特點選擇熱泵機組的型號。從而可以在安全運行的基礎上，提高管網的輸送能力。