孫洪治，王鼎力，徐平平，劉銳

（國(guó)能寧夏供熱有限公司，寧夏 銀川 750001）

1 前言

大溫差長(zhǎng)輸供熱項(xiàng)目在我國(guó)的太原、銀川和石家莊等城市已經(jīng)得到了應(yīng)用。這是解決城鎮(zhèn)化推進(jìn)中，城市供熱面積增大而管網(wǎng)輸送能力不足的有效解決方案。

控制一級(jí)網(wǎng)的回水溫度是長(zhǎng)輸供熱項(xiàng)目的重要運(yùn)行指標(biāo)。降低一級(jí)網(wǎng)回水溫度可有效提升管網(wǎng)的輸送能力、降低管網(wǎng)的初投資，同時(shí)回水溫度較低，回水管路中可減少布置補(bǔ)償器或不布置補(bǔ)償器，有利于管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

銀川市采用距城市邊緣約40km的電廠，進(jìn)行長(zhǎng)距離、跨黃河、大溫差熱泵技術(shù)為市區(qū)進(jìn)行集中供熱。二期工程項(xiàng)目于2019年12月開(kāi)始新建，于2020年11月投入運(yùn)行，當(dāng)年實(shí)現(xiàn)供熱面積約1490×104m2。一級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(tái)換熱器（共24組，每組二級(jí)串聯(lián)運(yùn)行，單組換熱能力為72MW）。二級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為125/25℃，主管網(wǎng)管徑為DN1400mm。二期項(xiàng)目共新建有73座吸收式大溫差熱泵中心站。

經(jīng)過(guò)一個(gè)采暖季的調(diào)試和運(yùn)行，通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)于降低一級(jí)網(wǎng)回水溫度進(jìn)行操作實(shí)踐并總結(jié)，以實(shí)現(xiàn)在安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高管網(wǎng)的輸送能力。

2 熱泵機(jī)組入口參數(shù)的影響

吸收式大溫差熱泵機(jī)組是實(shí)現(xiàn)大溫差供熱的核心設(shè)備。用戶側(cè)冷水分別進(jìn)入熱泵機(jī)組和板式換熱器，如圖1所示，完成換熱升溫過(guò)程。

圖1 吸收式熱泵機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)圖

驅(qū)動(dòng)熱源是首站輸送來(lái)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(chǎn)生蒸汽工質(zhì)。蒸汽工質(zhì)在冷凝器中降溫后，進(jìn)入板式換熱器加熱用戶側(cè)部分冷水。然后，返回?zé)岜脵C(jī)組蒸發(fā)器再次降溫。

用戶側(cè)冷水一部分在板式換熱器中加熱，另一部分冷水則先后經(jīng)過(guò)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(qū)動(dòng)熱源為125～25℃；用戶側(cè)冷水為40～50℃）、B中心站（驅(qū)動(dòng)熱源為125～25℃；用戶側(cè)冷水為40～60℃）和C中心站（驅(qū)動(dòng)熱源為130～30℃；用戶側(cè)冷水為45～75℃）。在采暖期，三座中心站的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可知，三座中心站的一次水進(jìn)口溫度低于90℃時(shí)，與常規(guī)板換相比，一次回水溫度并沒(méi)有明顯的降低，表明此工況下全工況大溫差熱泵機(jī)組的COP較低；當(dāng)一次進(jìn)水溫度達(dá)到95℃以上時(shí)，熱泵機(jī)組一次回水溫度明顯降低，表明熱泵機(jī)組的COP明顯升高，機(jī)組內(nèi)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(guān)系

一次水進(jìn)口溫度越高，熱泵內(nèi)溴化鋰溶液蒸發(fā)器和吸收器工作效率越高，機(jī)組COP越高，一次水出口溫度也越低。因此，建議在長(zhǎng)輸大溫差管網(wǎng)冬季運(yùn)行過(guò)程中，盡可能提高熱泵一次側(cè)熱網(wǎng)供水溫度，使熱泵能夠高效發(fā)揮作用，拉大管網(wǎng)溫差，大幅降低管網(wǎng)的輸配電耗。

3 水力平衡的影響

水力平衡是指管網(wǎng)中各用熱設(shè)備或熱用戶在流量改變時(shí)保持本身流量不變的能力。對(duì)于本長(zhǎng)輸供熱工程，實(shí)際運(yùn)行中的水力平衡包括吸收式熱泵中心站的二次側(cè)、中心站內(nèi)多臺(tái)熱泵機(jī)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(cè)的水力平衡調(diào)整尤為重要。以熱泵中心站D為例，研究在一次側(cè)供水溫度、流量、室外環(huán)境相同情況下，二次側(cè)的水力平衡調(diào)整對(duì)回水溫度的影響。中心站D內(nèi)安裝的9臺(tái)吸收式大溫差熱泵機(jī)組，中心站外共接30座常規(guī)換熱站，供熱半徑超過(guò)1km。采用失調(diào)度X表示實(shí)際供回水溫度平均值與設(shè)計(jì)供回水溫度平均值之間的不一致性。失調(diào)度反映了供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)的好壞。失調(diào)度越大，說(shuō)明供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)越差。中心站D的運(yùn)行記錄如表1所示。

表1 調(diào)整前的中心站D運(yùn)行參數(shù)

如表1所示，中心站D各換熱站間失調(diào)度較高，說(shuō)明二次側(cè)管網(wǎng)設(shè)計(jì)自調(diào)節(jié)能力差，這意味著熱泵二次側(cè)系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)值與設(shè)計(jì)的管道特性阻力不一致，容易引起系統(tǒng)的水力熱力失調(diào)。因此，需對(duì)中心站和換熱站進(jìn)行水力熱力平衡調(diào)整，調(diào)整后的運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

表2 調(diào)整后的中心站D運(yùn)行參數(shù)

由表2中數(shù)據(jù)可知，隨著熱泵二次側(cè)失調(diào)度的降低，熱泵中心站低溫側(cè)回水溫度降低，一次側(cè)回水溫度隨之降低。證明了熱泵中心站二次側(cè)水力熱力平衡調(diào)整對(duì)一次側(cè)回水溫度的降低有顯著作用。

4 一二次網(wǎng)的流量配比影響

對(duì)于長(zhǎng)距離供熱項(xiàng)目而言，由于管線通常在30km以上，往往會(huì)在一級(jí)網(wǎng)上設(shè)計(jì)布置有中繼泵站和隔壓站。隔壓站一二次側(cè)的運(yùn)行流量和設(shè)計(jì)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(cè)出水溫度直接決定了下游大溫差熱泵機(jī)組的一次側(cè)進(jìn)水溫度，而熱泵的入口參數(shù)對(duì)于熱泵效率的影響十分關(guān)鍵。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡量提升隔壓站二次側(cè)供水溫度。銀川長(zhǎng)輸供熱工程隔壓站板換的一次側(cè)進(jìn)出口設(shè)計(jì)溫度為125/25℃，二次側(cè)為130/30℃，端差5℃。在供暖季初期（11月1日～27日），進(jìn)行隔壓站板換的一二次側(cè)流量配比對(duì)二次側(cè)溫度的影響實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。

圖3 隔壓站板換兩側(cè)參數(shù)的變化

由圖3可知，當(dāng)隔壓站板換的一二次側(cè)流量相近時(shí)，換熱端差小于5℃，優(yōu)于設(shè)計(jì)值；當(dāng)板換二次側(cè)平均流量比一次側(cè)流量高出18%～22%時(shí)，板換一二次側(cè)端差達(dá)到8～10℃，即二次側(cè)供水比一次側(cè)供水低8～10℃。此種情況不利于大溫差吸收式熱泵機(jī)組效能的發(fā)揮。因此，建有隔壓站的長(zhǎng)距離大溫差供熱項(xiàng)目，隔壓站一二次流量盡可能相同，這樣二次側(cè)供水溫度能夠接近一次側(cè)供水溫度，利于大溫差熱泵機(jī)組的運(yùn)行，同時(shí)也可滿足板換換熱條件。

但實(shí)際運(yùn)行中，隔壓站二次側(cè)小流量運(yùn)行，不利于二次側(cè)中心站之間水力平衡的調(diào)整?？赡軙?huì)導(dǎo)致水力工況不理想的中心站（換熱站）流量不足，因此，為便于中心站之間水力工況調(diào)整，隔壓站二次側(cè)流量往往會(huì)大于一次側(cè)流量。在兼顧中心站之間水力工況調(diào)整的前提下，盡可能使隔壓站二次側(cè)流量接近一次側(cè)流量，使大溫差吸收式熱泵處于高效運(yùn)行區(qū)間。

5 結(jié)語(yǔ)

大溫差長(zhǎng)輸供熱是解決城市供熱面積增大而管網(wǎng)輸送能力不足的有效解決方案。經(jīng)過(guò)一個(gè)采暖季的調(diào)試和運(yùn)行，對(duì)銀川市的長(zhǎng)距離供熱工程進(jìn)行降低一級(jí)網(wǎng)回水溫度的運(yùn)行實(shí)踐總結(jié)。得到以下結(jié)論：（1）實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡可能提高熱網(wǎng)供水溫度，使熱泵能夠高效發(fā)揮作用。通過(guò)三座中心站的數(shù)據(jù)分析，當(dāng)一次水進(jìn)口溫度低于90℃時(shí)，與常規(guī)板換相比，一次回水溫度并沒(méi)有明顯的降低。當(dāng)一次進(jìn)水溫度達(dá)到95℃以上時(shí)，一次回水溫度得到明顯降低。并且一次進(jìn)水溫度越高，一次回水溫度越低。（2）實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)盡可能降低熱泵二次側(cè)失調(diào)度。失調(diào)度反映了供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)的好壞。失調(diào)度越大，說(shuō)明供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)越差。通過(guò)中心站D的失調(diào)度調(diào)整，隨著熱泵二次側(cè)失調(diào)度的降低，熱泵中心站低溫側(cè)回水溫度降低，一次側(cè)回水溫度隨之降低。（3）在運(yùn)行中，盡可能使隔壓站二次側(cè)流量接近一次側(cè)流量。對(duì)隔壓站進(jìn)行了板換一二次側(cè)流量配比對(duì)二次側(cè)溫度的影響實(shí)驗(yàn)，當(dāng)隔壓站板換的一二次側(cè)流量相近時(shí)，換熱端差小于5℃，優(yōu)于設(shè)計(jì)值。當(dāng)隔壓站板換的一二次側(cè)流量比增大時(shí)，板換一二次側(cè)端差超過(guò)設(shè)計(jì)值。因此，盡可能使隔壓站二次側(cè)流量接近一次側(cè)流量，使大溫差吸收式熱泵處于高效運(yùn)行區(qū)間。

以上是大溫差長(zhǎng)輸工程的運(yùn)行總結(jié)，在設(shè)計(jì)階段，還應(yīng)充分重視用戶側(cè)的特征，結(jié)合負(fù)荷特點(diǎn)選擇熱泵機(jī)組的型號(hào)。從而可以在安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高管網(wǎng)的輸送能力。