大溫差吸收式換熱技術換熱站應用案例

李曉

（山西四建集團有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

目前，隨著我國城市集中供熱規模及用量的不斷增加，傳統的供熱管網供熱能力已經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誕生了，該技術被稱為“大溫差吸收式換熱技術”。該技術是指在二級換熱站處用吸收式換熱機組代替傳統的板式換熱機組，這樣可以在不改變熱力站二次網供回水溫度的前提下，使一次網回水溫度降低到30℃以下，這樣就拉大了供網與回網水的溫度，大的溫差可以形成有效的能源，并作為驅動力，從而產生熱泵效益。同時，在保證水流量穩定的基礎上可以大大增強換熱站的換熱量，可以充分利用一次管網實現更大的熱負荷需要。對于換熱站來說，吸收式換熱機組是最為主要的構成之一，可以實現熱網一次以及二次水之間的換熱，其主要結構以及具體工作流程可以通過圖1進行表示。

圖1 吸收式熱泵工作原理

從圖1中可知，在發生器中存在較高溫度的水體，其作為主體驅動熱源能夠加熱溶液，在經過必要的濃縮之后會進入到吸收器當中，會形成冷劑蒸汽流入到冷凝器中發生冷凝作用，在此過程中蒸汽會將釋放的熱量傳導給二次水，使其溫度有所上升。冷劑水在經過必要的冷凝之后會重新進入到蒸發器當中，與此同時已經進行了熱量釋放的一次水會進入到蒸發器當中，冷劑會在低壓環境之下進行蒸發，同時會再次從一次水當中吸收熱量，從而進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行循環利用。除此之外，蒸發器中會形成冷劑蒸汽，這些蒸汽會進入到吸收器當中，會被發生器當中的濃溶液進行中和，同時在吸收時會進行一定程度的熱量釋放，這些熱量會向二次水進行傳遞。

1 案例基本概況

某換熱站主要服務某區域共38.5萬m2，主要包括20萬m2的高區以及18.5萬m2的低區。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，采取AHE160T-II-S型號的吸收式換熱機組。自從2018年該機組投入使用以來始終運行良好，得到了較好的換熱效果。

2 大溫差吸收式換熱技術的相關內容

2.1 大溫差吸收式換熱技術的概述

大溫差吸收式換熱技術主要就是通過吸收式換熱機組取代傳統水換熱器，將其設置于熱力站能夠在保證二次網供回水溫度的基礎上，可以充分應用一次熱網和二次熱網之間的大溫差消能，能夠有效降低一次網回水溫度，進一步提升熱力站換熱量，能夠很好地滿足不斷增長的熱負荷需求。

對于換熱站來說，大溫差吸收式換熱機組是非常關鍵的構件，其可以實現熱網的一二次水換熱。對于吸收式換熱機組來說，吸收式熱泵是最主要的構件之一，在吸收式熱泵的發生器中，高溫水受到加熱溶液影響會形成冷劑蒸汽，在經過必要的濃縮之后會進入到吸收器當中，會形成冷劑蒸汽流入到冷凝器中發生冷凝作用，在此過程中蒸汽會將釋放的熱量傳導給二次水，使其溫度有所上升。冷劑水在經過必要的冷凝之后會重新進入到蒸發器當中，與此同時已經進行了熱量釋放的一次水會進入到蒸發器當中，冷劑會在低壓環境之下進行蒸發，同時會再次從一次水當中進行熱量吸收，從而進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行循環利用。除此之外，蒸發器中會形成冷劑蒸汽，這些蒸汽會進入到吸收器當中，會被發生器當中的濃溶液進行中和，同時在吸收時會進行一定程度的熱量釋放，這些熱量會向二次水進行傳遞。

2.2 大溫差吸收式換熱技術的優勢分析

相對于傳統的換熱技術來說，大溫差吸收式換熱技術具有如下幾方面的優勢：

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

（2）相對于傳統板式換熱器來說，大溫差吸收式換熱技術的有效應用能夠大大降低新建管道的規格型號，能夠大大降低管網建設的相關費用。

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

（4）能夠為低品位余熱的回收建立起更加有利的條件。采用大溫差吸收式換熱技術能夠將熱網回水溫度控制在30℃之下，能夠進一步提升電廠凝汽器余熱的利用率，可以大大增強能源利用率。近些年社會各方對于余熱的利用率越來越重視，特別是對于高溫煙氣等高品位余熱更加關注。但是從目前來看，較低品位的余熱（例如電廠循環冷卻水余熱、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，在進行低品位余熱提升時也容易受到多方面（例如費用投入、技術等）因素的影響。而利用大溫差吸收式換熱技術可以有效降低熱力管網回路的熱媒溫度，能夠確保管網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行回收以及應用。

3 大溫差吸收式換熱技術換熱站應用分析

吸收式換熱機組在實際工作時會產生吸收發生和蒸發等過程，此種換熱方式相對于一般性循環情況來說，可以進一步提升一次水進出口的溫差，實現更好的換熱效果。

3.1 在一次側采取直燃型吸收式換熱機組實施換熱

在換熱站設置直燃型吸收式換熱機組（其功率達到21MW，和其匹配的天然氣供應量達到max1300m3/h）可以進一步提升換熱站供熱調峰性能。對于一次管網來說，需要將50℃的回水按照兩路來設置（最終都要歸入直燃型吸收式熱泵），一路主要是通過低溫熱源進入到蒸發器當中而實現熱量的釋放，實現溫度的再次下降，一旦溫度降低50%（水溫達到25℃情況下）就回歸到熱源；一路水會進入到冷凝器以及吸收器，對其進行進一步升溫（達到100℃），能夠為一次網下游提供高溫水。該種換熱技術主要是通過天然氣燃燒形成熱力源，能夠實現水體的整個流動過程。為了確保該種換熱方式的有效進行，可以通過設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設為350t/h，在通過直燃型換熱機組之后其回水流量總體上達到210t/h，并且水溫也從原有的46.4℃上升到90.7℃。但是在實施一網供水（剩余流量完成換熱之后）之后水溫沒有按照預期實現下降（并未達到25℃），而是從46.4℃降低到30.6℃。

3.2 在一次側和二次側之間設置補燃型吸收式換熱機組實施換熱

按照工程的具體情況在A站設立補燃型吸收式換熱機組（其功率達到12MW），按照此換熱機組設定相匹配的天然氣供應量具體為max400m3/h。所設立的補燃機組主要是建立在普通吸收式換熱機組基礎上進行必要的改進，額外設置發生器補燃裝置，將一次高溫水作為主要熱驅動力驅動系統運行。隨著外部環境溫度的下降，若是需要熱量增加還可增設天然氣作為輔助性驅動熱源，通過一次水熱量+天然氣燃燒熱量的方式實現二次水加熱的目的，這樣就可以實現一次水降溫、二次水升溫的操作。若是在進行調試時進行燃氣作用，那么發生器中流入一次供水溫度達到90.4℃，而一次回水從蒸發器流出時的水溫會降到27.8℃。在不啟動燃氣的情況下發生器流入一次供水溫度達到85.4℃，而一次回水自蒸發器流出時的水溫會下降到32.2℃。

4 結語

總的來說，在換熱站中采用大溫差吸收式換熱技術能夠有效降低一次回水溫度，同時能夠高效地應用煙氣余熱，進一步增強資源的利用率，具有較好的效果，非常值得大范圍推廣。