【文章內容簡介】 后返回凝汽器冷卻汽輪機排汽；汽輪機抽出的蒸汽分為兩路，一路進入吸收式熱泵機組，作為驅動熱源，在發(fā)生器內加熱濃縮溴化鋰溶液，另一路進入汽－水換熱器中，加熱大熱網 ；在電廠內，大熱網45℃ 回水 首先進入蒸汽吸收式熱泵機組（多臺串聯(lián)方式），加熱到 80℃ 后流出，再進入汽－水換熱器中 二次加熱，加熱到 130℃ 后送入大熱網。 該種 供熱 方式 一方面 可以產 生大溫差的高溫熱水，作為 城市集中供熱 的熱源 ；另一方面 由于有效 回收 了 電廠 循環(huán)水余熱，增加了電廠的供熱能力，降低了集中供熱成本。 汽輪機 凝汽器 蒸汽吸收式熱泵 蒸汽 凝水 30℃ 20℃ 55℃ 40℃ 用戶散熱器 圖 211 集中式熱泵 ＋換熱器供熱方式流程圖 如圖 212 所示，是一種大溫差集中式熱泵供熱方式， 其特點是在電廠內部采用蒸汽吸收式熱泵和汽－水換熱器相組合的加熱方式，產生超大溫差高溫熱水；在末端采用熱水吸收式熱泵和水－水換熱器相組合的換熱方式，實現大溫差換熱。 實際運行過程， 凝汽器出口 30℃ 的循環(huán)水進入熱泵蒸發(fā)器，作為低位熱源，將 熱量放給熱泵，降溫到 20℃ 后返回凝汽器冷卻汽輪機排汽；汽輪機抽出的蒸汽分為兩路，一路進入吸收式熱泵機組，作為驅動熱源，在發(fā)生器內加熱濃縮溴化鋰溶液，另一路進入汽－水換熱器中，加熱大熱網 ； 在電廠內， 10℃ 的熱網回水 首 先進入凝汽器預熱 到 30℃ 后流出 ， 進入蒸汽吸收式熱泵機組（可采用多級串聯(lián)形式）二次加熱，加熱到 80℃ 后流出，再進入汽－水換熱器中被三次加熱，加熱到 130℃ 后送出電廠，進入末端熱力站的熱泵型換熱器進行換熱，降溫到10℃ 后返回電廠，如此循環(huán)。 由上面的敘述可以看出，該種供熱方式可以使高溫熱水產生 110℃ 的溫差，較常規(guī)集中供熱熱網運行增大約一倍，這樣會大幅增加熱網的輸送能力和輸送距離，同時由于回水溫度低 ，無保溫和熱力補償問題 ； 利用汽輪機排汽預熱熱網回水，并利用循環(huán)水作為吸收式熱泵的低位熱源，盡可能大限度地回收了電廠發(fā)電過程中產生地余熱，增大了電廠的供熱能力，降低了供熱成本。 但該方式的系統(tǒng)流程以及各類熱泵機組的組合比較復雜，設備初投資較常規(guī)集中供熱方式會有所提高，調節(jié)控制 的難度 也將 增加。 汽輪機 凝汽器 蒸汽 吸收式熱泵 汽 水 換熱器 蒸汽 凝水 30℃ 20℃ 80℃ 130℃ 45℃ 水 水 換熱器 大熱網 圖 212 大溫差集中式熱泵供熱方式流程圖 綜上所述的幾種 循環(huán)水熱泵供熱方式差別很大，系統(tǒng)形式和熱泵機組都不盡相同，需要根據實際應用的對象合理選擇。 用戶連接方式 如果熱泵集中設置在電廠內，則管網輸送的是溫度相對較高的熱水，用戶直接利用管網中的熱水采暖，因此這種情況下用戶與管網的連接方式與通常的城市熱水管網集中供熱方式基本相同，此處不再贅述。下面僅對分布式熱泵供熱方式用戶端的用戶與管網可能連接方式作一簡單介紹。 對采用中央空調的建筑或建筑群，可采用如圖 213（ a）所示的連接方式，循環(huán)水直接進入中央熱泵的蒸發(fā)器，中央熱泵輸出要求溫度的熱水，由熱用戶內部 供熱系統(tǒng)中的循環(huán)水泵輸送，進入各室內散熱末端裝置。為了提高熱泵性能，應盡量采用高效散熱末端以降低熱水溫度，如風機盤管、低溫輻射采暖等。圖214 所示為一種壓縮式水 水熱泵外部管路的連接方式示意圖。 對采用分戶空調的建筑，可采用如圖 213（ b）所示的連接方式，循環(huán)水分別送入各戶的戶式水源熱泵系統(tǒng)，便于各戶分別控制。用戶所采用的戶式水源熱泵系統(tǒng)可以是水 水熱泵 +高效散熱末端（如風機盤管、低溫輻射采暖等）形式，也可以是水 空氣熱泵直接加熱室內空氣的形式。 為了降低輸送能耗，循環(huán)水的利用溫差要求盡可能大，負荷調節(jié) 方式最好采汽輪機 凝汽器 凝水 蒸汽 蒸汽 吸收式熱泵 汽 水 換熱器 熱泵型 換熱器 熱泵型 換熱器 130℃ 10℃ 30℃ 30℃ 20℃ 80℃ 用量調節(jié)；而熱泵裝置一般設計的進出口溫差為 5℃，而且一般不允許較大范圍的流量變動，因此為了使管網與熱泵的流量相匹配，可在系統(tǒng)中裝混合水泵。圖213（ c）就是對采用中央空調的建筑配置混合水泵的連接方式示意圖，圖 213（ d）是對采用分戶空調的建筑配置總混合水泵的連接方式示意圖（也可以分戶設混水泵，圖中未標）。來自供水管的循環(huán)水與混合泵送來的回水混合后進入熱泵蒸發(fā)器，以增大進入蒸發(fā)器的水流量，此時送入蒸發(fā)器的水溫將低于管網供水溫度。為了防止混合水泵的揚程高于管網供、回水管的壓差，而將管網回水抽入供水 管中，在供水管入口處應裝設止回閥。當供水溫度或用戶熱負荷改變時，通過調節(jié)混合水泵的流量和供、回水管進出口處的閥門開啟度，可以保證進入熱泵蒸發(fā)器的水流量基本不變，并且熱泵蒸發(fā)器出口水溫（即系統(tǒng)回水溫度）維持在設定值。當用戶熱泵停止運行時，可切斷供、回水管進出口處的閥門，以減小系統(tǒng)流量。上述功能一般應通過設置自控裝置實現。 上述控制可將系統(tǒng)回水溫度控制在足夠低的水平，這樣可以增大供回水溫差，減小循環(huán)水流量，以盡量降低管網初投資和輸送能耗。當然，系統(tǒng)回水溫度降低將降低熱泵的性能，增加熱泵的電耗，因此回水溫度應有一 最佳值，可通過技術經濟分析確定。如果進入凝汽器的循環(huán)水溫度太低會對發(fā)電機組運行產生不利影響，可通過調節(jié)設置在電廠內的旁通閥 2，將進入凝汽器的循環(huán)水溫度控制在要求的溫度范圍之內。 圖 213（ e）是采用熱泵型熱水器生產生活熱水的用戶與管網的連接方式示意圖，根據不同熱泵的要求，也可在循環(huán)水和（或）熱水側設置混合水泵（圖中未標）。 對用于提供生活熱水的熱泵系統(tǒng)，非采暖季可繼續(xù)運行，此時由于氣溫的升高使循環(huán)水溫度高于冬季，用戶節(jié)能效果更明顯，另外還有利于電廠 循環(huán)水的冷卻（特別是在夏季），并減少循環(huán)水蒸發(fā)損失。非采暖季熱負荷較小，應通過循環(huán)水泵變頻或改變運行臺數以減少循環(huán)水的流量，降低泵耗。傳統(tǒng)的集中供熱系統(tǒng)，因非采暖季熱負荷較小，管網散熱損失相對增大，系統(tǒng)能效降低，而循環(huán)水源熱泵系統(tǒng)，管網溫度較低（接近常溫），不存在散熱損失問題，因此利用循環(huán)水源熱泵提供生活熱水的供熱形式應引起重視。 圖 213 熱泵 在用戶端的循環(huán)水管網輸配系統(tǒng)示意圖 1－循環(huán)水泵； 2－旁通閥； 3－供水管； 4— 回水管； 5— 中央熱泵； 6— 室內末端（暖氣片、風機盤管、低溫輻射采暖等）； 7— 用戶系統(tǒng)循環(huán)水泵； 8— 膨脹水箱； 9－戶式熱泵； 10－混合水泵； 11－熱泵型熱水器； 12－冷自來水管； 13－熱水供應系統(tǒng)。 （ a） （ b） （ c） （ d） 1 2 3 4 5 6 6 7 8 7 9 10 8 9 10 11 13 （ e） 12 第三章 技術研究 第一節(jié) 研究的關鍵點和難點 關鍵點 將 循環(huán)水熱泵供熱技術在 在實際 中應用時 ，其關鍵在于： 1）負荷要求 負荷要求主要 包括系統(tǒng)的 供熱負荷 、 供熱參數 、運行模式（間歇或連續(xù)）等，這 是 熱泵機組形式和容量配置選擇的關鍵。 2）系統(tǒng)形式確定 綜合考察系統(tǒng)供熱規(guī)模、 輸送距離、 可資利用的資源（蒸汽、 電力 ）等 因素 ，選擇合理的 熱泵連接 形式， 這是保證系統(tǒng)能夠合理、安全、高效運行的關鍵。 3）設備選擇及 匹 配 系統(tǒng)負荷和形式確定之后，根據系統(tǒng)的要求選擇能夠滿足要求的熱泵形式，對于多種形式熱泵組合的系統(tǒng)，還確定各種熱泵的匹配方案，需要研究各種形式熱泵在不同工況下的性能，這是系統(tǒng)能否滿足運行要求的關鍵。 4） 系統(tǒng) 控制 根據 不同的系統(tǒng)以及負荷情況制定相應 的控制策略，對熱泵以及水泵等輔助設備進行實施調節(jié)，首先保證系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運行滿足末端負荷的需求，并使熱泵機組處于高效運行狀態(tài)。 難點 1） 專用熱泵設備 對于電廠循環(huán)水熱泵供熱系統(tǒng)，一方面作為低位熱源的循環(huán)水溫度較高，凝汽器出水溫度一般為 20～ 30℃ ，同時 需要產生滿足使用要求的（采暖或生活熱水）熱水，溫度相對較高，一般為 50～ 60℃，如此工況下，目前常規(guī)的水源熱泵機組無法滿足使用要求 ；另一方面，為減小循環(huán)水熱泵供熱系統(tǒng)的輸送能耗，需要增大循環(huán)水和供熱熱水溫差，常規(guī)水源熱泵機組冷凍水和冷卻水的 供、回水溫差較小，無法滿足大溫差運行的這一要求。因此，需要根據電廠循環(huán)水熱泵供熱系統(tǒng)的運行工況設計開發(fā)出專用的熱泵機組。 2）運行優(yōu)化 如何根據不斷變化的外界條件（循環(huán)水溫度、環(huán)境溫度、用戶用熱規(guī)律等）來設計與調控系統(tǒng)，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行并實現綜合性能的最優(yōu)化，這方面的工作需要經歷詳細數據采集，模型優(yōu)化分析、實際調試三個階段。首先需要采集機組設備運行及性能參數、循環(huán)水溫度變化等資料，搭建系統(tǒng)模型進行理論優(yōu)化分析，指導系統(tǒng)的實際運行調試，并根據測試結果對理論模型進行改進完善，進一步對實際運行參數進行調整，這樣 不斷完善優(yōu)化模型和改進運行參數，最終實現運行最優(yōu)的目的。 第二節(jié) 設備及系統(tǒng) 研究 設備開發(fā) 1）多級串聯(lián)的熱泵機組 多級 串聯(lián)的熱泵機組，其特征是至少由兩臺熱泵單元組成，如圖 31 所示 三級串聯(lián)熱泵機組 ，每臺熱泵單元均是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成，分別通過管路連接成三個相互獨立的制冷工質循環(huán)回路。三臺熱泵的冷凝器相互串聯(lián)成為一個 三級的 管殼式換熱器，熱水回水依次流經 第三級冷凝器、第二級冷凝器和第一級冷凝器逐級加熱后流出；三臺熱泵的蒸發(fā)器串聯(lián)成為 一個管殼式換熱器， 循環(huán)水進水依次經過各級冷凝器 逐級 降溫后送出。 本設備的 優(yōu)點就是能夠將較低的熱水回水梯級加熱到較高的溫度，能夠實現大溫差、小流量的運行方式，系統(tǒng)的綜合能源利用效率大大提高，主要體現在：第一，冷卻水升溫方向與冷凍水的降溫方向相反，降低了蒸發(fā)器和冷凝器的溫差，減少了不可逆?zhèn)鳠釗p失，機組整體的性能系數得到提高；第二，采用熱泵設備串聯(lián)的方式，可以根據不同溫升梯度段的工況選取不同的熱泵單元，保證每臺熱泵能夠在其高效工況運行；第三，采用溫度梯級升降的方式，可以生產出較高溫度(55℃ ) 的熱水，同時還可以根據用戶的用熱要求，通過控制熱泵運行臺數來調節(jié) 熱水出水溫度；第四，冷凍水和冷卻水的供、回水溫差增大，降低了系統(tǒng)的輸配能耗以及管網統(tǒng)投資。 圖 31 三 級串聯(lián)熱泵機組流程示意圖 2） 多級工質串混聯(lián) 型熱泵機組 多級 工質 串 混聯(lián) 型熱泵機組 其特征在于：該機組由兩級或兩級以上的冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機及相應的節(jié)流裝置和連接管路組成；各級冷凝器熱水管路相互串聯(lián)，構成一個連通的進出回路，共用一個水系統(tǒng)；各級蒸發(fā)器冷水管路相互串聯(lián)，構成一個連通的進出回路，共用一個水系統(tǒng)；相鄰冷凝器制冷劑管路之間通過節(jié)流裝置串聯(lián) 連接，最末級冷凝器與第一級蒸發(fā)器通 過節(jié)流裝置連接；相鄰蒸發(fā)器制冷劑管路之間也通過節(jié)流裝置串聯(lián)連接 。 如圖 32 所示 的三級 工質串混聯(lián) 型熱泵機組， 第一級冷凝器壓力大于第二級冷凝器壓力，第二級冷凝器壓力大于第三級蒸發(fā)器壓力，第三級冷凝器壓力大于第一級蒸發(fā)器壓力，第一級蒸發(fā)器壓力大于第二級蒸發(fā)器壓力，第二級蒸發(fā)器壓力大于第三級蒸發(fā)器壓力。來自第一級蒸發(fā)器的過熱或飽和制冷劑蒸汽被 一級 壓縮機壓縮后進入第一級冷凝器冷凝成制冷劑液體，所放出的冷凝潛熱加熱熱水高溫段；來自第二級蒸發(fā)器的過熱或飽和制冷劑蒸汽被 二級 壓縮機壓縮后進 入第二級冷凝器冷凝成制冷劑液體，所放出的冷凝潛熱加熱熱水中溫段；來自第三級蒸發(fā)器的過熱或飽和制冷劑蒸汽被三級壓縮機壓縮后進入第三級冷凝器冷凝成制冷劑液體，所放出的冷凝潛熱加熱熱水低溫段；第一級冷凝器流出的制冷劑液體通過第一級冷凝器出口冷劑節(jié)流 閥 節(jié)流降壓后進入第二級冷凝器，所放出的熱量亦用于加熱熱水中溫段，并與第二級冷凝器中 冷凝的制冷劑液體匯合后流出，一起通過第二級冷凝器出口冷劑節(jié)流閥 節(jié)流降壓后進入第三級冷凝器，所放出的熱一級冷凝器 二級冷凝器 三級冷凝器 一級蒸發(fā)器 二級蒸發(fā)器 三級蒸發(fā)器 節(jié)流閥 節(jié)流閥 壓縮機 壓縮機 壓縮機 熱水供水 熱水回水 循環(huán)水進水 循環(huán)水出水 量亦用于加熱熱水低溫段，并與第三級冷凝器中冷凝的制冷劑液體匯合后流出，一起通過第三 級冷凝 器出口冷劑節(jié)流閥 節(jié)流降壓后進入第一級蒸發(fā)器，部分制冷劑液體從冷水高溫段吸熱蒸發(fā)變?yōu)檫^熱氣或飽和氣，再被一級壓縮機壓縮進入第一級冷凝器，另一部分制冷劑液體流出第一級蒸發(fā)器，通過第一級蒸發(fā)器出口冷劑節(jié)流 閥 進一步節(jié)流降壓后進入第二級蒸發(fā)器，部分制冷劑液體從冷水中溫段吸熱蒸發(fā)變?yōu)檫^熱氣或飽和氣，再被二級壓縮機壓縮進入第二級冷凝器；剩余的制冷劑液體再流出第二級蒸發(fā)器，通過第二級蒸發(fā)器出口冷劑節(jié)流 閥 進一步節(jié)流降壓后進入第三級蒸發(fā)器，從冷水低溫段吸熱蒸發(fā)變?yōu)檫^熱氣或飽和氣，再被三級壓縮機壓縮進入第三級冷凝器；如此循環(huán)往復 ，完成從冷水吸熱，加熱熱水的目的?？梢钥闯?，本機組將熱水和冷水分別分成了三段，熱水在三段冷凝器中梯級升溫，冷水在三段蒸發(fā)器中梯