论喷射式热泵在供暖系统中的应用.doc

1、论喷射式热泵在供暖系统中的应用摘要：介绍喷射式热泵原理，在集中供暖系统中起到的作用，以及在某二级站的应用、数据分析等。 关键词：喷射式热泵供暖系统温差放大节能减排 中图分类号：TS914.3+2 文献标识码：A 一、喷射式热泵原理简述 热泵系统是制冷系统的反循环，把蒸发器的蒸气压缩输送到冷凝器的压缩机是制冷机和热泵的核心。压缩机可以采用电驱动或者热驱动。采用热驱动的“压缩机”主要有溴化锂和喷射器两种设备。 喷射式热泵/制冷系统在 1904 年以水作为制冷剂运行成功，是世界上最早商业化的制冷系统，其后由于更为紧凑、高效的机械制冷系统出现而失去商业化机会。上世纪 70 年代开始，由于能源危机，出于

2、余热和太阳能利用的目的，喷射式制冷系统再次引起人们重视。 喷射式热泵工作原理非常简单，主要是依靠高压气体从喷嘴高速喷出口，在喷嘴附近形成低压/真空，将蒸发器内的蒸汽带走，从而维持蒸发器内部低压，使得制冷剂不断在蒸发器内从液态吸热变为气态；而被引射进入喷射器的蒸气在喷射器内部继续流动、不断升压，在喷射器出口形成中压，在冷凝器内放热。 从而，通过喷射器将蒸发器段的低温热量输送到了冷凝器的中温/中压区域。 二、在供暖系统中的应用及意义 集中供暖系统回路主要由一次换热站和二次换热站构成，一次、二次换热站之间的循环水系统将电厂抽汽加热热量传送至二次换热站。 采用热泵的供暖回路如下图所示： 可以看到，在热

3、泵供暖系统中，首站热泵和二级站热泵承担了热量传递的任务。 首站热泵在汽轮机抽汽的驱动下从凝汽器冷却水中抽取热量，然后抽汽热量和冷却水中吸取热量共同进入热网系统。在二级站热泵的作用下，热网循环水回水温度相比原系统降低了 15 摄氏度（从 60 度减低至45 度） 。由于有二级站热泵的作用，从而依然可以保证输送至用户的供水温度依然维持在 6065 摄氏度。 如果一次换热热网的热水流量不变，由于输送热水温差从 30 摄氏度增大到了 45 摄氏度，从而热网供热能力可增加。同时，由于首站和二级站之间回水温度从 60 度降低到了 45 度，散热损失亦可降低。 被热泵吸收了部分热量的凝汽器冷却水温度进一步降

4、低，设计温降为 10 度，则凝汽器冷却水从 25 度（用户提供平均值）降低到 15 度，此时这部分冷却水继续送至冷却塔水盘，或者直接回到凝汽器进水蓄水池。如果在严冬季节，冷却塔可以采用部分直通、甚至全部直通的方式来防止凉水塔结冰或者其它不确定危害。 二次换热站热泵的运行驱动能源来源于热网热水高温段。从而该热泵系统不需要额外建设供能管线，而采用了热能梯级利用的方法实现热泵运行。而热泵取热来源则来源于热水在换热器利用后即将进入回水管网之间的低温段。以上设计实现了热水资源“深层次”利用，提高了热网供热效率。 总结起来，该热泵热网系统增加了从冷却水中获取的低品位热量，热网总供热能力增加、热电厂低品位余

5、热能资源得到了有效利用；在原热网系统不改变的条件下，可增加供暖负荷，提高了热网适应性、增加了原建热电厂的运行生命周期；换热站热泵主要起到了温差放大器作用，其重要意义在于可实现热网降回水温度运行，可起到降低循环泵功耗、减少热网环境散热的作用。 三、热泵案例应用分析 应用测试地点、现状及目标： 本次热泵应用地点为辽宁某热电集团区域供暖二级热站。该热站供暖面积为 30 万平，站内采用壳管式水水换热器。 考察以往供暖参数为：二次网供回水温度最大值仅为 50/41.由于供暖面积已达到最大值，在不改造供暖管道及换热设备的情况下无法增加供水温度、满足用热户要求。 因此，在不改变原有管道、设备的情况下，在次热

6、站安装一台喷射式热泵机组，可以实现降低一次管网回水温度，增大温差，增加供暖热量，提高二次网供给热用户供水温度的目标。 技术路线及方案： 主控内容： a.采用一次网供水驱动热泵，回收一次网回水低位热量，从而形成单位一次网水量条件下增加供热量的目的。 b.热泵对二次网回水进行加热，热泵加热水再进入原换热站换热器，与之形成串联关系。 c.热泵系统与原换热站换热器为并联、旁路关系，可在 1 分钟内关闭热泵、恢复到原换热器工艺。 d.热泵在一次网供水高于 80 摄氏度时运行。 改造内容： 一次网循环水： 首站换热器的一次网热水首先进入二级站热泵的发生器，为二级站热泵提供驱动热源，使工质在发生器内蒸发，成

7、为高温高压气体，作为喷射器的工作蒸气； 一次网热水出发生器后再进入二级站原换热器，对由热泵冷凝器流出的二次网循环水进行再加热； 降温后的一次网循环水再流入热泵的蒸发器，对一次网热水进一步降低温度后返回首站换热器，使工质在蒸发器内蒸发，形成低温低压气体，作为喷射器的引射蒸气。 二次网循环水： 二次网循环水回水首先进入热泵的冷凝器为二次网循环水升温，使工质在冷凝器内凝结成液体； 二次网循环水出冷凝器后，再进入二级站原换热器进一步提升二次网循环水的温度，再供给采暖用户。 换热站热泵系统在原有供热管线上进行调整，用户回水经过热泵、原换热器两次加热，升温到用户所需温度。该方案继续使用原换热站内的换热器，

8、形成了热泵、换热器两次串联加热回路，同时热泵系统可以随时切出系统、恢复原换热站流程，从而保证了换热站安全性和经济性。热泵与换热器的热负荷可以通过调整热泵供热负荷进行调整，热泵工作负荷可调整范围为 0%100%。这保证了加热站热泵系统根据来水温度、流量和用户回水、供水温度进行动态调整。在热泵工作负荷为 0%时，换热器工作流程与原系统完全一致，并且增加了换热面积；当热泵负荷 100%时，可以实现换热站最经济运行，效率最高。 运行结果及分析： 1.测试记录表（摘要） 2.数值分析 二级换热站热泵实际上是“温差放大器” ，依赖于热水高温段热能做工能力提高了热网供回水温差。记录显示通过热泵机组的运行后，

9、热网一次网的供回水温差增大 5 度（从 30 摄氏度增加到 35 摄氏度） ，目前热网的供暖面积为 30 万平方米，通过二次换热站热泵系统，则可实现 35万平方米的供暖面积。 因此，通过运行记录可得，运行热泵后 1、系统在二次供热站工况条件下运行时，对客户端供热量的增加平均为 10%。 2、系统在二次供热站工况条件下运行时，机组的效率最高可达到1.5。 四、结论 带有二次供暖回路的热网，如果通过热泵温差传递的方式，可以在满足终端热用户需求的条件下，降低一次供热回路管线回水温度、保持供水温度和水量不变，则可以实现现有管网不变而增加负荷的目的，同时降低了低品位余热（汽轮机凝汽器循环水）温度提升范围

10、可以有效提高热泵运行效率。对于一次供暖回路的热网，可以在电厂换热站处直接通过热泵实现低品位余热回收，由于一次热网供水温度较低、与加热抽汽温差较大，从而在热泵加热之后可进一步通过蒸汽加热提高供水温度，实现增加总供热量的目的。 现今能源的供需矛盾日益突出，倡导环境、能源、经济的可持续发展成为当代迫在眉睫需要解决的战略问题，本方案采用成熟的喷射式热泵节能技术，保持供水温度和水量不变，则可以实现现有管网不变而增加负荷的目的，降低一次供热回路管线回水温度、实现了节能降耗。 参考文献 【l】李善华 康慧编著集中供热设计手册 ，1998 【2】陆耀庆主编实用供热空调设计手册 ，中国建筑工业出版社，【3】海口石兆玉编著供热系统运行调节与控制 ，清华大学出版社，l994.1 【4】马文永区域集中供热系统水力平衡探讨 ，2011 年 24 期