任晓东

（太原市热力集团有限责任公司， 山西 太原 030000）

引言

集中供热满足了大部分北方城镇的冬季室内热舒适性，热量由热源集中生产，通过一次管网和二次管网输送至用户末端散热设备，在室外温度较低的情况下，维持室内温度恒定。对于热网来说，供回水温差和循环流量决定了热量输送的多少。以热电厂为热源的供水温度设计为150～110℃，以区域锅炉房为热源，供热规模较小时，供水温度采用95℃，而一次网回水温度一般设计在70～55℃[1]。考虑安全运行问题，一次网供水温度不宜过高，考虑传统换热器换热效果，一次网回水温度也不宜过低，否则会导致无法正常散热，用户室温很难维持正常供热水平。随着供热面积的扩增，需扩大热网循环水的热量携带能力，但热网循环流量受限于既有管网管径无法持续增加，故为增加热网输送能力，采用大温差吸收式换热机组深度提取热源热量，提高管网供热能力，同时为热源进行余热回收提供便利条件[2]。

1 项目概况

本项目属于太原市集中供热工程，2012年有热力站190余座，供热面积1 660万m2，近年供热面积逐年扩充，为应对管网热量输送不足的问题，自2013年开始，每年新设大温差吸收式换热机组，截止到2016—2017年采暖季，总供热面积2 700万m2，其中采用141台大温差换热机组进行供热，大温差热力站占总供热面积的50.84%，大温差换热机组的投运解决了管网供热能力不足的问题。同时，配置了太原钢铁生产工艺产生的余热辅助热源。通过降低一次网回水温度，极大限度地提取余热水热量，促进热源供热系统的节能降耗与增收减排。

2 大温差换热机组介绍

大温差换热机组采用的是溴化锂吸收式热泵制热循环的原理，利用一次网供水作为驱动，深度提取一次网的热量，拉大一次侧供回水温差，提高热网供热能力。大温差换热机组可在不改变二次网运行参数的前提下，降低一次网回水温度，利用热泵原理实现“逆温差”换热。

大温差换热机组可以在20%～100%负荷范围内无极调节，且部分负荷范围的性能指数要高于满负荷指数，二次侧热水出口温度高，变工况、变负荷性能优良，其主要由两部分组成，即热水型吸收式热泵和并联的板式换热器。热水型吸收式热泵由发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器构成。

并联的板式换热器则作为发生器一次网出水与蒸发器一次网进水的衔接，板式换热器将发生器出水进一步降温，并加热二次网热网循环水后，作为余热进入蒸发器，利用内部溴化锂吸收式循环，深度提取一次网热量，将一次网回水温度降至二次网温度以下，输送回热源端进行下一个热力循环。

当原有热力站进行大温差吸收式换热机组改造时，保留原有板换系统，可与吸收式换热机组并联使用，提高热力站换热设备备用率。一次侧由吸收式换热机组和板式换热器并联，当一次网供水温度较低或二次网供水温度较高，换热机组无法正常启用时，关闭吸收式换热机组入口阀门，全部二次网回水由原板式换热器加热；当一次网供水温度较高时，满足机组启运条件，关闭板式换热器进水阀门，全部二次网回水由吸收式换热机组加热。吸收式换热机组与原板式换热器并联使用，提高了全采暖季热力站负荷调整的灵活性，并提高了热力站供热能力和供热可靠性。

3 集中供热系统控制

本项目在2013年进行大温差换热机组改造的同时，增设了全网平衡软件控制系统，协助热网进行一次网水力工况与热网运行状态控制，通过减少热力站冷热不均现象，与大温差吸收式换热机组一同为一次网回水温度降温，运行效果显著。

3.1 一次侧控制

一次侧采用均匀性调节的控制方式，控制功能通过全网平衡软件实现。

热网的均匀性调节是以各个热力站供热效果相同为目标进行的调节，由稳态下的热平衡方程得到的，基本上反映了该热力站所承担的建筑平均室温，如果将各个热力站的二次侧供回水平均温度调整到趋于设定值，则可以近似认为采暖房间的室温是彼此均匀的。

各热力站的二次网供回水平均温度趋于设定值为热网的调节目标，对各热力站一次网供水流量进行调节，保证各热力站间的均匀供热，避免由于冷热不均、为了保证偏冷用户达到供热要求而造成过热用户的浪费。因此，这种调节方式是保证供热要求的节能降耗手段。

3.2 二次侧控制

根据该供热管网的历史供热数据和供热效果，确定能基本保证二次网运行且不发生大面积水平失调和垂直失调的平米流量指标，根据该供热管网的历史供热数据，确定能保证二次网基本运行的热负荷，依据各热力站建筑形式、结构特点、建设年代及管网新旧程度等，设定回水温度最低值，使全网平衡软件自动控制一次网流量，调整二次网供回水温度以满足供热需求。

4 运行效果分析

4.1 大温差换热机组运行效果

自2013年进行大温差换热机组改造与热网全网平衡自控改造，热网运行稳定性显著提高，供热一次网平米流量大大降低，且一次网回水温度较低，有利于热源进行余热回收[3]。

经过2013年—2016年四个暖期的运行，在一次侧供水温度较高的情况下，大温差换热机组可将一次网回水温度降低至25℃左右。且由于本项目大范围使用大温差吸收式换热机组，可在原有管网整体结构不变的情况下，提高既有管网输送能力30%以上。图1为2017年2月11日某吸收式换热机组热力站瞬时数据图表。

图1 各热泵机组热力站数据图表

对近几年的运行数据分析发现，每当热源温度低于85℃时，机组的一次网回水温度会明显提高，因此，为确保大温差机组的高效运行，需要保证一次网供水温度在85℃以上，当热源温度不能满足此要求时，将切换至原有换热器加热系统工作，以确保系统高效运行。

4.2 大温差换热机组与热源余热回收协同效果

热网采用大温差换热机组与全网平衡软件进行一次网水力工况调整后，一次网回水温度大大降低。一次网回水送回电厂前，经由太原钢铁余热回收系统进行加热，最高可将一次网回水温度加热至62℃左右，其最大余热回收量约100 MW。经太钢余热回收系统加热后，一次网回水温度提高到进行大温差供热改造前的回水温度水平，之后再由电厂加热后供出。由于增设了大温差吸收式换热机组，使本项目在2016—2017采暖季中，增加供热量75万GJ左右。

4.3 全网平衡调节效果

由于本项目采用全网平衡技术，实时调整一次网水力工况，消除远、近端热力站冷热不均现象，降低热网运行能耗。2016—2017采暖季，供热面积2 689万m2，总耗热量1 058万GJ，热单耗0.396 GJ/m2；在项目改造前，2012—2013采暖季，供热面积1 657万m2，总耗热量700万GJ，热单耗0.422 GJ/m2。上采暖季热单耗比改造前降低6.2%，节能效果显著。

下页图2为2016—2017采暖季二次网平均温度、供回水温差及外温曲线，由运行曲线图可以看出，二次网供回水平均温度始终保持平稳运行状态，供回水温差也基本保持设定值，基本消除了2013年以前，热力站之间的冷热不均现象，系统运行十分稳定。

图2 2016—2017年采暖季二次网平均温度、供回水温差及外温

5 结论

1）大温差换热机组可以大幅度降低一次网回水温度，根据运行数据发现，一次网供水温度不宜过低，低于80℃时，降温效果不好。在一次网供水温度较高时，一次网回水最低可降至25℃左右。

2）热网大部分热力站进行大温差改造后，一次网大温差运行效果明显，可在既有管网不变的前提下，提高管网输送能力30%以上。

3）采用全网平衡软件对一次网进行水力工况控制，可消除因远、近端热力站冷热不均造成的一次网回水温度较高的现象。通过对比项目改造前后供热能耗，因消除近端热力站过热现象，优化一次网水力工况，可节能6.2%。

4）热力站采用大温差吸收式换热技术，热网采用全网平衡优化一次网水力工况，降低一次网回水温度，有利于热源处进行余热回收，提高余热回收效益。

通过2013—2017年四个采暖季的实际运行，大温差换热机组及全网平衡调控运行稳定，从根本上解决了热网输送与平衡问题，提高了热网扩容能力与自动化水平，且节能效果显著，同时也符合中央提出的北方地区冬季清洁取暖、节能减排的精神。

[1]贺平，孙刚.供热工程：第4版[M].北京：中国建筑工业出版社，2009：11；45.

[2]张世钢，付林，李永红，等.吸收式换热过程及设备[J].暖通空调，2015，45（9）：85-90.

[3]李永红，张世钢，付林.不同热网回水温度对电厂余热回收供热的经济性影响[J].区域供热，2015（4）：5-9；22.