应用于太原市的双级大温差吸收式换热器运行性能实测与分析

区域供热2019.5期

1引言

我国的工业中含有大量的废弃热源,包括化工厂、钢铁厂产生的废水余热[1-2]、电厂发电结束后的乏汽余热[3],工业排放的废弃余热[4]等。余热的含量巨大,大部分的余热温度处于40℃~80℃水平[5],但其中有一半以上的余热均为得到有效利用,而是通过冷却设备直接排放掉。事实上,余热的温度水平相比冬季供暖所需的室内温度高20K~60K[5],利用余热进行区域供热是一种有效回收该热源,从而满足不断增加的供热负荷需求的方式。付林等设计了一种利用吸收式循环的热电联产集中供热系统,采用该系统可降低供热一

次管网的回水温度至低于二次网的温度的水

平,从而能够更有效的回收热源处的余热,同

时在不改变管网结构下有效扩大供热规模[6]。在该系统中,吸收式换热器起核心作用,它能

够实现一二次网流量极不匹配之间的换热。

吸收式换热器分为第一类与第二类。其

中第一类吸收式换热器可实现小流量、大温

差的热源与大流量、小温差热汇间的热量传

递过程,一般用于热力站中;第二类吸收式换

热器可实现大流量、小温差的热源与小流量、

大温差热汇间的热量传递过程,一般用于热

应用于太原市的双级大温差吸收式

换热器运行性能实测与分析

清华大学建筑节能研究中心易禹豪谢晓云江亿

【摘要】我国工业中存在着大量直接被排掉的余热。随着国家“清洁供暖”重要

指示的提出与北方城市供暖需求的不断扩大,对如何有效回收这些工业余热的相关

研究与工程案例也不断被提出。付林等提出了利用吸收式换热器降低一次网回水温度,实现大温差换热的方式,该方式能够有效地在不改变现有管网系统下,扩大供热

规模,同时能够回收更多的低品位余热资源,实现清洁供热。目前吸收式换热器已经

在多地投入运行,获得了良好的实际效果。本文对应用于太原市的双级大温差吸收式

换热器在2018-2019供暖季的运行性能进行了实测与分析,选择了多台不同容量的

机组进行测试。不同机组的运行负荷率在5%~98%之间,在各负荷率下机组均能稳定

而高效的运行,实测温度效率在1.2~1.43之间,一次网出水温度可降低至低于二次网

入水温度10K~25K水平。实测结果表明机组能够在初末寒期的极端工况,一次网入

水温度低至65益水平下正常运行,即机组可在全工况范围下正常运行。该结果对系统

进一步利用的模式设计具有指导意义。

【关键词】吸收式换热器;大温差供热;流量比;温度;效率

DOI编码:10.16641/11-3241/tk.2019.05.002

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图1第一类吸收式热泵的原理图

源处。本文主要对第一类的吸收式换热器进行了性能测试与分析,其原理如图1所示。它由一个第一类吸收式热泵与一个板式换热器组成,区别于传统单独的板式换热器安装在一二次网热交换站处。当一次网进水温度为110℃,二次网的进出水温度分别为40℃和50℃时,传统的板式换热器只能将一次网的出水温度降低至40℃以上,但采用吸收式换热器的一次网出水温度可降低至20℃水平,从而使其能够与热源处的余热直接换热,有效增加余热利用率。此外,在一次网水流量不变的情况下,采用吸收式换热器的供热量是传统板式换热器供热量的1.3倍。据此,吸收式换热器在热电联产系统和长距离供热系统中也起到关键作用[7],对其性能的研究成为了

清洁供热发展的一个重要途径。

对于最基本的吸收式换热器,由于实际热量传递过程中温度变化范围巨大,导致系统每个换热器内的换热三角形都很大,从而造成能量品位的损失。因此,需要对机组进行优化来降低这部分损失,从而提高整体的运行性能。目前,吸收式换热器的优化研究主要集中在国内,有两类研究方向,包括对内部性能的优化以及对外部流程的优化。在内部性能优化方面,李静原等根据温度品位与耗散等相关理论,对吸收式热泵内吸收器的传热过程进行了分析与优化,提出了进口参数的匹配和流量匹配理论,减少系统的耗散,从而改善了系统的性能[8]。王笑吟等对吸收式换热器二次网水的流量分配比例进行了理论分析,通过计算了系统最小的

耗散量,得到了

二次水的最佳流量比例[9]。上研究均可对系统的性能优化设计提供指导。而在系统的流程研究上,目前的研究主要通过实现一次网水的串联加热方式,增加换热的台阶数,从而减少换热耗散。主要的流程包括多级与多段的换热方式。多段的系统由江亿等提出,换热器被分为多个不同的压力段,在该系统中,一股溶液流经各段的腔体,实现串联换热过程[10]。王升等建立了吸收式换热器的不匹配传热模型,并提出了一种基于入口耗散分析的优化设计方法,得出了段数不宜超过3的结论[11-12]。朱超逸等建立了多段系统的仿真模型,并设计了系统的结构[13-14]。在赤峰市研发并应用了一台180kW 的机组,实测一次网出水温度可低于二次网进水温度10K~15K 。而在多级系统的研究上,才华等对系统的设计要点与设计顺序进行了详细的研究,并设计了一台1MW 容量的两级系统,对其在末寒期的运行性能进行了测试[15]。

到目前为止,多级或多段吸收式换热器的实际运行性能参考数据较少,只有一些小容量、短时间的测试结果。而不同容量机组在全供暖季的实际运行情况,对机组的性能评价与优化设计具有重要的参考价值。在去年供暖季,一批由本课题组与清华同方合作设计的不同容量的双级立式吸收式换热器在太原市内各热力站得到安装与实际运行。本研究选择了多台不同容量的机组进行全供暖季工况的性能测试,通过对测试结果进行分析,来评价机组的实际运行情况与影响其工作性能的相关参数。2双级大温差吸收式换热器的流程与

结构

图2与图3分别展示了应用于太原市

的

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图2双级立式吸收式换热器的换热流程图

图3双级立式吸收式换热器的结构示意

图

双级大温差吸收式换热器系统的流程与结构,该系统由两个不同的吸收式热泵(AHP )与一个板式换热器组成。一二次水的换热流程如图2所示,其中,两个AHP 系统分别被称作第一级与第二级AHP ,第一级AHP 系统由高压发生器,低压蒸发器与相应的冷凝器

和吸收器组成;第二级则由低压发生器,高压蒸发器与相对应的热交换器组成。高温一次网进水首先进入第一级AHP 的高压发生器,换热后进入第二级AHP 的低压发生器,之后进入板式换热器与二次网水进行间壁式换热。之后一次网水进入第二级AHP 的高压蒸

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