长输供热工程降低一级网回水温度的运行实践

孙洪治，王鼎力，徐平平，刘锐

（国能宁夏供热有限公司，宁夏 银川 750001）

1 前言

大温差长输供热项目在我国的太原、银川和石家庄等城市已经得到了应用。这是解决城镇化推进中，城市供热面积增大而管网输送能力不足的有效解决方案。

控制一级网的回水温度是长输供热项目的重要运行指标。降低一级网回水温度可有效提升管网的输送能力、降低管网的初投资，同时回水温度较低，回水管路中可减少布置补偿器或不布置补偿器，有利于管网的安全稳定运行。

银川市采用距城市边缘约40km的电厂，进行长距离、跨黄河、大温差热泵技术为市区进行集中供热。二期工程项目于2019年12月开始新建，于2020年11月投入运行，当年实现供热面积约1490×104m2。一级管网的设计供回水温度为130℃/30℃，管径为DN1400mm。在银川市边缘建有一座大型隔压站，隔压站选择配置48台换热器（共24组，每组二级串联运行，单组换热能力为72MW）。二级管网的设计供回水温度为125/25℃，主管网管径为DN1400mm。二期项目共新建有73座吸收式大温差热泵中心站。

经过一个采暖季的调试和运行，通过运行数据分析，对于降低一级网回水温度进行操作实践并总结，以实现在安全运行的基础上，提高管网的输送能力。

2 热泵机组入口参数的影响

吸收式大温差热泵机组是实现大温差供热的核心设备。用户侧冷水分别进入热泵机组和板式换热器，如图1所示，完成换热升温过程。

图1 吸收式热泵机组工艺流程简图

驱动热源是首站输送来的高温水，温度范围为90～130℃。高温水加热热泵发生器中的溴化锂稀溶液，产生蒸汽工质。蒸汽工质在冷凝器中降温后，进入板式换热器加热用户侧部分冷水。然后，返回热泵机组蒸发器再次降温。

用户侧冷水一部分在板式换热器中加热，另一部分冷水则先后经过热泵的吸收器和冷凝器完成升温。最后两部分汇合再送往用户。从73座吸收式大温差热泵中心站选择三座中心站，分别为A中心站（驱动热源为125～25℃；用户侧冷水为40～50℃）、B中心站（驱动热源为125～25℃；用户侧冷水为40～60℃）和C中心站（驱动热源为130～30℃；用户侧冷水为45～75℃）。在采暖期，三座中心站的实验数据如图2所示。由图2可知，三座中心站的一次水进口温度低于90℃时，与常规板换相比，一次回水温度并没有明显的降低，表明此工况下全工况大温差热泵机组的COP较低；当一次进水温度达到95℃以上时，热泵机组一次回水温度明显降低，表明热泵机组的COP明显升高，机组内溴化锂溶液建立稳定、高效的循环。

图2 热泵一次供水温度和一次回水温度的关系

一次水进口温度越高，热泵内溴化锂溶液蒸发器和吸收器工作效率越高，机组COP越高，一次水出口温度也越低。因此，建议在长输大温差管网冬季运行过程中，尽可能提高热泵一次侧热网供水温度，使热泵能够高效发挥作用，拉大管网温差，大幅降低管网的输配电耗。

3 水力平衡的影响

水力平衡是指管网中各用热设备或热用户在流量改变时保持本身流量不变的能力。对于本长输供热工程，实际运行中的水力平衡包括吸收式热泵中心站的二次侧、中心站内多台热泵机组之间和中心站之间的水力热力平衡三部分。

特别是热泵中心站二次侧的水力平衡调整尤为重要。以热泵中心站D为例，研究在一次侧供水温度、流量、室外环境相同情况下，二次侧的水力平衡调整对回水温度的影响。中心站D内安装的9台吸收式大温差热泵机组，中心站外共接30座常规换热站，供热半径超过1km。采用失调度X表示实际供回水温度平均值与设计供回水温度平均值之间的不一致性。失调度反映了供热管网调节的好坏。失调度越大，说明供热管网调节越差。中心站D的运行记录如表1所示。

表1 调整前的中心站D运行参数

如表1所示，中心站D各换热站间失调度较高，说明二次侧管网设计自调节能力差，这意味着热泵二次侧系统管道特性阻力数值与设计的管道特性阻力不一致，容易引起系统的水力热力失调。因此，需对中心站和换热站进行水力热力平衡调整，调整后的运行参数如表2所示。

表2 调整后的中心站D运行参数

由表2中数据可知，随着热泵二次侧失调度的降低，热泵中心站低温侧回水温度降低，一次侧回水温度随之降低。证明了热泵中心站二次侧水力热力平衡调整对一次侧回水温度的降低有显著作用。

4 一二次网的流量配比影响

对于长距离供热项目而言，由于管线通常在30km以上，往往会在一级网上设计布置有中继泵站和隔压站。隔压站一二次侧的运行流量和设计端差也是热泵回水温度高低的重要影响因素。隔压站二次侧出水温度直接决定了下游大温差热泵机组的一次侧进水温度，而热泵的入口参数对于热泵效率的影响十分关键。因此，在实际运行中，应尽量提升隔压站二次侧供水温度。银川长输供热工程隔压站板换的一次侧进出口设计温度为125/25℃，二次侧为130/30℃，端差5℃。在供暖季初期（11月1日～27日），进行隔压站板换的一二次侧流量配比对二次侧温度的影响实验，如图3所示。

图3 隔压站板换两侧参数的变化

由图3可知，当隔压站板换的一二次侧流量相近时，换热端差小于5℃，优于设计值；当板换二次侧平均流量比一次侧流量高出18%～22%时，板换一二次侧端差达到8～10℃，即二次侧供水比一次侧供水低8～10℃。此种情况不利于大温差吸收式热泵机组效能的发挥。因此，建有隔压站的长距离大温差供热项目，隔压站一二次流量尽可能相同，这样二次侧供水温度能够接近一次侧供水温度，利于大温差热泵机组的运行，同时也可满足板换换热条件。

但实际运行中，隔压站二次侧小流量运行，不利于二次侧中心站之间水力平衡的调整。可能会导致水力工况不理想的中心站（换热站）流量不足，因此，为便于中心站之间水力工况调整，隔压站二次侧流量往往会大于一次侧流量。在兼顾中心站之间水力工况调整的前提下，尽可能使隔压站二次侧流量接近一次侧流量，使大温差吸收式热泵处于高效运行区间。

5 结语

大温差长输供热是解决城市供热面积增大而管网输送能力不足的有效解决方案。经过一个采暖季的调试和运行，对银川市的长距离供热工程进行降低一级网回水温度的运行实践总结。得到以下结论：（1）实际运行中应尽可能提高热网供水温度，使热泵能够高效发挥作用。通过三座中心站的数据分析，当一次水进口温度低于90℃时，与常规板换相比，一次回水温度并没有明显的降低。当一次进水温度达到95℃以上时，一次回水温度得到明显降低。并且一次进水温度越高，一次回水温度越低。（2）实际运行中，应尽可能降低热泵二次侧失调度。失调度反映了供热管网调节的好坏。失调度越大，说明供热管网调节越差。通过中心站D的失调度调整，随着热泵二次侧失调度的降低，热泵中心站低温侧回水温度降低，一次侧回水温度随之降低。（3）在运行中，尽可能使隔压站二次侧流量接近一次侧流量。对隔压站进行了板换一二次侧流量配比对二次侧温度的影响实验，当隔压站板换的一二次侧流量相近时，换热端差小于5℃，优于设计值。当隔压站板换的一二次侧流量比增大时，板换一二次侧端差超过设计值。因此，尽可能使隔压站二次侧流量接近一次侧流量，使大温差吸收式热泵处于高效运行区间。

以上是大温差长输工程的运行总结，在设计阶段，还应充分重视用户侧的特征，结合负荷特点选择热泵机组的型号。从而可以在安全运行的基础上，提高管网的输送能力。