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吸收式换热机组

  • 产品名称:吸收式换热机组
  • 产品分类:吸收式换热机组
  • 公司名称:山东聚翔科技有限公司
  • 联系方式:186-5313-8666
  • 公司地址:山东省济南市长清经济开发区
  • 添加时间: 20/04/08
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吸收式换热机组介绍
一、技术开发背景
据相关数据显示,我国北方地区城镇采暖面积多达120亿平方米,其中城镇集中供热面积约为71亿平方米。采暖用能超过1.8亿吨标准煤(燃煤约占90%),不仅消耗了大量能源,还带来了严重的环境问题,是北方地区冬季雾霾的主要成因之一。为了改善环境问题,目前北方城市已经基本淘汰燃煤锅炉房,取暖主要以热电联产集中供热为主,取得了一定的效果。但城市热电联产集中供热仍然存在很多问题:第一,供热热源不足,主要是建筑总量飞速增加,另外由于大气环境治理的要求,需严格控制城区燃煤锅炉及燃煤电厂的建设;第二,管网输送能力成为集中供热发展的瓶颈,热源供热半径迅速扩大,热网投资负担加大,且城市大规模建设,容积率提高,原有管网难以满足要求。
为了解决上述瓶颈问题,“基于吸收式换热的热电联产集中供热技术”在此背景下产生。热力站吸收式换热机组是“基于吸收式换热的热电联产集中供热技术”的两大关键设备之一。其原理是:在热力站采用新研制的吸收式换热机组代替常规水水板式换热器,大幅降低一次网回水温度,从而在不改变城市一次管网管径前提下大幅度提高一次热网输送能力,增加二次侧供热量,并为回收电厂余热创造条件;在热电厂,设置新研制的以吸收式热泵为核心的电厂余热回收机组回收空冷岛乏汽或冷却塔循环水余热,并对一次网回水进行梯级加热。该技术可提高热电厂供热能力30%以上,提高一次热网输送能力75%左右,降低供热能耗40%左右,为我国大型热电联产机组远距离高效供热开辟了新途径,是我国热电联产集中供热领域的一项重大原始创新。该技术在北方城镇热电联产集中供热领域中具有大的推广应用价值。

二、工作原理
吸收式循环原理
吸收式循环主要利用了溴化锂溶液的吸湿性及水在真空条件下低沸点的性质。以吸收式循环为基础的吸收式机组(制冷机、热泵、换热机组等)主要由4大部件组成——发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器,溴化锂溶液及冷剂水在这四个部件中循环,完成多种换热过程。下面进行详细说明。
1.发生器:溴化锂稀溶液在发生器内被高温热源加热浓缩,产生水蒸气及溴化锂浓溶液,同时热源温度降低。水蒸气进入冷凝器,溴化锂浓溶液进入吸收器。
2.冷凝器:由发生器产生的水蒸气进入冷凝器后,由于外部循环水的温度较低,水蒸气冷凝变成冷剂水,放热给外部循环水,循环水温度升高。冷剂水进入蒸发器。
3.蒸发器:冷剂水进入蒸发器后,由于压力降低,其沸点降低到外部循环水温度以下,此时冷剂水蒸发吸热,产生的水蒸气进入吸收器;同时外部循环水放热,温度降低,产生制冷效果。
4.吸收器:在吸收器里,浓溶液吸收水蒸气稀释为稀溶液,该过程是一个放热过程,外部循环水被加热。产生的稀溶液再次进入发生器,进行下一个循环。
完整的溴化锂吸收式循环流程如下图所示。


从外部的角度看,发生器、蒸发器将外部循环水温度降低,而在冷凝器和吸收器内,外部循环水的温度升高。如果利用蒸发器的外部循环水,则可以产生制冷的效果;如果利用冷凝器和吸收器的外部循环水,则可以产生制热的效果。
常规吸收式换热机组原理
常规吸收式换热机组的工作原理与吸收式循环基本相同,也就是说,其内部溴化锂、冷剂水的循环是一样的,区别在于外部循环水的流程。
由于发生器、蒸发器内都发生将外部循环水降温的过程,而冷凝器、吸收器内的过程均为将外部循环水升温,所以可以让一次水依次通过发生器和蒸发器进行降温,让二次水依次通过吸收器和冷凝器进行升温。为了让热量互相匹配并达到更大的换热效果,需要在中间增加一个板式换热器。
经过这样的组合流程,从外部看,可以看到吸收式换热机组达到了这样的效果:一次水温度逐级降低,降低至比二次水还低的温度;二次水逐渐被加热,从而达到需要的供热温度。
补燃型吸收式换热机组原理
如果一次水的热量不足,不能驱动常规型吸收式换热机组产生足够的冷量,一次水温度也无法降到更低的温度。为了解决这一问题,补燃型吸收式换热机组在常规溴化锂循环的基础上,增加了燃气补燃热量,从而使机组产生更多的冷量来冷却一次水,将一次水回水温度降低得更低。补燃型吸收式换热机组的内部循环如下图所示:


吸收式换热机组的典型流程如下图所示:一次网高温供水依次通过机组发生器、水/水换热器、机组蒸发器,逐级放热降温;二次网回水分两路,一路进入机组吸收器和冷凝器梯级升温,另一路进入水/水换热器与一次水逆流换热。吸收式换热机组在实现热量由一次网交换至二次网的过程中,突破了常规换热装置的限度,使一次网回水温度显著低于二次网回水温度,从而可以减少了换热不可逆损失,不仅使一次网的热量输送能力大幅提高50%以上,而且为热源回收余热创造了有利条件。

在上述技术基础上,我们进一步发明了基于吸收式换热的集中供热新工艺流程,如下图所示:在热力站设置吸收式换热机组,在热电厂设置由凝汽器、多级吸收式机组和汽/水换热器组成的余热回收机组,两类设备的组合应用实现了集中供热系统热量的梯级利用,高程度的消除了换热过程中的不可逆损失。该技术一方面大幅度提高热网的供热能力,另一方面通过大量回收汽轮机乏汽余热,可使热电厂因回收乏汽余热而提高供热能力30%以上。
该技术近几年在我国北方地区得到了较为广泛的推广应用。



根据基于吸收式换热的集中供热工艺流程特点,进一步优化改进吸收式换热机组流程和结构,并开发出相应的系列化产品:
1)整体型吸收式换热机组,单台换热量4~12MW;
2)分体型吸收式换热机组,单台换热量2~16MW;
3)补燃型吸收式换热机组,单台换热量4~12MW;
4)模块型吸收式换热机组,单台换热量1MW及以下。
三、吸收式换热机组性能及分类
吸收式换热机组是“基于吸收式换热的热电联产集中供热技术”的两大关键设备之一,主要应用于集中供热热网的换热站,替代传统板换,实现一次水与二次水的有效换热。与传统板换直接换热相比,吸收式换热机组充分利用一次水高温热源与低温二次水之间品位差带来的作功能力,驱动溴化锂机组产生制冷效果,在不影响二次网供热参数的前提下,大幅度降低一次水的回水温度,使之远低于二次水回水温度,从而增加一次水的供回水温差和一次热网的输配能力。
吸收式换热机组采用两级蒸发/吸收、多回程错流滴淋发生的吸收式换热流程,进一步减少了机组内部的不可逆传热损失。通过优化内部管排结构和喷淋装置,解决了溶液小循环量、低压损条件下的布液难题,改善了各部件内的传热传质性能。在二次网供回水参数相同前提下,与常规循环相比一次水的进出口温差大幅增加,可降低一次网回水温度至20℃左右,从而可以产生如下效果:


(1)一次网供回水温差大幅度增加,可提升既有热网输配能力80%,避免既有管网的扩容投资;
(2)减少一次管网输送水量,从而改变管网水力调节环境,使管网分配更容易调节,尤其有利于改变末端换热效果。
(3)减小新建大型热网的管径、免除回水管网的保温措施,大幅降低新建管网投资;
(4)一次网回水温度大幅度降低,为效率回收电厂余热创造了条件。

根据基于吸收式换热的集中供热工艺流程特点,我们进一步优化改进吸收式换热机组流程和结构,并开发出相应的系列化产品:
(1)整体型吸收式换热机组
根据吸收式换热机组热媒(一次水,二次水)小流量大温差变化的换热特点,发明了两级蒸发/吸收、多回程错流滴淋发生的吸收式换热流程,并将其与板式水水换热器整合为智能化的吸收式换热机组结构,如下图所示,进一步减少了机组内部的不可逆传热损失。通过优化内部管排结构和喷淋装置,解决了溶液小循环量、低压损条件下的布液难题,改变了各部件内的传热传质性能。机组通过上述改进,在二次网供回水参数相同前提下,与常规循环相比一次水的进出口温差大幅增加,可降低一次网回水温度至20℃左右。

应用场合:场地较大、一次热量充足的换热站

(2)补燃型吸收式换热机组
开发了具备燃气补燃功能的吸收式换热机组,将燃气直燃发生器与热水发生器优化集成,在几乎不增加设备体积的情况下,形成热水、燃气双能源驱动,实现了以一次热网为基础热源、天然气为调峰热源的我国北方地区理想的供热采暖模式,并通过多能源互补的方式提高了供热质量保障性。天然气在进行热力站分布式调峰的同时,还可进一步降低一次网回水温度,从而更大幅度降低一次网流量。另外,机组自带烟气余热深度回收装置,可将烟气温度降低至20℃左右,从而深度回收烟气中的显热及水蒸汽凝结潜热,使天然气利用效率较传统方式提高15%左右,并基本消除了烟囱冒白烟现象。
补燃型吸收式换热机组梯级利用能源,在初末寒期热源热量充足时,利用热水驱动来满足供热需求;随着外温的降低,用户热负荷增加,当热源提供的一次热水不能满足热负荷需求时,则启动燃气补燃驱动,进一步提高机组供热量,同时再次降低回水温度,从而实现再次挖潜热源供热能力,实现供热效果的良性循环。综合整个供热过程来看,启动补燃的时间仅为较冷的一个月左右时间,因此,总体燃气供热量仅占整体供热量的5%左右。补燃型吸收式换热机组实现了能量的梯级利用,以低品位的一次热水作为基础热源、以高品位的天然气作为调峰热源,能源利用效率高,运行费用合理。
补燃型吸收式换热的热负荷延时曲线如下图所示:


应用场合:场地较大、一次能源不足、具备燃气的换热站

(3)分体式吸收式换热机组
针对热力站空间小、安装搬运困难的问题,在保留继承上述整体式机组优点的基础上,进一步优化结构,合理分区,开发了模块化分体式吸收式换热机组,通过不同功能模块的合理组合,以搭积木的方式,可自由组合成不同容量(单机换热量2~16MW)、不同类型(热水,热水+燃气补燃,热水+电动)的吸收式换热机组,各模块外形标准统一,加之智能化的电控系统设计,使机组体积更为紧凑,制造、安装、搬运、使用也更为灵活。应用场合:场地或运输条件较小、安装位置高度较高的换热站



(4)模块型吸收式换热机组
针对热力站空间特别狭小的问题,在保留继承常规型吸收式换热机组优点的基础上,进一步优化结构,开发了模块型吸收式换热机组。模块化机组的容量在300kW-1000kW之间,外观统一,接口位置便于多机组并联运行。此类型机组体积特别小,高度低,重量轻,安装方便,使用灵活使用场所更加广泛。
应用场合:场地或运输条件狭小、安装位置分散的换热站


四、吸收式换热机组特点
1、吸收式换热机组根据供热系统参数定制,保证全工况高性能稳定运行。
对于集中供热系统而言,整个采暖季一次网供水温度、流量,二次水的供回水温度、流量都会根据热负荷的变化进行大幅波动,特别是一次水供水温度,温度波动范围30-50℃,吸收式换热机组需要根据完整采暖季的历史运行记录进行全工况分析,针对不同的热网系统进行定制设计,包括足够的储液空间、流通通道,冷剂污染防护和结晶防护等,能够保证限度工况下,机组稳定运行,并且当工况变动时,可以实现平稳过渡,始终保持机组有效运行状态,一次网出水温度整个采暖季保持在30℃或25℃以下,即使一次水温度降至60℃以下时,吸收式换热机组仍然能够稳定运行。
2、供热工况设计理念,采用多级蒸发和多级吸收的结构
溴化锂吸收式机组在以往多用于空调制冷,基本按照制冷工况进行设计,制冷机工况不同于热泵工况,制冷机的运行工况由国家标准规定,为单一工况,冷热水进出口温差5-7℃,而供热工况非常复杂,运行中变动非常大,其冷水和热水的进出温差也非常大,可达30℃以上。采用多级蒸发多级吸收的流程,可以实现梯级换热,加大机组的进出口温差,从而降低机组出口温度,提高机组效率。
3、单台机组双供热分区结构,自动分配每个分区热量
吸收式换热机组分为Ⅰ型和Ⅱ型两种规格,其中Ⅱ型机组可以同时承担两个不同压力不同供热参数的供热分区,并且根据每个分区热负荷的实时需求,通过电动分配阀自动分配一次网流量,同时满足两个分区的供热要求。
4、备用板换供热模式,满足70%以上出力
吸收式换热机组主要由热泵主机和水水板换组合而成,当外部停电或机组故障导致主机停机时,可以通过内部阀门切换,切换到仅利用内部水水板换供热的模式,供热出力仍然可以达到设计出力的70%以上,保证供热安全。
5、采用有效板换,提高机组换热性能
换热站供热常发生的事情是板换二次侧结垢,一般情况下热力公司每年都要清理一次板换。吸收式换热机组的板换是一个重要的流程,采用的有效板换,二次侧流道是一次侧流道的2倍,二次侧设计流量是一次侧设计流量的1.2-1.5倍。机组正常运行时,只要二次侧和一次侧的流量在1:1时仍然能够达到湍流状态,因此,即使发生二次少量水结垢现象,换热器仍然保持较高的换热系数,一般情况下也不会影响机组的正常运行。
6、机组全自动智能控制,数据实施传回监控中间,远程检测和分析,无人值守。
吸收式换热机组配备公司自主开发的专家远程监控管理系统,机组所有参数均可发送到研发中心远程监控中心,可以对每台设备进行全方面数据管理,分析机组运行情况,并对机组状况进行全面监控,可随时随地检查机组运行状态,一旦机组出现问题时,能够第一时间发现并提出解决方案,通知当地售后服务部门,快速到达现场解决问题,以减小损失,保证供热安全。
专家远程监控管理系统是通过基于GPRS的无线传输功能实现的换热机组的实时数据采集,从而通过数据分析实时监控换热机组的运行情况、运行性能分析、故障报警、地址导航等功能。
该监控管理系统将数据远程传输到服务器,进行数据分析,数据诊断;任何一个技术和售后人员均可以随时方便的通过手机和电脑登录网站来查看机组的运行状况,对有问题的机组,技术人员可通过性能分析将解决方法发布到网站上,同时售后人员可以在现场结合实际情况以高快速度处理问题,保证用户稳定的供热温度,使换热机组的自动化控制达到一个新的高度。系统通过GIS系统精准定位,可以帮助每位售后服务人员准确找到机组位置,进行设备维保。


五、大温差供热技术特点
大温差供热技术是对现有集中供热技术的颠覆性创新。采用吸收式换热机组进行供热,在实现一次网和二次网换热、保证二次侧供热参数不变的前提下,基本上不增加能源消耗而实现一次网的大温差供热,解决了热网输配瓶颈,并为电厂余热深度回收、远距离输热创造了条件。
我公司与大连理工大学、山东大学合作开发的“吸收式换热机组”,目前在大温差供热领域具有以下技术优势:
(1)系统配置优势:
大温差供热技术并不是为了实现单个换热站的回水温度,而是为了实现供热母管的大温差,因此,需要对所有换热站综合考虑。在方案阶段,不仅需要对可进行大温差改造的换热站进行设备选型计算,还需要对常规换热站进行改造可行性分析,同时由于各换热站阻力变化,还需要对热网进行水力平衡和热力平衡分析,设计出优化的一次网低温回水。我们的技术团队不仅具有大温差换热站的设备选型能力,还具有常规换热站改造设计能力、管网水力平衡计算能力,可以很好实现系统的大温差供热设计,并兼顾改造的经济性。
(2)系统控制优势:
在进行大温差改造之后,系统之中形成了常规换热站、大温差换热站并存的情况,整个热网的水力和热力情况均发生了很大的变化,常规控制方法无法满足现有的系统,需要进行改进。公司经过多年的城市级大温差改造,积累了丰富的控制经验,形成了完善的系统控制策略。公司参与的大同棚户区改造项目、襄垣项目均已实施效果良好。
(3)系统调试优势:
大温差供热系统的目的在于总体的热网回水的降低。因此,系统调试不仅在于各个换热站吸收式换热机组的正常运行,还包括常规换热站站内调节、热网水力调节等多方面的操作,实现整个热网平衡供热。在城市级改造的方案中,花费99%投资的吸收式换热机组大温差改造工程可以将热网总体温度降低10-15℃(目前常见的情况),而投资仅1%的常规换热站改造和热网调节可以再降低2-3℃回水温度,效果明显,是降低回水温度的重要手段之一。公司技术团队具备大温差换热站、常规换热站、热网调节等全系列的系统综合调节能力。

六、应用案例情况
1、整体、分体型吸收式换热机组应用案例
大同市同煤“两区”热网改造工程


2009年采暖季

2010年采暖季

“两区”供热面积(万平米)

260

636

“两区”供热负荷(MW

156

383

一次网原设计供回水温度()

120/70


针对上述情况,在大同棚户区选择了14座热力站进行了改造,安装了18台吸收式换热机组,替代热力站原有的传统板式换热器。改造后棚户区供热面积大幅度增加,热网供热能力提高38%,回水温度降至30℃以下。

2、补燃型吸收式换热机组应用案例
济南市西苑换热站吸收式换热机组改造工程
该换热站所负责区域采暖方式为暖气片采暖,换热站的供热面积为27万平米,安装了1台补燃型吸收式换热机组,替代热力站原有的传统板式换热器改造后一次供回水温度由原来的50℃降为25℃。
安装补燃型吸收式换热机组后,可将热网回水温度进一步降低。




3、模块型吸收式换热机组应用案例
1)郑州市热力总公司绿城百合三期热力站大温差供热改造试点项目:
2015年供热现状:
采暖综合热指标按45W/m2计算,2015年绿城百合三期热力站的供热面积为7.8万平方米,供热负荷为3510KW。该热力站的设计的入网面积为12.5万平方米,随着供热面积的不断增加,供热负荷需求将达到5625KW,存在约4.7万平方米的缺口,而该热力站本来的供热效果就不好,供热能力不足。作为城市基础设施的一项重要组成部分,绿城百合三期的冬季采暖问题如不能解决,则严重限制该区域居民的生活水平,影响和谐稳定发展。因此,该热力站亟待提高供热能力。
2015年供热运行参数如下:


供热面积

(m2)

供水温度

()

回水温度

()

热网水流量(t/h

供热热负荷(KW

7.8

107

44

48

3510


针对上述情况,在2016年对该热力站进行了改造,站内安装五台(模块型)吸收式换热机组,替代热力站原有的传统板式换热器,在满足二次网的供热工况条件下,将一次网的回水温度降低至25℃左右。采用大温差集中供热技术,在不改变城市管网的情况下,提高了热力站的供热能力,改造后实现12.5万m2的供热面积,满足了2016年冬季绿城百合三期居民采暖的紧迫需求,并为郑州热力总公司实施城市级大温差集中供热技术应用积累了实践经验。

2)银川市宁夏电投热力有限公司热力站大温差供热改造试点项目:
根据银川清洁供热的整体规划及部分热力站目前存在一次管网输配能力受限,供热能力不足等问题,2017年宁夏电投热力有限公司在所属供热区域荣恒换热站、花香苑换热站作为试点,采用温差吸收式换热机组,改造后保证两个换热站二次网供回水温度不变的情况下,降低一次网回水温度,增加现有一次管网的输配能力,增加换热站的供热面积。
由于荣恒换热站位于地下室,运输通道尺寸只有1.5×1.5×2.9(米),运输通道及安装空间十分有限,受运输通道限制,我方根据现场条件选用模块型大温差吸收式换热机组,并对系统进行优化设计,所提供的本热力站容量8MW的机组分为6个分体模块运输,单体最大件运输尺寸只有1.5×1.45×2.85(米)。 



4、吸收式换热机组的部分典型业绩
我们司是“基于吸收式换热的集中供热节能技术”和“吸收式换热机组”的技术产业化载体,具有多年“吸收式换热机组”设计、检验、安装、调试及售后服务的经验,拥有多项类似产品实施的成功工程案例。在此列出我方吸收式换热机组项目部分典型业绩如下:


序号

项目建设

单位名称

工程项目

名称

产品名称

及总数量

1

北京源深节能技术有限公司

未来科技城项目

吸收式换热机组

2

2

大同煤矿集团

有限责任公司

煤矿机电设备

采购项目

吸收式换热机组

2

3

中能服(北京)

节能投资

有限公司

海拉尔项目

吸收式换热机组

2

4

太原市

热力公司

太原市集中供热工程热力站所需补燃型吸收式换热机组采购及服务

吸收式换热机组

2

5

大同煤矿集团

有限责任公司

大同煤矿集团

平旺大温差二期工程

吸收式换热机组

4

6

大同煤矿集团

有限责任公司

大同煤矿集团

平旺大温差一期工程

吸收式换热机组

2

7

北京华清微拓

节能技术股份

有限公司

忻州热力公司

余热回收利用项目

吸收式换热机组

2

8

襄垣县泰瑞达

供热有限公司

襄垣县热电联产集中供热乏汽余热利用

改造工程二期工程

吸收式换热机组

4

9

大同煤矿集团

有限责任公司

棚户区改造工程指挥部

大同煤矿集团棚户区改造项目三期换热站工程

吸收式换热机组

3

10

大同煤矿集团有限责任公司采煤深陷区综合治理办公室

大同煤矿集团采

煤沉陷区综合治理

项目三期换热站工程

吸收式换热机组

2

11

郑州市热力总公司

郑州市热力总公司大温差吸收式换热机组设备采购与服务

吸收式换热机组

1

12

长春市热力(集团)有限责任公司

长春市热力(集团)有限责任公司采购吸收式换热机组项目

吸收式换热机组

1

13

石家庄市鹿泉区集中供热管理二处

怡家花园吸收式大温差换热机组设备采购项目

吸收式换热机组

1

14

石家庄市鹿泉区集中供热管理二处

永基花苑吸收式大温差换热机组设备采购项目

吸收式换热机组

1

15

大连众瑞供热工程有限公司

大连众瑞供热工程有限公司大温差机组热力站改造试点工程项目

吸收式换热机组

1

16

大连大发电供热有限公司

大连大发电供热有限公司军械所换热站大温差机组改造试点工程项目

吸收式换热机组

1




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