一种可实现多区域独立供热的吸收式换热器及调试方法
技术领域
本发明属于节能技术领域，具体为一种可实现多区域独立供热和灵活调节的吸收式换热器及调试方法。
背景技术
随着我国城市的发展，出现了越来越多的高层建筑群。针对此类建筑进行供热时，由于其具有多层数和高热量需求的特点，采用单套常规供热系统会出现超压和垂直水力失调等问题。目前，解决此类建筑的供热问题是在热力站采用二次网分区的供热系统。通常，二次网需要根据水压分为高、中、低区分区，同时也根据建筑功能进行分区，以满足建筑不同高度的区别以及建筑功能差异带来的不同供热需求。在现有的系统中，在热力站内采用板式换热器进行一二次网水的热量交换，二次网有几个分区，就安装几套板式换热器，每个分区的板式换热器和一二次网参数分别按照该分区末端进行设计。不同分区二次网的温度，流量和压力完全独立，能够实现多区域独立供热和灵活调节。
然而，如果采用板式换热器进行一二次网水的换热，那么一次网出水温度就一定高于二次网进水温度。这样，一次网供回水温差受限，再加上一次网水流量的限制，系统的供热能力就受到限制。此外，由于一次网出水温度较高，回到热源处就必须用高品位的热量才能加热。针对以上问题，提出了应用在热力站的溴化锂吸收式换热器，代替常规板式换热器实现一次网高温热水向二次网入户热水的换热过程。该系统可将一次网回水温度大幅降低，提高管网供回水温差和供热能力，实现清洁供暖，目前已经被广泛应用于北方地区的集中供热系统中。
那么，是否可以将吸收式换热器与分区系统结合起来，让分区系统的一次网出水温度也能降低，从而推动清洁供暖改造的发展？由于吸收式换热器的初投资较高、机组占地较大，将每个分区的板式换热器都换成吸收式换热器受到经济和场地条件制约，是不可实现的。因此，只能考虑采用一套吸收式换热器，满足给所有分区供暖的要求。基于吸收式换热器内部流程结构的复杂性，实现这一目标并不容易，该设备需要满足三方面的要求：1.该设备应支持多股不同温度、不同压力二次水同时输入、输出，多股水之间应没有温度、压力或流量上的相互影响，实现绝对的独立可控。这里针对压力独立的要求非常严格，为了保证各个不同压力水路之间永不出现串压情况，多股二次水回路之间不能存在管路物理连接，因为即使质量很好的阀门或减压装置也不可能完全保证压力的独立；2.该设备应支持吸收式换热器的开机条件，即在供暖初期启动溶液循环之前可通过简单的常规换热将每股二次水的温度提高，以防止溶液循环后出现瞬间结晶故障；3.该设备应具有灵活调节的能力，即当其中某些分区的实际热需求低于设计值时，能够通过调节系统的相关参数，实现这些分区的供热量降低至对应的实际需求，而其他分区的供热量仍为设计值。当系统处于部分负荷时，能够通过仅调节一次网流量，实现各分区的供热量按照相同的比例调节。目前，已有的各种吸收式换热器专利(如专利CN201710641952.5、专利CN201910360578.0、专利CN201610425770.X)均无法同时满足上述三个要求。
为此，本申请提出一种可实现多区域独立供热和灵活调节的吸收式换热器，设计了多级独立的吸收式换热流程，包含多个独立的外部冷水管路输入输出，并通过外部热水管路将多个独立循环连接为一个整体，在实现热水水温梯级降低以提高机组性能的同时，实现多股冷水水路温度、流量、压力的相互独立，在供热初期可通过每级独立吸收式换热循环内部的水水换热器在不开启溶液循环之前对冷水进行初步加热以防止结晶。此外，设计了系统的调节方法，以满足实际运行时两种不同情况出现时，经过简单调节后系统能够正常运行。通过上述方式，本申请所述技术可满足采用一台吸收式换热器设备实现多区域独立供热的三个要求。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种可实现多区域独立供热和灵活调节的吸收式换热器，其特征在于，包括：热水管路进口、热水管路总管阀门、吸收式换热器、热水管路出口、各级的冷水管路进口和各级的冷水管路出口；二次水由各级的冷水管路进口进入吸收式换热器并由各级的冷水管路出口排出，用于通入一次水的热水管路进口通过热水管路总管阀门与吸收式换热器中的发生器热水管路相连；吸收式换热器的蒸发器热水管路末端与用于排出一次水的热水管路出口相连；
所述吸收式换热器包括：p级独立的冷水管路，其中2≤p≤4，各级冷水管路进入后，先分为控制旁路和换热主路两路，随后控制旁路和换热主路汇合至各级的分区冷水管路出口。
所述吸收式换热器还包括：p级内部独立的吸收式换热流程、发生器热水管路、蒸发器热水管路和水水板换热水管路，各级吸收式循环中的蒸发压力依次逐级升高；发生器热水管路正向与各级发生器相连，蒸发器热水管路反向与各级蒸发器相连，其中按蒸发压力逐级提高的方向进行的连接为正向，反之为反向；发生器热水管路出口与水水板换热水管路总进口相连，水水板换热水管路总出口与蒸发器热水管路进口相连；水水板换热水管路与各级水水板换热侧相连。
所述水水板换热水管路与各级水水板换热侧相连的方式分为：全并联方式、正向串联方式和反向串联方式三种，其中：
全并联方式为：水水板换热水管路总进口分为p路，每路分别连接每一级水水板换热侧进口，每一级水水板换热侧出口再汇合，之后连接水水板换热水管路总出口；
正向串联方式为：水水板换热水管路总进口按照蒸发压力由低至高的顺序将各级水水板换顺序联通，之后连接水水板换热水管路总出口；
反向串联方式为：水水板换热水管路总进口按照蒸发压力由高至低的顺序将各级水水板换顺序联通，之后连接水水板换热水管路总出口。
所述换热主路分为两路，一路与冷凝器和吸收器相连，另一路与水水板换冷侧的相连，两路汇合至各级换热主路的出口。
冷水管路中与冷凝器和吸收器相连的一路的连接方式分为：并联方式、吸收器为入口的串联方式和冷凝器为入口的串联方式三种，其中：
并联方式为：分为并联的两支路，一支路连接该级冷凝器、另一支路连接该级吸收器，两路的出口汇合；
吸收器为入口的串联方式为：依次连接吸收器和冷凝器；
冷凝器为入口的串联方式为：依次连接冷凝器和吸收器。
所述控制旁路由管道和冷水管路旁通阀门组成。
所述吸收式换热器中的至少一级的实际供热需求低于为该级设计的供热量，需要降低所对应分级的供热量时；在降低一次网流量的同时降低所对应分级中控制旁路的流量，以在降低所对应分级的供热量的同时并保持其他分级的供热量不变。
本发明的有益效果在于：
1.通过多级独立的吸收式换热流程和多级独立的冷水管路(用于供热系统时也就是独立的二次水管路)，实现了对多个独立二次水路加热的目的，并且多个二次水路均具备独立调节流量、温度、压力条件，不存在相互影响，避免了各个不同压力水路之间出现的串压情况。
2.通过独立的吸收式换热流程，每级存在独立的水水板换，可在机器启动初期在不开启溶液循环和冷剂水循环的条件下，仅通过每级的水水板换实现对冷水的加热过程，换将二次水温度提升至30℃以上，以防止溶液循环后出现溶液结晶问题。
3.通过多级独立的吸收式换热流程，使热水在多级发生器、多级蒸发器实现水温多级梯级降低，可有效提高吸收式换热器性能。
4.实现了仅通过一台设备即可为多分区独立供热，减少设备数量，降低初投资及采用吸收式换热器供热所需的占地面积。
5.在供暖期间如果机组真空侧溶液及冷剂水循环需要故障检修，可采用每级独立的水水板换对各级冷水加热，保证机组连续供暖的可靠性。
6.通过在热水管路总进口安装流量调节阀，以及将冷水管路分成两条支路，其中旁通支路的进出口直接连通并安装流量调节阀，使系统具备灵活调节能力，能够在上述不同情况出现时，完成正常的分区供暖，同时实现吸收式换热器降低一次网回水温度的能力。
附图说明
图1为本发明一种可实现多区域独立供热和灵活调节的吸收式换热器实施例1中独立的吸收式换热流程(溶液循环、冷剂水循环)及冷水管路(采用吸收器为入口的串联方式)的结构示意图；
图2为本发明实施例1中吸收式换热器的结构示意图；
图3为本发明实施例1中水水板换热水管路与各级水水板换热侧相连(采用全并联方式)的示意图；
图4为本发明实施例1中分区1的供热量和流量调节关系图；
图5为本发明实施例1中吸收式换热器的工作温度及工作流程图；
图6为本发明实施例2中水水板换热水管路与各级水水板换热侧相连(采用正向串联方式)的示意图；
图7为本发明实施例3中水水板换热水管路与各级水水板换热侧相连(反向串联方式)的示意图；
图8为本发明实施例4中独立吸收式换热流程及独立冷水管路(采用并联方式)的示意图；
图9为本发明实施例5中独立吸收式换热流程及独立冷水管路(采用冷凝器为入口的串联方式)的示意图。
图中：
1-发生器；2-冷凝器；3-吸收器；4-蒸发器；5-溶液换热器；6-水水板换；7-发生器热水管路出口；8-水水板换热水管路进口；9-水水板换热水管路出口；10-蒸发器热水管路进口；13-热水管路进口；14-热水管路出口；15-吸收式换热器；16-热水管路总管阀门；17-冷水管路旁通阀门；101-第一级发生器；102-第二级发生器；103-第三级发生器；401-第一级蒸发器；402-第二级蒸发器；403-第三级蒸发器；601-第一级水水板换；602-第二级水水板换；603-第三级水水板换；1101-第一级二次网进口；1102-第二级二次网进口；1103-第三级二次网进口；1201-第一级二次网出口；1202-第二级二次网出口；1203-第三级二次网出口；1701-第一级二次网进出口旁通阀；1702-第二级二次网进出口旁通阀；1703-第三级二次网进出口旁通阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1～图3所示的一种可实现p个分区供热的楼宇式吸收式换热站的实施例，其中2≤p≤4，包括：热水管路进口13、热水管路总管阀门16、吸收式换热器15、热水管路出口14、各级的冷水管路进口和各级的冷水管路出口；二次水由各级的冷水管路进口进入吸收式换热器15并由各级的冷水管路出口排出，用于通入一次水的热水管路进口13通过热水管路总管阀门16与吸收式换热器15中的发生器热水管路相连；吸收式换热器15的蒸发器热水管路末端与用于排出一次水的热水管路出口14相连。
如图1～图3所示的吸收式换热器15包括：p级内部独立的吸收式换热流程、发生器热水管路、蒸发器热水管路、水水板换热水管路和p级独立的冷水管路，各级吸收式循环中的蒸发压力依次逐级升高；即各级蒸发器4的蒸发温度(即腔体内的饱和水温度)依次增加；发生器热水管路正向与各级发生器1相连，蒸发器热水管路反向与各级蒸发器4相连，其中按蒸发压力逐级提高的方向进行的连接为正向，反之为反向；发生器热水管路出口7与水水板换热水管路总进口8相连，水水板换热水管路总出口9与蒸发器热水管路进口10相连；水水板换热水管路与各级水水板换6热侧相连；各级冷水管路进入后，先分为控制旁路和换热主路两路，随后控制旁路和换热主路汇合至各级的分区冷水管路出口，其中控制旁路由管道和设置在管道上的冷水管路旁通阀门17组成；换热主路继续分为两路，一路与冷凝器2和吸收器3相连，另一路与水水板换6冷侧的相连，两路汇合至各级换热主路的出口。
由于每级的冷水管路与其它级冷水管路间相对独立，因此可实现温度、流量、压力独立可调。同时，由于每级独立的吸收式换热流程包含独立的水水板换6，在启机过程可在不启动溶液和冷剂水循环的条件下，仅通过每级的水水板换6为该级的冷水加热并使其温度升高，从而可防止溶液循环后出现结晶问题。在供暖期间机组真空侧溶液及冷剂水循环需要检修时，可采用各级的水水板换6独立对各级冷水进行加热，满足机组检修时各级的供热需求。
水水板换热水管路与各级水水板换6热侧相连的方式分为：全并联方式、正向串联方式和反向串联方式三种，其中：
全并联方式为：水水板换热水管路总进口8分为p路，每路分别连接每一级水水板换6热侧进口，每一级水水板换6热侧出口再汇合，之后连接水水板换热水管路总出口9；
正向串联方式为：水水板换热水管路总进口8按照蒸发压力由低至高的顺序将各级水水板换6顺序联通，之后连接水水板换热水管路总出口9；
反向串联方式为：水水板换热水管路总进口8按照蒸发压力由高至低的顺序将各级水水板换6顺序联通，之后连接水水板换热水管路总出口9。
冷水管路中与冷凝器2和吸收器3相连的一路的连接方式分为：并联方式、吸收器为入口的串联方式和冷凝器为入口的串联方式三种，其中：
并联方式为：分为并联的两支路，一支路连接该级冷凝器2、另一支路连接该级吸收器3，两路的出口汇合后再与水水板换6冷侧的出口汇合至各级的分区冷水管路出口；
吸收器为入口的串联方式为：依次连接吸收器3和冷凝器2，出口与水水板换6冷侧的出口汇合至各级的分区冷水管路出口；
冷凝器为入口的串联方式为：依次连接冷凝器2和吸收器3，出口与水水板换6冷侧的出口汇合至各级的分区冷水管路出口。
所使用的调试方法为：在每年或第一次开机前进行调试中，实际有些分区的用户入住率低于设计值，因此这些分区的用户的供热负荷小于设计值，从而出现一些分区的负荷低于设计值，但另外入住率足够的分区负荷等于设计值的情况，需要依据各级的实际供热需求对各级的供热量进行调整；具体的，当吸收式换热器15中的至少一级的实际供热需求低于为该分区设计的供热量，需要所对应级数的供热量时；通过调节一次网总流量调节阀16的开度，以降低一次网流量，可实现各级供热量按照相同的百分比下降；同时通过调节二次网中控制旁路的流量，以降低二次网流量，可实现各级供热量与用户的供暖需求相匹配；即，在降低一次网流量的同时，降低所对应级数中控制旁路的流量，实现各级供热量与用户的供暖需求相匹配。
分区调试方法通过在热水管路总进口安装流量调节阀，以及将冷水管路分成两条支路，其中控制旁路的进出口直接连通并安装流量调节阀，并在不同情况出现时给出了对应的调节方式，使系统在具备了灵活调节的能力，特别是在正式运行之前的调试时。
在正常运行后，根据整个供暖季内不同外部环境下负荷的不同需求，对一次网总流量进行调节，此过程中各冷水管路旁通阀门维持不变。
如图4和图5所示的实施例1为太原市的某三级机组，即p＝3，吸收式换热器15包括：3级内部独立的吸收式换热流程、发生器热水管路、蒸发器热水管路、水水板换热水管路和3级独立的冷水管路，包括3级的发生器1，3级的冷凝器2，3级的吸收器3，3级蒸发器4，3级的溶液换热器5和3级水水板换6；各级吸收式循环中的蒸发压力依次逐级升高(3级最高)；即各级蒸发器4的蒸发温度(即腔体内的饱和水温度)依次增加；具体的，第一级内部独立的吸收式换热流程的热负荷为960kW，供热量为959kW；第二级内部独立的吸收式换热流程的热负荷为480kW，供热量为481kW；第三级内部独立的吸收式换热流程的热负荷为480kW，供热量为481kW；
在实施例1中，经水水板换热水管路通过各级水水板换6热侧吸热的流程为：由水水板换热水管路总进口8进入的热水分为3路，分别与第一级水水板换601、第二级水水板换602和第三级水水板换603的热侧进口相连，随后各水水板换热侧出口流出再汇合至水水板换热水管路总出口9并排出；
一次水的工作流程为：由热水管路进口13和热水管路总管阀门16进入发生器热水管路(此时温度为110℃)的一次水依次进入三级的发生器1放热后，由发生器热水管路出口7进入水水板换热水管路总进口8并分为3路，3路温水分别与第一级水水板换601、第二级水水板换602和第三级水水板换603的热侧进口换热降温，随后各水水板换热侧出口流出再汇合至水水板换热水管路总出口9；继续由水水板换热水管路总出口9经蒸发器热水管路进口10进入蒸发器热水管路反向并依次进入三级的蒸发器4放热，最后由热水管路出口14排出；
二次水的工作流程为：各级冷水管路进口(第一级二次网进口1101、第二级二次网进口1102、第三级二次网进口1103)进入各级之后(此时温度均为45℃)分为控制旁路和换热主路两路，其中控制旁路通过各冷水管路旁通阀门17(第一级二次网进出口旁通阀1701、第二级二次网进出口旁通阀1702、第三级二次网进出口旁通阀1703)控制流量；换热主路又分为两路，一路进入水水板换6的冷侧吸热，另一路顺序经过吸收器3和冷凝器2吸热，随后在冷凝器2的出口与水水板换6的冷侧出水口汇合后再与控制旁路汇合，最后再由各级的分区冷水出口(第一级二次网出口1201、第二级二次网出口1202、第三级二次网出口1203)排出(此时温度均为54.6℃)。
实施例1的调试方法为：当图5中的第一级冷水管路所对应的高区用户，由于实际入住率低于设计值，高区用户的实际供热需求下降，低于设计供热量，而中区与低区(对应系统第二级与第三级)的实际供热需求等于设计供热量。此时，通过调节一次网总流量调节阀16开度，降低一次网总流量，把总阀门调节到一次网流量是设计流量的约90％；同时调节系统第一级冷水管路中控制旁路上第一级二次网进出口旁通阀1701的开度，降低第一级冷水管路中的二次网水进入换热主路的流量，增加第一级冷水管路中的二次网水进入控制旁路从而直接旁通的流量，使第一级中二次网内换热主路的流量只占其总流量的约50％；以实现系统第一级冷水管路从热水管路中的一次网水获得的热量下降，将第一级的实际负荷降低至设计值的80％，而第二级和第三级的实际负荷等于设计负荷不变。这样就通过调节一次网的热水管路总管阀门16和冷水管路的控制旁路旁通阀17开度，实现系统与对应各分区(各级)实际供热需求的匹配。
系统中除第一级外，第二级与第三级冷水管路从热水管路中的一次网水所获得的热量，与在设计工况下系统第二级与第三级冷水管路从热水管路中的一次网水所获得的热量相同。此时，第一级冷水管路向高区用户提供的热量降低至高区用户实际的供热需求值，而第二级与第三级冷水管路分别向中区与低区用户提供的热量仍保持在设计工况下第二级与第三级冷水管路分别向中区与低区用户提供的热量不变。
如图6所示的实施例2，未描述部分与实施例1相同，
在实施例2中，水水板换热水管路与各级水水板换6热侧相连的方式分为：正向串联方式；
在实施例2中，经水水板换热水管路通过各级水水板换6热侧吸热的流程为：由水水板换热水管路总进口8进入的热水按照蒸发压力由低至高的顺序，依次进入第一级水水板换601、第二级水水板换602和第三级水水板换603的热侧进口并换热，随后由水水板换热水管路总出口9排出。
如图7所示的本发明实施例3，未描述部分与实施例1相同，
在实施例3中，水水板换热水管路与各级水水板换6热侧相连的方式分为：反向串联方式；
在实施例3中，经水水板换热水管路通过各级水水板换6热侧吸热的流程为：由水水板换热水管路总进口8进入的热水按照蒸发压力由高至低的顺序，依次进入第三级水水板换603、第二级水水板换602和第一级水水板换601的热侧进口并换热，随后由水水板换热水管路总出口9排出。
如图8所示的本发明实施例4，未描述部分与实施例1相同，
在实施例4中，冷水管路中与冷凝器2和吸收器3相连的一路的连接方式分为：并联方式；
在实施例4中，在冷水管路中进入吸收器3、冷凝器2和水水板换6放热的流程为：由第一级二次网进口1101、第二级二次网进口1102和第三级二次网进口1103进入后，在各级的吸收器3的入口之前分一路进入水水板换6的冷侧进水口，另一路顺序经过冷凝器2和吸收器3吸热，随后在吸收器3的出口与水水板换6的冷侧出水口汇合至各级的分区冷水出口(第一级二次网出口1201、第二级二次网出口1202和第三级二次网出口1203)并排出。
如图9所示的本发明实施例5，未描述部分与实施例1相同，
在实施例5中，冷水管路中与冷凝器2和吸收器3相连的一路的连接方式分为：冷凝器为入口的串联方式；
在实施例5中，在冷水管路中进入吸收器3、冷凝器2和水水板换6放热的流程为：由第一级二次网进口1101、第二级二次网进口1102和第三级二次网进口1103进入后，在各级的吸收器3的入口之前分三路，一路进入该级的水水板换6的冷侧进水口吸热、一路进入该级的吸收器3吸热，最后一路进入该级的冷凝器2吸热；冷凝器2的出口、吸收器3的出口和水水板换6的冷侧出水口汇合至各级的分区冷水出口(第一级二次网出口1201、第二级二次网出口1202和第三级二次网出口1203)并排出。
