城市热网与地热能复合型集中供热技术应用基础研究

为了提高城市集中供热系统的能源利用效率，降低热力站一次网与二次网之间的不可逆传热损失，本课题是"一种城市热网与地热能复合型集中供热技术"，即在热力站设置地热源吸收式热泵机组，以集中供热系统一次网高温热水驱动，回收地热用于二次网供热。本课题采用理论分析与实验研究相结合，围绕该技术展开系统性的基础研究，主要研究内容包括：该系统特定使用条件下的地埋管换热器的蓄放热特性规律；提出并完善可用于本课题特定使用环境下的吸收式热泵新流程、新工质，为机组设计开发提供理论指导；建立各环节及系统数学模型，开发全工况模拟与设计软件，通过对该系统全年运行特性的模拟研究，建立城市热网与地热能复合型集中供热技术优化集成的指导原则和方法以及系统优化运行调度的理论与方法，可用于指导实际系统的设计。

目前，我国城市集中供热系统普遍存在能源利用效率偏低，污染排放严重的现象；同时，随着城市化进程的加快，集中供热热源的建设滞后于供热负荷需求的增长，并且伴随集中热源的大型化，城市热网的输送距离越来越长，管网投资和运行费用也越来越高。为了解决上述问题，本文提出城市热网与地热能复合型集中供热技术，利用城市热网一二次网之间的大换热温差作为驱动力，在热力站处驱动吸收式热泵提取浅层地热，并将一次热网的热量和浅层地热一起供给二次网。通过该技术可以实现在集中热源不扩容，能耗不变的情况下大幅增加其供热能力20%以上，有效缓解集中供热热源不足的问题；从另一角度来说，在用户负荷相同的前提下，该技术与常规集中供热系统相比可以减少集中热源容量、一次管网投资和运行费用，同时减少污染排放。.本文通过理论分析与实验研究相结合的方法对城市热网与地热能复合型集中供热系统展开基础性研究。首先对系统进行了热力学分析，分别从热力学第一定律和热力学第二定律角度分析了系统的能源利用效率，得出城市热网与地热能复合型集中供热系统的一次能源利用率为1.82，火用效率为0.682，与常规热电联产集中供热系统相比分别提高16.7%和17.9%，与电动地源热泵系统相比分别高出近1倍和38.9%；其次，进行了专用吸收式热泵的研发，针对吸收式热泵的特殊应用场合，提出了两级吸收两级蒸发新流程，采用各部件的传热系数分别计算的方法以提高计算的精确性，建立了吸收式热泵的计算模型，对吸收式热泵机组各部件的结构及机组放汽范围进行了选择分析，最终确定其合理取值为8%-10%，并找出了吸收器及发生器合适的溶液喷淋密度；再次，建立了城市热网与地热能复合型集中供热系统的数学模型，模拟了系统的动态运行特性和性能，将模拟结果与实验测试结果进行比较分析，验证了模型的正确性，模拟结果显示与常规集中供热系统相比，该系统能够提高热源供热能力23%；然后，针对北方地区土壤温度较低的问题，研究了系统的季节性蓄热方法，给出了系统的设计方法，并进行了适用性分析和土壤热平衡分析；最后，针对城市热网夏季利用率低以及夏季空调电力负荷峰值大的问题，研究了系统夏季分布式供冷的运行模式，并与常规分散电制冷方式进行了节能性和经济性比较。通过以上研究可以得出，该技术与常规集中供热技术和电动地源热泵技术相比均具有节能和经济上的优势，值得大力推广。