引言为促进资源节约，提高能源综合利用效率，热泵技术被广泛应用。吸收式热泵在地热供暖、电厂烟气余热回收中都有广泛地应用。张俊博[1]等针对目前余热回收领域中应用的吸收式热泵先进技术进行综述。吸收式热泵可以有效回收利用电厂中循环水的余热，在不增加机组装机容量的情况下，增加发电量并提高供热能力，提高能源综合利用率[2-4]。当多台热泵设备并联运行时，热网循环水流量达到设计值，可以提高热泵工作效率，因此研究热网循环水的流量分配至关重要。朱锴锴[5]利用数学公式推导水源侧与用户侧循环水流量对热泵制热系数COP的影响。缪斌[6]应用模拟软件对T型管和并联管组内的流体流动进行模拟计算，分别研究入口方式、入口流量等因素对并联管组流量分配均匀性的影响。张润来[7]等人发现U型管路支管截面积与总管截面积的比值对于模型中流量分布的均匀性有很大影响。1研究背景某电厂利用吸收式热泵技术，回收主机循环水余热用于采暖供热，以降低供热能耗，减少碳排放，提高电厂能源综合利用水平。该电厂在已有热网换热站基础上，新增9台吸收式热泵作为基础负荷加热器，利用汽轮机循环冷却水的余热作为热泵低温驱动热源，利用汽轮机部分采暖抽汽作为热泵高温驱动热源。采暖系统的热网循环水总流量为10 000 t/h。热网回水先经过吸收式热泵，温度从55 ℃加热至71 ℃后，再进入热网换热站的尖峰加热器，加热至130 ℃后向厂外热用户供热。该热泵余热利用系统共设置9台热泵，热网水系统采用母管制。根据项目需求，1#至8#热泵型号相同，每台热泵的额定热网循环水量为1 000 t/h；9#热泵的额定热网循环水量为2 000 t/h。热网循环水系统如图1所示，9台热泵距离供回水母管进出口的距离由近到远依次为2-1-4-3-6-5-8-7-9，其中1#、2#、7#、8#热泵出口管道比3#、4#、5#、6#热泵多布置两个弯头，9#热泵进出口管道布置与其他热泵相比管道较长。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.F001图1热网循环水系统运行中发现，9台并联热泵的实际热网循环水流量与设计流量不匹配，降低了热泵的换热效率及额定出力。为了使系统换热量达到额定值，文中利用AFT流体分析软件，对系统中每台热泵的热网循环水阻力和流量分配情况进行计算分析，并采取措施优化流量分配。根据管道布置，将管道规格、长度和管件、设备的局部阻力系数等信息作为软件计算输入条件。其中1#~8#热泵的局部阻力系数为17，9#热泵的局部阻力系数为36。每台热泵进出口阀门处于全开状态。由于热泵的局部阻力系数与管件相比较大，因此对系统的阻力影响也较大。根据原系统管道布置，在AFT软件中搭建模型进行模拟计算，得到每台热泵的热网循环水流量分配结果如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T001表1热泵的热网循环水流量分配结果热泵流量热泵流量1#1 0506#1 0522#1 0627#1 0233#1 0568#1 0334#1 0779#1 6075#1 044t/h管网的水力损失公式为：H=(∑fld+∑ζ)u22g （1）式中：H——管网的水力损失，m；f——管路沿程阻力系数；l——管路长度，m；ζ——管路局部阻力系数；u——管路中的水流速度，m/s。由式（1）可知，系统的总阻力由沿程阻力和局部阻力两部分组成，阻力与流量的平方成正比[8]。热网水流经每台热泵时，局部阻力和沿程阻力不同，导致每台泵分配的流量不均。1#~8#热泵的流量均大于设计流量，而9#热泵的流量只有设计流量的80.3%，占总流量的16.1%，这是由于至9#热泵的管道阻力损失较大导致。为提高整个系统的换热量，应增大9#热泵的热网循环水流量。2不同系统优化方案对比分析在管道布置路线不变的前提下，采取5种方案改变系统阻力，研究不同方案对系统流量分配的影响。2.1方案一——增大9#热泵支管管径并联支路计算公式为：G12ξ1=G22ξ2 （2）式中：G1——并联支路1的流量，t/h；G2——并联支路2的流量，t/h；ζ——并联支路1、2的总阻力系数。将9#热泵支管规格由φ 426改为φ 630，计算流经各热泵的热网水流量，结果如表2所示。可以看出，增大9#热泵支管管径后，9#热泵的热网水流量增大。原因是管径增大后，流速降低使管道的阻力系数减少，由式（2）可知，分配流量增大。采取此方案后，9#热泵的流量与设计流量相比仍然存在较大差距，流量增加不明显，仅增加3.8%左右。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T002表2增大9#热泵支管管径后流经各热泵的热网水流量热泵热网水流量热泵热网水流量1#1 0466#1 0402#1 0517#1 0183#1 0528#1 0234#1 0669#1 6695#1 035t/h2.2方案二——增大热网供回水母管管径将原热网供回水母管管径φ 820改为φ 920，φ 426改为φ 630，计算流经每台热泵的热网水流量，结果如表3所示。可以看出，增大热网供回水母管管径，9#热泵流量增加4.1%左右。与方案一相比略有增大，但是与设计流量相比依然存在较大差距，流量增加不明显。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T003表3增大供回水母管管径后流经各热泵热网水流量热泵热网水流量热泵热网水流量1#1 0396#1 0442#1 0437#1 0233#1 0488#1 0284#1 0629#1 6735#1 040t/h2.3方案三——调节热泵入口阀门开度分别将1#~8#热泵入口的阀门开度调整为50%和40%，计算流经各热泵的热网水流量，结果如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T004表4调节热泵入口阀门开度后流经各热泵热网水流量/（t/h）热泵热网水流量阀门开度50%阀门开度40%1#1 0149702#1 0269783#1 0189714#1 0349845#1 0059626#1 0179727#9949558#1 0049639#1 8882 245当阀门开度为50%时，9#热泵的热网水流量增量约为17.5%；当阀门开度为40%时，其流量增量约为40%。可以看出，通过调整热泵入口阀门开度，9#热泵的流量得到明显改善。这是因为减小1#~8#热泵入口阀门开度，使得并联支路的阻力增加、流量减小，从而使9#热泵流量增大，热泵的流量分配更加均匀。但是阀门长期处于半开状态，流体冲刷阀板会对阀门使用寿命造成较大影响，因此不建议通过此方法长期调整流量。2.4方案四——热泵入口增加阻力元件滤网属于阻力元件，通过增加滤网，既可以过滤水中杂质，又能增加管道阻力。通过调整滤网的孔径，使管道阻力达到期望值，从而调节系统流量分配。经计算发现，当1#~8#热泵入口新增滤网的局部阻力系数为16.13时，计算流经各热泵的热网水流量，结果如表5所示。9#热泵的热网水流量增量约为25%，接近设计流量，系统流量分配比方案三更均匀。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T005表5热泵入口增加阻力元件后流经各热泵热网水流量/（t/h）热泵热网水流量热泵热网水流量1#9996#1 0022#1 0097#9823#1 0028#9904#1 0179#2 0085#9912.5调节母管热网水流量在原系统布置不变的情况下，将热网循环水总量分别由10 000 t/h调整至8 000 t/h和12 000 t/h，计算流经每台热泵的热网水流量，结果如表6所示。可以看出，无论总流量为8 000 t/h还是12 000 t/h，每台热泵流量占总流量的比例不变。由式（2）可知，虽然系统总流量变化，但是每台热泵并联支路的阻力系数不变，因此流量分配比例不变。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.013.T006表6调节母管热网水流量后流经各热泵的热网水流量热泵不同流量下单台泵流量占比情况对比流量8 000 t/h时单台泵流量/（t/h）占比/%流量12 000 t/h时单台泵流量/（t/h）占比/%1#84010.51 26010.52#85010.61 27410.63#84510.61 26710.64#86210.81 29210.85#83210.41 24710.46#84210.51 26310.57#81710.21 22710.28#82710.31 24010.39#1 28516.11 93016.1从1#~8#热泵的流量分配情况看出，无论系统总流量为多少，1#~8#热泵的流量分配大小依次为：42361587。7#热泵流量最小，4#热泵流量最大。理论上，距离热网循环水母管进出口越近，总阻力系数越小，热网水流量越大。由于1#、2#、7#、8#热泵热网水出口管道的布置比其他几台泵增加两个弯头，局部阻力增加，因此对热泵的流量有所影响，导致1#、2#热泵流量并不是最大的。7#热泵热网水进出口距离母管进出口最远，总阻力最大，因此流量最小。3结语（1）采取5种方案，研究不同方案对每台热泵热网循环水流量分配的影响。增大9#热泵支管管径和增大热网供回水母管管径对改善流量分配效果不明显。调节热泵入口阀门开度和热泵入口增加阻力元件均可以较好地改善9#热泵流量较小的问题，使流量分配更均匀。但由于阀门经常处于半开状态，减少了热泵的使用寿命，因此推荐采用增加阻力元件的方法。调节母管热网水流量通过调整系统热网水总量，并不会对每台热泵的流量分配比例产生影响。（2）通过模拟计算可知，由于热泵的阻力系数较大，对系统流量分配有较大影响，建议在热泵选型时，尽量保证每台热泵的阻力系数一致，以利于并联管路介质的均匀分配，使系统换热效率达到最大。