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瑞典斯德哥尔摩Ropsten海水源热泵供热站设计

2014-06-10来源:土木在线

提要 本文详细介绍了瑞典斯德哥尔摩Ropsten海水源热泵站的概况, 然后分析了该供热站的工作原理, 最后总结了该工程的一些关键技术的应用。

关键词 区域供热供冷 海水源热泵 瑞典 

引言
笔者于2005年3月11日至15日到瑞典斯德哥尔摩采访了两家海水源热泵工程设计公司并参观了多个大型区域供冷供热项目, 本文是其中的一个项目. 笔者希望通过对这一工程设计思想的介绍可以开扩我们暖通工程师的设计思路, 为我国暖通事业的健康发展尽一份微薄之力.

1.        项目简介

Ropsten海水源热泵站


Ropsten海水源热泵站有3个子站, Ropsten 1号站建于1985年, 内有3台双级串联压缩的离心式热泵机组,  三台热泵机组分别为VP21, VP22和VP23, 制冷剂冲注量均为20吨, 制冷剂均为R22, 每台热泵机组供热能力均为28MW, 但是VP21机组在2003年将制冷剂换为R134a后供热能力降为23MW. 

Ropsten 2号站建于1986年, 内有3台热泵机组, 分别为VP24, VP25和VP26, 制冷剂冲注量为20吨, 制冷剂均为R22, 每台热泵机组供热能力均为28MW. 以上6台热泵机组在2003年以前每台的年供热量均为145GWh, 其中VP21更换制冷剂后供热能力有所下降. 
Ropsten 1, 2号站取水塔


Ropsten 1号站和2号站建在一起, 见上图右边白色热泵站,白色小建筑为海水泵站. Ropsten 1, 2号站的海水取水塔有两个取水口, 一个在海面下约3~4米, 另一个在海面下约15米, 6条巨大的输海水管道(每根管道有两台泵)将海水引向热泵机组的蒸发器. 该海水热泵站至今仅用于区域供热, 除VP21以外的其他5台机组还要在近期进行制冷剂的替换工作, 替换制冷剂后, 每台热泵机组的供热能力也会下降到23MW左右. 热泵站内有可靠的制冷剂泄漏探测系统, 随时详细地记录制冷剂在水中和在空气中的密集情况. 1和2号站的变电站建造在室内, 这样可以大大减少占地面积, 变电由220kv变为10kv(热泵机组的电力接入).

Ropsten1,2号站海水泵站引入热泵站的6条海水引入管道中的3条
Ropsten 1, 2号取水泵站内的输水泵

变电站内巨大的电缆


因为海水盐度低(该地区是瑞典第三大淡水湖Malaren注入波罗的海的入海口), 海水的引入管道(从取水塔到海水泵站)为瑞典松树. 取水管道直径长达3米, 1号和2号站的取水管道长170米, 于1985.4建成.
木质海水引入管道(1985年)

双级串联压缩机


制冷剂泄漏检测系统


Ropsten 3号站建于1986年, 共4台热泵机组, 制冷剂冲注量均为20吨, 且目前制冷剂已均被替换为R134a, 热泵机组编号分别为VP91, VP92, VP93和VP94. 开始服役的时候这些热泵机组冲注的也是R22, 但是VP91在1994~1995年, VP92在1996年, VP93和94在1997年分别完成了制冷剂的替换工作. 替换制冷剂后, 每台热泵机组的供热能力约为25MW, 4台热泵机组的年供热能力均为135GWh. 起初这4台热泵机组仅被用于供热, 但是1995年以后也开始被用来为区域供冷管网提供冷量. 该热泵站建造在海面上. 海水取水塔也有两个取水口, 类似Ropsten 1和2号站. 和1, 2 号站不同的是海水泵采用的是潜水泵在海面下.

2.        Ropsten海水源热泵站的工作原理
Ropsten海水源热泵站1号, 2号和3号站为串联工作, 而每个热泵站内的热泵机组又是并联工作, 见下面示意图. 在Ropsten 3号站于1995年改造开始进行区域供冷前, 和1号, 2号站一样也是有两个取水口, 在冬天热负荷较大的时候采用水面下15米深处的取水口, 在夏天热负荷较低的时候采用较浅的取水口. 但是在改造以后仅采用较深的取水口. 而1,2号站还保留了这种工作模式.
2.1        区域供热原理
海水泵从距离海水泵站170米处的取水塔提取海水, 将海水直接传输到1号站的3台机组的开式蒸发器, 其结构为开放式的不锈钢材质的板式换热器, 其结构比较特殊, 可以充分利用海水的能量, 排出海水温度可以达到0.5℃, 见下图. 热泵机组从海水中得到热量后通过冷凝器将热量传递给区域供热的回水, 使其温度升高约7~8℃. 2号站的工作原理与1号站相同, 只是其3台机组分别与1号站的3台机组形成串联工作, 将加热的区域供热回水的温度进一步提升7~8℃.之后, 被提升两次温度的区域供热回水进入3号站. 3号站的供热原理同1,2号站相似, 将水温进行第三次提升, 提升大约7~8℃后, 区域供热水进入附近的一个燃煤(增压循环流化床)燃油(调峰)热电厂进行最后的第四次升温, 热水被加热到100~110℃后作为供水进入区域供热管网. 被提取能量后的海水在海水泵站下被排入波罗的海.
从1, 2号热泵站的海水泵站排出的海水


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