5 溴化锂吸收式大温差换热机组工作原理
溴化锂吸收式大温差换热机组属于第一类热水增热型吸收式热泵，它以溴化锂水溶液为工质对，以市政一次高温热水为驱动热源，在高真空环境下通过水的相变实现低位热量的搬运与提升，最终实现城市热网一次热水多级放热、供暖二次网热水逐级升温的大温差换热效果。
1.溴化锂水溶液的理化特性
吸收式热泵的运行完全依托工质对的物理特性，溴化锂吸收式机组采用“溴化锂—水”工质对，其中水蒸发吸热，溴化锂吸收水蒸气放热，二者的特性共同构成了该系统热力循环的理论基础。
溴化锂是一种卤族元素盐类，化学性质与氯化钠等普通盐类相似，常温下为无毒、无色晶体，易溶于水，自然条件下难以分解、挥发，化学稳定性强。
溴化锂水溶液的特点主要有以下3点：
1）极强的吸水性
高浓度溴化锂溶液具有强烈的吸湿性，能够自发吸收环境中的水蒸气，吸收过程伴随大量水蒸气液化潜热的释放，这是实现吸收过程的核心动力。
2）沸点差异显著
相同压力下，溴化锂水溶液的沸腾温度远高于纯水的汽化温度，加热稀溴化锂溶液时，只有水分会汽化逸出，溴化锂盐不会挥发，能够自动实现制冷剂与吸收剂的分离。
3）无环保与安全隐患
溴化锂水溶液无毒、无味、不可燃、不爆炸，不会破坏臭氧层，也不产生温室效应，符合环保与安全要求。
作为进行热量搬运的纯水，则依靠“蒸发吸热、冷凝放热”的相变特性实现热量转移。在高真空环境下，水的饱和蒸发温度可降至0℃以下如1mmHg（约142Pa大气压强）真空度下，水的饱和沸腾温度为-19.01℃，因此即使是低温余热也能驱动水蒸发，从而实现低位热量的提取。
2.溴化锂吸收式机组构成与热力循环
一套完整的溴化锂吸收式大温差换热机组，部件包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、水-水板式换热器，配套设备有溶液泵、冷剂泵、节流阀、真空泵、溶液储罐等。
整套机组内部维持高真空状态，溶液所有相变过程均在负压环境下完成。
通过“驱动热—显热—低温余热”的梯级利用，一次热水的热量被充分提取，回水温度得以深度降低，实现大温差换热的核心目标。
市政一次网高温供水进入机组后，依次流经三个换热环节，温度逐级降低，完成热量的梯级释放：
1）发生器驱动换热
一次高温热水首先进入发生器内，高温热水加热溴化锂稀溶液，稀溶液吸收热量后，其中的水分大量汽化，生成高温高压水蒸气，稀溶液则因水分蒸发逐渐浓缩为浓溶液。在此过程中，一次热水释放高温驱动热量，温度降低至90~110℃，流出发生器。
2）水-水换热器显热换热
从发生器流出的中温一次热水，进入水-水板式换热器，与部分二次网回水进行直接显热换热，释放中温热量，加热二次回水。此环节后，一次热水温度进一步降至60~70℃。
3）低压蒸发器余热释放
经过水-水换热器降温后的一次热水，最终进入低压蒸发器，蒸发器内部为高真空环境，冷剂水在低压下沸点极低，能够吸收一次热水的热量蒸发汽化。此过程中，一次热水释放剩余的全部低温余热，温度降至25~35℃，作为一次网回水流出机组，返回市政热网。
至此，一次热水完成了“高温驱动热—中温显热—低温余热”的三级放热，热量得到最大化利用，回水温度远低于传统板式换热工况。
小区二次网回水进入机组后分为两路，分别通过不同换热环节吸热升温，最终混合达到供水温度：
1）吸收器+冷凝器逐级升温
一路二次回水首先进入吸收器，吸收溴化锂浓溶液吸收水蒸气时释放的溶解热，完成第一次升温，随后进入冷凝器，吸收高温水蒸气液化时释放的冷凝潜热，完成第二次升温。此路水流经两次相变加热后，温度接近设计供水温度。
2）水-水换热器显热升温
另一路二次回水直接进入水水板式换热器，与发生器出口的中温一次热水进行显热换热，直接吸收热量升温。
两路二次热水在机组出口处混合，温度稳定达到设计供水温度，随后送入二次网供水主管，输送至各楼栋用户末端。
3.冷剂水的相变循环（热量转移的载体）
纯水作为制冷剂，在机组内部完成“冷凝—节流—蒸发—吸收”的相变循环，是实现低温热量向高温侧搬运的载体，具体过程如下：
1）冷凝过程
发生器中产生的高温高压水蒸气流入冷凝器，接触冷凝器内的低温二次回水管束后，水蒸气遇冷液化，变为饱和液态冷剂水，同时释放大量冷凝潜热，加热管内的二次回水。
2）节流降压
液态冷剂水经冷剂节流阀节流降压，压力从冷凝压力降至蒸发压力，随后进入低压蒸发器。
3）蒸发过程
低压蒸发器内压力极低，对应水的饱和蒸发温度远低于一次热水温度。冷剂水喷淋在蒸发器管束外表面，吸收管束内一次热水的低温余热后快速蒸发，变为低压水蒸气。一次热水则在此过程中被深度冷却，降至最低温度。
4）吸收过程
蒸发器产生的低压水蒸气流入吸收器，被喷淋的高浓度溴化锂浓溶液迅速吸收，水蒸气重新液化，释放出汽化潜热与溶解热，加热吸收器管束内的二次回水。
通过这一循环，蒸发器侧的低温余热被“搬运”至吸收器侧，释放给温度更高的二次回水，实现了低位热量的品位提升。
4.溴化锂溶液再生循环（热力循环持续运行的保障）
溴化锂溶液作为吸收剂，在机组内完成“浓缩—换热降温—吸收稀释—换热升温—再浓缩”的闭合循环，保障相变过程持续进行，具体流程如下：
1）浓缩阶段
稀溴化锂溶液在发生器内被一次高温热水加热，水分不断汽化逸出，溶液浓度逐渐升高，最终变为高温浓溶液。
2）换热降温阶段
高温浓溶液从发生器流出，进入溶液热交换器，与从吸收器返回的低温稀溶液进行换热。浓溶液将部分热量传递给稀溶液，自身温度降低，减少吸收器的热负荷。
3）吸收稀释阶段
降温后的浓溶液经溶液节流阀降压后，喷淋在吸收器内部，吸收来自蒸发器的低压水蒸气。浓溶液吸收水分后浓度降低，变为稀溶液，同时释放大量吸收热，加热二次回水。
4）换热升温与循环输送
吸收器底部的低温稀溶液由溶液泵加压输送，经过溶液热交换器时吸收高温浓溶液的余热，温度升高后重新送入发生器，再次被加热浓缩，开启下一轮循环。
溶液热交换器的存在，实现了内部热量的回收利用，减少了发生器的加热负荷与吸收器的冷却负荷，是提升机组热力系数的关键部件。
NO.6 溴化锂吸收式大温差换热技术的优势
相较于传统板式换热系统，溴化锂吸收式大温差技术在管网输配、热源利用、运行能耗、环保安全等具备非常大的优势，是当前供暖系统扩容增效、节能降碳的核心技术手段之一。
1.大幅提升管网输热能力，降低基建投资
根据输热公式，在循环流量不变的前提下，供暖量与供回水温差成正比。传统板式换热一次网温差约60℃，采用溴化锂大温差技术后，温差可扩大至100℃以上，同等管径、同等水泵配置下，管网输热能力可提升65%~75%。
对于已建成的城市供暖管网，仅通过换热站设备改造即可实现供暖能力的大幅提升，无需开挖道路、更换大管径管道，省去了管网敷设、管线协调、交通导改等巨额投资，尤其适合管网扩容难度大的城市核心区与老旧城区。
对于新建城区供暖系统，可选用更小管径的一次管网，显著降低管材采购与土建施工成本。
2.减少循环流量，降低输配能耗
在总供暖负荷不变的前提下，供回水温差的扩大直接对应一次网循环流量的减少。循环水泵的轴功率与流量近似呈三次方关系，流量降低可带来水泵电耗的大幅下降。
以百万平方米供暖面积为例，传统板式换热系统一次网循环流量约1200m³/h，采用大温差技术后流量可降至600m³/h以内，水泵运行电耗可降低一半以上。对于长输供暖系统，沿程阻力损失也随流量降低而减小，热源厂与换热站的输配电耗均可显著下降，长期运行的节能效益十分可观。
3.对热电厂低温余热进行回收，提升热源利用效率
传统板式换热模式下，一次网回水温度约70℃，高于热电厂汽轮机循环冷却水的温度（通常30~40℃），无法回收这部分低温余热，大量热量通过冷却塔排放到大气中。
溴化锂大温差换热技术可将一次回水降至25~35℃，低温回水返回热源厂后，可通过热电厂侧的吸收式热泵深度回收循环冷却水的废热，将其提升至供暖温度送入一次网。行业实测数据显示，当一次回水温度稳定在35℃以下时，回收的电厂冷却废热可占总供暖量的31%~33%。
这意味着同等供暖负荷下，热源厂的燃煤、燃气消耗量可降低约三分之一，既减少了能源消耗，又降低了污染物与碳排放，契合“双碳”目标下的供暖行业转型方向，同时可申请节能改造补贴与减碳收益。
4.驱动热源适用范围广，运行电耗极低
溴化锂吸收式机组可兼容多种驱动热源，除市政高温热水外，工业蒸汽、锅炉烟气、工业废热水、地热等中高温热源均可作为驱动力，适配场景十分广泛。
更关键的是，整套机组的运动部件极少，仅溶液泵、冷剂泵、小型真空泵等少量转动设备，整机电耗仅为同等制热量电驱动压缩式热泵的1/10~1/15。
北方冬季采暖期与居民用电高峰高度重叠，电网供电压力大，溴化锂机组低耗电的特性能够有效规避采暖负荷与居民用电的高峰叠加，减轻区域电网的供电压力，尤其适合电力供应紧张的地区。
5.低位热源种类丰富，综合节能效益好
除市政一次热水的余热回收外，溴化锂机组还可广泛利用各类低位热能，包括工业生产低温废水、江河湖水、浅层地热、太阳能集热等。
对于周边有工业余热资源的工业园区换热站，可将工业废热作为低温热源接入机组，替代部分化石燃料供暖，综合能源利用效率远超常规换热系统。
从工程经济性看，具备稳定余热资源的项目，静态投资回收期普遍在3~6年，长期运行的经济效益突出。
6.运行稳定可靠，运维与自动化程度高
溴化锂机组内部绝大多数部件为静态换热壳体，仅溶液泵等少量转动部件，设备磨损小、运行噪音低，故障概率远低于压缩式热泵与燃气锅炉。
机组配套完整的温度、压力、液位、浓度传感元件，可直接接入换热站现有PLC自控系统，实现全自动无人值守运行。
控制系统可根据室外气温、二次供水温度自动调节溶液循环量与冷剂水循环量，匹配实时供暖负荷，负荷调节范围可达30%~100%，能够很好地适配采暖季昼夜温差、初冬与末冬的负荷波动。
日常运维工作主要为定期检测机组真空度、监测溴化锂溶液浓度与酸碱度、补充缓蚀剂，运维工作量与技术门槛均低于动力设备，适合供暖企业的运维管理体系。
7.工质环保安全，适合在城市中心区域应用
溴化锂水溶液无毒、无味、不可燃、不爆炸，不存在冷媒泄漏污染大气的风险，也没有氟利昂类制冷剂破坏臭氧层、加剧温室效应的问题。
对于城市核心区、居民密集区、商业综合体等对环保与安全要求高的场景，溴化锂机组无需配套防爆设施与废气处理装置，安装与运行的环境兼容性强，符合城市精细化管理的要求。
8.具有多效功能，满足不同季节冷热供给
溴化锂吸收式机组具备同时供暖、制冷的能力，可实现一机多用，提升设备全年利用率。
冬季工况下，以市政一次热水为驱动热源，实现大温差换热生产采暖热水；夏季市政热网停运后，可切换为直燃模式，以燃气或燃油为驱动力，制取7℃左右的冷水，为商业建筑、写字楼提供中央空调冷源，同时可制备生活热水。
一套设备全年连续运行，避免了采暖设备半年闲置的资源浪费，同时能够平衡城市冬夏的能源供需结构：冬季替代电采暖、降低电网高峰负荷；夏季替代电制冷、削减空调用电峰值，实现能源的季节优化配置。
NO.7 大温差换热技术的工程应用
溴化锂吸收式大温差换热技术优势明显，但同时也存在一定的技术局限性，工程应用中需结合项目条件客观评估，以规避风险。
1.热力系数较低
溴化锂吸收式热泵的热力系数（COP）通常在0.4~2.0之间，显著低于电驱动压缩式热泵（COP通常3~5），此技术的经济性高度依赖驱动热源的成本。
对于市政集中换热站，驱动热源为电厂一次热水，热量成本低、核心目标是提升管网输热能力、回收电厂余热，COP偏低的短板可被综合收益覆盖。
但对于无免费余热资源、仅依靠燃气直燃驱动的换热站，单独运行的能源成本会显著高于压缩式热泵，不具备经济优势。
2.设备体积较大，对机房空间要求高
溴化锂机组集成了发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器四大承压壳体，内部需储存一定量的溴化锂溶液，因此设备体积与占地面积远大于同等制热量的板式换热器。
对于新建换热站，可在规划阶段预留充足的机房面积，但对于老旧小区既有换热站改造项目，若站内土建空间狭小，可能需要扩建机房或采用分体式机组，会增加土建改造投资与施工难度。
工程项目前期需充分核实机房空间条件，选择适配的机组形式。
3.机组真空度要求高，制造与安装精度要求高
溴化锂的整个热力循环必须在高真空密闭环境下运行，一旦有空气渗入，不仅会破坏水蒸气的相变循环、大幅降低换热效率，还会加剧溴化锂溶液对设备的腐蚀。
因此，机组对壳体焊接、法兰密封、管路接头的制造工艺要求极高，低端厂商的产品容易出现真空泄漏问题，导致长期运行后性能快速衰减。
工程选型时，优先选择具备大型供暖机组生产资质、市场口碑好的一线品牌，同时安装过程需严格把控气密性试验质量，避免遗留泄漏隐患。
4.溴化锂工质具有腐蚀性，防腐是关键
溴化锂水溶液本身具有一定的腐蚀性，在接触空气、氧气的环境下，腐蚀速率会显著加快，长期运行可能腐蚀换热管束与壳体钢板，影响设备使用寿命。
为应对腐蚀问题，正规机组均会添加铬酸锂、钼酸锂等缓蚀剂，并维持溶液的碱性环境。
运行过程中需定期检测溶液的浓度、酸碱度与缓蚀剂含量，及时补充调整；同时需保障机组真空度，避免空气渗入。
此外，溴化锂溶液的采购单价较高，初次加注与后期补充的成本均高于普通介质，也一定程度上提升了系统的初投资与运维成本。
5.对驱动热源温度敏感，低温工况性能衰减较多
溴化锂机组的正常运行需要足够的驱动热源温度，通常要求一次供水温度不低于90℃。若热源供水温度长期低于85℃，发生器内溶液蒸发量不足，整个热力循环的效率会大幅下降，无法实现预期的大温差换热效果。
对于低温地热、低品位工业余热等温度偏低的热源场景，直接驱动大温差机组的效果不佳，需配套小型锅炉或其他升温措施提升驱动热源温度，会增加配套设备投入。
工程设计阶段需核实热源温度的全年波动范围，确保机组在大部分运行时间内处于高效工况。
NO.8大温差换热站工程应用
在实际工程中，换热站很少单独采用溴化锂机组完全替代板式换热器，主流方案是采用“溴化锂吸收式大温差机组+板式换热器”的并联复合系统，兼顾大温差扩容能力与运行可靠性，同时适应不同负荷阶段的运行需求。
1.溴化锂机组+板式换热器复合系统
1）一次侧回路
市政一次高温供水分为两路，一路接入溴化锂机组的发生器，作为驱动热源驱动热泵循环；另一路接入板式换热器，进行常规显热换热。
两路一次水分别放热降温后，在回水总管混合，以25~35℃的低温返回热源厂。
2）二次侧回路
小区二次回水同样分为两路，一路进入溴化锂机组，依次经吸收器、冷凝器逐级升温；另一路进入板式换热器直接显热升温。两路二次水在出口混合，达到设计供水温度后送入二次管网。
3）配套辅机系统
溴化锂机组配套溶液泵、真空泵、溶液储罐、缓蚀剂加注装置；板式换热器配套二次循环泵、软化补水装置、稳压膨胀罐。
整套系统可设置统一的自控柜与远程监测模块，接入城市供暖智慧调度平台，实现集中管控。
4）运行调节
初寒期、末寒期热负荷较小时，可仅运行板式换热器，降低运行损耗；严寒期热负荷较大时，溴化锂机组与板式换热器同时运行，实现大温差换热，提升供暖能力。这种配置既保障了全采暖季的运行经济性，又具备足够的负荷调节弹性。
2.换热站扩容改造
针对机房空间狭小、无法安装大型一体式溴化锂机组的老旧换热站，可采用分布式分体式吸收式热泵改造方案。将发生器、吸收器、蒸发器等核心部件拆分布置，灵活利用机房内的零散空间，无需大规模扩建机房。
其工作原理与一体式机组一致，依旧通过吸收式循环实现一次回水深度降温、拉大供回水温差。分布式布置方案降低了老旧换热站的改造门槛，是存量供暖管网节能改造的主流技术路线之一。
3.多环路供暖系统的设置
对于服务多个小区、多个二次环路的大型换热站，可采用“多台溴化锂机组并联+分环路配置”的模式，每台机组对应一个独立的二次环路，可单独启停、单独调节，分别匹配不同环路的供暖负荷。
也可以采用“单台溴化锂机组内置多套换热系统+并联板式换热器”的模式，每套换热系统可独立控制，板式换热器作为备用保障，兼具适应性、经济性，应用推广效果更好。
NO.8应用前景
1.技术优势与效益
当前我国集中供暖正处于高质量转型的阶段,一方面，城市供暖负荷持续增长，既有管网输送能力不足的矛盾日益突出；另一方面，“双碳”目标对供暖系统的节能降碳提出了更高要求，热电厂余热深度回收、长输供暖能效提升成为行业发展的主要方向。
溴化锂吸收式大温差换热技术，正好满足这两大行业需求。从技术本质看，传统板式换热仅依靠单次显热换热，存在巨大的不可逆传热损失与温差壁垒。而溴化锂吸收式技术通过真空相变循环，实现了热量的梯级、多层级利用，提升有限热源的㶲值，突破热源温度限制，提升了能量利用效率。
该技术存在占地大、初投资偏高、溶液腐蚀等固有短板，可对于具备稳定高温一次热水热源的市政换热站，其带来的管网输运能力提升、输配电耗降低、电厂余热回收等综合收益，完全可以覆盖初期的设备与土建增量投入，项目投资回报周期可控。
2.前景
从长远发展看，随着长输供暖项目的持续落地、城市老旧供暖管网节能改造的全面推进、热电联产余热利用率要求的不断提高，溴化锂吸收式大温差换热技术有望逐步成为新建大型换热站、存量换热站升级改造的主流配置之一，为北方集中供暖系统实现扩容增效、节能降碳、保障民生供暖提供坚实的技术支撑。
3.应用
对于供暖设计单位与热力运营企业而言，在换热站方案设计阶段，应结合一次供水温度、机房空间条件、供暖负荷规模、热源余热资源等因素，综合对比传统板式换热与溴化锂大温差方案的技术经济性，选择最优工艺路线，平衡初期投资与长期运营收益，最大化提升供暖系统的综合能效。
参考文献
《蒸汽和热水型溴化锂吸收式冷水机组》GB/T 18431-2014
《第一类溴化锂吸收式热泵机组》GB/T 34620-2017
《大温差换热机组在郑州市集中供热系统中的应用》区域供热 2024
《双级大温差换热机组运行性能及分析》区域供热 2024
《多级并联模块化大温差换热机组运行特性》科学技术与工程
2019《太原市基于吸收式大温差供热技术应用及问题探讨》区域供热 2020
《大温差管内对流换热实验研究》《广东工业大学学报》 2012
《大温差换热系统能量转换机理与应用》哈尔滨工业大学 2019
《大温差吸收式热泵供热系统用于换热站的性能研究》 河北建筑工程学院2023
《基于多能互补大温差换热的热网回水深度降温流程优化》 燕山大学2024
《吸收式大温差换热技术的应用分析》2022
供热工程建设与高效运行研讨会《吸收式热泵技术在某市利用电厂余热的大温差长输供暖中的应用研究》《土木工程》 2022年
京公网安备 11011502004515号 
