CN105738146B - 高温热泵和低温发电机组性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温热泵和低温发电机组性能测试系统，包括热源、热源循环泵和热水水箱组成的循环回路，热水水箱、热源侧混水泵和第一混水器组成的循环回路，第一混水器和被测机组蒸发器循环泵相连接；冷源、冷源循环泵和冷水水箱组成的循环回路，冷水水箱、冷源侧混水泵和第二混水器组成的循环回路，第二混水器和被测机组冷凝器侧循环泵相连接；第三混水器与混水泵相连接，混水泵接被测机组冷凝器出口，第三混水器分别与被测机组的蒸发器出口、被测机组蒸发器循环泵以及第二混水器相连接。高温热泵和低温电机组性能测试系统可进行高温热泵机组性能的测试，也能完成低温发电机组性能测试，节省测试系统的投资的同时，也可节省测试系统占地面积。

Description

高温热泵和低温发电机组性能测试系统

技术领域

本发明属于低温余热利用技术领域，特别涉及一种测试高温热泵和低温发电机组性能的系统及装置。

背景技术

我国的低温热储量十分巨大，自然低温热，如太阳能、地热能可以说是取之不尽用之不竭的；同时各工业生产过程中产生的低温热亦十分可观，如石油炼化过程、钢铁生产过程、建材生产过程、食品加工过程、化工和冶金生产过程等等都有大量的余热产生。2010年，我国的能源使用量达到22.75亿吨标准煤，如热利用率按50％计算，相当于近11亿吨的标准煤变成废热排放到环境中。余热的排放，不但具有严重的热污染，而且造成严重的能源浪费，若采用余热回收技术加以再利用，提高能源的利用率的同时，也必将为我国节能减排事业做出巨大的贡献。高温热泵技术和低温发电技术是降低低温余热排放温度，实现能量的转化再利用的重要途径和方法，这两项技术是当前低温热利用技术重点研究领域，也是提高能源利用率，实现节能减排的重要手段和方法。但我国尚没有一种系统既能测试低温发电机组也能测试高温热泵机组，此外大量的低温发电和高温热泵机组未进行任何标准性的检测就投入使用，装置的实际运行与设计出现较大的差异，甚至出现装置不能正常运行的情况，造成了严重的损失，严重制约了该技术的产业化、商业化发展。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高温热泵和低温发电机组性能测试系统，克服现有技术中低温发电和高温热泵机组的测试系统不完善的问题。

本发明采用的技术方案是：一种高温热泵和低温发电机组性能测试系统，包括热源、热源循环泵和热水水箱组成的循环回路，热水水箱、热源侧混水泵和第一混水器组成的循环回路，第一混水器和被测机组蒸发器循环泵相连接，被测机组蒸发器循环泵接被测机组蒸发器进口，第一混水器接被测机组蒸发器出口；冷源、冷源循环泵和冷水水箱组成的循环回路，冷水水箱、冷源侧混水泵和第二混水器组成的循环回路，第二混水器和被测机组冷凝器侧循环泵相连接，被测机组冷凝器侧循环泵接被测机组冷凝器进口，第二混水器接被测机组冷凝器出口；第三混水器与混水泵相连接，混水泵接被测机组冷凝器出口，第三混水器分别与被测机组的蒸发器出口、被测机组蒸发器循环泵以及第二混水器相连接；热源、冷源、热水水箱、冷水水箱、被测机组的蒸发器和冷凝器的进口和出口位置均设置有温度传感器。

被测机组为低温发电机组时：热水水箱中温度较低的水经由热源循环泵进入热源吸收热量，吸收热量后水温升高，高温水再返回热水水箱，实现热源侧水路的循环；热水水箱中的热水通过热源侧混水泵进入第一混水器，然后经由被测机组蒸发器循环泵进入被测机组的蒸发器，为被测机组提供热量，热水的热量被被测机组的工作流体带走，温度降低，降温后的水从被测机组的蒸发器出口经由第一混水器回到热水水箱，继续整个热源侧循环；冷水水箱中温度较高的水经由冷源循环泵进入冷源释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水再返回冷水水箱，实现冷源侧水路的循环，冷水水箱中的冷水通过冷源侧混水泵进入第二混水器，然后经由被测机组冷凝器循环泵进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水从被测机组的冷凝器出口经由第二混水器回到冷水水箱，继续整个冷源侧的循环。

被测机组为高温热泵机组时：热源循环泵不开启，从被测机组冷凝器出口进来的高温热泵产生的高温热水通过混水泵进入第三混水器，然后经由被侧机组蒸发器循环泵进入被测机组的蒸发器，为被侧机组提供热量，热水的热量被被测机组的蒸发器中的工作流体带走，温度降低，降温后的水从被测机组的蒸发器出口经由第三混水器进入到被侧机组的冷凝管中，通过第二混水器进入冷水水箱中，冷水水箱中的冷水通过冷源侧混水泵进入第二混水器，然后经由被侧机组冷凝器循环泵进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水从被测机组冷凝器出口再进入第三混水器，继续整个循环；冷水箱温度较高的水经由冷源循环泵进入冷源释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水再返回冷水水箱，实现水路的循环。

所述系统的控制流程为：被测机组的进、出口温度的控制由水泵、变频器和温控器共同完成；热源侧混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵、混水泵分别与第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器相连，第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器和第五变频器分别于第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器、第五温控器一一对应，而第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器和第五温控器又同第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第十三温度传感器相对应，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第十三温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

被测机组为低温发电机组时：热源侧混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵分别与第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器相连，第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器分别于第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器一一对应，而第一温控器、第二温控器、第三温控器和第四温控器又同第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器相对应，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

被测机组为高温热泵机组时：混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵分别与第五变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器相连，第五变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器分别与第五温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器一一对应，而第五温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器又同第十三温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器相对应，第十三温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

所述温控器采用PID自整定控制方式。

本发明的有益效果是：本发明的高温热泵和低温电机组性能测试系统，可完成高温热泵和低温发电机组(两种不同余热利用技术)的运行参数、性能的测试和评价，节省测试系统的投资的同时，也可节省测试系统占地面积。测试系统的建立，不仅为两项技术的深入开发和研究提供试验平台，也可以对高温热泵/低温发电机组出厂前的性能进行严格的约束和把关，对其设计性能进行相应的验证，降低实际运行的风险，此外，高温热泵和低温电机组是两项重要的低温热利用技术，系统级装置的提出也有利于两项低温热利用技术的推广应用及产品化和应用化。

附图说明

图1为本发明的高温热泵和低温发电机组性能测试系统流程图；

图2为本发明的高温热泵和低温发电机组性能测试系统控制图；

其中：1-第一温度传感器，2-第二温度传感器，3-第三温度传感器，4-第四温度传感器，5-被测机组蒸发器循环泵，6-被测机组冷凝器侧循环泵，7-热源侧混水泵，8-冷源侧混水泵，9-第一混水器，10-第二混水器，11-第五温度传感器，12-第六温度传感器，13-第七温度传感器，14-第八温度传感器，15-热水水箱，16-冷水水箱，17-热源循环泵，18-冷源循环泵，19-第九温度传感器，20-第十温度传感器，21-第十一温度传感器，22-第十二温度传感器，23-热源，24-冷源，25-第十三温度传感器，26-混水泵，27-第三混水器，28-第一温控器，29-第一变频器，30-第二温控器，31-第二变频器，32-第三温控器，33-第三变频器，34-第四温控器，35-第四变频器，36-第五温控器，37-第五变频器，a-接被测机组蒸发器进口，b-接被测机组蒸发器出口，c-接被测机组冷凝器进口，d-接被测机组冷凝器出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，被测机组为低温发电机组时：被测的低温发电机组的蒸发器的进/出口和冷凝器的进/出口分别与测试系统的a、b、c、d相连。热水水箱15中温度较低的水经由热源循环泵17进入热源23吸收热量，吸收热量后水温升高，高温水在返回热水水箱15，实现热源侧水路的循环；热水水箱中的热水通过热源侧混水泵7进入第一混水器9，然后经由被测机组蒸发器循环泵5进入被测机组的蒸发器，为被测机组提供热量，热水的热量被被测机组的工作流体带走，温度降低，降温后的水经由第一混水器9回到热水水箱15，继续整个热源侧循环。冷水水箱16中温度较高的水经由冷源循环泵18进入冷源24释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水在返回冷水水箱16，实现冷源侧水路的循环，冷水水箱中的冷水通过冷源侧混水泵8进入第二混水器10，然后经由被测机组冷凝器循环泵6进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水经由第二混水器10回到冷水水箱16，继续整个冷源侧的循环。

被测机组为高温热泵机组时：被测的高温热泵机组的蒸发器的进/出口和冷凝器的进/出口分别与测试系统的a、b、c、d相连。由于测量高温热泵机组不需要热源，因此热源循环泵17将不开启。从被测机组冷凝器出口d流出的高温热泵产生的高温热水通过混水泵26进入第三混水器27，然后经由被侧机组蒸发器循环泵5进入被测机组的蒸发器，为被侧机组提供热量，热水的热量被被测机组的蒸发器中的工作流体带走，温度降低，降温后的水经由第三混水器27进入到被侧机组的冷凝管中，通过第二混水器10进入冷水水箱16中，冷水水箱16中的冷水通过冷源侧混水泵8进入第二混水器10，然后经由被侧机组冷凝器循环泵6进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水在进入第三混水器27，继续整个循环。冷水水箱16温度较高的水经由冷源循环泵18进入冷源24释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水再返回冷水水箱16，实现水路的循环。

热/冷源进出口分别安装第十温度传感器20、第九温度传感器19，第十一温度传感器21和第十二温度传感器22，用于监测热/冷源的进出口温度，热/冷水箱的进出口分别安装第六温度传感器12，第五温度传感器11，第七温度传感器13和第八温度传感器14，用于实时监测热/冷水箱的进出口温度。

如图2所示，本发明高温热泵和低温发电机组性能测试系统的控制流程为：

被测低温发电机组的进、出口温度的控制由水泵、变频器和温控器共同完成：热源侧混水泵7、被测机组蒸发器循环泵5、冷源侧混水泵8、被测机组冷凝器侧循环泵6分别与第一变频器29、第二变频器31、第三变频器33、第四变频器35相连，第一变频器29、第二变频器31、第三变频器33、第四变频器35分别于第一温控器28、第二温控器30、第三温控器32、第四温控器34一一对应，而第一温控器28、第二温控器30、第三温控器32、第四温控器34又同第一温度传感器1、第二温度传感器2、第三温度传感器3、第四温度传感器4相对应，第一温度传感器1、第二温度传感器2、第三温度传感器3、第四温度传感器4采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。温控器采用PID自整定控制方式，四个温控器的输入分别对应四个温度传感器采集的控制温度点的温度与温控器设定温度值之差，四个温控器的输出分别作为对应的四个变频器的输入信号控制变频器的输出功率，从而控制对应的水泵的转速，进而控制水泵的流量，实现控制点温度的变化，最终实现温度稳定在设定值。

被侧高温热泵机组的进、出口温度的控制由水泵、变频器和温控器共同完成。混水泵26、被测机组蒸发器循环泵5、冷源侧混水泵8、被测机组冷凝器侧循环泵6分别与第五变频器37、第二变频器31、第三变频器33、第四变频器35相连，第五变频器37、第二变频器31、第三变频器33、第四变频器35分别与第五温控器36、第二温控器30、第三温控器32、第四温控器34一一对应，而第五温控器36、第二温控器30、第三温控器32、第四温控器34又同第十三温度传感器25、第二温度传感器2、第三温度传感器3、第四温度传感器4相对应，第十三温度传感器25、第二温度传感器2、第三温度传感器3、第四温度传感器4采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。温控器采用PID自整定控制方式，四个温控器的输入分别对应四个温度传感器采集的控制温度点的温度与温控器设定温度值之差，四个温控器的输出分别作为对应的四个变频器的输入信号控制变频器的输出功率，从而控制对应的水泵的转速，进而控制水泵的流量，实现控制点温度的变化，最终实现温度稳定在设定值。

将高温热泵和低温电机组性能测试系统对一台低温发电机组和一台高温热泵机组进行实际性能测试，结合系统流程图进行表述。

将高温热泵和低温发电机组性能测试系统测试100kW的低温发电机组(蒸发器进出口温度：80℃/70℃，冷凝器进出温度：30℃/20℃)进行实例分析。将被测机组正确接到测试系统，注满冷、热水箱及管路中的水并排除不凝性气体，启动相关的水泵(被测机组蒸发器循环泵5，被测机组冷凝器侧循环泵6，热源侧混水泵7，冷源侧混水泵8)，将管路进行循环，现分别将第一、二、三和四温控器的温度设定为80℃、70℃、20℃和30℃，打开系统的冷、热源，当热源中水路的温度升至60℃左右时，打开被测机组，测试系统通过自身不断调节使被测机组逐渐达到设定的工况，当测试系统达到设定的工况，确保被测机组在设定工况下连续运行，并记录相关的测试数据，通过记录的数据可以对被测的低温发电机组的性能进行分析。

将高温热泵和低温发电机组性能测试系统测试500kW的高温热泵机组(蒸发器进出口温度：50℃/40℃，冷凝器进出温度：90℃/80℃)进行实例分析。将被测机组正确接到测试系统，注满冷、热水箱及管路中的水并排除不凝性气体，启动相关的水泵(混水泵26，被测机组冷凝器侧循环泵6，热源侧混水泵7，冷源侧混水泵8)，将管路进行循环，现分别将第五、二、三和四温控器的温度设定为50℃、40℃、80℃和90℃，打开系统的冷源(不用打开热源)，打开被测机组，测试系统通过自身不断调节使被测机组逐渐达到设定的工况，当测试系统达到设定的工况，确保被测机组在设定工况下连续运行，并记录相关的测试数据，通过记录的数据可以对被测的高温热泵机组的性能进行分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，包括热源、热源循环泵和热水水箱组成的循环回路，热水水箱、热源侧混水泵和第一混水器组成的循环回路，第一混水器和被测机组蒸发器循环泵相连接，被测机组蒸发器循环泵接被测机组蒸发器进口，第一混水器接被测机组蒸发器出口；冷源、冷源循环泵和冷水水箱组成的循环回路，冷水水箱、冷源侧混水泵和第二混水器组成的循环回路，第二混水器和被测机组冷凝器侧循环泵相连接，被测机组冷凝器侧循环泵接被测机组冷凝器进口，第二混水器接被测机组冷凝器出口；第三混水器与混水泵相连接，混水泵接被测机组冷凝器出口，第三混水器分别与被测机组的蒸发器出口、被测机组蒸发器循环泵以及第二混水器相连接；热源、冷源、热水水箱、冷水水箱、被测机组的蒸发器和冷凝器的进口和出口位置均设置有温度传感器。

2.根据权利要求1所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，被测机组为低温发电机组时：热水水箱中温度较低的水经由热源循环泵进入热源吸收热量，吸收热量后水温升高，高温水再返回热水水箱，实现热源侧水路的循环；热水水箱中的热水通过热源侧混水泵进入第一混水器，然后经由被测机组蒸发器循环泵进入被测机组的蒸发器，为被测机组提供热量，热水的热量被被测机组的工作流体带走，温度降低，降温后的水从被测机组的蒸发器出口经由第一混水器回到热水水箱，继续整个热源侧循环；冷水水箱中温度较高的水经由冷源循环泵进入冷源释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水再返回冷水水箱，实现冷源侧水路的循环，冷水水箱中的冷水通过冷源侧混水泵进入第二混水器，然后经由被测机组冷凝器循环泵进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水从被测机组的冷凝器出口经由第二混水器回到冷水水箱，继续整个冷源侧的循环。

3.根据权利要求1所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，被测机组为高温热泵机组时：热源循环泵不开启，从被测机组冷凝器出口进来的高温热泵产生的高温热水通过混水泵进入第三混水器，然后经由被侧机组蒸发器循环泵进入被测机组的蒸发器，为被侧机组提供热量，热水的热量被被测机组的蒸发器中的工作流体带走，温度降低，降温后的水从被测机组的蒸发器出口经由第三混水器进入到被侧机组的冷凝管中，通过第二混水器进入冷水水箱中，冷水水箱中的冷水通过冷源侧混水泵进入第二混水器，然后经由被侧机组冷凝器循环泵进入被测机组的冷凝器，为被侧机组提供冷量，冷水的冷量被被测机组的工作流体带走，温度升高，升温后的水从被测机组冷凝器出口再进入第三混水器，继续整个循环；冷水箱温度较高的水经由冷源循环泵进入冷源释放热量，水在释放热量后水温降低，低温水再返回冷水水箱，实现水路的循环。

4.根据权利要求1所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，所述系统的控制流程为：被测机组的进、出口温度的控制由水泵、变频器和温控器共同完成；热源侧混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵、混水泵分别与第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器、第五变频器相连，第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器和第五变频器分别于第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器、第五温控器一一对应，而第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器和第五温控器又同第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第十三温度传感器相对应，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第十三温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

5.根据权利要求4所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，被测机组为低温发电机组时：热源侧混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵分别与第一变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器相连，第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器分别于第一温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器一一对应，而第一温控器、第二温控器、第三温控器和第四温控器又同第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器相对应，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

6.根据权利要求4所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，被测机组为高温热泵机组时：混水泵、被测机组蒸发器循环泵、冷源侧混水泵、被测机组冷凝器侧循环泵分别与第五变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器相连，第五变频器、第二变频器、第三变频器、第四变频器分别与第五温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器一一对应，而第五温控器、第二温控器、第三温控器、第四温控器又同第十三温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器相对应，第十三温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器采集对应的被测机组的蒸发器和冷凝器的四个控制温度点的温度，进行测试的系统形成闭式控制环路。

7.根据权利要求4-6任意一项权利要求所述高温热泵和低温发电机组性能测试系统，其特征在于，所述温控器采用PID自整定控制方式。