CN101720410B - 集中供热系统及方法 - Google Patents

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Abstract

发明的集中供热系统包括一锅炉(1)，在锅炉的气体管道内设有一与联网加热装置(12，13)相连接的蒸气过热器(2)；一供应和返回供热水的回路；一具有三个热传送站(14，15，16)和热泵单元(17)的供热系统回路，该热泵单元连接供热系统回路的最终端热传送站(16)，并连接冷却的返回供热水回路，该回路设置有一竖井(18)用来在地下存储过度冷却的水。一联网节约装置(6)位于锅炉(1)的气体管道内用来加热冷却的供热水。该供应供热水回路设有一隔热蓄水池(19)在非供热周期存储加热的水。本发明以全面的技术为基础，包括利用排放气体，提高传送给用户的热量水平，累积存储低温热载体，在非供热周期内累积存储高温热载体，以及消除季节性重复消耗，可以提高用于加热热载体的燃料的能量利用率。

Description

集中供热系统及方法
技术领域
本发明涉及热力工程，特别涉及使用热泵单元的集中供热系统和方法。
背景技术
一个常规的集中供热系统具有一热电厂，其包括一主蒸气能回路、一冷却水回路、一带有用于热自来水和加热系统的加热装置的主输送水回路，还具有一带有提升机和位于热力供应点的热泵单元的热力系统回路，其通过主回路的输送回水回路连接蒸发器入口/出口，并通过热力系统回水回路连接冷凝器入口/出口(专利RU 2095581，公开于1997年11月10日)。上述系统的缺点在于，用于加热热载体的燃料能量的利用效率低，并且缺乏充分利用排放气体的热能，因此被供应到涡轮冷凝器并从其排出的已冷却输送回水的温度不得高于20℃。因此，为了加热已冷却的水到达标准温度，在加热装置进入回水管的出口处为平均70℃，就需要组网加热并从涡轮中提取额外的蒸气，因此，使产生的能量和绝对效率降低。
关于另一种常规的集中供热方法，供热水在热电厂的联网加热装置中加热；该热水通过主要管道被传送给热力系统；返回的热水冷却；热系统水被一位于热力供应点上的串联热泵单元重新加热；已冷却的水通过返回管道返回到联网加热装置处并依靠从涡轮排出的蒸气凝结放热而被重新加热(专利RU2266479，公开于2005年12月20日)。上述方法的缺点在于，用于加热热载体的燃料能量的利用效率低，并且缺少充分利用排放蒸气热能、消除燃烧体、累积存储获取能量的全面技术。
涉及本发明的现有技术是应用热泵单元的技术及相关设备的集中供热系统和方法(专利CN1587825A，公开于2004年9月23日)。上述的常规的集中供热系统具有一带有加热室的锅炉，具有气体加热面的蒸气管连接到供热水的加热装置上，一热水回路，一带有位于热力供应点的热泵单元的热力系统回路，其冷凝器出口连接热力系统回路的最终热力传送站，以及其蒸发器出口连接回到系统的供热水的冷却回路。基于该集中供热方法，燃料在加热室内燃烧，加热面与加热室相适应，生成气管蒸气，其用于产生热能使供热水在联网加热装置内被蒸气加热并提供给热力系统回路；流过热力系统回路内的主热传送站的水在热泵蒸发器中冷却，回水的排放热量在热泵冷凝器中使用用于加热输入到热力系统回路中的热水，使其流过最终热力传送站，使冷却的返回水重新回到供热水回路中。上述系统和方法的缺陷在于，用于加热热载体的燃料能量的利用效率低，充分利用排放气体热能不足，污染物排放，以及，传递给用户的热量水平低，缺少热载体的累积存储设备，以及季节性重复消耗。
发明内容
本发明的技术难题和目标在于，提高用于加热热载体的燃料能的利用效率，依靠复杂的技术包括充分利用可利用生成蒸气的排放气体热量，另外消除排放气体内的燃烧物，提高向用户传送热的水平，累积存储低温热载体，以及在非供热周期内累积存储高温热载体，并且消除季节性重复消耗。
为了实现该目标，本发明提供了一种集中供热系统，其包括一带有加热室和气体管道的锅炉，其设有通过一蒸气涡轮或直接连接到联网加热装置的气体加热面；一供应和返回供热水的回路；一带有一位于供热点处的热泵单元的供热系统回路，热泵单元的冷凝器出口与供热系统回路的终端热传送站相连，热泵单元的蒸发器出口与冷却的返回供热水回路相连，使该冷却供热水返回到联网加热装置以重新加热，其中冷却的返回供热水回路设有至少一个竖井以在地下存储过度冷却的水，在锅炉气体管道内添加一联网节约装置利用可利用生成热蒸气的排放气体热量来预加热冷却的供热水，在该供应供热水回路上设有至少一个隔热蓄水池来存储联网节约装置内加热的和/或在非供热周期内在联网加热装置内预加热的水。
一附加联网节约装置可以设置在加热室外的锅炉气体管道内。
如果供热系统回路上设有至少三个热传送站，向用户供应热量将更有效率。
第一热传送站可以是常规设计。
如果在第二热传送站可以实现改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型，那么可以向用户充分提供热量。
第三热传送站可以实现利用已经流过第一和第二热传送站的回水在热泵单元的冷凝器内预加热水，并改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型。
如果热力工程设备、竖井、蓄水池和管线均合理地配有泵、阀和控制器，那么可以将运行状况维持在最佳。
本发明还提供一种集中供热方法，其中燃料在锅炉加热室内燃烧，在设于加热室和气体管道的加热面生成蒸气用于产生电能和/或热能，并实现下面的内容：供应的水在联网加热装置中被蒸气加热并提供给供热系统回路，其中已经流过供热系统回路内的初级热传送站的水在热泵蒸发器内冷却，获取回水的热量用于在热泵冷凝器中加热输入到供热系统回路中的流过终端热传送站的水，同时冷却的供热回水返回联网加热装置以重新加热，其中过度冷却的供热回水被累积存储在至少一个地下竖井内，当需要使用冷却的水时，通过在添加在锅炉气体管道内的联网节约装置内的可利用生成热蒸气的排放气体热量对其进行预加热，并且在联网节约装置中加热的水和/或在联网加热装置内预加热的水被提供给供热系统回路，或者在非供热周期内存储在供水回路的至少一隔热蓄水池中。
如果在联网节约装置内加热的水和/或在联网加热装置内预加热的水被提供给供热系统回路使其流过三个热传送站，那么可以向用户完全提供热量。
第一热传送站可以是常规设计。
如果在第二热传送站进行改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型，那么可以向用户充分提供热量。
第三热传送站利用已经流过第一和第二热传送站的回水在热泵单元的冷凝器内预加热水，以及，改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型。
为了改进参数，联网加热装置内预加热的水在被存储在隔热蓄水池之前，优选将其水温降到在联网节约装置内加热的水的水温。
在联网加热装置内预加热的水的水温可以通过将其与冷却的供热回水混合而降低。
如果热力工程设备、竖井、隔热蓄水池的运行状况，以及管线内水流的方向和速度均由适当的泵、阀和控制器控制，那么该系统将最佳地运行。
附图说明
下面将参照所附的附图1对本发明进行详细描述，其示出了集中供应来自固体燃料中央热电厂的热量的流程图，其具有位于热力系统回路的热力供应点上的热泵单元和用于在临近中央热电厂的位置存储热水的井。
具体实施方式
下面将参照附图内所示出的本发明优选实施例对本发明进行详细描述。
基于本发明，集中供热系统(图1)具有一带有加热室和气体管道的锅炉1。由连接至蒸气涡轮3的蒸气过热器2构成的加热面设于加热室的上部及锅炉1的气体管道的入口处。通过利用排放气体热能产生蒸气热能来预加热冷却的供热回水的联网节约装置6，其额外设置在锅炉1下游管道的静电除尘器4和排气装置5之间。涡轮3包括一高压缸7、一中压缸8和低压缸9，并配有一电流发生器10。该低压缸9与一冷凝器11连接，同时与作为供热水回路一部分的主联网加热装置12连接。该高压缸7与同为供应供热水回路一部分的高峰水加热装置13相连。
该供热系统回路包括三个热传送站，其中第一热传送站14为常规设计用于进行加热；第二热传送站15提供改良的加热方式而提高(30％)管线内的水流速度和/或扩展(30％)热交换面，和/或改进加热器类型；第三热传送站16也提供改良的加热方式，让热交换液体在供热回水回路的热泵单元17的冷凝器内加热，其中水已经流过第一和第二热传送站，并提高(30％)管线内的水流速度和/或扩展(30％)热交换面，和/或改进加热器类型。该热泵单元1 7的蒸发器出口与冷却的返回供热水回路连接，该回路设有一竖井18内以将多余的已冷却的供热回水存储在地下。该供应供热水回路设有隔热蓄水池19用来累积存储在联网节约装置6内加热的水和/或在未供热周期在联网加热装置12和13内预加热的水。热力工程装置，包括竖井18、蓄水池19和管线，配有可适用的泵、阀和控制器。
基于发明的集中供应热量的方法，热量来自中央热电厂，固体燃料在锅炉1的加热室内燃烧，由位于加热室顶部的蒸气过热器2构成的加热面内产生蒸气，并且在锅炉1的气体管道的入口处排出热气。该蒸气提供给蒸气涡轮3，其具有高压缸7、中压缸8和低压缸9，并配有电流产生器10。所用的蒸气从低压缸9排出进入冷凝器11被循环水冷却，并从冷凝器将冷凝水和补充水返回锅炉1。
蒸气从涡轮3排出进入联网水加热装置12，13需要执行两个步骤：第一步，蒸气从低压缸9进入主联网加热装置12，其中水加热至高达110℃，和第二步，蒸气从高压缸7进入高峰联网加热装置13，其中水加热至高达150℃。将加热的水提供到热力系统回路中，其中当流过第一站14后温度从150℃降到70℃，当流过第二站15后供热水的温度从70℃降到45℃。已经流过了供热系统回路中的热传送站14和15的温度为45℃的回水在热泵17的蒸发器内冷却到5℃，回水所排出的热量用于热泵17的冷凝器中用来加热注入供热系统回路中的要流过终端热传送站16的水，当流过终端热传送站之后水温从70℃降到45℃，同时在热泵蒸发器内冷却到5℃的回水返回到联网加热装置12和13以重新加热。
过度冷却的供热回水被累积存放在地下竖井18内，当水需要使用时，通过位于锅炉1的气体管道内的联网节约装置6内的可利用生成热蒸气的排放气体热量将水加热到95℃，并且，在联网节约装置6内重新加热的水之后在联网加热装置12和13内加热到150℃，最终提供给供热系统回路。加热的水也可以存储在供热水回路的隔热蓄水池19内以便在非供热周期内使用。
水存储在隔热蓄水池19内之前，在联网加热装置内加热的水通过将其与冷却的供热回水混合，将其水温降到在联网节约装置中预加热的水的水温。热力工程设备、竖井18和隔热蓄水池等的运行情况，以及管线中水流的方向和速度均由泵、阀和控制器控制。
以下，是一示例的集中供热系统的参数。
排放气体热量在位于锅炉1下游的静电除尘器4和排放装置5之间的联网节约装置6中被利用。供热水的初始温度是：t’hw＝5℃，其由在供热系统回路内的位于第三热传送站16的热泵单元提供。
优选地，第一站14分配的消费热量不比第二和第三站15和16各自分配的消费热量的总和要低，但是，分配在第三站16上的消费热量可能大于分配在第二站15上的消费热量，例如，下面给出了系统的参数并在上述图1中示出。
供热水的热量通常在第一站14被消费者按最高热能和如下时间-温度关系使用：tinitial hw/t”1st hw＝150℃/70℃。消费热量分配在第一站14为如下：α1st＝0.55。
在第二站15上的热量被消费者按如下时间-温度关系使用：t’2nd hw/t”2nd hw＝70℃/45℃，由于改进了速度和扩展了加热装置的热交换面积。消费热量分配在第二站15为如下：α2nd＝0.17。
在第三站16上的热量被消费者按照如下时间-温度关系使用：t’HPU hw/t”HPU hw＝70℃/45℃，这是由于在热泵单元17从已经分别流过供热系统回路内的第一和第二站14和15的供热回水中释放出来的热量加热的水，亦由于改进水的速度和扩展加热装置的热交换面积，按照如下时间-温度关系进行最后的降温：t’3rd hw/t”3rd hw＝45℃/5℃。消费热量分配在第三站为如下：α3rd＝0.28。
工业应用
根据估算，基于本发明的充分热利用可以将燃料能利用率提高8-22％，视乎所使用的燃料类型而定，并且累积存储的能量可以提供额外37-61％的增长，视乎所在地区和中央热电厂的类型而定。
仅被示出和描述的上述实施例使用来解释本发明的可行性，决不是为了限制本发明的精神和由所附权利要求限定的保护范围，另外，本领域技术人员获知的容易实施的其它实施例均无法脱离本发明的原理和精神，以及权利要求书限定的保护范围。

Claims (8)

1.一种集中供热系统，其包括一带有加热室和气体管道的锅炉，锅炉设有通过一蒸气涡轮或直接连接到联网加热装置的气体加热面；一供应和返回供热水的回路；一带有一位于供热点处的热泵单元的供热系统回路，热泵单元的冷凝器出口与供热系统回路的终端热传送站相连，热泵单元的蒸发器出口与冷却的返回供热水回路相连，使冷却供热水返回到联网加热装置以重新加热，其中冷却的返回供热水的回路设有至少一个竖井以在地下存储过度冷却的水，在锅炉气体管道内添加一联网节约装置，利用生成热蒸气的排放气体热量来预加热冷却的供热水，在供应供热水回路上设有至少一个隔热蓄水池来存储联网节约装置内加热的和/或在非供热周期内在联网加热装置内预加热的水。
2.如权利要求1所述的系统，其中附加联网节约装置设置在加热室外的锅炉气体管道内。
3.如权利要求1所述的系统，其中该供热系统回路设有至少三个热传送站。
4.如权利要求3所述的系统，其中第一热传送站是常规设计。
5.如权利要求3所述的系统，其中第二热传送站实现改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型。
6.如权利要求3所述的系统，其中第三热传送站实现利用已经流过第一和第二热传送站的回水在热泵单元的冷凝器内预加热水，以及改进管线内的水流速度，和/或扩展热交换面积，和/或改良加热装置类型。
7.如权利要求1所述的系统，其中热力工程设备、竖井、蓄水池和管线均配有泵、阀和控制器。
8.一种集中供热方法，其中燃料在锅炉加热室内燃烧，在设于加热室和气体管道的加热面生成蒸气用于产生电能和/或热能，并实现下面的内容：供应的水在联网加热装置中被蒸气加热并提供给供热系统回路，其中已经流过供热系统回路内的初级热传送站的水在热泵蒸发器内冷却，获取回水的热量用于在热泵冷凝器中加热输入到供热系统回路中的流过终端热传送站的水，同时冷却的供热回水返回联网加热装置以重新加热，其中过度冷却的供热回水被累积存储在至少一个地下竖井内，当需要使用冷却的水时，通过在添加在锅炉气体管道内的联网节约装置内的可利用生成热蒸气的排放气体热量对其进行预加热，并且在联网节约装置中加热的水和/或在联网加热装置内预加热的水被提供给供热系统回路，或者在非供热周期内存储在供水回路的至少一隔热蓄水池中。
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