CN101839518B - 电厂循环水热泵耦合热电联产的集中供暖系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源领域的一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖系统及方法，该系统由汽轮机、蒸汽压缩式热泵、背压小汽轮机、热网加热器以及相应的管路和附属设备组成。该系统利用电厂循环水作为热泵的热源，热泵压缩机通过电厂做过功的中压蒸汽驱动小汽轮机驱动，小汽轮机排汽进入热网加热器加热热网水。另一方面，通过吸收式热泵在热网中和一次网及二次网的耦合，实现从电厂循环水外的低温热源提取热量的功能。本发明充分利用凝汽式机组大量的冷源损失，通过电厂循环水热泵和热电联产两者的协同作用，克服热电联产和热泵各自的缺陷，实现区域集中供暖。通过这些技术措施，提高了以汽轮机组电厂为中心的集中供热系统的热经济性。

Description

电厂循环水热泵耦合热电联产的集中供暖系统及方法

技术领域

本发明属于能源领域，特别涉及一种电厂循环水热泵耦合热电联产的集中供暖系统及方法，该系统通过电厂热电联产和循环水热泵的耦合，扩大了电厂的供热能力，提高了热力发电厂的热经济性。

技术背景

通过热电厂热电联产实现区域集中供热能够实现能源的梯级利用，是高效环保的能源利用方式之一，目前我国在新建电厂时对于具有区域热负荷的地方优先考虑热电联产热电厂。

在热电联产技术中，汽轮机可采用抽汽凝汽式和背压式机组。其中背压机组发电冷源损失全部用于供热，全厂热效率几乎等于锅炉效率乘管道效率，能源利用率最高。但这种情况实现的前提是在机组运行是要有足够的热负荷，当热负荷小的时候发电也少，而且热电比不易实现调节。当按冬天条件设计工况时，夏天机组的效率较低，这样全年总体运行效率并不高。抽汽凝汽式机组实质是背压机组和凝汽机组的组合，循环水带走大量的冷源损失，能源利用率比背压机组低。另外加热热网加热器的抽汽往往从中压缸等压力较高的地方抽汽，这样在热网加热器这个环节又增加了作用能力损失。但相比背压式机组，抽汽凝汽式机组随热电负荷变化进行易于调节，全年效率变化没有背压式机组那么明显。总之，无论背压式机组还是抽汽凝汽式机组在实现热电联产集中供热中都有一定的缺陷。

热泵也是一种提供热能的方式，它是通过消耗少量动力或燃料为代价将无用的低温热能变为有用的高温热能的系统装置。根据这些低温热能的不同，可以分为空气源热泵、土壤源热泵、污水源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵和工业废水热泵等。但这些热泵多数在温度较低的气候条件下其能效比较低，也就是说在每年最冷的时候其供热效果较差，这大大的影响了生活的品质。

发明内容

本发明的目的是提出一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖系统及方法。

一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖系统，其特征在于，该系统由汽轮机、蒸汽压缩式热泵、背压小汽轮机、热网加热器以及和附属设备，采用相应的管路连接组成；系统组成形式有两种，第一种形式是汽轮机1的抽汽分别连接一次热网加热器6和小汽轮机3，小汽轮机3排汽连接一次热网加热器6，小汽轮机3的主轴和第一类型热泵5的压缩机连接；汽轮机凝汽器2通过管路和循环泵连接至第一类型热泵5的蒸发器，第一类型热泵系统5的蒸发器再和电厂循环水冷却设施4相连；第一类型热泵5冷凝器、一次热网加热器6和热网水换热器7、区域附近热网换热器11组成供热热网水回路；第三类型热泵10并联接在该供热热网水回路中；热网水换热器7与第一区域热用户12、第二区域热用户13和第二类型热泵8高温热汇组成串联回路，第二类型热泵8蒸发器连接其它低温热源9。

所述两种系统形式的第二种形式是在上述第一类型热泵5的冷凝器不和一次热网加热器6连接，而是将其直接和热网换热器15相连形成回路，其余连接与第一种形式相同。

所述第二类型热泵和第三类型热泵均选用压缩式热泵或吸收式热泵。

一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖方法，其特征在于，所述电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖是利用电厂循环水作为压缩式热泵的低温热源，热泵压缩机利用电厂做过功的中压蒸汽驱动小汽轮机，小汽轮机排汽进入一次热网加热器、二次热网加热器加热热网水，向区域热用户直接供热，或在二次热网中串接第二类型热泵，第二类型热泵从二次网的其它低温环境中提取热量，这样增强了传统热电联产的供暖能力；在一次网的回水侧设置第三类型热泵，它利用一次网回水作为其低温热源向区域内区域热用户供热，同时降低了一次网的温度，这样既提取了电厂循环冷却水中原来被白白排向环境的热量，又降低了热电联产过程中中压蒸汽的做功能力不足，有利于在电厂内进一步加热，提高了以电厂汽轮机组为中心的集中供热系统的热经济性；另一方面，通过热泵在热网中和一次网及二次网的耦合，降低一次网的回水温度，实现从电厂循环水外的低温热源提取热量的功能。

所述热泵，在电厂循环水热泵耦合热电联产集中供热系统中共有三种类型的热泵，第一类型的热泵是在电厂内从电厂循环水中提取热量的压缩式热泵，通过压缩式热泵的运行加热热网水的温度，被加热的热网水可以直接供给厂区内或电厂附近的区域实现局部区域集中供暖，或作为热电联产热网加热器的给水；第二类型的热泵是在二次热网中的热泵，在二次热网中灵活布置，只要有低温热源的地方都能安装，通过这类型的热泵来提取热网水外的低温热源的热量；第三类型的热泵是在一次网的回水管路附近的热泵，通过它的作用，一方面降低了热网的回水温度，方便从电厂中吸收热量，另一方面进一步获得较高的温度，方便实现局部区域的供热。

本发明的有益效果是充分利用凝汽式机组大量的冷源损失，通过电厂循环水热泵和热电联产两者的协同作用，克服热电联产和热泵各自的缺陷，实现区域集中供暖。

附图说明

图1是热泵耦合热电联产系统第一种结构形式示意图。

图2是图1的第二种结构形式示意图。

图中：1是电厂发电汽轮机，2是凝汽器，3是驱动热泵的小汽轮机，4是电厂循环水冷却设施，5是第一类型热泵系统，6是一次热网加热器，7是热网水换热器，8是第二类型热泵，9是其它低温热源，10是第三类型热泵，11是区域附近热网换热器，12是第一区域热用户，13第二区域热用户、14是第三区域热用户，15是热网换热器。

具体实施方式

本发明提出一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖系统及方法。

下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。

实施例1

蒸汽进入电厂发电汽轮机1做功，电厂发电汽轮机1中的排汽进入凝汽器2冷凝后送给锅炉给水。冷凝器的循环冷却水从电厂循环水冷却设施4提取，循环水进入冷凝器2参与换热后温度升高，高温的循环水一部分到电厂循环水冷却设施4去冷却，另外一部分作为第一类型热泵系统的低温热源，它被第一类热泵系统5吸收热量后温度降低，降低温度后的水也流入到电厂循环水冷却设施4。在汽轮机1中做过功的一部分蒸汽被抽出，其中一部分送到一次热网加热器6中加热一次热网水，提高热网水的温度，另一部分作为驱动第一类型热泵5中压缩机运行的小汽轮机3的进汽，小汽轮机3的排汽被排到一次热网加热器6中加热热网水。

一次热网的热网水回到电厂后首先被第一类型热泵5加热，加热后的热网水再进入一次热网加热器6进一步加热。从热网加热器出来的热网水送到厂外的热网水换热器7，通过二次热网和一次热网的换热，第一区域热用户12、第二区域热用户13获得了一次热网的热量。在沿二次热网经过的管线中，当有合适的其它低温热源9时，可以设置第二类型热泵8。根据当地的条件，第二类型热泵8可以是吸收式热泵，也可以是压缩式热泵，驱动可以是较大型的轴流式压缩式，也可以是较小型的螺杆式压缩机，根据具体的情况可以灵活设置，第二类型热泵8提取的热量和二次热网水一起共同为串联或并联的第一区域热用户12、第二区域热用户13供热。当热网水回水距离电厂较近时，其回水温度较低，可能不能够满足区域热用户的需求，在这些区域可以设置第三类型热泵10，第三类型热泵10利用热网回水作为其低温热源实现在一定区域的供热。

实施例2

实施例2类似实施例1，所不同的是，实施例1第一类型热泵加热热网水后再由热网加热器加热，然后输送到二次热网加热器7去向用户供暖，而实施例2中第一类型热泵对电厂附近区域实现近距离供暖。

实施例2中，一次热网的热网水回到电厂后一部分进入第一类型热泵系统5加热，一部分进入一次热网加热器6加热。被第一类型热泵系统5加热的热网水输送到电厂附近区域实现近距离供暖，而被一次热网加热器6加热的热网水实现远距离供暖。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。

本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未全部指出本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统，其特征在于，该系统由汽轮机、蒸汽压缩式热泵、背压小汽轮机、热网加热器以及和附属设备，采用相应的管路连接组成；系统组成形式有两种，第一种形式是汽轮机(1)的抽汽分别连接一次热网加热器(6)和小汽轮机(3)，小汽轮机(3)排汽连接一次热网加热器(6)，小汽轮机(3)的主轴和第一类型热泵(5)的压缩机连接；汽轮机凝汽器(2)通过管路和循环泵连接至第一类型热泵(5)的蒸发器，第一类型热泵系统(5)的蒸发器再和电厂循环水冷却设施(4)相连；第一类型热泵(5)冷凝器、一次热网加热器(6)和热网水换热器(7)、区域附近热网换热器(11)组成供热热网水回路；第三类型热泵(10)并联接在该供热热网水回路中；热网水换热器(7)与第一区域热用户(12)、第二区域热用户(13)和第二类型热泵(8)高温热汇组成串联回路，第二类型热泵(8)蒸发器连接其它低温热源(9)。

2.根据权利要求1所述热电联产耦合热泵实现区域冷热联供系统，其特征在于，所述两种系统形式的第二种形式是第一类型热泵(5)的冷凝器不和一次热网加热器(6)连接，而是令第一类型热泵(5)的冷凝器和一个厂内热网加热器(15)连接，厂内热网加热器(15)再与第三区域热用户(14)、区域附近热网换热器(11)和第一类型热泵(5)冷凝器的公共节点连接；公共节点还与一次热网加热器(6)连接形成回路，其余连接与第一种形式相同。

3.根据权利要求1所述电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖方法，其特征在于，所述第二类型热泵和第三类型热泵均选用压缩式热泵或吸收式热泵。

4.一种电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖方法，其特征在于，所述电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖是利用电厂循环水作为压缩式热泵的低温热源，热泵压缩机通过电厂做过功的中压蒸汽驱动的小汽轮机来驱动，小汽轮机排汽进入热网加热器加热热网水；具体供暖流程是汽轮机(1)排汽进入凝汽器(2)，汽轮机抽汽分别进入一次热网加热器(6)和小汽轮机(3)，小汽轮机(3)的排汽排入一次热网加热器(6)，小汽轮机(3)作为第一类型热泵(5)的压缩机的驱动装置；凝汽器(2)通过循环水冷却设施(4)的冷却水来冷却，冷却凝汽器(2)后的一部分循环水被作为第一类型热泵(5)的低温热源，在第一类型热泵(5)中放出热量降温后也被排放到循环水冷却设施(4)；一次热网的热网水回到电厂后一部分进入第一类型热泵系统(5)加热，一部分进入一次热网加热器(6)加热；被第一类型热泵系统(5)加热的热网水通过热网加热器(15)换热后输送到电厂附近区域实现近距离供暖，而被一次热网加热器(6)加热的热网水实现对热用户(12)、热用户(13)和热用户(14)的供暖；第二类型热泵(8)从二次网的其它低温环境中提取热量，这样增强了传统热电联产的供暖能力；其中第一区域热用户(12)、第二区域热用户(13)采用串联，或并联；在一次网的回水侧设置第三类型热泵(10)，它利用一次网回水作为其低温热源向区域内第三区域热用户(14)供热，同时降低了一次网的温度，这样既提取了电厂循环冷却水中原来被白白排向环境的热量，又降低了热电联产过程中中压蒸汽的做功能力不足，有利于在电厂内进一步加热，提高了以电厂汽轮机组为中心的集中供热系统的热经济性；另一方面，通过热泵在热网中和一次网及二次网的耦合，降低一次网的回水温度，实现从电厂循环水外的低温热源提取热量的功能。

5.根据权利要求4所述电厂循环水热泵耦合热电联产的供暖方法，其特征在于，所述热泵，在电厂循环水热泵耦合热电联产集中供热系统中共有三种类型的热泵，第一类型的热泵是在电厂内从电厂循环水中提取热量的压缩式热泵，通过压缩式热泵的运行加热热网水的温度，被加热的热网水可以直接供给厂区内或电厂附近的区域的第三区域热用户(14)实现局部区域集中供暖，或作为热电联产热网加热器的给水满足第一区域热用户(12)、第二区域热用户(13)；第二类型的热泵是在二次热网中的热泵，在二次热网中布置，只要有低温热源的地方都能安装，通过这类型的热泵来提取热网水外的低温热源的热量；第三类型的热泵是在一次网的回水管路附近的热泵，通过它的作用，一方面降低了热网的回水温度，方便从电厂中吸收热量，另一方面进一步获得较高的温度，方便实现局部区域第三区域热用户(14)的供热。