CN102200315A - 一种符合低碳能源政策的城市供暖方法 - Google Patents

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Abstract

一种符合低碳能源政策的城市供暖方法，其特点是蒸汽锅炉与汽轮机和地源热泵之间通过管道构成了配套组合供暖，其中蒸汽锅炉把进水经过加热至水蒸气后通过管道进入汽轮机组，汽轮机组经过做功，蒸汽拖动汽轮机组后下来乏汽进入到汽水换热器中进行热交换后送出混合热水至末端采暖系统；末端采暖系统的回水进入地源热泵冷凝器进行换热后至40度送至蒸汽锅炉，地源热泵的压缩机的动力来源采用汽轮机的动力源。本发明采用蒸汽锅炉、汽轮机和地源热泵的组合，通过将系统回水温度从35度加热至40度，达到节约燃煤0.035吨/m2，降低二氧化碳排放0.085吨/m2，二氧化硫排放0.002吨/m2，节约电费27.20元/m2的节能减排效果。

Description

一种符合低碳能源政策的城市供暖方法
技术领域
本发明涉及一种城市供暖方法，特别是涉及一种用于城市集中供热且又符合低碳能源政策的城市供暖方法，是对现有城市集中供暖方法的改进。
背景技术
低碳经济：是一种正在兴起的经济形态和发展模式，包含有：低碳产业、低碳能源技术、低碳城市和低碳生活等一系列新内容。
现有城市的供暖形式大致分为几种：热电厂，区域锅炉房，工业与城市余热，地热，核能，热泵，太阳能等。前五种属于集中热源，后两种及燃气炉、燃油炉等属于独立热源。在集中热源受到限制的区域，独立热源便显示出自身的优势，比如地源热泵系统优势更加明显
例如沈阳市每年有152天的采暖期，取暖方式以高碳燃煤热水锅炉为主。截至目前，沈阳供热建筑面积已达1.96亿平方米，每年需消耗实物煤约660万吨。这种供暖方式对煤炭资源的依赖性强，也对环境造成严重的污染。
地源热泵是利用浅层地能进行供热制冷的新型能源利用技术。沈阳地区80米至160米深处的地下水温度常年维持在12℃至14℃左右。冬季，地源热泵机组通过压缩机和热交换器从地下水中吸收热量，制热时出水温度最高可达90℃。与使用煤、气、电等常规供热制冷方式相比，地源热泵具有清洁、高效、节能等诸多优势。与空气源热泵相比，约可减少电力消耗30％以上；与电供暖相比，约可减少70％以上。但是地源热泵技术的供热能力有限，只能在个别的住宅小区使用。城市集中供热的大型热电厂仍采用高碳燃煤热水锅炉的方法供热。
为降低二氧化碳的排放量，充分利用城市中丰富的水资源，如地下水、江河湖、原生污水、工业废水及中水等。特别是城市的污水资源，现城市中的地下暗渠的污水的温度是15～21℃，经过污水源换热器进行热交换，以此来满足地源热泵的正常运行。如果把锅炉供热回水从35℃经过地源热泵技术加热至40℃后，再送至锅炉进行二次加热，必将对我国提倡发展低碳能源经济和减少碳的排放量做出一定的贡献。据本申请人检索，目前尚未发现国内有将供热锅炉与地源热泵组合使用的集中供热方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，给出一种用于城市集中供热且又符合低碳能源政策的城市供暖方法。该城市供暖方法采用了蒸汽锅炉、汽轮机和地源热泵的配套组合，通过将系统回水温度从35度加热至40度，可以达到节约燃煤0.035吨/m2，降低二氧化碳排放0.085吨/m2，二氧化硫排放0.002吨/m2，节约电费27.20元/m2的节能减排的效果。
本发明给出的技术解决方案是：这种符合低碳能源政策的城市供暖方法，包括有蒸汽锅炉，其特点是所述蒸汽锅炉与汽轮机和地源热泵之间通过管道构成了配套组合供暖，其中
蒸汽锅炉把40度的进水经过加热至180度～300度的水蒸气后通过管道进入汽轮机组，汽轮机组经过做功后，蒸汽拖动汽轮机组后下来乏汽，通过管道进入到汽水换热器中进行热交换后送出温度至少在65度的混合热水至末端采暖系统；
末端采暖系统的35度回水进入地源热泵的冷凝器进行换热后至40度送至蒸汽锅炉，地源热泵的蒸发器热量供给可以是采用地下水、江河湖海水、土壤源中的一种，地源热泵的压缩机的动力来源则是采用汽轮机的动力源，地源热泵的压缩机的工作转数为2500～3000转/分钟，汽轮机的工作转数为7500～8000转/分钟，通过减速机来满足地源热泵机组中压缩机的工作条件，如蒸汽不足时则可以用电能来满足地源热泵机组压缩机的正常工作。
为更好的实现本发明的目的，降低二氧化碳的排放量，充分利用城市中丰富的原生污水、工业废水及中水等，地源热泵的蒸发器热量供给也可以采用原生污水、工业废水、中水，即增设污水源换热器来进行热交换，从城市暗渠中提取15～18度的污水、工业废水、中水，进入污水源换热器的污水流道提取2-3度的温差后，回水再回灌至城市暗渠的下游，污水源换热器与地源热泵之间流动的中介水进入污水源换热器的夹层宽流道进行换热，再返回至地源热泵的蒸发器，来满足地源热泵的正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于采用蒸汽锅炉、汽轮机和地源热泵的配套组合，通过将系统回水温度从35度加热至40度，可以达到节约燃煤0.035吨/m2，降低二氧化碳排放0.085吨/m2，二氧化硫排放0.002吨/m2，节约电费27.20元/m2的节能减排的效果。
附图说明
附图是本发明的供热系统流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体技术方案做进一步说明：
现就供暖面积500万平方米的供热中心，蒸汽锅炉采用35吨锅炉：每天用煤150吨，每吨煤按500元计算，每天耗用煤：150吨/天×500元/吨＝75000元/天，其中蒸汽损耗量50％用于汽轮机做功：75000元/天×50％＝37500元/天，余下来的乏汽经过汽水交换器换热后，供给采暖系统末端采暖，蒸汽节能75000元/天×50％＝37500元/天。
用电情况：500万平方米的供暖中心用电负荷为6000KW/h，设备运转一天用电：6000KW/h×24h＝144000KW/天，每度电价按0.85元/KW，一天用电144000KW/天×0.85元/KW＝122400元/天，如果用做动力源的转动设备采用汽轮机为动力源则可节约用电122400元/天，其它配套设备做功损耗10％，实际节能：122400元/天+75000元/天＝197400元/天-1974元/天＝177660元/天(实际节能177660元/天)。
如图所示，这种符合低碳能源政策的城市供暖方法，包括有蒸汽锅炉与汽轮机和地源热泵构成的配套组合供暖，其中蒸汽锅炉的燃料采用煤或天然气，地源热泵是由蒸发器、冷凝器、压缩机、电子膨胀阀、控制器等组成，地源热泵蒸发器的热量供给，既可采用原生污水、工业废水、中水，也可采用地下水、江河湖海水、土壤源。
蒸汽锅炉把40度进水经过加热至180度～300度的水蒸气后，再经11号管进入汽轮机组，汽轮机组经过做功后，蒸汽拖动汽轮机组后下来的150度乏汽，经12号管进入到汽水换热器中进行热交换后送出温度至少在65度的混合热水，经6号泵及13号管至末端采暖系统。
系统的35度回水经1号泵及1号管进入地源热泵冷凝器进行换热后至40度热水后，再次作为蒸汽锅炉的进水送出，由冷凝器出水的2号管送出至蒸气锅炉进水管，进行2次加热至300度水蒸气后，由11号管将加热后的蒸气送出至汽轮机组作功后由12号管送出，进入汽水混合器中进行汽水混合至80度后由13号管送入系统末端供暖。
同时地源热泵压缩机的动力来源则是采用汽轮机的动力源，压缩机的工作转数为2500～3000转/分钟，汽轮机的工作转数为7500～8000转/分钟，通过减速机来满足热泵机组中压缩机的工作条件，如蒸汽不足时则可以用电能来满足热泵机组压缩机的正常工作。当系统回水温度从35度加热至40度，可以节约燃煤0.035吨/m2，降低二氧化碳排放0.085吨/m2，二氧化硫排放0.002吨/m2，节约电费27.20元/m2。
地源热泵工作条件是：利用制冷剂的自身相变过程，从低温物质中吸收热量释放给高温物质，来完成热量的转换过程，利用地下水、江河湖海水时，由5号泵、7号管、2号泵、3号管进入地源热泵的蒸发器，再由8号管回水至地下，此时A阀、B阀关闭，如果使用土壤源时F阀、E阀关闭，由4号泵、7号管、2号泵、3号管进入地源热泵的蒸发器，由8号管及10号管返回进行土壤源循环换热，再经9号管及4号泵进入7号管、2号泵、3号管进入地源热泵的蒸发器。
如果使用原生污水源、工业废水、中水进行换热，需要利用污水源换热器来进行热交换，从暗渠中提取15～18度的污水、工业废水、中水，由5号管进入污水源换热器的污水流道提取温差，回水再由6号管回灌至暗渠的下游；中介水由4号管进入污水源换热器的夹层宽流道进行换热，来满足地源热泵的正常运行，再由3号管返回至地源热泵的蒸发器，此时C阀、D阀关闭，封闭式循环，来实现机组与换热器之间的热交换。

Claims (2)

1.一种符合低碳能源政策的城市供暖方法，包括有蒸汽锅炉，其特征在于所述蒸汽锅炉与汽轮机和地源热泵之间通过管道构成了配套组合供暖，其中
蒸汽锅炉把40度的进水经过加热至180度～300度的水蒸气后通过管道进入汽轮机组，汽轮机组经过做功后，蒸汽拖动汽轮机组后下来乏汽，通过管道进入到汽水换热器中进行热交换后送出温度至少在65度的混合热水至末端采暖系统；
末端采暖系统的35度回水通过管道进入地源热泵的冷凝器进行换热后至40度送至蒸汽锅炉，地源热泵的蒸发器热量供给为采用地下水、江河湖海水、土壤源中的一种或原生污水、工业废水、中水中的一种，地源热泵压缩机的动力来源为汽轮机的动力源，地源热泵压缩机的工作转数为2500～3000转/分钟，汽轮机的工作转数为7500～8000转/分钟，通过减速机来满足地源热泵机组中压缩机的工作条件。
2.根据权利要求1所述的符合低碳能源政策的城市供暖方法，其特征在于当地源热泵的蒸发器热量供给为原生污水、工业废水、中水中的一种时，设置用污水源换热器来进行热交换，即从城市暗渠中提取15～18度的污水、工业废水、中水，进入污水源换热器的污水流道提取2-3度的温差后，回水再回灌至城市暗渠的下游，污水源换热器与地源热泵之间流动的中介水进入污水源换热器的夹层宽流道进行换热，再返回至地源热泵的蒸发器。
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