CN103075841B - 基于热泵新型低温热电冷联供系统 - Google Patents

基于热泵新型低温热电冷联供系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于热泵新型低温热电冷联供系统。目前还没有一种结构简单,设计合理,热能利用率高的基于热泵新型低温热电冷联供系统。本发明包括高压蒸汽管、汽轮机、发电机、凝汽器和锅炉连接管,其特征是:还包括供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、电厂余热单效热泵机组、制冷单效吸收式热泵机组、热泵机组回路管、回路循环泵、用户制冷管、冷却塔、冷却塔进水管、冷却塔出水管、冷却水循环泵、电厂循环冷却水管、热泵冷却塔、冷却塔循环管、制热单效吸收式热泵机组、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管,供暖低压蒸汽管与制冷单效吸收式热泵机组连接,供暖凝水管与电厂余热单效热泵机组连接。本发明的结构设计合理,节能环保,热能利用率高。

Description

基于热泵新型低温热电冷联供系统
技术领域
本发明涉及一种热电冷联供系统,尤其是涉及一种基于热泵新型低温热电冷联供系统,属于电厂热泵节能技术领域。
背景技术
火力发电机组在提供电力的同时,有大量的凝结热被排入大气。我国目前发电机组平均能耗在0.32-0.35kgce/kWh,其中约有45-55%的冷凝热被排入大气,以我国2010年发电总量的80.3%由火力发电厂提供来计算,约有41413*0.335/1000*50%=6.94亿tce被排入大气,这约占我国能源总消耗的五分之一。
为了提高采暖一次能源的利用率,人们借助了热泵技术,利用基于热泵的电厂冷凝热技术,人们找到了既能灵活地调节热电负荷,又能尽可能多的利用电厂冷凝热服务于城市供热系统的方法。电厂冷凝热具有品位低、量大、热容大以及集中等特点,目前普遍采用的方法是通过湿冷或空冷冷凝汽轮机乏汽,将冷凝热排入大气。而用于热泵的电厂冷凝热属于50℃以下的低品位热源,湿冷机组可用水做冷却工质,水质优良,水量和温度也比较稳定,因此,电厂循环冷却水是非常优越的水源热泵低位热源,有较好的综合效益。
目前,可以采用溴化锂热泵来利用电厂的冷凝热,溴化锂热泵所需的高温热源,可用抽凝机组的采暖抽汽,也可用凝汽机组的回热抽汽。当循环水温度在30℃时,根据高温驱动蒸汽温度等级,可以获得70-90℃的热网供水,热泵COP在1.5-1.75间变化。从参数上看,采用单效热泵可以达到甚至超过低真空运行循环水供热系统,不但应用于大型火力发电机组中,对中小型机组也有很大的吸引力。
上述采用溴化锂热泵来利用电厂冷凝热的技术可使抽凝机组获得接近背压机组的热效率,大幅度减少冷凝热排放,同时保持抽凝机组对电热负荷变化的灵活性,大幅度提高机组供热量和经济性。单效热泵可以利用汽轮机的低温抽汽,单效热泵与压缩式热泵相比,相当于用低品位能源替代高品位的电能,经济价值高。单效热泵容易大型化,它没有像压缩式热泵需要大型压缩机配套,也不像低真空运行系统需对汽轮机进行复杂的维护和改造,目前,单台制热量的单效热泵可达40MW,相当于一台57吨/h的热水锅炉,机组的大型化大大降低制造成本,此外,单效热泵还具有制热量的调节性好以及易自动控制的优点。
从供暖要求看,单效热泵对冷凝热温度提升还是太低,若按照设计标准运行,单效热泵最多可以将一次热网侧的回水温度提高20℃,只占热网加热量的2/5,利用的冷凝热按热泵COP=1.5计,只占2/15,供热量中冷凝热含量极少。若以单效热泵经济运行计,热泵加热温度在80℃以下为宜,则加热升温只有10℃,对冷凝热回收的影响更大。
为了对设计标准中一次热网的供回水温度进行修正,达到充分利用冷凝热的目的,一般实施中都将供、回水温度分别调整为90℃和60℃,这样就有可能在供热中100%的利用冷凝热和冷凝水。但是,供回水温度降低需要付出的代价是一次管道加粗以及供热站换热器加大。
该技术的关健在于一级站高温差单效热泵的设计,高浓度差的溴机设计有相当难度,溴化锂溶液结晶的防止有相当的难度,此外,高温差单效热泵各个温差升温梯级间的合理匹配以及对外界热负荷的适应性都有待进一步提高。
目前也有一些热电冷联供系统,例如公开日为2010年08月11日,公开号为CN101799226A的中国专利中,公开了一种增热型热电冷联供系统,该系统由燃气发动机、发电机、吸收式热泵、高温烟气-水换热器、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器、水-水换热器、溶液除湿系统、地埋管或浅层地下水井或污水换热器以及各种连接管路和阀门等附件组成,该系统可以实现供热、供冷两种工况,在供热和供冷工况下均有多种管路切换形式,以适应不同情形的需要;可使燃气发动机的热量得到充分利用,在冬季充分回收燃气发动机排烟余热,在夏季将低温烟气热量和冷却水热量排入低温热源进行储存,并且同溶液除湿以及生活热水相结合。但是,该增热型热电冷联供系统的结构较为复杂,热能利用率较低。又如公开日为2005年09月28日,公开号为CN1673650的中国专利中,公开了一种基于燃气机热泵和燃气轮机发动机的热电冷三联供系统,该热电冷三联供系统包括燃气供应与排烟系统,余热回收与利用系统,蒸汽压缩制冷系统,蒸汽压缩制冷系统的压缩机由燃气发动机直接驱动,微型燃气轮机发电机发电,使空调系统完全由天然气驱动,该热电冷三联供系统的结构也较为复杂,能源利用率也不高。
综上所述,目前还没有一种结构简单,设计合理,性能可靠,热能利用率高的基于热泵新型低温热电冷联供系统,从而降低了电厂冷凝热的利用率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足,而提供一种结构设计合理,性能可靠,节能环保,热能利用率高的基于热泵新型低温热电冷联供系统。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是:该基于热泵新型低温热电冷联供系统包括高压蒸汽管、汽轮机、发电机、凝汽器和锅炉连接管,所述高压蒸汽管和锅炉连接管的一端均连接在汽轮机上,该汽轮机与发电机连接,所述凝汽器安装在锅炉连接管上,其特点在于:还包括供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、电厂余热单效热泵机组、制冷单效吸收式热泵机组、热泵机组回路管、回路循环泵、用户制冷管、冷却塔、冷却塔进水管、冷却塔出水管、冷却水循环泵、电厂循环冷却水管、热泵冷却塔、冷却塔循环管、制热单效吸收式热泵机组、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管,所述供暖低压蒸汽管与制冷单效吸收式热泵机组连接,该供暖低压蒸汽管的一端连接在汽轮机上;所述供暖凝水管与电厂余热单效热泵机组连接,该供暖凝水管的一端连接在供暖低压蒸汽管上;所述冷却塔进水管的一端连接在凝汽器上,该冷却塔进水管的另一端连接在冷却塔上,所述冷却塔出水管的一端连接在凝汽器上,该冷却塔出水管的另一端连接在冷却塔上,所述冷却水循环泵安装在冷却塔出水管上,位于所述冷却塔进水管一端的循环水水温在25-35℃,位于所述冷却塔出水管一端的循环水水温在20-25℃;所述电厂循环冷却水管连接在电厂余热单效热泵机组上,所述电厂循环冷却水管的一端连接在冷却塔进水管上,该电厂循环冷却水管的另一端连接在冷却塔出水管上;所述回路循环泵安装在热泵机组回路管上,所述电厂余热单效热泵机组和制冷单效吸收式热泵机组均与热泵机组回路管连接,位于所述热泵机组回路管中的循环水对电厂余热单效热泵机组的供水温度为18-22℃,该电厂余热单效热泵机组相对应的回水温度为60-80℃,位于所述热泵机组回路管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为60-80℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为18-22℃;所述用户制冷管连接在制冷单效吸收式热泵机组上,所述用户制冷管进制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为11-15℃,该用户制冷管出制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为5-9℃,所述热泵冷却塔和制冷单效吸收式热泵机组均与冷却塔循环管连接,位于所述冷却塔循环管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为26-34℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为35-40℃;所述供暖制热管与制热单效吸收式热泵机组连接,该供暖制热管的一端连接在供暖低压蒸汽管上;所述热泵循环管连接在制热单效吸收式热泵机组上,所述热泵循环管的一端连接在热泵机组回路管上,该热泵循环管的一端位于回路循环泵和制冷单效吸收式热泵机组之间,所述热泵循环管的另一端连接在热泵机组回路管上,该热泵循环管的另一端位于电厂余热单效热泵机组和制冷单效吸收式热泵机组之间,所述热泵循环管对制热单效吸收式热泵机组的供水温度为60-80℃,该制热单效吸收式热泵机组对热泵循环管的回水温度为18-22℃;所述用户制热管与制热单效吸收式热泵机组连接,所述用户制热管进制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为52-60℃,该用户制热管出制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为62-75℃。
作为优选,本发明所述锅炉连接管、供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、热泵机组回路管、用户制冷管、冷却塔进水管、冷却塔出水管、电厂循环冷却水管、冷却塔循环管、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管均为PVR管材质。
作为优选,本发明所述锅炉连接管、供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、热泵机组回路管、用户制冷管、冷却塔进水管、冷却塔出水管、电厂循环冷却水管、冷却塔循环管、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管均为铁管材质。
作为优选,本发明位于所述热泵机组回路管中的循环水对电厂余热单效热泵机组的供水温度为20℃,该电厂余热单效热泵机组相对应的回水温度为78℃;位于所述热泵机组回路管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为60℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为20℃。
作为优选,本发明所述用户制冷管进制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为12℃,该用户制冷管出制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为7℃。
作为优选,本发明位于所述冷却塔循环管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为30℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为37℃。
作为优选,本发明所述热泵循环管对制热单效吸收式热泵机组的供水温度为60℃,该制热单效吸收式热泵机组对热泵循环管的回水温度为20℃。
作为优选,本发明所述用户制热管进制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为58℃,该用户制热管出制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为70℃。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:结构简单,设计合理,性能可靠,使用方便,能源利用率高。本发明可以将电厂的余热通过电厂余热单效热泵机组和制冷单效吸收式热泵机组而转换为可利用的能源,最后通过用户制冷管将冷气输送到用户处进行使用,能够充分利用电厂的凝结热,大大提高了能源的利用率,有利于节能环保。此外,本发明还可以将电厂的余热通过电厂余热单效热泵机组和制热单效吸收式热泵机组而转换为可利用的能源,最后通过用户制热管将热能输送到用户处进行使用,能够充分利用电厂的凝结热,大大提高了能源的利用率,有利于节能环保。
本发明热泵机组回路管中的循环水对电厂余热单效热泵机组的供水温度为18-22℃,该电厂余热单效热泵机组相对应的回水温度为60-80℃,即大大降低了一次热网的供水温度和回水温度,把一次热网的供水温度和回水温度降低的好处是:在20-50℃的低温段,能够采用电厂0.1MPa的低压蒸汽,有利于减少电厂高温蒸汽的使用,提高了电厂发电能力。此外,由于本发明降低了一次热网的供水温度和回水温度,使得本发明避免了由于高温差问题引起的单效热泵设计难问题,降低了对设备的要求,从而降低了生产成本,克服了设计高浓度差溴机的问题,也克服了出现溴化锂溶液结晶的的问题。
本发明能够设计出不同的运行工况,通过低负荷、中负荷和高负荷的三个不同工况,可以设计出不同的运行策略,使得系统随着不同的热负荷,产生不同排汽压力和不同的冷凝热,只要热负荷达到中负荷以上,就可以完全吸收冷凝热,使得本发明达到接近背压机组运行的效果。
本发明能够巧妙控制热水温升,使热泵在其最佳的运行参数区间进行运行。本发明考虑了溴化锂热泵机组的特点,巧妙控制热水温升,使热泵在其最佳的运行参数区间进行运行,大大减少了使用高温蒸汽直接加热供热热水的场合,当热水与冷源热温度倒挂较大时,设计换热器将冷源热直接对热水进行加热,能够有效减少热泵的工作量,提高了热水中冷凝热的比例,使得一次热网热水中冷凝热的比例最高可达60%。
本发明既可以通过供暖低压蒸汽管给制冷单效吸收式热泵机组提供能源,又可以通过电厂余热单效热泵机组给制冷单效吸收式热泵机组提供能源,也就是说设计了双温一次管网结构,能够提高管道输送能力,同时保证供热站二次管网的热水温度。同理,本发明既可以通过热泵循环管给制热单效吸收式热泵机组提供能源,又可以通过电厂余热单效热泵机组给制热单效吸收式热泵机组提供能源,也就是说设计了双温一次管网结构,能够提高管道输送能力,同时保证供热站二次管网的热水温度。本发明采用双温管道的蒸汽管道使得供热站可以提供一定的蒸汽,并在夏天有一定的供冷能力,增加了供热站的功能。
本发明根据供热负荷Q的不同,可以分为低负荷工况、中负荷工况和大负荷工况三种情况,具体如下。
低负荷工况:Q≤1.2电厂正常发电需要的冷凝热。冬天循环水温度控制在25-30℃,部分循环水通过热泵机组,多余冷凝热经过冷却塔散热,供热量中含有0.42(单效)-0.47(双效)的冷凝热。
中负荷工况:1.2电厂正常发电需要的冷凝热<Q≤循环水流量*(45-25)*Cp(大型机组)或循环水流量*(62-30)*Cp(中小型机组)。此时,提高电厂循环水温度到30-35℃,将来自冷凝器的全部循环水引入冷凝水换热器,先与一次热网回水进行热交换,将循环水冷却到30℃,然后进溴机提供低温热量。这时循环水不再需要经过冷却塔,凝结热被全部利用。供热量中冷凝热含量在0.42-(一次热水流量*(38-20)/Q+(78-38)/78*0.75/1.75) 之间或在(一次热水流量*(54-20)/Q+(78-54)/78*0.75/1.75)之间。
大负荷工况:Q>循环水流量*(45-30)*Cp(大型机组)或循环水流量*(62-30)*Cp(中小型机组)。固定电厂循环水温度,将来自冷凝器的全部循环水引入冷凝水换热器,先与一次热网回水进行热交换,将循环水冷却到25℃,此时冷凝热全部利用尚不能满足供热需求。对中小型机组低温段热泵根据需要可以退出加热,多出的低温抽汽可以通过蒸汽加热器加热回水;当供热高峰时,通过直接加热提高供水温度,最高控制到90℃,管道的供热能力提高40%。
附图说明
图1是本发明实施例中基于热泵新型低温热电冷联供系统的结构示意图。
图2是本发明实施例中基于热泵新型低温热电冷联供系统在工作时,位于管路中的介质流向示意图。
图3是本发明实施例中基于热泵新型低温热电冷联供系统的管路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图3,本实施例中的基于热泵新型低温热电冷联供系统包括高压蒸汽管1、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、锅炉连接管5、供暖低压蒸汽管6、供暖凝水管7、电厂余热单效热泵机组8、制冷单效吸收式热泵机组9、热泵机组回路管10、回路循环泵11、用户制冷管12、冷却塔13、冷却塔进水管14、冷却塔出水管15、冷却水循环泵16、电厂循环冷却水管17、热泵冷却塔18、冷却塔循环管19、制热单效吸收式热泵机组20、供暖制热管21、热泵循环管22和用户制热管23。
本实施例中的高压蒸汽管1和锅炉连接管5的一端均连接在汽轮机2上,该汽轮机2与发电机3连接,凝汽器4安装在锅炉连接管5上。高压蒸汽通过高压蒸汽管1进入汽轮机2中,在高压蒸汽的作用下,汽轮机2进行工作,并由汽轮机2带动发电机3工作,从而实现发电机3的发电功能。
本实施例中供暖低压蒸汽管6的一端连接在汽轮机2上,该供暖低压蒸汽管6与制冷单效吸收式热泵机组9连接,使得汽轮机2中的蒸汽能够沿供暖低压蒸汽管6进入制冷单效吸收式热泵机组9,该蒸汽最后转变成冷凝水沿供暖低压蒸汽管6的另一端输出。
本实施例中供暖凝水管7的一端连接在供暖低压蒸汽管6上,该供暖凝水管7与电厂余热单效热泵机组8连接,使得汽轮机2中的部分蒸汽能够沿供暖低压蒸汽管6进入供暖凝水管7中,然后沿供暖凝水管7进入电厂余热单效热泵机组8中,该蒸汽最后转变成冷凝水后沿供暖凝水管7的另一端输出。
本实施例中的回路循环泵11安装在热泵机组回路管10上,使用时,该热泵机组回路管10中装有流动介质。本实施例中的电厂余热单效热泵机组8和制冷单效吸收式热泵机组9均与热泵机组回路管10连接,从而使得位于热泵机组回路管10中的介质能够在电厂余热单效热泵机组8和制冷单效吸收式热泵机组9之间循环流动,从而实现能量传递的功能。在热泵机组回路管10中充满循环水,当回路循环泵11在工作时,位于热泵机组回路管10中的循环水对电厂余热单效热泵机组8的供水温度为20℃,该电厂余热单效热泵机组8相对应的回水温度为78℃,即热泵机组回路管10中的循环水流入电厂余热单效热泵机组8时的温度为20℃,该热泵机组回路管10中的循环水从电厂余热单效热泵机组8流出时的温度为78℃,该从电厂余热单效热泵机组8流出的循环水与流入电厂余热单效热泵机组8的循环水相对应。本实施例中位于热泵机组回路管10中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组9的供水温度为60℃,该制冷单效吸收式热泵机组9相对应的回水温度为20℃,即热泵机组回路管10中的循环水进入制冷单效吸收式热泵机组9时的温度为60℃,该热泵机组回路管10中的循环水从制冷单效吸收式热泵机组9流出时的温度为20℃。由于本实施例热泵机组回路管10中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组9的供水温度仅为60℃,供水温度较低,从而大大降低了对管路耐热性的要求,有利于降低沿程热损,提高能源的利用率。本发明中位于热泵机组回路管10中的循环水对电厂余热单效热泵机组8的供水温度可以为18-22℃,该电厂余热单效热泵机组8相对应的回水温度可以为60-80℃,位于热泵机组回路管10中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组9的供水温度可以为60-80℃,该制冷单效吸收式热泵机组9相对应的回水温度可以为18-22℃。
本实施例中的热泵冷却塔18和制冷单效吸收式热泵机组9均与冷却塔循环管19连接,通过冷却塔循环管19能够实现热泵冷却塔18和制冷单效吸收式热泵机组9之间进行能量传递的功能,将制冷单效吸收式热泵机组9中的热能传递到热泵冷却塔18中,从而实现降低制冷单效吸收式热泵机组9中温度的功能。当本实施例中的热泵冷却塔18在运行时,冷却塔循环管19中充满了循环水,位于冷却塔循环管19中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组9的供水温度为30℃,即冷却塔循环管19输入制冷单效吸收式热泵机组9中的循环水的温度为30℃,本实施例中的制冷单效吸收式热泵机组9相对应的回水温度为37℃,即从制冷单效吸收式热泵机组9中输出而进入冷却塔循环管19的循环水的温度为37℃,该从制冷单效吸收式热泵机组9中输出的循环水与冷却塔循环管19输入制冷单效吸收式热泵机组9中的循环水相对应。本发明中位于冷却塔循环管19中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组9的供水温度可以为26-34℃,该制冷单效吸收式热泵机组9相对应的回水温度可以为35-40℃。
本实施例中的用户制冷管12连接在制冷单效吸收式热泵机组9上,使用时,该用户制冷管12与用户需要制冷的地方相连通,通过用户制冷管12将冷气输送到用户处,例如夏天可为用户提供7℃左右的冷媒水。本实施例中的用户制冷管12与用户需要制冷的室内空间相连通,通过用户制冷管12能够将室内空间的热空气输送到制冷单效吸收式热泵机组9中进行制冷,制冷后的冷空气能够沿用户制冷管12进入用户需要制冷的室内空间进行制冷。本实施例中的用户制冷管12进制冷单效吸收式热泵机组9的一端的温度为12℃,即通过用户制冷管12将温度为12℃的暖空气输入制冷单效吸收式热泵机组9中,本实施例中的用户制冷管12出制冷单效吸收式热泵机组9的一端的温度为7℃,即经过制冷单效吸收式热泵机组9制冷的温度为7℃的冷空气通过用户制冷管12输出,从而实现制冷的功能。本发明中的用户制冷管12进制冷单效吸收式热泵机组9的一端的温度可以为11-15℃,该用户制冷管12出制冷单效吸收式热泵机组9的一端的温度可以为5-9℃。
本实施例中的供暖制热管21与制热单效吸收式热泵机组20连接,该供暖制热管21的一端连接在供暖低压蒸汽管6上,使得供暖低压蒸汽管6内的部分高温蒸汽能够通过供暖制热管21进入制热单效吸收式热泵机组20中,该高温蒸汽在制热单效吸收式热泵机组20中冷凝后沿供暖制热管21流出,从而实现能量传递的过程。
本实施例中的热泵循环管22连接在制热单效吸收式热泵机组20上,热泵循环管22的一端连接在热泵机组回路管10上,该热泵循环管22的一端位于回路循环泵11和制冷单效吸收式热泵机组9之间。本实施例中热泵循环管22的另一端连接在热泵机组回路管10,该热泵循环管22的另一端位于电厂余热单效热泵机组8和制冷单效吸收式热泵机组9之间。当制热单效吸收式热泵机组20在运行时,位于热泵循环管22的介质依次经过热泵循环管22、热泵机组回路管10、回路循环泵11、电厂余热单效热泵机组8、热泵机组回路管10和热泵循环管22而进行循环,从而实现能量传递的过程,将电厂余热单效热泵机组8中的能量传递到制热单效吸收式热泵机组20中。当制热单效吸收式热泵机组20在运行时,热泵循环管22对制热单效吸收式热泵机组20的供水温度为60℃,即热泵循环管22供给制热单效吸收式热泵机组20温度为60℃的循环水,而该制热单效吸收式热泵机组20对热泵循环管22的回水温度为20℃,即循环水经过制热单效吸收式热泵机组20后回流到热泵循环管22的回水温度为20℃。由于本实施例热泵循环管22中的循环水对制热单效吸收式热泵机组20的供水温度仅为60℃,供水温度较低,从而大大降低了对管路耐热性的要求,有利于降低沿程热损,提高能源的利用率。本发明中的热泵循环管22对制热单效吸收式热泵机组20的供水温度可以为60-80℃,该制热单效吸收式热泵机组20对热泵循环管22的回水温度可以为18-22℃。
本实施例中的用户制热管23与制热单效吸收式热泵机组20连接,使用时,该用户制热管23与用户需要制热的地方相连通,通过用户制热管23将热能输送到用户处,例如,可以将热水输送到用户处。本实施例中的用户制热管23进制热单效吸收式热泵机组20的一端的温度为58℃,即用户制热管23能够将温度为58℃的低温气流输入制热单效吸收式热泵机组20中,该低温气流通过制热单效吸收式热泵机组20进行制热,本实施例中的用户制热管23出制热单效吸收式热泵机组20的一端的温度为70℃,即经过制热单效吸收式热泵机组20制热后的70℃的高温气流能够通过用户制热管23输出,该70℃的高温气流能够沿用户制热管23进入用户需要进行制热的地方,从而实现制热的功能。本发明中的用户制热管23进制热单效吸收式热泵机组20的一端的温度可以为52-60℃,该用户制热管23出制热单效吸收式热泵机组20的一端的温度可以为62-75℃。
本实施例中冷却塔进水管14的一端连接在凝汽器4上,该冷却塔进水管14的另一端连接在冷却塔13上。冷却塔出水管15的一端连接在凝汽器4上,该冷却塔出水管15的另一端连接在冷却塔13上。本实施例中的冷却水循环泵16安装在冷却塔出水管15上,从而实现冷却塔13中的冷却水依次在冷却塔13、冷却塔出水管15、凝汽器4和冷却塔进水管14之间循环的功能。当本实施例中的冷却塔13在运行时,冷却塔进水管14和冷却塔出水管15中均充满了循环水,本实施例中位于冷却塔进水管14一端的循环水水温在25-35℃,即进入凝汽器4的循环水水温在25-35℃,而位于冷却塔出水管15一端的循环水水温在20-25℃,即从凝汽器4输出的循环水水温在20-25℃。
本实施例中电厂循环冷却水管17的一端连接在冷却塔进水管14上,该电厂循环冷却水管17的另一端连接在冷却塔出水管15上,此外,该电厂循环冷却水管17还连接在电厂余热单效热泵机组8上,使得从凝汽器4中流出的热水能够沿冷却塔进水管14和电厂循环冷却水管17而进入电厂余热单效热泵机组8中,该热水在电厂余热单效热泵机组8中进行热交换后,再沿电厂循环冷却水管17回流到冷却塔出水管15中,然后再进入凝汽器4中。
本实施例中的锅炉连接管5、供暖低压蒸汽管6、供暖凝水管7、热泵机组回路管10、用户制冷管12、冷却塔进水管14、冷却塔出水管15、电厂循环冷却水管17、冷却塔循环管19、供暖制热管21、热泵循环管22和用户制热管23均优选为PVR管材质。当然,该锅炉连接管5、供暖低压蒸汽管6、供暖凝水管7、热泵机组回路管10、用户制冷管12、冷却塔进水管14、冷却塔出水管15、电厂循环冷却水管17、冷却塔循环管19、供暖制热管21、热泵循环管22和用户制热管23也可以采用其他材质,如铁管材质。
本发明中所用的汽轮机2、发电机3、凝汽器4、电厂余热单效热泵机组8、制冷单效吸收式热泵机组9、热泵冷却塔18和制热单效吸收式热泵机组20均属于现有技术,它们的结构以及工作原理对本领域的技术人员来说均是熟知的,故此处不再对汽轮机2、发电机3、凝汽器4、电厂余热单效热泵机组8、制冷单效吸收式热泵机组9、热泵冷却塔18和制热单效吸收式热泵机组20的具体结构以及工作原理进行详述。
本发明对一级热网A的供水温度可以降低到78℃,回水温度可以为20℃,大大降低了一级热网A的供水温度和回水温度,把一级热网A的供水温度和回水温度降低的好处在于能够在20-50℃的低温段采用电厂0.1MPa的低压蒸汽,减少了电厂高温蒸汽的使用,提高了电厂发电能力。当本发明在没有低温蒸汽时,可采用双效溴化锂热泵机组,其COP可达2以上;在50-70℃时,可以采用单效热泵,因加热温度低,COP可达1.75。
本发明为了提高管道输送能力,同时保证供热站二次管网B的热水温度,采用双温管道输送供暖热水,即一根送回收了冷凝热的热水,另一根送驱动供热站热泵机组的蒸汽。蒸汽量根据整个供热网的供热量决定,蒸汽压力根据电厂实际情况进行选择,由于二次供水最高温度为70℃,考虑沿程热损等因素,单效热泵对蒸汽的压力只要大于0.3MPa即符合要求。设二次热网供水温度和回水温度为55-70℃,则蒸汽潜热量一般不会超过(一次热水流量*(60-20)*/0.75)。本发明中的蒸汽凝水可以通过蒸汽回水管由电厂回收或并入二次水系统,使蒸汽携带的能量得到利用。
本发明中安装有单效热泵,将60℃的一次供热水冷却到20度,冷却得到的能量把二次热水从58℃左右加热到70℃。该热泵的另一个功能是当制冷机用,夏天可为用户提供7℃左右的冷媒水,实现了热电冷联供。本发明中的换热站单效热泵也可以分为高温和低温两级,以保证系统的可靠性和经济性。
本发明降低了一次热网供水温度和回水温度,通过低负荷、中负荷和高负荷的三个不同工况,设计了不同的运行策略,使得系统随着不同热负荷,产生不同排汽压力和不同的冷凝热。只要热负荷达到中负荷以上,就可完全吸收冷凝热,使系统达到接近背压机组运行的效果。同时,该系统考虑了溴化锂热泵机组的特点,巧妙控制热水温升,使热泵在其最佳的运行参数区间进行,大大减少了使用高温蒸汽直接加热供热热水的场合,当热水与冷源热温度倒挂较大时,设计换热器将冷源热直接对热水加热,有效减少了热泵工作量,提高了热水中冷凝热的比例,一次热网热水中冷凝热比例最高可达60%以上,这是其他系统不能达到的。多出的蒸汽管道使得供热站可以提供一定的蒸汽,并在夏天有一定的供冷能力,增加了供热站的功能。一级热网A不需要采用高温差单效热泵的设计,降低了技术实施难度,优化了单效热泵各个温差升温梯级间的合理匹配以及提高了对外界热负荷的适应性。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同,本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于热泵新型低温热电冷联供系统,包括高压蒸汽管、汽轮机、发电机、凝汽器和锅炉连接管,所述高压蒸汽管和锅炉连接管的一端均连接在汽轮机上,该汽轮机与发电机连接,所述凝汽器安装在锅炉连接管上,其特征在于:还包括供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、电厂余热单效热泵机组、制冷单效吸收式热泵机组、热泵机组回路管、回路循环泵、用户制冷管、冷却塔、冷却塔进水管、冷却塔出水管、冷却水循环泵、电厂循环冷却水管、热泵冷却塔、冷却塔循环管、制热单效吸收式热泵机组、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管,所述供暖低压蒸汽管与制冷单效吸收式热泵机组连接,该供暖低压蒸汽管的一端连接在汽轮机上;所述供暖凝水管与电厂余热单效热泵机组连接,该供暖凝水管的一端连接在供暖低压蒸汽管上;所述冷却塔进水管的一端连接在凝汽器上,该冷却塔进水管的另一端连接在冷却塔上,所述冷却塔出水管的一端连接在凝汽器上,该冷却塔出水管的另一端连接在冷却塔上,所述冷却水循环泵安装在冷却塔出水管上,位于所述冷却塔进水管一端的循环水水温在25-35℃,位于所述冷却塔出水管一端的循环水水温在20-25℃;所述电厂循环冷却水管连接在电厂余热单效热泵机组上,所述电厂循环冷却水管的一端连接在冷却塔进水管上,该电厂循环冷却水管的另一端连接在冷却塔出水管上;所述回路循环泵安装在热泵机组回路管上,所述电厂余热单效热泵机组和制冷单效吸收式热泵机组均与热泵机组回路管连接,位于所述热泵机组回路管中的循环水对电厂余热单效热泵机组的供水温度为18-22℃,该电厂余热单效热泵机组相对应的回水温度为60-80℃,位于所述热泵机组回路管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为60-80℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为18-22℃;所述用户制冷管连接在制冷单效吸收式热泵机组上,所述用户制冷管进制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为11-15℃,该用户制冷管出制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为5-9℃,所述热泵冷却塔和制冷单效吸收式热泵机组均与冷却塔循环管连接,位于所述冷却塔循环管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为26-34℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为35-40℃;所述供暖制热管与制热单效吸收式热泵机组连接,该供暖制热管的一端连接在供暖低压蒸汽管上;所述热泵循环管连接在制热单效吸收式热泵机组上,所述热泵循环管的一端连接在热泵机组回路管上,该热泵循环管的一端位于回路循环泵和制冷单效吸收式热泵机组之间,所述热泵循环管的另一端连接在热泵机组回路管上,该热泵循环管的另一端位于电厂余热单效热泵机组和制冷单效吸收式热泵机组之间,所述热泵循环管对制热单效吸收式热泵机组的供水温度为60-80℃,该制热单效吸收式热泵机组对热泵循环管的回水温度为18-22℃;所述用户制热管与制热单效吸收式热泵机组连接,所述用户制热管进制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为52-60℃,该用户制热管出制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为62-75℃。
2.根据权利要求1所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:所述锅炉连接管、供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、热泵机组回路管、用户制冷管、冷却塔进水管、冷却塔出水管、电厂循环冷却水管、冷却塔循环管、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管均为PVR管材质。
3.根据权利要求1所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:所述锅炉连接管、供暖低压蒸汽管、供暖凝水管、热泵机组回路管、用户制冷管、冷却塔进水管、冷却塔出水管、电厂循环冷却水管、冷却塔循环管、供暖制热管、热泵循环管和用户制热管均为铁管材质。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:位于所述热泵机组回路管中的循环水对电厂余热单效热泵机组的供水温度为20℃,该电厂余热单效热泵机组相对应的回水温度为78℃;位于所述热泵机组回路管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为60℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为20℃。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:所述用户制冷管进制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为12℃,该用户制冷管出制冷单效吸收式热泵机组的一端的温度为7℃。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:位于所述冷却塔循环管中的循环水对制冷单效吸收式热泵机组的供水温度为30℃,该制冷单效吸收式热泵机组相对应的回水温度为37℃。
7.根据权利要求1或2或3所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:所述热泵循环管对制热单效吸收式热泵机组的供水温度为60℃,该制热单效吸收式热泵机组对热泵循环管的回水温度为20℃。
8.根据权利要求1或2或3所述的基于热泵新型低温热电冷联供系统,其特征在于:所述用户制热管进制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为58℃,该用户制热管出制热单效吸收式热泵机组的一端的温度为70℃。
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