CN103697523A - 热泵型增热换热机组 - Google Patents

Abstract

一种热泵型增热换热机组，其通过高压蒸发器、发生器及低压蒸发器的换热管依次连接成一次水管路，低压吸收器、冷凝器的换热管依次连接成二次水管路；低压蒸发器内注入冷剂水，一冷剂泵的输入端连通低压蒸发器，输出端并接高压蒸发器淋盘和低压蒸发器淋盘，且冷凝器的冷剂水输出端连通低压蒸发器淋盘；低压吸收器内注入溴化锂溶液，一溶液泵的输入端连通低压吸收器，输出端与发生器的溶液输入端连通，且发生器的溶液输出端并接低压吸收器淋盘和增压泵输入端，该增压泵输出端与高压吸收器淋盘连通，高压吸收器的溶液输出端与发生器的溶液输入端连通；一闪蒸罐输出端与高压吸收器换热管的输入端连接，高压吸收器换热管的输出端与该闪蒸罐的输入端连通。

Description

热泵型增热换热机组

技术领域

本发明涉及一种用于给建筑群落供热的换热机组，特别是一种热泵型增热换热机组。

背景技术

在我国北方地区，冬季供暖是一个涉及千家万户的重要民生问题。随着效率低下、污染严重的“小而全”燃煤供热站逐步退出供热市场；采用以热电厂集中供应环路高温水，分布式换热站对建筑群落供热的模式已成为主流。尤其在大中型城市里，已基本普及这种高效节能环保的供热模式。

在这个供热系统中，热电厂集中输出的环路高温水（最高可达130℃）称为一次水，由于一次水的水质、压力、温度、流量等参数不适宜于直接作为采暖热源水，因此一次水通常形成一个闭式环路。

在此环路上设置若干个分布式换热站就近对建筑群落分别供暖，对建筑物直接供暖的循环水称为二次水。

常规分布式换热站的换热设备为板式换热机组，具有建设投资低、运行维护简单的优点，但存在供热能力差的痼疾。

引起分布式换热站（即供热站）供热能力不足主要有下列三种情况：

1.实际运行与设计参数不符：表现在一次水的温度或流量达不到设计要求，从而使二次水温度达不到要求。

2.一次水管网系统的水力失衡。这种情况会造成个别换热站的一次水流量不达标，而管网系统的水力平衡调节是很复杂的问题，难以彻底根治。

3.采暖面积扩容。新增或新建的建筑物加入到换热站的供热负荷中，从而使该换热站的整体供热能力不足。在城市化快速发展的过程中，这种情况也很常见。

增加一次水的流量或者提高一次水的温度均可有效解决上述三类问题，但实际情况却是都难以实现。因为增加一次水的流量意味着改造一次水的管网系统（比如设置加压泵等又会造成新的水力失衡，不能允许），而一次水的管路系统属于城市基础设施，改造难度极大。在京津等一线城市，改造或增设一次水管网系统几乎不太可能；提高一次水的温度也受到很大制约，例如管网系统的承压和热电厂的热力失衡等问题。因此换热站供热能力不足的问题尽管在北方地区很常见，但却不易解决。随着城市化的快速推进，问题日渐凸显，涉及到热电厂、热力运营商、市政建设、居民区等方方面面，成为牵涉面广、民生影响大的普遍现象，需从技术创新的角度予以根治。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种能利用北方城市热网的高温一次水（90～130℃）生产0.15～0.6MPa的高温高压蒸汽，同时将一次水的温度更进一步地降低至20℃左右的低温返回城市热网，而二次水仍能保持54～63.2℃左右向用户供热的热泵型增热换热机组。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种热泵型增热换热机组，包括一机组本体，其特征在于，该机组本体分成完全隔离的三个密闭空间，其中每一空间的下部用隔板隔开，上部留有蒸气流通通道，且第一空间的隔板两侧分别设置高压蒸发器和高压吸收器，第二空间的隔板两侧分别设置冷凝器和发生器，第三空间的隔板两侧分别设置低压蒸发器和低压吸收器；该高压蒸发器、高压吸收器、低压蒸发器、低压吸收器中分别设有淋盘和换热管，冷凝器和发生器中设有换热管，且高压吸收器的下部设有溶液输出端，冷凝器的下部设有冷剂水输出端，发生器的上部设有溶液输入端，下部设有溶液输出端；该高压蒸发器、发生器及低压蒸发器的换热管依次连接成封闭的一次水管路，低压吸收器、冷凝器的换热管依次连接成封闭的二次水管路；该一次水管路的高压蒸发器端形成一次水输入端，低压蒸发器端形成一次水输出端；该二次水管路的低压吸收器端形成二次水输入端，冷凝器端形成二次水输出端；低压蒸发器内注入冷剂水，一冷剂泵的输入端连通低压蒸发器，输出端通过管路并接高压蒸发器淋盘和低压蒸发器淋盘，使冷剂水通过冷剂泵送入高压蒸发器淋盘和低压蒸发器淋盘，且冷凝器的冷剂水输出端连通低压蒸发器淋盘，使冷凝器冷凝产生的冷剂水输送进入低压蒸发器；低压吸收器内注入溴化锂溶液，一溶液泵的输入端连通低压吸收器，输出端通过管路与发生器的溶液输入端连通，且发生器的溶液输出端通过管路并接低压吸收器淋盘和增压泵，该增压泵输出端与高压吸收器淋盘连通，高压吸收器的溶液输出端与发生器的溶液输入端连通；一闪蒸罐输出端与高压吸收器换热管的输入端连接，高压吸收器换热管的输出端与该闪蒸罐的输入端连通。

上述方案的进一步改进为，经过发生器的一次水管路穿过一水水热交换器与低压蒸发器的换热管连通，该水水热交换器的输入端与二次水输入端连通，输出端与二次水输出端连通。

上述方案的另一改进为，该发生器的溶液输出端通过溶液热交换器连通低压吸收器淋盘，该溶液泵的输出管路经溶液热交换器与发生器的溶液输入端连通。

通常，常规换热站的关键设备是板式换热机组。为提高效能，通常将一次水和二次水做逆流换热，为保障低温端的换热温差，一次水的出水温度必须高于二次水的回水温度（差值5 ℃ ~10 ℃），如此便限制了一次水的总放热量，即换热站供热能力受到了制约。

本发明应用溴化锂吸收式制冷的原理恰好可以解决这一问题。

溴化锂吸收式技术通常应用在制冷机领域，利用热能（甚至废热）进行制冷，其制冷工质为自然界的天然物质，因此具有节电环保的特点。将溴化锂吸收式制冷循环的参数改变到适合采暖的要求，从而应用在城市供暖换热站中以替代传统板式换热器，使一次水的出水温度甚至可以低于二次水的回水温度（这在以往是不可思议的！），如此便可大幅度增加换热站的供热能力。

例如常见的二次水出入口温度为65 ℃/50 ℃，使用板式换热器时典型的一次水出入口温度为60 ℃/110 ℃。改用本发明溴化锂吸收式换热机组后二次水出入口温度依然保持为65 ℃/50 ℃，但一次水出入口温度可以优化到40 ℃/110 ℃，换热站的总供热能力显著增加了40% ，系统设计得当的话还可以更进一步优化到20 ℃/110 ℃，换热站的总供热能力显著增加了80% 。

同时利用溴化锂吸收式热泵的原理，本发明在换热站机组中增加高压蒸发器和高压吸收器，还可以直接采用一次水及闪蒸罐生产0.15～0.6MPa的高温高压蒸汽，满足某些特定场所（医院、宾馆、学校等）需要。

这样不仅用户不需要锅炉，直接利用城市热网水即可生成蒸汽，降低使用成本；而且将城市热网的一次水的供回水温差由原来的60℃增加至110℃，热力输送能力增加了80%，显著提升了供热能力。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明热泵型增热换热机组包括一机组本体1，该机组本体1分成完全隔离的三个密闭空间，其中每一空间的下部用隔板2隔开，上部留有蒸气流通通道3，且第一空间的隔板两侧分别设置高压蒸发器4和高压吸收器5，第二空间的隔板两侧分别设置冷凝器6和发生器7，第三空间的隔板两侧分别设置低压蒸发器8和低压吸收器9。该高压蒸发器4、高压吸收器5、低压蒸发器8、低压吸收器9中分别设有淋盘和换热管，冷凝器6和发生器7中设有换热管，且高压吸收器5的下部设有溶液输出端，冷凝器6的下部设有冷剂水输出端61，发生器7的上部设有溶液输入端，下部设有溶液输出端。该高压蒸发器4、发生器7及低压蒸发器8的换热管依次连接成封闭的一次水管路，低压吸收器9、冷凝器6的换热管依次连接成封闭的二次水管路。该一次水管路的高压蒸发器端形成一次水输入端10，低压蒸发器端形成一次水输出端11；该二次水管路的低压吸收器端形成二次水输入端12，冷凝器端形成二次水输出端13。低压蒸发器8内注入冷剂水，一冷剂泵16的输入端连通低压蒸发器8，输出端通过管路并接高压蒸发器淋盘41和低压蒸发器淋盘81，使冷剂水能通过冷剂泵16送入高压蒸发器淋盘41和低压蒸发器淋盘81，且冷凝器6的冷剂水输出端61连通低压蒸发器淋盘81，使冷凝器6冷凝产生的冷剂水输送进入低压蒸发器8循环再利用。低压吸收器9内注入溴化锂溶液，一溶液泵14的输入端连通低压吸收器9，输出端通过管路与发生器7的溶液输入端连通，且发生器7的溶液输出端通过管路并接低压吸收器淋盘91和增压泵15，该增压泵15的输出端与高压吸收器淋盘51连通，高压吸收器5的溶液输出端与发生器7的溶液输入端连通。一闪蒸罐输出端与高压吸收器换热管52的输入端连接，高压吸收器换热管52的输出端与该闪蒸罐的输入端连通。

经过发生器7的一次水管路穿过一水水热交换器17再与低压蒸发器9的换热管连通，该水水热交换器18的输入端与二次水输入端连通，输出端与二次水输出端连通。

该发生器7的溶液输出端通过溶液热交换器连通低压吸收器淋盘，该溶液泵的输出管路经溶液热交换器与发生器7的溶液输入端连通。

 本发明使用时，首先应启动冷剂泵，使冷剂水输送进高压蒸发器淋盘41、低压蒸发器淋盘81，同时还应启动溶液泵14和增压泵15，使低压吸收器9中的溴化锂溶液被输送至发生器7，发生器7中产生的溴化锂浓溶液被送入高压吸收器淋盘51及低压吸收器淋盘91，高压吸收器底部的溴化锂稀溶液输送到发生器7中。

接着，让高温一次水（90～130℃）从一次水输入端10输送进入高压蒸发器换热管，加热从高压蒸发器淋盘41送出的冷剂水，冷剂水吸收高温一次水的热量沸腾，产生大量的水蒸汽，水蒸汽经蒸气流通通道3被同一空间的高压吸收器淋盘51输出的高温溴化锂浓溶液吸收，使热量传递到高压吸收器5。浓度较高的溴化锂浓溶液具有极强的吸收水蒸气能力，当它吸收了水蒸气后，环境温度升高，溴化锂溶液浓度变稀，来自闪蒸罐的热水通过高压吸收器换热管，被高压吸收器换热管外的高温溴化锂稀溶液喷淋，大量摄取溴化锂稀溶液中的热量，进一步升温成高温高压热水，回到闪蒸罐后在闪蒸罐里闪发为0.15～0.6MPa的水蒸汽。 

一次水进入发生器换热管中加热发生器7中的溴化锂溶液（此时高温一次水温度已降到85～125℃），溴化锂溶液沸腾，产生大量的水蒸汽，溴化锂溶液由稀溶液浓缩成高温浓溶液，产生的水蒸汽进入同一空间的冷凝器6。一次水管道从发生器7出来后进入装满二次水的水水热交换器18中，实现高温一次水和低温二次水的热交换，再次降低一次水的温度，提高二次水的温度，升温后的二次水经二次水输出端13输出，降温后的一次水进入低压蒸发器换热管，低压蒸发器淋盘81输出冷剂水对低压蒸发器换热管进行喷淋，冷剂水吸热后蒸发变成水蒸气进入同一空间的低压吸收器9，使一次水进一步降温到40℃左右，甚至可降至20度左右，降温后的一次水从一次水输出端11输出。

二次水经二次水输入端12进入低压吸收器换热管中，被低压吸收器淋盘91输出的溴化锂浓溶液喷淋，该低压吸收器淋盘91输出的溴化锂浓溶液因吸收来自低压发生器8的水蒸汽变成溴化锂稀溶液，且含有大量吸收热，二次水吸取溴化锂稀溶液中的吸收热第一次升温；而变稀后的溴化锂溶液将被溶液泵14输送到发生器7进行加温浓缩。二次水从低压吸收器换热管出来后进入冷凝器换热管，发生器7产生的高温水蒸汽在低压吸收器9中遇到冷的冷凝器换热管冷凝成冷剂水后进入低压蒸发器淋盘81，冷凝器换热管中的二次水吸收水蒸汽热量第二次升温到54～63.2℃后从二次水输出端11输出。

发生器7中产生的高温溴化锂浓溶液一部分经增压泵进入高压吸收器淋盘51，供高压吸收器5使用，另一部分经溶液热交换器17进入低压吸收器淋盘91，该溶液泵14的输出管路也经溶液热交换器17与发生器7的溶液输入端连通，这样在溶液热交换器17中，发生器7产生的高温溴化锂浓溶液与溶液泵输出的低温溴化锂稀溶液发生热交换，浓溶液温度降低，稀溶液温度提升，提高了机组节能降耗性能。

Claims (3)

1.一种热泵型增热换热机组，包括一机组本体，其特征在于，该机组本体分成完全隔离的三个密闭空间，其中每一空间的下部用隔板隔开，上部留有蒸气流通通道，且第一空间的隔板两侧分别设置高压蒸发器和高压吸收器，第二空间的隔板两侧分别设置冷凝器和发生器，第三空间的隔板两侧分别设置低压蒸发器和低压吸收器；该高压蒸发器、高压吸收器、低压蒸发器、低压吸收器中分别设有淋盘和换热管，冷凝器和发生器中设有换热管，且高压吸收器的下部设有溶液输出端，冷凝器的下部设有冷剂水输出端，发生器的上部设有溶液输入端，下部设有溶液输出端；该高压蒸发器、发生器及低压蒸发器的换热管依次连接成封闭的一次水管路，低压吸收器、冷凝器的换热管依次连接成封闭的二次水管路；该一次水管路的高压蒸发器端形成一次水输入端，低压蒸发器端形成一次水输出端；该二次水管路的低压吸收器端形成二次水输入端，冷凝器端形成二次水输出端；低压蒸发器内注入冷剂水，一冷剂泵的输入端连通低压蒸发器，输出端通过管路并接高压蒸发器淋盘和低压蒸发器淋盘，使冷剂水通过冷剂泵送入高压蒸发器淋盘和低压蒸发器淋盘，且冷凝器的冷剂水输出端连通低压蒸发器淋盘，使冷凝器冷凝产生的冷剂水输送进入低压蒸发器；低压吸收器内注入溴化锂溶液，一溶液泵的输入端连通低压吸收器，输出端通过管路与发生器的溶液输入端连通，且发生器的溶液输出端通过管路并接低压吸收器淋盘和增压泵，该增压泵输出端与高压吸收器淋盘连通，高压吸收器的溶液输出端与发生器的溶液输入端连通；一闪蒸罐输出端与高压吸收器换热管的输入端连接，高压吸收器换热管的输出端与该闪蒸罐的输入端连通。

2.根据权利要求1所述的热泵型增热换热机组，其特征在于，经过发生器的一次水管路穿过一水水热交换器与低压蒸发器的换热管连通，该水水热交换器的输入端与二次水输入端连通，输出端与二次水输出端连通。

3.根据权利要求1或2所述的热泵型增热换热机组，其特征在于，该发生器的溶液输出端通过溶液热交换器连通低压吸收器淋盘，该溶液泵的输出管路经溶液热交换器与发生器的溶液输入端连通。

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