CN104197397A - 降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统 - Google Patents

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Abstract

一种降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统，针对电厂冷却塔废热不能被充分利用以及煤和天然气直接燃烧能源大量浪费等问题，本发明对电厂冷却塔废热回收，租用供暖一次热网回程热能，节能效果明显。该项技术用煤或天然气燃烧驱动吸收式热泵做功，租用热电联产供热管路一次网回程水中的热量，可以有效扩大供热面积，将电厂冷却塔中的废热输送到城市的热网铺设到的地方。该项技术的供回水温差为108℃，再加上电能创造的温差，相当于供热整体温差达到160～180℃。可以大幅度提高管网输送效率，对于不断涨高的城市节能意义重大，一次网相对循环能耗降到原来1/4以下。

Description

降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统
技术领域
本发明属于提高能源利用效率领域，涉及一种利用热电联产供热回水、回收电厂冷却余热的基于热泵与热电联产及其他热源的联合供暖系统。
背景技术
目前热电联产虽然实现了能源的阶梯利用，但还属于传统供热方式，供热效率低，能源浪费大。电厂冷却塔散发的废热是一个城市最大最集中的废热资源，被称为“城市废热能源孤岛”，废热只有量没有质，品味低，不能被利用。冷却塔散失的热量占总能量的20％-30％，而且需要消耗大量的水资源，对缺水的北方来讲情况尤为严峻。
现今的常规供热方式一般采用一次热网供水温度110℃，一次热网回水温度70℃。供回水温差小，导致循环泵能耗大，输送效率低，且供回水管路热损失严重，由于一次热网回水温度为70℃，电厂冷却塔的废热无法加进去，导致大量废热白白浪费掉。在我国城市化进程加快、城市大规模建设的严峻形势下，原有供热管网输送能力有限，难以满足要求，若要扩大供热管网，则投入巨大且受到严格限制。
能源具有双重性，既有量(可用热力学第一定律描述)，又有质(可用热力学第二定律描述)。目前的热电联产普遍存在多座调峰锅炉或者其他热源，将燃料(煤、天然气等)直接燃烧供热，只利用了能源的量，显然是对高品位能源的浪费(火用降火无升)，并且独立的锅炉房的运行安全性低，若其中一个环节出现问题，则会影响整个供热系统。
基于节能设备的成熟应用和自控手段的不断完善，使得供暖方式有了革命性的转变。采用吸收式热泵将冷却塔废热回收，将燃料有用的质与冷却塔浪费的量有效结合，使之符合供暖标准，成为既有质又有量的可利用能源。
发明内容
针对电厂冷却塔废热由于品位低不能被充分利用、燃料(煤、天然气等)直接燃烧供热火用降火无升、供热管网温差小、供热效率低等问题，本发明提供了一种降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案为：
一种降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统，包括热电厂抽汽供热系统、热电厂凝汽器冷却水系统、一次热网、二次热网，其特征在于：
热电厂抽汽通过汽水换热器与一次热网回水换热，得到一次热网供水，一次热网供水通过换热器与二次热网进行换热，之后在一次热网的回程中设置若干级吸收式热泵和压缩式空调，将一次热网供热回水温度逐级降低到电厂凝汽器冷却水排水温度以下，然后一次热网回水通过换热器吸收电厂凝汽器冷却水的余热；此过程系统中的吸收式热泵机组的驱动源为蒸汽、燃气或其它高温源，一次热网回水逐级做为吸收式热泵机组的低温热源，吸收式热泵的制热端给二次热网的回水进行加热，其中最后一级吸收式热泵机组的低温热源由后一级压缩式空调的冷凝器端提供，而压缩式空调机组的驱动源为电、蒸发器的低温热源为一次供热回水，从最末级压缩式空调机组蒸发器排出的一次热网回水通过换热器与电厂凝汽器冷却水换热；
换热升温后的一次热网回水再通过若干个吸收式热泵机组将温度提升至常规供热方式的一次热网回水温度，之后通过汽水换热器与电厂供热蒸汽进行换热，得到常规供热方式的一次热网供水温度；其中一次热网回水温度提升过程中若干吸收式热泵机组的驱动源为电厂抽汽，低温热源为电厂凝汽器冷却水。
进一步的，采用了本发明的系统，110℃的一次热网供水经过换热器与二次热网换热后温度降至70℃；
设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵，以高温蒸汽做驱动热源，以凝汽器冷却水做为低温热源，给一次热网回水进行加热到85℃；
设置在一次热网侧的第一级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以70℃的一次热网回水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
第二级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以下一级压缩式空调机组的冷凝器侧30℃热水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
设置在二级直燃式吸收式热泵之后的压缩式空调机组，以电为驱动源，以从第一级直燃式吸收式热泵排出的25℃一次热网回水为蒸发器侧低温热源，将冷凝器侧25℃水制热到30℃；蒸发器侧的3℃出水进入换热器与电厂凝汽器冷却水进行换热升温到30℃。
在热电厂中，汽轮机中的乏气进入到凝汽器中，将凝汽器冷却水加热到35℃；一部分35℃的凝汽器冷却水进入换热器中将3℃的一次热网回水升温至30℃，35℃的凝汽器冷却水降温至30℃返回凝汽器中；另一部分35℃的凝汽器冷却水分别进入电厂侧蒸汽双效吸收式热泵、蒸汽单效吸收式热泵、蒸汽大温差吸收式热泵中做低温热源，利用汽轮机的抽汽作为蒸汽双效吸收式热泵、蒸汽单效吸收式热泵、蒸汽大温差吸收式热泵的驱动热源，将一次热网回水温度由30℃逐步提升至85℃；85℃的一次热网回水进入汽水换热器与汽轮机的抽汽换热升温至110℃作为一次热网供水输出。
本发明的有益效果是：
1、能够以最小的代价最大限度地回收凝汽器冷却余热，提高能源利用率；回收凝汽器冷却余热减少循环泵的消耗；在商场改造过程中，可以直接利用商场中原有的制冷机做为一次热网中的压缩式空调机组，而不必另外投资购置热泵；制冷机可以将一次热网中吸收式热泵提取不了的25℃的热源再次提热，将供热温差继续拉大，提高供热效率。制冷机将回水制冷至3℃，冷凝器侧只提升5℃温差，COP值可达6～8，降低电能消耗。
2、现今的供暖方式一般采用一次热网供水温度110℃，一次热网回水温度70℃，供回水温差为Δt＝40℃。这40℃温差由两部分组成：一部分是有效传热温差，一部分是沿程热损失。沿程热损失又分为两部分，一部分为供水管沿程热损失，一部分为回水管沿程热损失。一般供暖一次热网回水温度70℃与大地有60℃左右的温差，所以会向大地传热，产生沿程热损失。而采用该系统的供暖一次热网回水为3℃，低于大地温度，不会产生热损失，而3℃的一次热网回水升温至30℃所吸收的热量是原本在冷却塔中漂水散失的热量(凝汽器冷却余热)，这段热量是免费的，同时大大减少了冷却塔的漂水量；而且3℃的一次热网回水升温至30℃是用板式换热器直接换热得到的，不用消耗任何能量。常规一次热网供回水温差为40℃，本系统供回水温差为107℃，再加上一侧热网侧直燃式吸收式热泵机组热源燃气的热能，相当于供热整体温差达到160℃～180℃。该项技术大幅度增大用户侧的供热流量和供热温差，提高管网输送效率和供热规模，减少了供热管网的投资，对于不断涨高的城市节能意义重大。在城市核心区域，热负荷快速增长的同事没地下空间资源基本用尽，供回水大温差运行避免破路施工，成为管网扩容的唯一解决方案。
3、将传统锅炉直接燃烧供热的燃气用作吸收式热泵的驱动热源，将浪费的火用充分利用，燃气使用量节省一半，同时供热效率可提高一倍以上；将原本用作换热的电厂汽轮机抽汽一部分驱动吸收式热泵做功，将浪费的火用和冷却塔的火无有效结合起来，成为符合供热标准的热能，使汽轮机抽气量减少，发电量增加。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图中：1.汽轮机,2.发电机,3.凝汽器,4.冷却塔,5.板式换热器，6.蒸汽双效吸收式热泵,7.蒸汽单效吸收式热泵,8.蒸汽大温差吸收式热泵，9.汽-水换热器,10.水-水换热器,11.吸收式热泵Ⅰ,12.吸收式热泵Ⅱ,13.压缩式热泵，14.驱动热源，15.用户。
具体实施方式
在用户端换热站中，110℃的一次热网供水经过水-水换热器10与小区热用户二次网15换热后温度降至70℃；在驱动热源的驱动下，吸收式热泵Ⅰ11提取一次热网回水中的热量供给小区热用户二次网15，将一次热网回水由70℃降至25℃；25℃的一次热网回水进入压缩式热泵13的蒸发器侧中，在电的驱动下压缩式热泵13提取一次热网回水中的热量，将冷凝器侧中的水由25℃升温至30℃，一次热网回水降至3℃返回至热电厂；压缩式热泵13冷凝器侧的30℃出水进入到吸收式热泵Ⅱ12中做低温热源，在驱动热源的驱动下，吸收式热泵Ⅱ12提取低温热源的热量为小区热用户二次热网15供热，低温热源由30℃降温至25℃返回压缩式热泵13的冷凝器侧。
在热电厂中，汽轮机1中的乏气进入到凝汽器3中，将冷却循环水加热到35℃；一部分35℃的冷却循环水进入板式换热器5中将3℃的一次热网回升温至30℃，35℃的冷却循环水降温至30℃返回凝汽器3中；另一部分35℃的冷却循环水进入蒸汽双效吸收式热泵6、蒸汽单效吸收式热泵7、蒸汽大温差吸收式热泵8中做低温热源，利用汽轮机1的抽气作为蒸汽双效吸收式热泵6、蒸汽单效吸收式热泵7、蒸汽大温差吸收式热泵8的驱动热源，将一次热网回水温度由30℃逐步提升至85℃；85℃的一次热网回水进入汽-水换热器9与汽轮机1的抽气换热升温至110℃作为一次热网供水输出。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统，包括热电厂抽汽供热系统、热电厂凝汽器冷却水系统、一次热网、二次热网，其特征在于：
热电厂抽汽通过汽水换热器与一次热网回水换热，得到一次热网供水，一次热网供水通过换热器与二次热网进行换热，之后在一次热网的回程中设置若干级吸收式热泵和压缩式空调，将一次热网供热回水温度逐级降低到电厂凝汽器冷却水排水温度以下，然后一次热网回水通过换热器吸收电厂凝汽器冷却水的余热；此过程系统中的吸收式热泵机组的驱动源为蒸汽、燃气或其它高温源，一次热网回水逐级做为吸收式热泵机组的低温热源，吸收式热泵的制热端给二次热网的回水进行加热，其中最后一级吸收式热泵机组的低温热源由后一级压缩式空调的冷凝器端提供，而压缩式空调机组的驱动源为电、蒸发器的低温热源为一次供热回水，从最末级压缩式空调机组蒸发器排出的一次热网回水通过换热器与电厂凝汽器冷却水换热；
换热升温后的一次热网回水再通过若干个吸收式热泵机组将温度提升至常规供热方式的一次热网回水温度，之后通过汽水换热器与电厂供热蒸汽进行换热，得到常规供热方式的一次热网供水温度；其中一次热网回水温度提升过程中若干吸收式热泵机组的驱动源为电厂抽汽，低温热源为电厂凝汽器冷却水。
2.根据权利要求1所述的降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统，其特征在于：其至少包括一级蒸汽型吸收式热泵，二级直燃式吸收式热泵，一级压缩式空调机组；
设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵，以高温蒸汽做驱动热源，以凝汽器冷却水做为低温热源，给一次热网回水进行加热；
设置在一次热网侧的第一级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以一次热网回水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
第二级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以下一级压缩式空调机组的冷凝器侧热水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
设置在二级直燃式吸收式热泵之后的压缩式空调机组，以电为驱动源，以从第一级直燃式吸收式热泵排出的一次热网回水为蒸发器侧低温热源，在冷凝器侧制热；蒸发器侧的出水进入换热器与电厂凝汽器冷却水进行换热。
3.根据权利要求2所述的降低供热回水温度及回收热电厂余热的节能供热系统，其特征在于：
设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵，以高温蒸汽做驱动热源，以凝汽器冷却水做为低温热源，给一次热网回水进行加热到85℃；
设置在一次热网侧的第一级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以70℃的一次热网回水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
第二级直燃式吸收式热泵，以天然气做为驱动源，以下一级压缩式空调机组的冷凝器侧30℃热水做为低温热源，给二次热网的用户侧供热；
设置在二级直燃式吸收式热泵之后的压缩式空调机组，以电为驱动源，以从第一级直燃式吸收式热泵排出的一次热网回水为蒸发器侧低温热源，在冷凝器侧制热；蒸发器侧的3℃出水进入换热器与电厂凝汽器冷却水进行换热升温到30℃。
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