CN104315583A - 降低供热回水温度及回收城市废热的节能供热系统 - Google Patents
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Abstract
一种降低供热回水温度及回收城市废热的节能供热系统。引入多级换热器、多级吸收式换热机组、多级压缩式热泵，多次对热源进行换热提高了能源利用效率，扩大了供热面积。本发明提供了一种将供暖一次管网回水温度降低到2℃以下并减少供暖一次管网回水沿程热损失、供暖一次管网供回水温差由原来的40℃增大至108℃、降低了供暖一次管网循环水流量并减小循环泵的能耗、大幅度增大用户侧的供热流量，提高管网输送效率和供热规模、将冷却塔的废热回收利用、压缩式制冷机COP值可达8~9并降低电能消耗等节能供热系统。
Description
技术领域
本发明属于提高能源利用效率领域，涉及一种降低热电联产供暖一次管网回水温度、回收城市废热与大幅扩大供热规模的节能供热系统。
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。目前传统供热方式存在的问题主要有：
1、热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”，热量不能被输送出去，而且冷却塔废热品位低，不能被利用。
2、热电厂冷却塔散失的热量占总煤耗的20％-30％。
3、热电厂冷却塔排废热需蒸发大量的水资源，对缺水的北方来讲形势更为严峻。
4、传统供暖方式一次管网供水温度110℃，回水温度70℃，供回水温差小。
5、供暖一次管网供回水温差小导致循环泵能耗大，输送效率低。
6、传统供暖方式一次管网回水温度70℃，直接与汽轮机抽出的高温蒸汽换热升温到110℃，需蒸汽量非常大，导致发电量减少。
7、传统供暖方式一次管网供水温度110℃，回水温度70℃，供回水管路温度与大地温度相差较大，供水有热损失，回水也有热损失。
8、由于供暖一次管网回水温度为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。
9、现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，则投入巨大且需要破路施工，在城市核心区域受到严格限制。
10、目前的热电联产普遍存在其他独立的燃煤或燃气的锅炉房，将燃料(煤、油、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)，燃料直接燃烧等于浪费掉一半的能量。我国燃气自给率不足，需要大量进口，直接燃烧是对能源的浪费利用。
11、独立锅炉房的运行安全可靠性低，若其中一个环节出现问题，则会影响整个供热系统。
12、城市中废热资源广泛，如工厂废热、温泉废水等，且成点状分布，都没有被回收利用。
基于这些问题，我公司2006年获得了专利号为ZL200610099043.5的专利技术，采用吸收式热泵机组与蒸汽换热器结合的供热方法，该系统不改变现有热电厂装机容量和提供的蒸汽量，而提高了其供热能力，且增加的供热能力相当于不消耗蒸汽的热量。2013年获得的专利号为CN201320789714.6、CN201320800981.9、CN201320800984.2的实用新型专利，通过引入吸收式换热机组，多次对热源进行以动力源和换热使用，提高了蒸汽热源的利用效率，更好的为用户供热；引入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、汽水换热器逐级回收低品位的热量，有效的利用了汽轮机中的乏汽，提高了能源利用效率。这些专利技术，已解决了冷却塔废热浪费，供暖一次网供回水温差小的问题。但还存在供暖一次管网供回水温差、供热面积仍可大幅提高等问题，本技术采用多级换热器、多级吸收式热泵和压缩式制冷机联合应用将供暖一次管网供回水温差继续拉大，充分回收凝汽器余热，将燃料燃烧浪费掉热量的质与冷却塔浪费热量的量有效结合，产生既有质又有量的适合于供暖的有效热能，扩大供热面积，提高供热效率。
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、油、天然气等)直接燃烧供热浪费了热量的质(火用)、供暖一次管网供回水温差小、循环泵能耗大、输送效率低、回水管路热损失、现有供热管网输送能力有限等问题，本发明提供了一种将供暖一次管网回水温度降至2℃以下、回收城市废热与大幅扩大供热规模的节能供热系统。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案为：
包括热电厂抽汽供热系统、热电厂凝汽器冷却水系统、小区供热站热泵系统、供暖一次管网、供暖二次管网、城市废热回收系统，
小区供热站侧供暖一次管网供水通过换热器与供暖二次管网进行换热后，在供暖一次管网的回程中设置两级吸收式热泵和压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃以下；再设置热量回收装置回收沿程的工业余热等城市废热，将供暖一次管网回水温度提升，然后再设置第三级吸收式热泵和压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃以下；此过程系统中各级吸收式热泵的驱动热源为高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)，各级吸收式热泵的制热端给供暖二次管网的回水进行加热，第一级吸收式热泵的低温热源是供暖一次管网回水，第二级和第三级吸收式热泵的低温热源由压缩式制冷机的冷凝器端提供，压缩式制冷机蒸发器的低温热源为供暖一次管网回水，从最末级压缩式制冷机蒸发器排出的供暖一次管网回水返回热电厂；
供暖一次管网回水在热电厂通过换热器与热电厂凝汽器冷却水换热，回收热电厂余热，再通过蒸汽型吸收式热泵将温度提升，之后通过汽-水换热器与热电厂汽轮机抽汽进行换热，得到常规供热方式的110℃供暖一次管网供水；其中供暖一次管网回水温度提升过程中蒸汽型吸收式热泵的驱动热源为汽轮机抽出的高温蒸汽，低温热源为热电厂凝汽器冷却水。
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余热，提高能源利用率；
2、供暖一次管网供回水温差增大，降低了一次管网循环水流量，减少了循环泵的能耗；
3、压缩式制冷机输出的温度很低，实际上在商场改造过程中，可以直接利用商场中原有的制冷机而不必另外投资购置热泵，既可以节省投资成本，又可以节省场地，避免机器闲置；
4、压缩式制冷机可以将供暖一次管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；
5、本系统中的压缩式制冷机将25℃的回水降温至2℃以下，冷凝器侧将25℃的水提升至30℃，只提升5℃温差，COP值可达8～9，降低电能消耗；
6、采用该系统的供暖一次管网回水为2℃以下，低于大地温度，沿程不会产生热损失；
7、因为供暖一次管网回水为2℃以下，沿程的很多点状分布的废热都可以加进来，建立废热能源回收网。低于2℃的供暖一次管网回水升温所吸收的热量是原本在冷却塔中散失的热量(凝汽器冷却余热)，这段热量是免费的。而该换热过程是用板式换热器直接换热得到的，不消耗任何其它能量；
8、本系统最大限度地回收了原本要在冷却塔中散失掉的热量，大大减少了冷却塔的漂水量；
9、常规供暖一次管网供回水温差为40℃，本系统供回水温差为108℃，再加上小区供热站侧吸收式热泵机组热源的热能，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，对于城市节能意义重大。在城市核心区域，热负荷快速增长的同时地下空间资源基本用尽，供回水大温差运行避免破路施工，该技术将成为管网扩容的唯一解决方案；
10、将传统锅炉直接燃烧供热的热源(煤、油、天然气等)用作吸收式热泵的驱动热源，将燃料浪费的火用充分利用，燃料使用量节省一半，同时供热效率可提高一倍以上；
11、将原本用作换热的汽轮机抽汽一部分用来驱动吸收式热泵做功，将浪费的燃料的火用和浪费的冷却塔热量的火无有效结合起来，成为适合于供暖的有效热能；
12、供暖过程是一个动态过程。在供暖季初期与末期，供热负荷比供暖高峰值低40％左右，因此在供暖季初期与末期就需要降低供暖负荷。本技术可以通过调节循环水量或者调节温差来适应不同时期的供暖负荷要求。不管何种调节方式，都可以减少汽轮机的抽汽，增加发电量。
附图说明
图1是具体实施方式一的原理图；
图2是具体实施方式二的原理图；
图3是具体实施方式三的原理图；
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.第一级吸收式热泵，12.第二级吸收式热泵，13.第一级压缩式制冷机，14.热量回收装置，15.第三级吸收式热泵，16.第二级压缩式制冷机，17.驱动热源，18.用户侧。
具体实施方式
具体实施方式一：
在小区供热站侧，热电厂供暖一次管网输出的110℃热水经过水-水换热器10与供暖二次管网用户侧18换热后温度降至70℃，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第一级吸收式热泵11，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以70℃的供暖一次管网回水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热后温度降至25℃，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵12，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以第一级压缩式制冷机13的冷凝器端提供的30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第一级压缩式制冷机13，以第一级吸收式热泵11排出的25℃供暖一次管网回水作为低温热源，在第一级压缩式制冷机13的冷凝器侧将25℃水制热到30℃，30℃的热水作为第二级吸收式热泵12的低温热源，从第一级压缩式制冷机13的蒸发器侧排出的供暖一次管网回水温度降至2℃以下进入热量回收装置14。
设置在小区供热站侧的第三级吸收式热泵15，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)作为驱动热源17，以第二级压缩式制冷机16冷凝器侧提供的30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第二级压缩式制冷机16，以从热量回收装置14排出的供暖一次管网回水作为低温热源，在第二级压缩式制冷机16冷凝器端，制热升温后的热水作为第三级吸收式热泵15的低温热源；从第二级压缩式制冷机16蒸发器侧排出的供暖一次管网回水降温至2℃以下返回热电厂；
在热电厂侧，汽轮机1中的乏气进入到凝汽器3中，将凝汽器冷却水加热到35℃；2℃的供暖一次管网回水进入电厂板式换热器5与凝汽器冷却水进行换热升温到30℃，35℃的凝汽器冷却水降温至20℃返回凝汽器3中；设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵6、7、8，以汽轮机抽出的高温蒸汽做驱动热源，以凝汽器冷却水作为低温热源，将供暖一次管网回水加热到90℃；90℃的供暖一次管网回水进入汽-水换热器9与汽轮机1的抽汽换热升温至110℃作为供暖一次管网供水输出。
具体实施方式二：
在小区供热站侧，热电厂供暖一次管网输出的110℃热水经过水-水换热器10-1与供暖二次管网用户侧18换热后温度降至70℃，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
70℃的供暖一次管网回水经过水-水换热器10-2与供暖二次管网用户侧18换热后温度降至40℃，用户侧循环水由40℃升温至50℃；
设置在小区供热站侧的第一级吸收式热泵11，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以40℃的供暖一次管网回水作为低温热源，给供暖二次管网的用户侧18供热后温度降至25℃，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵12，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以第一级压缩式制冷机13的冷凝器端提供30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第一级压缩式制冷机13，以第一级吸收式热泵11排出的25℃供暖一次管网回水作为低温热源，第一级压缩式制冷机13冷凝器端将25℃水制热到30℃，30℃的热水作为第二级吸收式热泵12的低温热源，从第一级压缩式制冷机13的蒸发器侧排出的供暖一次管网回水温度降至2℃以下进入热量回收装置14。
设置在小区供热站侧的第三级吸收式热泵15，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)作为驱动热源17，以第二级压缩式制冷机16冷凝器端提供的30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第二级压缩式制冷机16，以从热量回收装置14排出的供暖一次管网回水作为低温热源，在第二级压缩式制冷机16冷凝器端，制热升温后的热水作为第三级吸收式热泵15的低温热源；从第二级压缩式制冷机16蒸发器侧排出的供暖一次管网回水降至2℃以下返回热电厂；
在热电厂中，汽轮机1中的乏气进入到凝汽器3中，将凝汽器冷却水加热到35℃；2℃的供暖一次管网回水进入电厂板式换热器5与凝汽器冷却水进行换热升温到30℃，35℃的凝汽器冷却水降温至20℃返回凝汽器3中；设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵6、7、8，以汽轮机抽出的高温蒸汽作为驱动热源，以凝汽器冷却水作为低温热源，给供暖一次管网回水进行加热到90℃；90℃的供暖一次管网回水进入汽-水换热器9与汽轮机1抽出的高温蒸汽换热升温至110℃作为供暖一次管网供水输出。
具体实施方式三：
在小区供热站侧，电厂供暖一次管网输出的90℃热水经过水-水换热器10与供暖二次管网用户侧18换热后温度降至40℃，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第一级吸收式热泵11，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以40℃的供暖一次管网回水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热后温度降至25℃，用户侧循环水由40℃升温至50℃；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵12，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水)作为驱动热源17，以第一级压缩式制冷机13的冷凝器端提供的30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由40℃升温至50℃；
设置在小区供热站侧的第一级压缩式制冷机13，以第一级吸收式热泵11排出的25℃供暖一次管网回水作为低温热源，第一级压缩式制冷机13冷凝器端将25℃水制热到30℃，30℃的热水作为第二级吸收式热泵12的低温热源，从第一级压缩式制冷机13的蒸发器侧排出的供暖一次管网回水温度降至2℃以下进入热量回收装置14。
设置在小区供热站侧的第三级吸收式热泵15，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)作为驱动热源17，以第二级压缩式制冷机16冷凝器端提供的30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧18供热，用户侧循环水由50℃升温至75℃；
设置在小区供热站侧的第二级压缩式制冷机16，以从热量回收装置14排出的供暖一次管网回水作为低温热源，在第二级压缩式制冷机16冷凝器端，制热升温后的热水作为第三级吸收式热泵15的低温热源；从第二级压缩式制冷机16蒸发器侧排出的供暖一次管网回水降温至2℃以下返回热电厂；
在热电厂中，汽轮机1中的乏气进入到凝汽器3中，将凝汽器冷却水加热到35℃；2℃的供暖一次管网回水进入电厂板式换热器5与凝汽器冷却水进行换热升温到30℃，35℃的凝汽器冷却水降温至20℃返回凝汽器3中；设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵6、7、8，以汽轮机抽出的高温蒸汽作为驱动热源，以凝汽器冷却水作为低温热源，将供暖一次管网回水加热到90℃作为供暖一次管网供水输出。
本发明不局限于上述具体实施方式，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城市废热的节能供热系统，包括热电厂抽汽供热系统、热电厂凝汽器冷却水系统、小区供热站热泵系统、供暖一次管网、供暖二次管网、城市废热回收系统，其特征在于：
小区供热站侧供暖一次管网供水通过换热器与供暖二次管网进行换热后，在供暖一次管网的回程中设置两级吸收式热泵和压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃以下；再设置热量回收装置回收沿程的工业余热，将供暖一次管网回水温度提升，然后再设置第三级吸收式热泵和压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃以下；此过程系统中各级吸收式热泵的驱动热源为高品质热能，各级吸收式热泵的制热端给供暖二次管网的回水进行加热，第一级吸收式热泵的低温热源是供暖一次管网回水，第二级和第三级吸收式热泵的低温热源由压缩式制冷机的冷凝器端提供，压缩式制冷机蒸发器的低温热源为供暖一次管网回水，从最末级压缩式制冷机蒸发器排出的供暖一次管网回水返回热电厂；
供暖一次管网回水在热电厂通过换热器与热电厂凝汽器冷却水换热，回收热电厂余热，再通过蒸汽型吸收式热泵将温度提升，之后通过汽-水换热器与热电厂汽轮机抽汽进行换热，得到常规供热方式的110℃供暖一次管网供水；其中供暖一次管网回水温度提升过程中蒸汽型吸收式热泵的驱动热源为汽轮机抽出的高温蒸汽，低温热源为热电厂凝汽器冷却水。
2.根据权利要求1所述的降低供热回水温度及回收城市废热的节 能供热系统，其特征在于：其包括热电厂侧至少一级蒸汽型吸收式热泵，小区供热站侧三级吸收式热泵与两级压缩式制冷机；
设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵，以汽轮机抽出的高温蒸汽作为驱动热源，以凝汽器冷却水做为低温热源，给供暖一次管网回水进行加热；
设置在小区供热站侧的第一级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以供暖一次管网回水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以第一级压缩式制冷机冷凝器侧的热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
设置在小区供热站侧的第一级压缩式制冷机，以从第一级吸收式热泵蒸发器侧排出的供暖一次管网回水作为低温热源，第一级压缩式制冷机冷凝器侧升温的热水作为第二级吸收式热泵的低温热源；从第一级压缩式制冷机蒸发器侧排出的供暖一次管网回水进入热量回收装置；
设置在小区供热站侧的第三级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以第二级压缩式制冷机冷凝器侧的热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
设置在小区供热站侧的第二级压缩式制冷机，以从热量回收装置排出的供暖一次管网回水作为低温热源，第二级压缩式制冷机冷凝器侧升温的热水作为第三级吸收式热泵的低温热源；从第二级压缩式制 冷机蒸发器侧排出的供暖一次管网回水返回热电厂。
3.根据权利要求2所述的降低供热回水温度及回收城市废热的节能供热系统，其特征在于：
设置在热电厂侧的蒸汽型吸收式热泵，以汽轮机抽出的高温蒸汽作为驱动热源，以凝汽器冷却水做为低温热源，给供暖一次管网回水进行加热至90℃；
设置在小区供热站侧的第一级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以70℃的供暖一次管网回水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
第二级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以第一级压缩式制冷机冷凝器侧30℃热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
设置在小区供热站侧的第一级压缩式制冷机，以从第一级吸收式热泵蒸发器侧排出的供暖一次管网回水作为低温热源，将冷凝器侧25℃水制热到30℃，30℃的热水做为第二级吸收式热泵的低温热源；从第一级压缩式制冷机蒸发器侧排出的低于2℃的供暖一次管网回水进入热量回收装置，通过热量回收装置与沿程的工业余热等城市废热进行换热升温；
设置在小区供热站侧的第三级吸收式热泵，以高品质热能作为驱动热源，以第二级压缩式制冷机冷凝器侧的热水作为低温热源，为供暖二次管网的用户侧供热；
设置在小区供热站侧的第二级压缩式制冷机，以从热量回收装置 排出的供暖一次管网回水作为低温热源，以第三级吸收式热泵蒸发器侧的回水作为高温热源；从第二级压缩式制冷机蒸发器侧排出的供暖一次管网回水降温至2℃以下返回热电厂。
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