CN104896795A - 一种实现冷热同网的集中供热供冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实现冷热同网的集中供热供冷系统，包括：集中供热供冷站、供热管道、供冷管道以及输送至用户的输送管网，所述集中供热供冷站中的制冷系统包括第一级制冷机组以及第二级制冷机组，所述第一级制冷机组以及第二级制冷机组串联工作，以实现大温差供冷；所述输送管网同时连接所述供热管道和供冷管道，既输送热水，也输送冷水；供热时，通过所述热水管道将所述供热供冷站产生的热水输送给所述输送管网；供冷时，通过所述冷水管道将所述供热供冷站产生的冷水输送给所述输送管网。本发明大幅缩短了管网建设周期，降低了管网工程投资、节约了管网建设用地；提高了管网运行水平；降低了管网检修维护工作量和维护费用，提高了管网使用率。

Description

一种实现冷热同网的集中供热供冷系统
技术领域
本发明涉及冷热电三联供领域，尤其涉及一种实现冷热同网的集中供热供冷系统。
背景技术
燃气电厂冷热电三联供是指以天然气为燃料实现集中的供电、供热、供冷。传统的区域能源项目，集中供热温差范围大(约60℃)，集中供冷温差范围小(约5℃)。因此，供冷管径较供热管径要大很多，所以传统的集中供热、集中供冷管网都是单独敷设。但是这种敷设方法，管网占地大，建设进度慢，工程投资高。
发明内容
本发明提出一种实现冷热同网的集中供热供冷系统，包括：集中供热供冷站、供热管道、供冷管道以及输送至用户的输送管网。所述集中供热供冷站中的制冷系统包括第一级制冷机组以及第二级制冷机组，所述第一级制冷机组以及第二级制冷机组串联工作，以实现大温差供冷；所述输送管网同时连接所述供热管道和供冷管道，既输送热水，也输送冷水；供热时，通过所述热水管道将所述供热供冷站产生的热水输送给所述输送管网；供冷时，通过所述冷水管道将所述供热供冷站产生的冷水输送给所述输送管网。
进一步地，在一实施例中，在所述集中供热供冷站的余热锅炉尾部安装扩大式省煤器，用于回收烟气余热。
进一步地，在一实施例中，所述第一级制冷机组包括多台吸收式制冷机组，进行第一级制冷，生成一次冷水；所述第二级制冷机组包括多台离心式制冷机组和/或采用冰蓄冷技术，进行第二级制冷，生成二次冷水。
进一步地，在一实施例中，所述吸收式制冷机组为溴化锂吸收式制冷机组。
进一步地，在一实施例中，所述溴化锂吸收式制冷机组的制冷量为7100KW。
进一步地，在一实施例中，所述第一级制冷机组为4台溴化锂吸收式制冷机组，所述第二级制冷机组为4台离心式制冷机组，以实现13℃～3℃的大温差供冷。
进一步地，在一实施例中，所述第一级制冷机组为4台溴化锂吸收式制冷机组，所述第二级制冷机组采用冰蓄冷技术，以实现13℃～3℃的大温差供冷。
进一步地，在一实施例中，所述输送管网的管径为DN700。
本发明实施例的实现冷热同网的集中供热供冷系统，大幅缩短了管网建设周期，降低了管网工程投资、节约了管网建设用地；冷、热负荷的需求不同，运行策略也有所不同。通过“冷热同网”运行，分析确定了冷、热网运行时管网管损、运行阻力、循环泵能耗等因素的不同以及管道材质、管径对冷、热管网运行的影响，提高了管网运行水平；降低了管网检修维护工作量和维护费用，提高了管网使用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的实现冷热同网的集中供热供冷系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的大温差供冷系统的结构示意图；
图3为本发明的大温差供冷系统的一具体实施例的结构示意图；
图4为本发明实现冷热同网的集中供热供冷系统的一具体实施例的结构示意图；
图5为图4中所示的4台热水型溴化锂吸收式制冷机组与4台离心式电制冷机组串联设置的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的实现冷热同网的集中供热供冷系统的结构示意图。如图所示，本实施例的集中供热供冷系统包括集中供热供冷站1、供热管道2、供冷管道3以及输送至用户的输送管网4。所述集中供热供冷站1中的制冷系统包括第一级制冷机组以及第二级制冷机组，所述第一级制冷机组以及第二级制冷机组串联工作，以实现大温差供冷。
所述输送管网4同时连接所述供热管道2和供冷管道3，既输送热水，也输送冷水。供热时，通过所述供热管道2将所述集中供热供冷站1产生的热水输送给所述输送管网4；供冷时，通过所述供冷管道3将所述集中供热供冷站1产生的冷水输送给所述输送管网4。输送管网即可输送热水，也可输送冷水，即实现了冷热同网。而实现冷热同网的根本是实现了大温差供冷，即将供冷范围由传统的3公里扩大到5公里。同时缩小了供冷管网的管径要求，使供热供冷管径相互匹配，“冷热同网”得到实现。
图2为本发明实施例的大温差供冷系统的结构示意图。如图2所示，本实施例的大温差供冷系统包括制冷系统包括第一级制冷机组11以及第二级制冷机组12，所述第一级制冷机组11以及第二级制冷机组12串联工作，以实现大温差供冷；所述第一级制冷机组11包括多台吸收式制冷机组，进行第一级制冷，生成一次冷水；所述第二级制冷机组12包括多台离心式制冷机组和/或采用冰蓄冷技术，进行第二级制冷，生成二次冷水。在本实施例中，所述吸收式制冷机组为溴化锂吸收式制冷机组，其制冷量为7100KW。
图3为本发明的大温差供冷系统的一具体实施例的结构示意图。如图所示，所述第一级制冷机组为4台溴化锂吸收式制冷机组，所述第二级制冷机组为4台离心式制冷机组。第一级的4台溴化锂吸收式制冷机组将回水温度从13℃降至8℃，第二级的4台离心式制冷机组将8℃降至3℃，以实现大温差供冷。在一替代方案中，第二级的制冷机组可以采用冰蓄冷制冷机组代替，也可以采用离心式制冷机组与冰蓄冷制冷机组共同进行二级制冷。在本实施例中，最大尖峰供冷能力56270kW(16000RT)，总供冷水管管径为DN700，服务建筑面积约90万平方米。
通过以上实施例的介绍，可以看出，本发明实施例的集中供热供冷系统，通过优化管网设备选型，扩大了管网运行的温度范围；采用热水型溴化锂吸收式制冷机组加离心式电制冷机组串联的供冷模式，将供冷温度范围由传统的5℃(12℃-7℃)提高到10℃(13℃-3℃)，缩小了供冷管网的管径要求，使管网管径在满足供热的同时，满足供冷需要，实现了“冷热同网”运行。
图4为本发明实现冷热同网的集中供热供冷系统的一具体实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例的机组包括燃气-蒸汽联合循环机组和区域集中制冷站，可以实现区域能源冷、热、电三联供。在夏季供冷采用的是余热锅炉尾部烟气余热驱动溴化锂吸收式制冷机制冷串联离心式电制冷深冷的工艺方案，能够实现远距离、大温差供冷。其具体配置为：一台SGT5-2000E型燃机、一台燃气轮机发电机、1台余热锅炉、1台蒸汽轮机和1台100MW汽轮发电机，燃气轮发电机组与蒸汽轮发电机分轴布置；4台热水型溴化锂吸收式制冷机组、4台离心式电制冷机组(图4中未完全示出)。其中，燃气轮机组为上海电气/西门子公司制造的SGT5-2000E型燃气轮机，采用单一天然气原料，室内布置、配置干式低氮燃烧器，由一台16级的轴流式压气机、2个低NOx燃烧器、一台4级的透平和燃机辅助系统组成。余热锅炉(HRSG)是由无锡华光锅炉股份有限责任公司生产的卧式、自然循环、双压、无补燃、全密封的燃机余热锅炉，锅炉直接接受燃气轮机排出的烟气，经各受热面换热后，通过气候挡板排入大气。汽轮机为上海汽轮机厂生产的次高压、双缸型、双压、无再热向下排汽的可抽凝、可背压、可纯凝运行供热汽轮机。汽机除纯凝运行、抽汽供热运行外，还可以在线将低压缸与整机解列，汽轮机高压缸排汽全部进入热网加热器供热，即转入“背压模式”运行方式，从而实现最大程度的供热。这种转换，是通过高中压转子与低压转子间设置的SSS离合器以及中低压联通管上的主汽阀、调节阀、启动调节阀来实现的。当抽汽供热最大化后，如需进一步增加供热量，可在运行转速下关闭联通管主汽阀、调节阀、启动调节阀，SSS离合器自动脱扣(输入轴与输入出轴解列)，低压转子失去驱动力，即逐渐降速，而中压缸排汽全部进入热网加热器，实现“背压模式”。如需从“背压模式”转入“抽凝模式”，首先要将SSS离合器啮合，即开启联通管主汽阀，用启动调节阀冲转低压转子，待低压转子转速与高中压转子同步后，SSS离合器自动啮合，再缓慢开启调节阀升负荷，转入“抽凝模式”。
首先，以燃气-蒸汽联合循环机组为基础，利用天然气发电排烟中污染物含量低、不容易形成低温腐蚀的特点，考虑进一步利用余热锅炉的尾部余热，在余热锅炉尾部加装扩大式省煤器，回收烟气余热约20MW。通过改造供热系统，实现扩大式省煤器冬季直接供热，减少了冬季的抽汽供热量，提高了机组效率；另外，安装了热水型溴化锂吸收式制冷机组，在夏季供热期，充分利用扩大省煤器余热制冷，降低制冷成本。
其次，采用热水型溴化锂吸收式冷水机组和离心式电制冷技术相结合的复合型供冷装机方案。如图4所示，吸收式制冷机(第一级初冷)与离心式制冷机(第二级深冷)前后串连工作，第一级的4台溴化锂吸收式制冷机组将回水温度从13℃降至8℃，第二级的4台离心式制冷机组将8℃降至3℃，以实现大温差供冷，将供冷范围由传统的3公里扩大到5公里。同时，由于实现了大温差供冷，因此缩小了供冷管网的管径要求，使供热供冷管径相互匹配，“冷热同网”得到实现，参看图4中的供热管道和供冷管道最后集中于同一个输送管网，通过同一个输送管网分别在冬季和夏季向用户供热和供冷。在本实施例中，如图5所示，集中制冷站安装了4台制冷量为7100KW(2000RT)离心式机组与4台制冷量为7100KW(2000RT)热水吸收式冷水机组，最大尖峰供冷能力56270kW(16000RT)，并且，输送管网的总供冷水管管径可以设计为DN700，供冷管径缩小了30％，供热、供冷管径能够相互匹配。
再次，选择合适的管网保温材料、阀门材质及膨胀节型式，最终实现了超大型区域“大温差供冷”和“冷热同网”。
最后，系统的运行方式灵活。白天，空调冷冻水设计供回水温度为3/13℃，设计温差为10℃，与区域内的冷媒输配参数保持一致；空调冷冻水的回水优先经过溴化锂冷水机组冷却，将冷水回水温度降至8℃，然后再进入离心式电冷机进行深度冷却，将冷水温度降至3℃供出。夜间，若供冷区域仍有空调冷负荷需求，则仅采用溴化锂离心式冷水机组对园区冷负荷用户供冷，供回水温度为7/13℃。在部分负荷时段，优先使用余热制冷，消减制冷站电力系统消耗。
图5为图4中所示的4台热水型溴化锂吸收式制冷机组与4台离心式电制冷机组串联设置的系统结构图。如图5所示，吸收式溴化锂制冷机组采用由江苏双良公司生产的热水型机组，单台制冷量2000RT；离心式电制冷机组采用由特灵公司生产的三级离心式压缩制冷机组，单台制冷量2000RT。由于采用了热水型溴化锂吸收式制冷与离心式电制冷串联的集中供冷模式，使供冷温差由5℃提高至10℃，实现了供冷的大温差输送，使供冷管径缩小了30％，供热、供冷管径能够相互匹配。
本发明实施例的实现冷热同网的集中供热供冷系统，大幅缩短了管网建设周期，降低了管网工程投资、节约了管网建设用地；冷、热负荷的需求不同，运行策略也有所不同。通过“冷热同网”运行，分析确定了冷、热网运行时管网管损、运行阻力、循环泵能耗等因素的不同以及管道材质、管径对冷、热管网运行的影响，提高了管网运行水平；降低了管网检修维护工作量和维护费用，提高了管网使用率。
设计过程中通过优化计算，合理选用设备及管道等的保温材料及其保温层厚度，制定合理的保温结构，最大程度的节省保温材料，降低设备和管道的冷损失。大温差供冷的使用，可以有效减少冷冻水输送系统的输配能耗，降低冷冻水系统的补给水量，减少水资源的消耗，同时可以降低冷冻水附属系统的规模。降低了管网检修维护工作量，提高了管网使用率。
冷水机组的台数和容量根据冷负荷用户空调负荷的变化规律，合理搭配，满足季节及部分负荷要求，既有利于节能运行，还可提高系统的安全性与可靠性。冷水机组采用热水型溴化锂吸收式冷水机组与双工况电动离心式压缩冷水机组相结合的方式。热水型溴化锂吸收式冷水机组可充分利用热电厂内可利用的余热、废热，减少电能的消耗，实现能源利用率的提高和节能减排。电动压缩式离心冷水机组的使用，其高效的制冷效率，在电制冷设备中具有充分的节能优势。
制冷站设置热水型溴化锂吸收式冷水机组进行制冷，可充分利用热电厂内的余热、废热量约为20MW，按照每kg标注煤的含热量为7000kcal计算，年平均可利用余热、废热量折合标煤为3417吨。利用废热制冷每年可节省电量843.84万kWh，按照火力发电厂折标煤系数0.36kg标煤/kWh计算，可折标煤3037.8吨/年。节省电力的标煤与利用废热、余热制冷折标煤总量为6454.82吨/年。按照工业锅炉每燃烧一吨标准煤,可产生二氧化碳2620公斤,二氧化硫8.5公斤,氮氧化物7.4公斤计算，每年可以减少二氧化碳(CO2)排放16911.6吨/年，减少二氧化硫(SO2)排放54.9吨/年，减少氮氧化物(NOx)排放47.8吨/年。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种实现冷热同网的集中供热供冷系统，包括：集中供热供冷站、供热管道、供冷管道以及输送至用户的输送管网，其特征在于：
所述集中供热供冷站中的制冷系统包括第一级制冷机组以及第二级制冷机组，所述第一级制冷机组以及第二级制冷机组串联工作，以实现大温差供冷；
所述输送管网同时连接所述供热管道和供冷管道，既输送热水，也输送冷水；
供热时，通过所述热水管道将所述供热供冷站产生的热水输送给所述输送管网；
供冷时，通过所述冷水管道将所述供热供冷站产生的冷水输送给所述输送管网。
2.根据权利要求1所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，在所述集中供热供冷站的余热锅炉尾部安装扩大式省煤器，用于回收烟气余热。
3.根据权利要求1所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述第一级制冷机组包括多台吸收式制冷机组，进行第一级制冷，生成一次冷水；
所述第二级制冷机组包括多台离心式制冷机组和/或采用冰蓄冷技术，进行第二级制冷，生成二次冷水。
4.根据权利要求3所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述吸收式制冷机组为溴化锂吸收式制冷机组。
5.根据权利要求4所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述溴化锂吸收式制冷机组的制冷量为7100KW。
6.根据权利要求3～5任一项所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述第一级制冷机组为4台溴化锂吸收式制冷机组，所述第二级制冷机组为4台离心式制冷机组，以实现13℃～3℃的大温差供冷。
7.根据权利要求3～5任一项所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述第一级制冷机组为4台溴化锂吸收式制冷机组，所述第二级制冷机组采用冰蓄冷技术，以实现13℃～3℃的大温差供冷。
8.根据权利要求1所述的实现冷热同网的集中供热供冷系统，其特征在于，所述输送管网的管径为DN700。
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