CN105258204A - 第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法及系统。本发明可使电厂内的第一类吸收式热泵由只能采暖季运行变为常年运行，拓宽了使用率，提高了电厂供热能力、供热安全性及可靠性，也更充分地回收了电厂的低品位余热，并能减少换热不可逆损失。同时第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵耦合供应热水的方式，满足了热用户不同温度的热水需求；同时本发明能够充分利用汽轮机排汽废热，并在第二类吸收式热泵的用热需求和冷却水源部分，巧妙的利用低温自来水进行逐级升温，充分利用了第一类吸收式热泵制取的一次热网供水的热量。

Description

第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法及系统

技术领域

本发明涉及热水供应领域，特别是一种第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法及系统。

背景技术

吸收式热泵常以溴化锂溶液作为工质，具有较好的节能、环保和经济效益，近年来在火电厂余热回收方面应用广泛。第一类吸收式热泵也叫增热型热泵，利用少量高品位热源(如蒸汽、高温热水等)作驱动热源，回收低品位余热，最终可获得80℃左右的中温热水。第一类吸收式热泵的COP大于1，一般为1.5～2.5。第二类吸收式热泵也叫升温型热泵，利用大量的中温热源作驱动，制取热量少于但温度高于中温热源的热水或蒸汽，从而提高了热源的利用品位。第二类吸收式热泵的COP总是小于1，一般为0.4～0.5，其系统投资相对第一类吸收式热泵要大些。

当前第一类吸收式热泵已在火电厂有较多应用，在采暖期，利用电厂内中低压缸抽汽或其它热源作为驱动，回收低温循环水或乏汽余热，最终将一次热网水加热至80℃左右供出。在不新增热源的情况下，为电厂增加了供热面积，减少了供热燃料耗量，提高了供热市场竞争力。但在非供热期，居民没有采暖需求，电厂内的第一类吸收式热泵处于闲置状态，这在一定程度造成了资源的浪费。当前北方城市的公共浴室和泳池等有常年稳定的热水需求，通常采用燃煤小锅炉进行热水供应，这带来了一定的环境污染问题。采用其它更为节能环保的方式供应热水，是当前急需研究解决的问题。

在热电联产机组中，采用第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵相结合的方式集中供应热水，取代部分燃煤小锅炉，可有效减轻燃煤污染带来的环境压力，并可在非采暖期将闲置的第一类吸收式热泵利用起来。此外用第二类吸收式热泵还可满足热用户不同温度的热水需求，这极大地开拓了电厂热力市场。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种充分回收汽轮机排汽废热，满足了热用户常年不同温度的热水需求的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法，包括以下步骤：

S1.一次热网回水进入第一类吸收式热泵，加热升温后作为一次热网供水输出；

S2.若在非采暖期及供热初末寒期：

S21.一次热网供水通过阀门控制，一部分用于给热用户供热，另一部分分别进入第二类吸收式热泵、第一换热器，第二换热器关闭；

S22.一部分的一次热网供水进入第一换热器中，将来自第二类吸收式热泵出来的一次加热自来水进行加热，得到的二次加热自来水返回到第二类吸收式热泵内进行第三次升温；

S23.在第二类吸收式热泵中进行热量交换，其中，另一部分的一次热网供水作为驱动热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为冷却水源，依次在第二类吸收式热泵、第一换热器中经过两次加热的二次加热自来水作为被加热的热水；

S3若在供热高寒期：

S31.第二换热器启动，第二类吸收式热泵和第一换热器处于关闭状态；

S32.在第二换热器中进行换热，其中一次热网供水作为热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为吸热源；

S4.最终得到的高温热水，送至蓄水罐6进行储存；而经过换热后的回水汇集到一次热网回水的母管上，重复S1。

作为优选，S1中，第一类吸收式热泵以汽轮机抽汽或余热锅炉低压补气或小汽机排汽为驱动热源，以低温循环水或乏汽余热为低温热源。其优点在于，可以充分回收汽轮机排汽废热。

作为优选，S1与S2之间，还包括：S11.一次热网供水在尖峰加热器中进行再次加热。其优点在于，可以根据热用户实际热需求选择是否在尖峰加热器中进行加热，满足不同热用户对热水的需求。

本方法能够充分利用汽轮机排汽废热，并在第二类吸收式热泵的用热需求和冷却水源部分，巧妙的利用低温自来水进行逐级升温，充分利用了第一类吸收式热泵制取的一次热网供水的热量。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种结构设计合理、充分回收汽轮机排汽废热，提高第一类吸收式热泵在火电厂的使用率的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，包括第一类吸收式热泵、第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器、再循环泵、蓄水罐，第一类吸收式热泵一端分别设有驱动热源入口、凝结水出口、低温热源入口、低温热源出口，另一端分别设有一次热网回水入口、一次热网供水出口，一次热网供水出口分别通过控制阀分别与第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器的一次热网供水入口连通，第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器还分别设有一次热网回水出口，且一次热网回水出口通过管道汇集后与一次热网回水入口连通；第二类吸收式热泵设有第一低温自来水入口、一次加热自来水出口、二次加热自来水入口、三次加热自来水出口，第一低温自来水入口通过控制阀与低温自来水管道连通，一次加热自来水出口通过再循环泵与低温自来水管道连通，一次加热自来水出口还与第一换热器的一次加热自来水入口连通，第一换热器的二次加热自来水出口与二次加热自来水入口连通，三次加热自来水出口与蓄水罐连通；第二换热器设有通过控制阀与低温自来水管道连通的第二低温自来水入口、及与蓄水罐连通的高温供热水出口。

作为优选，一次热网供水出口与第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器连通的管道上还设有尖峰加热器。其优点在于，当对热水的温度要求比较高，可通过尖峰加热器对一次热网供水进行再次加热，从而可以得到温度较高的热水。

作为优选，尖峰加热器的入口管道上设有控制阀门。其优点在于，通过控制阀门可以选择一次热网供水是否需要经过尖峰加热器进行再次加热。

作为优选，一次热网回水入口、一次热网供水出口分别通过控制阀与热水使用装置连通。其优点在于，一次热网供水可一部分给热用户直接使用，另一部分进行换热。

本系统可使电厂内的第一类吸收式热泵由只能采暖季运行变为常年运行，拓宽了使用率，提高了电厂供热能力、供热安全性及可靠性，也更充分地回收了电厂的低品位余热，并能减少换热不可逆损失。同时第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵耦合供应热水的方式，满足了热用户不同温度的热水需求。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、由于本发明依据“温度对口，梯级利用”的原则，采用多次换热的方式，逐级对低温自来水进行加热，从而在最大程度利用废热的基础上，得到满足温度要求的热水。

2、由于本发明可以根据热用户实际热需求考虑是否在尖峰加热器中进行再次加热，而且本发明能够在采暖期，一次热网供水一部分用于给热用户供热，另一部分则通过新型热水供应系统制取热水，在非采暖期一次热网管道内的热水全部用于制取热水，从而满足不同热用户对不同温度的热水的需求。

3、由于本发明采用第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵耦合供应热水的方式，将第一类吸收式热泵由只能采暖季运行变为常年运行，拓宽了使用率，也更充分地回收了电厂的低品位余热，并能减少换热不可逆损失。

4、由于采用第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵相结合的方式集中供应热水，取代部分燃煤小锅炉，可有效减轻燃煤污染带来的环境压力，具有更高的环境友好性和实用价值。

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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

标号说明：

1、第一类吸收式热泵11、驱动热源入口

12、凝结水出口13、低温热源入口

14、低温热源出口15、一次热网回水入口

16、一次热网供水出口2、第一换热器

21、一次加热自来水入口22、二次加热自来水出口

3、第二类吸收式热泵31、第一低温自来水入口

32、一次加热自来水出口33、二次加热自来水入口

34、三次加热自来水出口4、第二换热器

41、第二低温自来水入口42、高温供热水出口

5、再循环泵6、蓄水罐

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，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。

由于在非采暖期及采暖初末寒期，一次热网供水的温度经常较低(当前已商业应用的第一类吸收式热泵出口温度一般为80℃左右)，沿用已有的一次热网管道制取热水还可能存在较大的供热损失(一次热网供水用于采暖时设计的管径一般按照最大供热工况设计，而制取热水所需的一次热网水流量一般为原先几分之一甚至十几分之一)，若要制取70℃甚至更高温度以上的热水，无法通过简单的水水换热器实现，此时需要采用第二类吸收式热泵来提升所制取的热水品质。

实施例1：

本实施例的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法，包括以下步骤：

S1.一次热网回水进入第一类吸收式热泵，加热升温后作为一次热网供水输出；

S11.一次热网供水在尖峰加热器中进行再次加热；

S2.若在非采暖期及供热初末寒期：

S21.一次热网供水通过阀门控制，一部分用于给热用户供热，另一部分分别进入第二类吸收式热泵、第一换热器，第二换热器关闭；

S22.一部分的一次热网供水进入第一换热器中，将来自第二类吸收式热泵出来的一次加热自来水进行加热，得到的二次加热自来水返回到第二类吸收式热泵内进行第三次升温；

S23.在第二类吸收式热泵中进行热量交换，其中，另一部分的一次热网供水作为驱动热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为冷却水源，依次在第二类吸收式热泵、第一换热器中经过两次加热的二次加热自来水作为被加热的热水；

S3若在供热高寒期：

S31.第二换热器启动，第二类吸收式热泵和第一换热器处于关闭状态；

S32.在第二换热器中进行换热，其中一次热网供水作为热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为吸热源；

S4.最终得到的高温热水，送至蓄水罐6进行储存；而经过换热后的回水汇集到一次热网回水的母管上，重复S1。

热水供应方法步骤的顺序并非严格按照上述顺序进行，如S22与S23可同时进行，又如S2与S3为逻辑上的选择关系，上述S1-S4的顺序仅为了供本领域的普通技术人员清楚理解本方法的实质内容，并非用于限定或强调顺序。

本实施例的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，包括第一类吸收式热泵1、第一换热器2、第二类吸收式热泵3、第二换热器4、再循环泵5、蓄水罐6、尖峰加热器7、热水使用装置8。

第一类吸收式热泵1一端分别设有驱动热源入口11、凝结水出口12、低温热源入口13、低温热源出口14，另一端分别设有一次热网回水入口15、一次热网供水出口16。

第一换热器2一端设有一次热网供水入口和一次热网回水出口，另一端设有一次加热自来水入口21和二次加热自来水出口22。

第二类吸收式热泵3一端设有一次热网供水入口和一次热网回水出口，另一端设有第一低温自来水入口31、一次加热自来水出口32、二次加热自来水入口33、三次加热自来水出口34。

第一换热器2、第二类吸收式热泵3的一次热网供水入口分别通过控制阀与一次热网供水出口16连通，且第一换热器2、第二类吸收式热泵3的一次热网回水出口分别通过管道汇集后与一次热网回水入口15连通。

第一低温自来水入口31通过控制阀与低温自来水管道连通，一次加热自来水出口32通过再循环泵5与低温自来水管道连通。一次加热自来水出口32还与第一换热器2的一次加热自来水入口21连通，第一换热器2的二次加热自来水出口22与二次加热自来水入口33连通，三次加热自来水出口34与蓄水罐6连通。

第二换热器4一端设有一次热网供水入口和一次热网回水出口，另一端设有第二低温自来水入口41和高温供热水出口42。一次热网供水入口、一次热网回水出口分别与一次热网供水出口16、一次热网回水入口15连通，第二低温自来水入口41通过控制阀与低温自来水管道连通，高温供热水出口42通过控制阀与蓄水罐6连通。

一次热网供水出口16通过控制阀与尖峰加热器7连通，一次热网回水入口15、一次热网供水出口16分别通过控制阀与热水使用装置8连通。

本实施例的具体实施过程如下：

在火电厂中，第一类吸收式热泵1一般以汽轮机抽汽(或余热锅炉低压补气，或小汽机排汽等)为驱动热源，低温循环水或乏汽余热为低温热源，一次热网回水进入第一类吸收式热泵1，加热升温后作为一次热网供水输出，并根据热用户实际热需要，通过阀门控制进行是否尖峰加热器7再次加热的切换。一次热网供水通过阀门控制，一部分用于输送到热水使用装置8给热用户供热，另一部分分别进入第一换热器2、第二类吸收式热泵3和第二换热器4。

非采暖期及供热初末寒期时，第二类吸收式热泵3和第一换热器2启动，第二换热器4处于关闭状态。一次热网供水作为驱动热源进入第二类吸收式热泵3中，通过再循环泵5进行第一次加热后的低温自来水作为第二类吸收式热泵3的冷却水源，被加热的热水来自于在第一换热器2中进行第二次加热升温的自来水。一次热网供水的另一部分进入第一换热器2中，将来自第二类吸收式热泵3出来的低温自来水进行加热，被加热后的自来水返回到第二类吸收式热泵3内进行第三次升温，最终制取热用户所需参数的高温热水，送至蓄水罐6进行储存。经过第二类吸收式热泵3和第一换热器2换热后的回水汇集到一次热网回水的母管上，再通过第一类吸收式热泵1进行加热，如此循环反复。

供热高寒期时，第二换热器4启动，第二类吸收式热泵3和第一换热器2处于关闭状态。此时一次热网供水的温度较高(一般为100℃以上)，一次热网供水直接进入第二换热器4中与被加热的低温自来水进行换热，制取好后的热水直接送至蓄水罐6储存。

本实施例中，进出第二类吸收式热泵3和各换热器的各股热水温度和流量的数值及配比，取决于热用户需求及相互间的热平衡关系。

上述实施例中所述的第一类吸收式热泵1和第二类吸收式热泵3及第一换热器2、第二换热器4可以是单套或多套，取决于具体项目的供热规模。

在本发明中，一次热网供水作为驱动热源，在第二类吸收式热泵3中制取比一次热网供水温度高10～30℃的热水。由于自来水的水温全年均在20℃及以下，通过再循环将一定量的低温自来水进行适当的加热提温后，可使进入第二类吸收式热泵3的自来水入口温度提升至热泵正常工作范围的20℃以上，因而在本发明中，第二类吸收式热泵3的冷却水源来源于低温自来水，以保证第二类吸收式热泵3的高效运行。

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。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，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 (7)

1.一种第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法，其特征是：包括以下步骤：

S1.一次热网回水进入第一类吸收式热泵，加热升温后作为一次热网供水输出；

S2.若在非采暖期及供热初末寒期：

S21.一次热网供水通过阀门控制，一部分用于给热用户供热，另一部分分别进入第二类吸收式热泵、第一换热器，第二换热器关闭；

S22.一部分的一次热网供水进入第一换热器中，将来自第二类吸收式热泵出来的一次加热自来水进行加热，得到的二次加热自来水返回到第二类吸收式热泵内进行第三次升温；

S23.在第二类吸收式热泵中进行热量交换，其中，另一部分的一次热网供水作为驱动热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为冷却水源，依次在第二类吸收式热泵、第一换热器中经过两次加热的二次加热自来水作为被加热的热水；

S3若在供热高寒期：

S31.第二换热器启动，第二类吸收式热泵和第一换热器处于关闭状态；

S32.在第二换热器中进行换热，其中一次热网供水作为热源，低温自来水与一次加热自来水混合后作为吸热源；

S4.最终得到的高温热水，送至蓄水罐6进行储存；而经过换热后的回水汇集到一次热网回水的母管上，重复S1。

2.根据权利要求1所述的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法，其特征是：所述的S1中，第一类吸收式热泵以汽轮机抽汽或余热锅炉低压补气或小汽机排汽为驱动热源，以低温循环水或乏汽余热为低温热源。

3.根据权利要求1所述的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应方法，其特征是：所述的S1与S2之间，还包括：

S11.一次热网供水在尖峰加热器中进行再次加热。

4.基于权利要求1至3任一项所述方法的一种第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，其特征是：包括第一类吸收式热泵、第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器、再循环泵、蓄水罐，所述的第一类吸收式热泵一端分别设有驱动热源入口、凝结水出口、低温热源入口、低温热源出口，另一端分别设有一次热网回水入口、一次热网供水出口，所述一次热网供水出口分别通过控制阀分别与第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器的一次热网供水入口连通，所述第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器还分别设有一次热网回水出口，且所述一次热网回水出口通过管道汇集后与一次热网回水入口连通；所述第二类吸收式热泵设有第一低温自来水入口、一次加热自来水出口、二次加热自来水入口、三次加热自来水出口，所述第一低温自来水入口通过控制阀与低温自来水管道连通，所述一次加热自来水出口通过再循环泵与低温自来水管道连通，所述一次加热自来水出口还与第一换热器的一次加热自来水入口连通，所述第一换热器的二次加热自来水出口与二次加热自来水入口连通，所述三次加热自来水出口与蓄水罐连通；所述第二换热器设有通过控制阀与低温自来水管道连通的第二低温自来水入口、及与蓄水罐连通的高温供热水出口。

5.根据权利要求4所述的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，其特征是：所述的一次热网供水出口与第一换热器、第二类吸收式热泵、第二换热器连通的管道上还设有尖峰加热器。

6.根据权利要求5所述的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，其特征是：所述的尖峰加热器的入口管道上设有控制阀门。

7.根据权利要求4所述的第一类与第二类吸收式热泵耦合的热水供应系统，其特征是：所述的一次热网回水入口、一次热网供水出口分别通过控制阀与热水使用装置连通。