CN106402981A - 电驱热泵大温差余热回收供热机组 - Google Patents

电驱热泵大温差余热回收供热机组 Download PDF

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Abstract

电驱热泵大温差余热回收供热机组，充分利用电驱热泵能效高，提升低品位热量能力强、结构简单等优势，通过两级换热站的电驱热泵联合运行实现电厂循环水余热利用，增大一次管网供回水温差，将一次管网回水温度降到7℃以下，提高管网输送效率及扩大供热规模。

Description

电驱热泵大温差余热回收供热机组
技术领域
本发明属于节能环保技术领域，涉及一种用于集中供热的电驱热泵大温差供热机组，通过两级换热站的电驱热泵联合运行实现电厂循环水余热利用，实现大温差集中供热，提高能源综合利用效率。
背景技术
目前热电厂大多采用抽凝式汽轮机组，汽轮机中间抽气直接加热热网回水，一般抽气压力大于0.25MPa，热网供水在110℃~150℃，回水温度70℃~90℃，供回水温差小，循环泵功耗大，输送效率低，能量损失大，随着城市化进程加快，加上现有供热管网输送能力有限，集中供热能力已显不足。另外循环冷却水大量热量散失到大气中，若回收循环冷却水低温热量，将大幅提高热电厂的整体热效率，节省燃煤消耗，同时具有节水环保效益。
目前常见用于热电厂循环冷却水余热回收的热泵技术部分采用吸收式热泵技术，但吸收式热泵需消耗大量蒸汽，存在能效比低，一般在1.6~1.8，机组体积和初投资大，布置不够灵活等问题，且要求循环水取热前温度一般在30℃以上，回收余热受限，吸收式热泵机组会造成汽轮机背压升高，影响机组功率输出及安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于集中供热的电驱热泵大温差供热机组，充分利用电驱热泵能效高，提升低品位热量能力强、结构简单等优势，通过两级换热站的电驱热泵联合运行实现电厂循环水余热利用，增大一次管网供回水温差，将一次管网回水温度降到7℃以下，提高管网输送效率及扩大供热规模。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：电驱热泵大温差余热回收供热机组，包括一级换热站和二级换热站，一级换热站由回水加热器、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器、相串联的多个一级电驱热泵和尖峰加热器组成，二级换热站由板式换热器和相串联的三级电驱热泵组成，一次网回水依次经过回水加热器、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器、相串联的多个一级电驱热泵、尖峰加热器后形成一次网供水，一次网供水进入二级换热站的板式换热器中加热二次网回水，板式换热器中放热后的一次网供水依次进入相串联不同热泵工质、不同的热泵循环系统的三级电驱热泵，充分放热降温后的作为一次网回水重新进入回水加热器；二次网回水分为两路，分别进入板式换热器、三级电驱热泵吸热升温，升温后汇合作为二次网供水输出到热用户。
本发明相串联的所述的一级电驱热泵的热泵工质相同。
本发明相串联的所述的二级电驱热泵的热泵工质相同。
本发明的有益效果是：本发明专利充分利用电驱热泵能效高，提升低品位热量能力强、结构简单等优势，通过两级换热站的电驱热泵联合运行实现电厂循环水余热利用，拉大一次管网供回水温差，将一次管网回水温度大幅降低，提高管网输送效率及扩大供热规模。电驱热泵能效系数高，布置灵活、调节快捷，对于电力富余或供热尖峰与电网低谷重合时段应用优势较为显著，节水环保，对于缺水地区应用价值高。
附图说明
图1为本发明的结构原理图；
图中：1-蒸汽抽气，2-发电机，3-汽轮机，4-凝汽器，5-凝结水管路，6-尖峰加热器凝结水出口管路，7-尖峰加热器，8-一次网供水，9-尖峰加热器进水，10、11-一级电驱热泵，12-凝水换热器，13-凝结水换热器凝结水出口管路，14、23-二级电驱热泵，15-板式换热器，16、17、18-三级电驱热泵，19-二次网供水，20-二次网回水，21-三级电驱热泵低温热源进口管路，22-一次网回水，24-回水加热器，25-循环冷却水回水，26-循环冷却水供水，27-冷却水循环水泵，28-冷却塔。
具体实施方式
针对目前电厂循环水余热利用存在的问题，本发明方案如下：
电驱热泵大温差余热回收供热机组，包括热电厂电驱热泵供暖专用机组、循环冷却水系统、小区换热站电驱热泵供暖专用机组、一次网供回水管路及附件，其原理图如附图所示。
热电厂电驱热泵供暖专用机组包括汽轮机、电驱热泵、回水加热器、尖峰加热器、供热循环泵；循环冷却水系统包括冷却循环泵、凝汽器、冷却塔；小区换热站电驱热泵供暖专用机组包括三级电驱热泵、板式换热器；一次网供回水管路及附件包括热网循环泵、管道、阀门等。由热电厂电驱热泵供暖机组及附属管道、阀门等组成换热首站，由小区换热站电驱热泵供暖专用机组、二次网供回水管及附属管道、阀门等组成二级换热站。
循环冷却水供水分成三路，一路进入冷却塔，一路进入回水加热器对一次网回水进行预加热，另一路依次进入二级电驱热泵、凝水换热器、一级电驱热泵、尖峰加热器，作为低温热源放热。
二级电驱热泵为中低温热泵，一级电驱热泵为中高温热泵，热网回水经过中低温热泵加热升温进入凝水换热器，吸收尖峰加热器放热后的冷凝水的热量，然后进入中高温热泵继续逐级升温。中低温热泵、中高温热泵由不同的热泵工质循环组成，热泵工质的临界温度及压力不同，通过不同的热泵循环来实现与蒸发器侧、冷凝器侧热水参数的匹配运行。
由一次网供水输送到二级换热站，高温热水首先进入板式换热器，对二次网回水加热，一次网供水降温后依次进入三级电驱热泵，三级电驱热泵采用不同的热泵工质、不同的热泵循环系统，与一次网供水匹配运行，一次网供水在不同的电驱热泵的蒸发器侧依次放热降温；二次网回水分为两路，分别进入板式换热器、三级电驱热泵，依次进入三级电驱热泵的冷凝器侧吸热升温,根据上述，也即，在热力站，根据一次网和二次网热水温度的变化，分温度区间匹配不同参数的电驱热泵，通过温度匹配减小换热过程的不可逆损失；二次网水在三级电驱热泵升温后然后汇合输出到热用户。充分放热降温后的一次网回水重新进入回水加热器被冷却水加热。
一次网供水在二级换热站充分放热降温，由于电驱热泵的能效系数COP较高，一般为4~5，最高能达到8~9，一次网水进过二级换热站降到7℃以下，远低于环境温度，回水沿程热损失很小。同时可通过增加换热器吸收沿程零散废热。
结合附图和具体实施例对本发明加以说明，但是，本发明并不局限于这些实施例。
如附图所示，
汽轮机3、发电机2、凝汽器4、冷却塔26、冷却水循环水泵27、冷却循环水回水25、冷却循环水供水26相连共同组成电厂侧凝气系统，一次网回水22(温度7℃左右)首先进入回水加热器吸收循环冷却水的热量，升温后（温度为28℃）依次进入二级电驱热泵23、14，二级电驱热泵为中低温热泵，其热泵工质选用合适的标准沸点、临界温度的介质，与之对应合适的冷凝温度、蒸发温度，循环冷却水、一次网回水温度与冷凝温度、蒸发温度相匹配，通过单级或多级热泵循环运行； 一次网回水依次在二级电驱热泵逐级加热，升温后(温度为60℃)进入凝水换热器12，在凝水换热器12中吸收来自凝水的热量，升温后进入一级电驱热泵11、10中，一级电驱热泵10、11为中高温热泵，冷凝温度高，一次网回水在一级电驱热泵的冷凝器中吸热升温后(温度为95℃)进入尖峰加热器7，温度升到130℃，一次网供水8首先进入二级换热站的板式换热器15，一次网供水8在板式换热器中加热二次网回水20，放热后依次进入三级电驱热泵16、17、18，三级电驱热泵16、17、18采用不同的热泵工质、不同的热泵循环系统，与一次网供水匹配运行，一次网供水在不同的三级电驱热泵的蒸发器侧依次放热降温；二次网回水20分为两路，分别进入板式换热器、三级电驱热泵，依次进入三级电驱热泵的冷凝器侧吸热升温,在二级换热站，根据一次网和二次网热水温度的变化，分温度区间匹配不同参数的电驱热泵，二次网回水在三级电驱热泵16、17、18升温后然后汇合输出到热用户。
本专利电驱热泵数量及形式的设置可以根据实际需求参数进行变换、增加。
本发明专利电驱热泵能效高，能效指数≥5，提升低品位热量能力强，在换热首站和二级换热站分别集中布置电驱热泵，联合运行，充分增大一次管网供回水温差，达到120℃以上，将一次管网回水温度大幅降低，这样大幅提高管网输送效率，扩大供热规模。从而可有效解决集中供热供需矛盾，充分回收循环冷却水低温余热。该机组在供热尖峰与电网低谷重合时段应用优势较为显著，在缺水地区、电力富裕地区或时段有显著的应用优势。
以上仅是本专利优先实施方式的具体描述，凡是在本技术方案基础上进行的同等变换或套用均不排除在本专利保护范围外。

Claims (3)

1.电驱热泵大温差余热回收供热机组，其特征在于：包括一级换热站和二级换热站，一级换热站由回水加热器（24）、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器（12）、相串联的多个一级电驱热泵和尖峰加热器（7）组成，二级换热站由板式换热器（15）和相串联的三级电驱热泵组成，一次网回水（22）依次经过回水加热器（24）、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器（12）、相串联的多个一级电驱热泵、尖峰加热器（7）后形成一次网供水（8），一次网供水（8）进入二级换热站的板式换热器（15）中加热二次网回水（20），板式换热器（15）中放热后的一次网供水（8）依次进入相串联不同热泵工质、不同的热泵循环系统的三级电驱热泵，充分放热降温后的作为一次网回水（22）重新进入回水加热器（24）；二次网回水（20）分为两路，分别进入板式换热器、三级电驱热泵吸热升温，升温后汇合作为二次网供水（19）输出到热用户。
2.如权利要求1所述的电驱热泵大温差余热回收供热机组，其特征在于：相串联的所述的一级电驱热泵的热泵工质相同。
3.如权利要求1所述的电驱热泵大温差余热回收供热机组，其特征在于：相串联的所述的二级电驱热泵的热泵工质相同。
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