CN106765448A - 一种降低供热回水温度的节能供热系统 - Google Patents

一种降低供热回水温度的节能供热系统 Download PDF

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Abstract

一种降低供热回水温度的节能供热系统，属于提高能源利用效率领域。引入多级换热器、多级吸收式换热机组、多级压缩式热泵和制冰型制冷机，多次对热源进行换热，扩大了供热面积，提高了能源利用效率。本发明提供了一种将供暖一次管网回水温度降低到0℃并含有10％的冰粒，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60℃增大至118℃、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等节能供热系统。

Description

一种降低供热回水温度的节能供热系统
技术领域
本发明属于提高能源利用效率领域，涉及一种降低热电联产供暖一次管网回水温度、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50℃，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50℃，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50℃，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50℃，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。
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。2016年获得的专利号为CN201310654739.X的发明专利，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、压缩式制冷机和制冰型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0℃并含有10％冰粒的可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、供暖一次管网系统、供暖二次管网系统。
小区供热站侧供暖一次管网供水进入第一级吸收式热泵做驱动热源，降温后进入换热器中与供暖二次管网的回水进行换热，换热后进入第一级吸收式热泵的蒸发器做低温热源，供暖一次管网回水温度降低到15℃；再设置一级压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃；再设置第二级吸收式热泵和制冰型制冷机将2℃的回水温度降到0℃并制取10％的冰粒返回电厂；第一级吸收式热泵的高温热源是从换热器出来的经过一次换热后的供暖二次管网的回水，供暖二次管网的回水在第一级吸收式热泵中经过第二次换热后升温至50℃返回用户侧；此过程系统中第二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)；第二级吸收式热泵的低温热源由制冰型制冷机的冷凝器端提供，从制冰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15℃的热源再次提热，将供热温差继续拉大，提高供热效率；
5、采用该系统的供暖一次管网回水为0℃并含有10％的冰粒，低于大地温度，沿程不会产生热损失；
6、因为供暖一次管网回水为0℃并含有10％的冰粒，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。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；
7、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；
8、常规供暖一次管网供回水温差为60℃，本系统的回水为0℃并含有10％的冰粒，系统供回水温差可达到118℃，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；
9、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；
10、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；
11、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.第一级吸收式热泵，11.换热器，12.压缩式制冷机，13.第二级吸收式热泵，14.制冰型制冷机15.驱动热源，16.用户侧。
具体实施方式
在小区供热站侧，热电厂供暖一次管网输出的110℃热水进入第一级吸收式热泵10做驱动热源，降温后进入换热器11中与供暖二次管网的回水进行换热，换热后进入第一级吸收式热泵10的蒸发器做低温热源，供暖一次管网回水温度降低到15℃；用户侧循环水回水先进入换热器11进行一次换热由40℃升温至45℃，再进入第一级吸收式热泵10的冷凝器侧进行第二次换热由45℃升温至50℃返回用户侧；
设置在小区供热站侧的压缩式制冷机12，以第一级吸收式热泵10排出的15℃供暖一次管网回水作为低温热源，将40℃的供暖二次管网回水升温至50℃返回用户侧16，供暖一次管网回水温度降至2℃；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵13，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)作为驱动热源15，以制冰型制冷机14冷凝器侧提供的30℃热水作为低温热源，将40℃的供暖二次管网回水升温至50℃返回用户侧16；
设置在小区供热站侧的制冰型制冷机14，以从压缩式制冷机12排出的供暖一次管网回水作为低温热源，将2℃的供暖一次管网回水降温至0℃并制取10％的冰粒返回热电厂；
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℃；0℃并含有10％冰粒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。
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 (2)

1.一种降低供热回水温度的节能供热系统，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、供暖一次管网系统、供暖二次管网系统，其特征在于：
小区供热站侧供暖一次管网供水进入第一级吸收式热泵做驱动热源，降温后进入换热器中与供暖二次管网的回水进行换热，换热后进入第一级吸收式热泵的蒸发器做低温热源，供暖一次管网回水温度降低到15℃；再设置一级压缩式制冷机，将供暖一次管网回水温度降低到2℃；再设置第二级吸收式热泵和制冰型制冷机将2℃的回水温度降到0℃并制取10％的冰粒返回电厂；第一级吸收式热泵的高温热源是从换热器出来的经过一次换热后的供暖二次管网的回水，供暖二次管网的回水在第一级吸收式热泵中经过第二次换热后升温至50℃返回用户侧；此过程系统中第二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)；第二级吸收式热泵的低温热源由制冰型制冷机的冷凝器端提供，从制冰机蒸发器排出的供暖一次管网回水返回热电厂。
2.根据权利要求1所述的一种降低供热回水温度的节能供热系统，其特征在于：其包括热电厂侧至少一级蒸汽型吸收式热泵，小区供热站侧两级吸收式热泵与一级压缩式制冷机及一级制冰型制冷机；
在小区供热站侧，热电厂供暖一次管网输出的110℃热水进入第一级吸收式热泵10做驱动热源，降温后进入换热器11中与供暖二次管网的回水进行换热，换热后进入第一级吸收式热泵10的蒸发器做低温热源，供暖一次管网回水温度降低到15℃；用户侧循环水回水先进入换热器11进行一次换热由40℃升温至45℃，再进入第一级吸收式热泵10的冷凝器侧进行第二次换热由45℃升温至50℃返回用户侧；
设置在小区供热站侧的压缩式制冷机12，以第一级吸收式热泵10排出的15℃供暖一次管网回水作为低温热源，将40℃的供暖二次管网回水升温至50℃返回用户侧16，供暖一次管网回水温度降至2℃；
设置在小区供热站侧的第二级吸收式热泵13，以高品质热能(燃气、燃油、蒸汽、热水等)作为驱动热源15，以制冰型制冷机14冷凝器侧提供的30℃热水作为低温热源，将40℃的供暖二次管网回水升温至50℃返回用户侧16；
设置在小区供热站侧的制冰型制冷机14，以从压缩式制冷机12排出的供暖一次管网回水作为低温热源，将2℃的供暖一次管网回水降温至0℃并制取10％的冰粒返回热电厂；
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℃；0℃并含有10％冰粒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。
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