CN106958849B - 热力站分布式双侧联合蓄热装置 - Google Patents

热力站分布式双侧联合蓄热装置 Download PDF

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Abstract

热力站分布式双侧联合蓄热装置，它涉及一种供热系统，以解决在热负荷显著存在较大的日内波动时，现有的两种蓄热方案不能有效地增加基础热源的利用小时数，蓄热温差小，供热系统的运行成本高，区域供热经济性较低的问题，它包括置换式常压蓄热器、二次网循环泵、一次网和二次网，它还包括换热器、蓄热泵、放热泵、供水侧蓄热阀、回水侧蓄热阀和放热阀；一次网和二次网之间布置有换热器，供水侧管上安装有供水侧蓄热阀，蓄热管上安装有蓄热泵，一次放热管上安装有放热阀，二次放热管上安装有放热泵，回水侧管上安装有回水侧蓄热阀。本发明用于供热系统。

Description

热力站分布式双侧联合蓄热装置
技术领域
本发明涉及一种供热系统，具体涉及一种热力站分布式双侧联合蓄热装置。
背景技术
当供热系统的热负荷存在较大的日内波动时，为了尽可能减少调峰热源的运行时间，增加基础热源的利用小时数，蓄热装置在供热系统中得到了广泛的应用。
目前常见的蓄热方案有“热源处的集中式蓄热”和“热力站分布式二次侧蓄热”这两种，然而这两种方案都有各自的缺陷：
热源处的集中式蓄热虽然蓄热温差大且易于管理维护，但蓄热器的压力等级较高，蓄热器单位容积的建造费用昂贵；热力站分布式二次侧蓄热虽然可以使用造价较低的常压蓄热器，但蓄热温差很小，相同蓄热量下蓄热罐的体积过大，建设成本较高。
发明内容
本发明提供一种热力站分布式双侧联合蓄热装置，以解决在热负荷显著存在较大的日内波动时，现有的两种蓄热方案不能有效地增加基础热源的利用小时数，蓄热温差小，供热系统的运行成本高，区域供热经济性较低的问题。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
热力站分布式双侧联合蓄热装置，它包括置换式常压蓄热器、二次网循环泵、一次网和二次网，它还包括换热器、蓄热泵、放热泵、供水侧蓄热阀、回水侧蓄热阀和放热阀；
一次网和二次网之间布置有换热器，一次网供水管与置换式常压蓄热器顶部之间布置有供水侧管，供水侧管上安装有供水侧蓄热阀，一次网回水管与置换式常压蓄热器顶部之间布置有蓄热管，蓄热管上安装有蓄热泵，二次网供水管与置换式常压蓄热器之间布置有一次放热管，一次放热管上安装有放热阀，换热器和二次网循环泵之间的二次网回水管与置换式常压蓄热器底部之间布置有二次放热管，二次放热管上安装有放热泵，一次网回水管与置换式常压蓄热器底部之间布置有回水侧管，回水侧管上安装有回水侧蓄热阀。
本发明的有益效果是：蓄热泵与一次网回水管相连接，蓄热泵工作温度低，安全可靠性较高。放热泵与二次网回水管相连接，放热泵工作温度低，安全可靠性较高。双侧联合蓄热增大了置换式常压蓄热器的蓄热温差，在蓄热量相同的情况下，蓄热罐体积较小，建造成本较低。该装置可在供热负荷低谷时吸纳热源的超额供热量，然后在负荷高峰时将蓄热量放出，满足高峰时段系统的热负荷需求。
相比热源处的集中式蓄热，热力站分布式双侧联合蓄热的设计蓄热温度较低，可采用常压蓄热罐，单位容积的建造成本大大降低。当供热系统存在显著的日内负荷波动时，配置热力站分布式双侧联合蓄热装置可以增加基础热源的利用小时数、减小调峰热源的运行小时数，降低供热系统的运行成本，提高了区域供热的经济性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为置换式常压蓄热器蓄热过程管道流量温度示意图；
图3为置换式常压蓄热器放热过程管道流量温度示意图。
其中，1为换热器，2为置换式常压蓄热器，3为蓄热泵，4为逆止阀，5为供水侧蓄热阀，6为回水侧蓄热阀，7为放热阀；8为放热泵，9为二次网循环泵，10为一次网供水管，11为一次网回水管，12为二次网供水管，13为二次网回水管。
具体实施方式
结合图1说明，热力站分布式双侧联合蓄热装置，它包括置换式常压蓄热器2、二次网循环泵9、一次网和二次网，它还包括换热器1、蓄热泵3、放热泵8、供水侧蓄热阀5、回水侧蓄热阀6和放热阀7；
一次网和二次网之间布置有换热器1，一次网供水管10与置换式常压蓄热器2顶部之间布置有供水侧管10-1，供水侧管10-1上安装有供水侧蓄热阀5，一次网回水管11与置换式常压蓄热器2顶部之间布置有蓄热管11-1，蓄热管11-1上安装有蓄热泵3，二次网供水管12与置换式常压蓄热器2之间布置有一次放热管12-1，一次放热管12-1上安装有放热阀7，换热器1和二次网循环泵9之间的二次网回水管13与置换式常压蓄热器2底部之间布置有二次放热管13-1，二次放热管上安装有放热泵8，一次网回水管11与置换式常压蓄热器2底部之间布置有回水侧管11-2，回水侧管11-2上安装有回水侧蓄热阀6。为了防止运行中一次网和二次网水倒流，防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放，蓄热泵3与置换式常压蓄热器2连通的管道上设置逆止阀4，放热泵8与置换式常压蓄热器2连通的管道上设置逆止阀4。
参见图1说明，为了提高换热效率，减少热损失，优选地，换热器1为板式换热器。为了满足实际工况和热负荷需求，优选地，供水侧蓄热阀5和回收侧蓄热阀6为调节阀，放热阀7为调节阀。为了方便管理，节能降耗，满足热量调节，优选地，蓄热泵3和放热泵8为变频离心式调速泵。二次网循环泵9为变频离心式调速泵。
实施例：假设某热力站对一公共建筑群进行供热，承担的总供热面积为10万m2，设计面积热指标75W/m2。该建筑群在办公时间段6:00-22:00存在办公热负荷，而在夜间22:00到次日6:00存在值班热负荷，不同时间段建筑物的室内设计温度不同，因此热力站负荷存在显著的日周期变化规律。
假设必要的负荷计算参数如下表1-表3：
负荷计算参数表1
总供热面积 单位面积热指标 采暖室外设计温度
S＝10万m<sup>2</sup> q＝75W/m<sup>2</sup> t<sub>a</sub>＝-12℃
负荷计算参数表2
办公时间段 值班时间段
6:00-22:00(共16小时) 22:00-次日6:00(共8小时)
负荷计算参数表3
办公时间段的室内设计温度 值班时间段的室内设计温度
t<sub>1</sub>＝18℃ t<sub>2</sub>＝8℃
假设热力站一、二次侧的设计供回水温度和温差如下表：
Figure BDA0001257862210000031
假设置换式常压蓄热器2的设计蓄热温度为95℃、罐内冷流体的温度为60℃，则蓄热温差为ΔTc＝35℃。
办公时间段建筑物的热负荷为：
P1＝q×S＝75×105＝7.5MW
假设热负荷与室内外温差成正比，则值班时间段建筑物的热负荷为：
Figure BDA0001257862210000032
热力站一天之内的平均热负荷为：
Figure BDA0001257862210000033
因此，值班时间段蓄热器的蓄热功率为：
Figure BDA0001257862210000034
办公时间段蓄热装置的放热功率为：
Figure BDA0001257862210000041
蓄热装置对应的容积计算公式为：
Q＝ΔPc×8＝ΔPd×16＝13.3MWh
通过对热力站分布式双侧联合蓄热装置进行定量计算，可以得到蓄、放热泵的设计流量和蓄热器的设计容积。
热力站一次侧循环流量g10恒定为：
Figure BDA0001257862210000042
为了满足值班时间段的蓄热要求，流经回水侧蓄热阀6的流量g6为：
Figure BDA0001257862210000043
总的蓄热时间为8小时，因此置换式常压蓄热器2的体积为：
V2＝g6×8×3600/1000＝327m3
板式换热器的出水温度x可由下列方程得到：
g6×60+(g10-g6)·x＝g10×70
x＝77.5℃
为了使混合后的温度为95℃，流经供水侧蓄热阀的实际流量g5和流经蓄热泵的实际流量g3比为：
Figure BDA0001257862210000044
总的蓄热流量为11.34kg/s，因此蓄热泵的设计流量g3′为：
Figure BDA0001257862210000045
在办公时间段，置换式常压蓄热器2进行放热，放热泵8的流量g8为：
Figure BDA0001257862210000046
在值班时间段，二次网循环泵9的低峰流量g2为：
Figure BDA0001257862210000051
而在办公时间段，二次网循环泵9的高峰流量g2′为：
Figure BDA0001257862210000052
为了实现热源的恒定供热，可采用不同的蓄热方法，本发明所提出的热力站分布式双侧联合蓄热装置是最为经济的实现手段。针对本算例的总蓄热量要求，三种不同蓄热方案
Figure BDA0001257862210000053
的对比计算结果如下表所示：
具体的工作过程分为蓄热过程和放热过程两个部分：
对于蓄热过程：蓄热泵3，供水侧蓄热阀5和回水侧蓄热阀6开启；放热阀7和放热泵8关闭。一次网供水管10内的部分一次网高温供水流经供水侧蓄热阀5后，与一次网回水管11内的经蓄热泵3加压后的换热部分低温一次网回水混合，达到设计蓄热温度后送入置换式常压蓄热器2，置换式常压蓄热器2底部冷流体流经回水侧蓄热阀6后，进入一次网回水管11。
对于放热过程：放热阀7和放热泵8开启；蓄热泵3，供水侧蓄热阀5和回水侧蓄热阀6关闭。二次网回水管13内的部分二次网回水在放热泵8的驱动下，进入置换式常压蓄热器2底部，置换式常压蓄热器2顶部热流体流经放热阀7后，进入二次网供水管12。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种热力站分布式双侧联合蓄热装置，它包括置换式常压蓄热器（2）、二次网循环泵（9）、一次网和二次网，其特征在于：它还包括换热器（1）、蓄热泵（3）、放热泵（8）、供水侧蓄热阀（5）、回水侧蓄热阀（6）和放热阀（7）；
一次网和二次网之间布置有换热器（1），一次网供水管（10）与置换式常压蓄热器（2）顶部之间布置有供水侧管（10-1），供水侧管（10-1）上安装有供水侧蓄热阀（5），一次网回水管（11）与置换式常压蓄热器（2）顶部之间布置有蓄热管（11-1），蓄热管（11-1）上安装有蓄热泵（3），二次网供水管（12）与置换式常压蓄热器（2）之间布置有一次放热管（12-1），一次放热管（12-1）上安装有放热阀（7），换热器（1）和二次网循环泵（9）之间的二次网回水管（13）与置换式常压蓄热器（2）底部之间布置有二次放热管（13-1），二次放热管上安装有放热泵（8），一次网回水管（11）与置换式常压蓄热器（2）底部之间布置有回水侧管（11-2），回水侧管（11-2）上安装有回水侧蓄热阀（6）；
蓄热泵（3）与置换式常压蓄热器（2）连通的管道上设置逆止阀（4），放热泵（8）与置换式常压蓄热器（2）连通的管道上设置逆止阀（4）。
2.根据权利要求1所述热力站分布式双侧联合蓄热装置，其特征在于：所述换热器（1）为板式换热器。
3.根据权利要求1或2所述热力站分布式双侧联合蓄热装置，其特征在于：所述供水侧蓄热阀（5）和所述回水侧蓄热阀（6）为调节阀。
4.根据权利要求3所述热力站分布式双侧联合蓄热装置，其特征在于：所述放热阀（7）为调节阀。
5.根据权利要求1、2或4所述热力站分布式双侧联合蓄热装置，其特征在于：所述蓄热泵（3）和所述放热泵（8）为变频离心式调速泵。
6.根据权利要求5所述热力站分布式双侧联合蓄热装置，其特征在于：所述二次网循环泵（9）为变频离心式调速泵。
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