CN106989430B - 一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，其中，该集中供热系统包括工业余热采集子系统、输送热网和末端热利用子系统；工业余热采集子系统包括循环水余热采集装置、低温余热物料换热器和厂内电热泵，输送热网包括一次网供水管道、一次网回水管道、二次网供水管道、二次网回水管道、循环水供水管道、循环水回水管道和低温余热物流管道，末端热利用子系统包括热网水热量提取装置和末端电热泵。本发明通过在厂内热源侧采用循环水换热器+低温余热物料换热器+热泵的组合，能够按温度品位一次回收循环水余热、工艺物料余热等，无法通过直接换热回收的余热则利用热泵回收，实现工业余热的梯级利用和厂区内余热资源的优化利用。

Description

一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种集中供热系统及其使用方法，尤其涉及一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法。

背景技术

由于基本化学原理的影响，工业生产的能源利用效率普遍不高，大量余热在生产过程中以气、液、固的形式排放到环境中，造成了能源浪费，而低品位工业余热在其中占50％以上。于此同时，我国供暖规模以年均10％的增速飞速增长，导致我国北方地区供暖热源紧缺的局面。供暖时室温一般要求在20℃左右，理论上20℃以上的热源都可以被用于供暖。这一稳定而巨大的热需求为工业生产中低品位余热的应用提供了解决途径，同时也减少了新建大型集中供暖热源而带来的化石能源消耗，产生经济效益的同时降低对环境的污染，所以将低品位工业余热用于供暖有着良好的发展前景。

经调研分析后发现，以炼油化工厂为例，厂内低于50℃的低温热较多，中高温热量较少，常规供热方式利用难度很大。目前的工业余热供暖系统主要由余热采集系统、输送系统、末端换热器等组成。检索现有相关技术，发现主要存在以下几个问题：

1、厂内换热流程不合理。现有余热回收技术通常只考虑电厂和其他工业中的循环水余热，换热热源过于单一，且往往直接将循环水送至末端机组或者采用热泵直接取热后送至末端用户，缺乏对余热进行梯级利用的概念。另外，对于循环水以外的工艺内余热，如炼油厂中的常顶油气、中段回流等50℃以上余热未做考虑，没有将取热环节的效果达到最优。

2、热网供回水温差小，管网投资大，远距离输送困难。现有余热供热技术大多数仅利用了工艺内的循环水余热，有的将循环水余热在工厂内采出后供暖；也有的将循环水直接送至末端用户，再通过热泵提取余热供暖。这两种方式均存在输送温差过小的问题，导致实际工程中管网投资大、输送成本高等困难。如申请号为“201220146128.5”的专利中，一次网供水温度为60～70℃，回水温度为40～50℃，供回水温差仅为20℃。同时，虽然热源采用热泵提取循环水余热，但热网水流量巨大，无法实现远距离输送。

3、末端没有进行合理配置，换热过程存在热量损失。在申请号为“201210075294.5”的专利中提出的针对电厂工业余热的大温差集中供热系统，其供回水温度为130℃和30℃，在用户末端采用热冷却塔的形式，通过内部不同的换热盘管与用户二次网换热，将不同温度等级的热水分配到末端用户。但是，实际上用户侧二次网供水需求温度往往在60℃以下，将130℃的一次网水直接与二次网水换热，浪费了一次网供水的驱动力。同时，该专利中二次网用户需要满足不同温度段的合理配比，只有一次网水在40℃到30℃的供热量与地板采暖用户负荷相匹配时，才有可能将一次网回水温度降低至30℃。所以，实际运行时一次网回水温度受末端用户侧需求影响较大。

4、电热泵耗电量大，运行成本高。现有余热供暖方式是直接通过电热泵提取低品位工业余热，但电热泵运行小时数较长，耗电量大，电价贵，虽然节能环保，但经济性通常较差。

5、余热供热规模小，无法满足城市量级集中供暖的需求。由于取热不合理性和输送距离的限制，现有余热供暖技术往往着眼于工厂家属区等近距离用户的供暖，无法解决大规模城市量级的工业余热集中供暖问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，克服现有低品位工业余热供热系统的缺点，注重工业余热的梯级利用，能够最优化地利用厂区内的余热资源，且热网输配温差达50℃以上，大幅降低管网投资和输配费用，为低品位余热远距离输送创造有利条件。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，该系统包括工业余热采集子系统、输送热网和末端热利用子系统；其中，所述工业余热采集子系统包括循环水余热采集装置、低温余热物料换热器和厂内电热泵，所述输送热网包括一次网供水管道、一次网回水管道、二次网供水管道、二次网回水管道、循环水供水管道、循环水回水管道和低温余热物流管道，所述末端热利用子系统包括热网水热量提取装置和末端电热泵；

所述循环水余热采集装置的放热侧的进口和出口分别连接所述一次网回水管道和低温余热物料换热器的放热侧的入口，所述循环水余热采集装置的取热侧的入口和出口分别连接所述循环水供水管道和循环水回水管道；所述低温余热物料换热器的放热侧的出口连接所述厂内电热泵的放热侧的入口，所述低温余热物料换热器的取热侧的入口和出口连接所述低温余热物流管道；所述厂内电热泵的放热侧的出口与所述一次网供水管道相连接，所述厂内电热泵的取热侧的入口和出口分别与所述循环水供水管道和循环水回水管道相连接；

所述二次网供水管道和二次网回水管道用于与热用户相连接，所述循环水供水管道和循环水回水管道用于与厂内冷却装置相连接，所述低温余热物流管道用于与厂内余热产生装置相连接；

所述热网水热量提取装置的取热侧的入口和出口分别与所述一次网供水管道和末端电热泵的取热侧的入口相连接，所述热网水热量提取装置的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接；所述末端电热泵的取热侧的出口与所述一次网回水管道相连接，所述末端电热泵的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接。

所述循环水余热采集装置为循环水换热器；所述热网水热量提取装置为热网水换热器或者吸收式换热机组；所述厂内电热泵和末端电热泵由风能或太阳能发电驱动。

还包括蓄热子系统，所述蓄热子系统包括循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐；所述循环水蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述厂内电热泵的取热侧的入口和出口相连接，所述厂内一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述厂内电热泵的放热侧的出口和入口相连接；所述厂内电热泵的取热侧和放热侧的入口分别设置有厂内第一阀门和厂内第二阀门，所述循环水蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第三阀门和厂内第四阀门，所述厂内一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第五阀门和厂内第六阀门。

所述蓄热子系统还包括末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐；所述末端一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述末端电热泵的取热侧的入口和出口相连接，所述末端二次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述末端电热泵的放热侧的出口和入口相连接；所述末端电热泵的取热侧和放热侧的入口分别设置有末端第一阀门和末端第二阀门，所述末端一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第三阀门和末端第四阀门，所述末端二次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第五阀门和末端第六阀门。

还包括调峰子系统，所述调峰子系统包括调峰锅炉和调峰锅炉蓄热罐；所述调峰锅炉设置在所述二次网供水管道上，所述调峰锅炉的入口设置有调峰第一阀门；所述调峰锅炉蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述调峰锅炉的出口和入口相连接，所述调峰锅炉蓄热罐的罐底接口和罐顶接口分别设置有调峰第二阀门和调峰第三阀门。

所述工业余热采集子系统还包括厂内吸收式热泵，所述厂内吸收式热泵的取热侧的入口和出口分别与所述循环水供水管道和循环水回水管道相连接，所述厂内吸收式热泵的放热侧的入口和出口分别与所述低温余热物料换热器的放热侧的出口和一次网供水管道相连接；

所述末端热利用子系统还包括末端吸收式热泵，所述末端吸收式热泵的取热侧的入口和出口分别与所述热网水热量提取装置的取热侧的出口和末端电热泵的取热侧的入口相连接，所述末端吸收式热泵的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接。

一种集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后进入循环水回水管道成为冷却水；

2)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

3)重复步骤1)和2)，完成下一个换热循环。

一种集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

一种集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门、末端第二阀门、末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端一次网蓄热罐内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵中作为低品位热源，末端电热泵满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道中的二次网回水，末端电热泵取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道中，一部分送入末端一次网蓄热罐的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道中的二次网回水汇合后送入末端电热泵中，升温后一部分送入二次网供水管道中成为二次网供水，供给热用户，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐顶部，将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，末端第一阀门和末端第二阀门开启，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均关闭；末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐内热量维持不变；末端电热泵负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

当处于电力高峰期时，末端第一阀门和末端第二阀门关闭，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端电热泵停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐顶部，将末端一次网蓄热罐内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐的底部进入末端二次网蓄热罐，并将末端二次网蓄热罐内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道中，供给热用户，从而完成蓄热循环；

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

一种集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门、末端第二阀门、末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端一次网蓄热罐内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵中作为低品位热源，末端电热泵满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道中的二次网回水，末端电热泵取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道中，一部分送入末端一次网蓄热罐的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道中的二次网回水汇合后送入末端电热泵中，升温后一部分送入二次网供水管道中成为二次网供水，供给热用户，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐顶部，将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，末端第一阀门和末端第二阀门开启，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均关闭；末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐内热量维持不变；末端电热泵负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

当处于电力高峰期时，末端第一阀门和末端第二阀门关闭，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端电热泵停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐顶部，将末端一次网蓄热罐内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐的底部进入末端二次网蓄热罐，并将末端二次网蓄热罐内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道中，供给热用户，从而完成蓄热循环；

4)当处于电力低谷期时，调峰第一阀门、调峰第二阀门和调峰第三阀门均开启，调峰锅炉满负荷工作；调峰锅炉蓄热罐内蓄存的中温二次网水与二次网供水管道中正常供应的中温二次网水汇合后进入调峰锅炉中，加热后的高温二次网水一部分正常送入二次网供水管道中供给热用户，其余的返回调峰锅炉蓄热罐顶部蓄存起来；

当处于电力平段期时，调峰第一阀门开启，调峰第二阀门和调峰第三阀门关闭，调峰锅炉蓄热罐内热量维持不变，调峰锅炉负荷率减半工作；二次网供水管道中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉中，加热后的高温二次网水正常送入二次网供水管道中供给热用户；

当处于电力高峰期时，调峰第一阀门关闭，调峰第二阀门和调峰第三阀门开启，调峰锅炉停止工作；二次网供水管道中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉蓄热罐底部，将调峰锅炉蓄热罐内的高温二次网水从顶部送至二次网供水管道中供给热用户，从而完成蓄热循环；

5)重复步骤1)～4)，完成下一个换热循环。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，通过在厂内热源侧采用循环水换热器+低温余热物料换热器+热泵的组合，低温一次网水返回工业厂区内，能够按温度品位一次回收循环水余热、工艺物料余热等，无法通过直接换热回收的余热则利用热泵回收，供给一次网热水，实现工业余热的梯级利用和厂区内余热资源的优化利用。2、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，通过在热力站末端采用吸收式机组/换热器+热泵的组合，高温一次网供水首先进入换热器或吸收式换热机组，将一部分热量直接供给二次网，降温后进入热泵作为低温热源，将回收的热量送给二次网用户，最终得到低温一次网回水，从而实现末端梯级放热形式，对二次网供回水温度的适应性较强，能够将一次网回水降至20℃以下，有利于厂区内直接换热收取低温循环水余热；同时使热网输配温差达50℃以上，大幅降低输送和管道维温等输配管网投资和输送泵耗，为低品位余热远距离输送创造了有利条件。3、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，通过在厂内和热力站末端采用电热泵和蓄热罐相结合的方式，可以充分利用峰谷电价，降低运行成本，同时对电网起到“削峰填谷”的作用。4、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，可以利用风能、太阳能等清洁能源发电为电热泵供电，利用电热泵和蓄热罐组合的形式，能够使得系统的耗电特性匹配风电、太阳能的变化特性，同时利用工业余热的优势，消纳风电等可再生能源，实现高效协同。5、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，通过在末端采用调峰锅炉加热二次网供水，满足用户尖峰热负荷，从而大幅提高系统供热能力，保障用户供热安全性，在降低输配管网投资和输配损失的同时，使整个采暖季厂内取热过程稳定。6、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，厂内和热力站末端均可采用吸收式热泵用于余热回收和供热，且热泵驱动热源形式多样，除采用电作为常规驱动热源外，还可采用燃气、蒸汽和工艺高温物料等作为驱动热源，可根据厂内情况灵活选择，能够最优化地利用厂区内的余热资源，系统的适应性较强。7、本发明的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，按照“温度对口，梯级利用”的原则充分地利用低品位余热，换热结构合理，供热距离更远，运行成本显著降低，具有显著的经济效益，而且能够和风电、太阳能等可再生能源紧密结合，适合大规模的推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图5是本发明实施例5的结构示意图；

图6是本发明实施例6的结构示意图；

图7是本发明实施例8的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其包括工业余热采集子系统1、输送热网2和末端热利用子系统3。其中，工业余热采集子系统1包括循环水换热器11、低温余热物料换热器12和厂内电热泵13；输送热网2包括一次网供水管道21、一次网回水管道22、二次网供水管道23、二次网回水管道24、循环水供水管道25、循环水回水管道26和低温余热物流管道27；末端热利用子系统3包括热网水换热器31和末端电热泵32。

循环水换热器11放热侧的进口连接一次网回水管道22、出口连接低温余热物料换热器12放热侧的入口，循环水换热器11取热侧的入口和出口分别连接循环水供水管道25和循环水回水管道26。低温余热物料换热器12放热侧的出口连接厂内电热泵13放热侧的入口，低温余热物料换热器12取热侧的入口和出口连接低温余热物流管道27。厂内电热泵13放热侧的出口与一次网供水管道21相连接，厂内电热泵13取热侧的入口和出口分别与循环水供水管道25和循环水回水管道26相连接。热网水换热器31取热侧的入口与一次网供水管道21相连接、出口与末端电热泵32取热侧的入口相连接，热网水换热器31放热侧的入口和出口分别与二次网回水管道24和二次网供水管道23相连接。末端电热泵32取热侧的出口与一次网回水管道22连接，末端电热泵32放热侧的入口和出口分别与二次网回水管道24和二次网供水管道23相连接。二次网供水管道23和二次网回水管道24用于与热用户相连接；循环水供水管道25和循环水回水管道26用于与厂内冷却装置相连接；低温余热物流管道27用于与厂内余热产生装置相连接；。

上述实施例中，厂内电热泵13和末端电热泵32的电源由风电站或者太阳能电站等可再生能源提供；也可以由城市电网供电。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，具体包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道22中的一次网回水进入循环水换热器11中，与来自循环水供水管道25的循环冷却水直接换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器12中，与来自低温余热物流管道27的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵13，采用电驱动回收来自循环水供水管道25的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道21中，成为一次网供水；从循环水换热器11和厂内电热泵13中出来的冷却循环水汇合后进入循环水回水管道26成为冷却水。

2)一次网供水管道21中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水换热器31中，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵32中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；热网水换热器31和末端电热泵32中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道23中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道22中，成为一次网回水。

3)重复步骤1)和2)，完成下一个换热循环。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例1的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统还包括蓄热子系统4。蓄热子系统4包括循环水蓄热罐41和厂内一次网蓄热罐42，循环水蓄热罐41的罐顶接口和罐底接口分别与厂内电热泵13取热侧的入口和出口相连接，厂内一次网蓄热罐42的罐顶接口和罐底接口分别与厂内电热泵13放热侧的出口和入口相连接；厂内电热泵13取热侧和放热侧的入口分别设置有厂内第一阀门131和厂内第二阀门132，循环水蓄热罐41的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第三阀门411和厂内第四阀门412，厂内一次网蓄热罐42的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第五阀门421和厂内第六阀门422。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，通过为厂内电热泵13增加蓄热循环，利用蓄热子系统4配合城市电网的变化特性，将低谷电用于供热，具体包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道22中的一次网回水进入循环水换热器11中，与来自循环水供水管道25的循环冷却水直接换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器12中，与来自低温余热物流管道27的工业生产中的多股低温余热物流直接换热。

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门131、厂内第二阀门132、厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；循环水蓄热罐41中的中温循环水和循环水供水管道25中的循环冷却水共同进入厂内电热泵13中作为低品位热源，厂内电热泵13满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐41在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道26中，一部分送入循环水蓄热罐41中储存；同时，厂内一次网蓄热罐42中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵13中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道21中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐42顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来。

当处于电力平段期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132开启，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均关闭；循环水蓄热罐41和厂内一次网蓄热罐42内热量维持不变；厂内电热泵13负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵13，采用电驱动回收来自循环水供水管道25的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道21中，成为一次网供水；从循环水换热器11和厂内电热泵13中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道26成为冷却水。

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132关闭，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；厂内电热泵13停止工作，循环水供水管道25中的循环冷却水进入循环水蓄热罐41顶部，将循环水蓄热罐41内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道26中；经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐42中，并将厂内一次网蓄热罐42内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道21中成为一次网供水，从而完成蓄热循环。

3)一次网供水管道21中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水换热器31中，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵32中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；热网水换热器31和末端电热泵32中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道23中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道22中，成为一次网回水。

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例2的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统的蓄热子系统4还包括末端一次网蓄热罐43和末端二次网蓄热罐44。末端一次网蓄热罐43的罐顶接口和罐底接口分别与末端电热泵32取热侧的入口和出口相连接，末端二次网蓄热罐44的罐顶接口和罐底接口分别与末端电热泵32放热侧的出口和入口相连接；末端电热泵32取热侧和放热侧的入口分别设置有末端第一阀门321和末端第二阀门322，末端一次网蓄热罐43的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第三阀门431和末端第四阀门432，末端二次网蓄热罐44的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第五阀门441和末端第六阀门442。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，通过为厂内电热泵13和末端电热泵32增加蓄热循环，利用蓄热子系统4配合城市电网的变化特性，将低谷电用于供热和降低一次网回水温度回收废热用于供热，具体包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道22中的一次网回水进入循环水换热器11中，与来自循环水供水管道25的循环冷却水直接换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器12中，与来自低温余热物流管道27的工业生产中的多股低温余热物流直接换热。

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门131、厂内第二阀门132、厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；循环水蓄热罐41中的中温循环水和循环水供水管道25中的循环冷却水共同进入厂内电热泵13中作为低品位热源，厂内电热泵13满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐41在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道26中，一部分送入循环水蓄热罐41中储存；同时，厂内一次网蓄热罐42中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵13中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道21中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐42顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来。

当处于电力平段期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132开启，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均关闭；循环水蓄热罐41和厂内一次网蓄热罐42内热量维持不变；厂内电热泵13负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵13，采用电驱动回收来自循环水供水管道25的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道21中，成为一次网供水；从循环水换热器11和厂内电热泵13中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道26成为冷却水。

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132关闭，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；厂内电热泵13停止工作，循环水供水管道25中的循环冷却水进入循环水蓄热罐41顶部，将循环水蓄热罐41内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道26中；经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐42中，并将厂内一次网蓄热罐42内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道21中成为一次网供水，从而完成蓄热循环。

3)一次网供水管道21中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水换热器31中，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门321、末端第二阀门322、末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均开启；末端一次网蓄热罐43内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵32中作为低品位热源，末端电热泵32满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐43在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水，末端电热泵32取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道22中，一部分送入末端一次网蓄热罐43的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐44中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道24中的二次网回水汇合后送入末端电热泵32中，升温后一部分送入二次网供水管道23中成为二次网供水，供给热用户，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐44顶部，将这部分热量存储起来。

当处于电力平段期时，末端第一阀门321和末端第二阀门322开启，末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均关闭；末端一次网蓄热罐43和末端二次网蓄热罐44内热量维持不变；末端电热泵32负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵32中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；热网水换热器31和末端电热泵32中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道23中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道22中，成为一次网回水。

当处于电力高峰期时，末端第一阀门321和末端第二阀门322关闭，末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均开启；末端电热泵32停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐43顶部，将末端一次网蓄热罐43内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道22中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐44的底部进入末端二次网蓄热罐44，并将末端二次网蓄热罐44内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道23中，供给热用户，从而完成蓄热循环。

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

实施例4：

如图4所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例3的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统还包括为二次供水网调峰的调峰子系统5。调峰子系统5包括调峰锅炉51和调峰锅炉蓄热罐52，调峰锅炉51设置在二次网供水管道23上，调峰锅炉51的入口设置调峰第一阀门53；调峰锅炉蓄热罐52的罐顶接口和罐底接口分别与调峰锅炉51的出口和入口相连接，调峰锅炉蓄热罐52的罐底接口和罐顶接口分别设置有调峰第二阀门54和调峰第三阀门55。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，通过在热力站增加调峰子系统5与蓄热子系统4配合使用，能够大幅增加系统的供热能力，利用低谷电为系统进行调峰。具体包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道22中的一次网回水进入循环水换热器11中，与来自循环水供水管道25的循环冷却水直接换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器12中，与来自低温余热物流管道27的工业生产中的多股低温余热物流直接换热。

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门131、厂内第二阀门132、厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；循环水蓄热罐41中的中温循环水和循环水供水管道25中的循环冷却水共同进入厂内电热泵13中作为低品位热源，厂内电热泵13满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐41在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道26中，一部分送入循环水蓄热罐41中储存；同时，厂内一次网蓄热罐42中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵13中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道21中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐42顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来。

当处于电力平段期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132开启，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均关闭；循环水蓄热罐41和厂内一次网蓄热罐42内热量维持不变；厂内电热泵13负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵13，采用电驱动回收来自循环水供水管道25的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道21中，成为一次网供水；从循环水换热器11和厂内电热泵13中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道26成为冷却水。

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门131和厂内第二阀门132关闭，厂内第三阀门411、厂内第四阀门412、厂内第五阀门421和厂内第六阀门422均开启；厂内电热泵13停止工作，循环水供水管道25中的循环冷却水进入循环水蓄热罐41顶部，将循环水蓄热罐41内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道26中；经过低温余热物料换热器12进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐42中，并将厂内一次网蓄热罐42内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道21中成为一次网供水，从而完成蓄热循环。

3)一次网供水管道21中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水换热器31中，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门321、末端第二阀门322、末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均开启；末端一次网蓄热罐43内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵32中作为低品位热源，末端电热泵32满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐43在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水，末端电热泵32取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道22中，一部分送入末端一次网蓄热罐43的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐44中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道24中的二次网回水汇合后送入末端电热泵32中，升温后一部分送入二次网供水管道23中成为二次网供水，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐44顶部，将这部分热量存储起来。

当处于电力平段期时，末端第一阀门321和末端第二阀门322开启，末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均关闭；末端一次网蓄热罐43和末端二次网蓄热罐44内热量维持不变；末端电热泵32负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵32中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；热网水换热器31和末端电热泵32中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道23中；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道22中，成为一次网回水。

当处于电力高峰期时，末端第一阀门321和末端第二阀门322关闭，末端第三阀门431、末端第四阀门432、末端第五阀门441和末端第六阀门442均开启；末端电热泵32停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐43顶部，将末端一次网蓄热罐43内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道22中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐44的底部进入末端二次网蓄热罐44，并将末端二次网蓄热罐44内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道23中，从而完成蓄热循环。

4)当处于电力低谷期时，调峰第一阀门53、调峰第二阀门54和调峰第三阀门55均开启，调峰锅炉51满负荷工作；调峰锅炉蓄热罐52内蓄存的中温二次网水与二次网供水管道23中正常供应的中温二次网水汇合后进入调峰锅炉51中，加热后的高温二次网水一部分正常供应至二次网供水管道23中供给热用户，其余的返回调峰锅炉蓄热罐52顶部蓄存起来。

当处于电力平段期时，调峰第一阀门53开启，调峰第二阀门54和调峰第三阀门55关闭，调峰锅炉蓄热罐52内热量维持不变，调峰锅炉51负荷率减半工作；二次网供水管道23中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉51中，加热后的高温二次网水正常供应至二次网供水管道23中供给热用户。

当处于电力高峰期时，调峰第一阀门53关闭，调峰第二阀门54和调峰第三阀门55开启，调峰锅炉51停止工作；二次网供水管道23中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉蓄热罐52底部，将调峰锅炉蓄热罐52内的高温二次网水从顶部送至二次网供水管道23中供给热用户，从而完成蓄热循环。

5)重复步骤1)～4)，完成下一个换热循环。

实施例5：

如图5所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例4的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统的工业余热采集子系统1还包括厂内吸收式热泵14，厂内吸收式热泵14取热侧的入口和出口分别与循环水供水管道25和循环水回水管道26相连接，厂内吸收式热泵14放热侧的入口和出口分别与低温余热物料换热器12放热侧的出口和一次网供水管道21相连接。

上述实施例中，厂内吸收式热泵14可以根据具体情况选取燃气、蒸汽和工艺高温余热物料中的一种或几种作为驱动热源使用。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，通过在工业厂区内增设厂内吸收式热泵14来回收厂内低品位工业余热，具体步骤与实施例4的步骤基本一致，但是在步骤2)中，厂内吸收式热泵14与厂内电热泵13并联运行，即一次网回水经循环水换热器11和低温余热物料换热器12加热后，还有一部分送入厂内吸收式热泵14，采用燃气、蒸汽或高温余热物料驱动回收循环冷却水中的余热，将一次网水加热至供水温度后，送入一次网供水管道21中成为一次网供水。

实施例6：

如图6所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例5的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统的末端热利用子系统3还包括末端吸收式热泵33，末端吸收式热泵33取热侧的入口和出口分别与热网水换热器31取热侧的出口和末端电热泵32取热侧的入口相连接，末端吸收式热泵33放热侧的入口和出口分别与二次网回水管道24和二次网供水管道23相连接。

上述实施例中，末端吸收式热泵33的驱动型式可选为燃气或蒸汽。

本实施例的一种集成利用工业余热的集中供热系统在使用时，通过在热力站内增设末端吸收式热泵33来进一步降低一次网回水温度，同时收取厂内低品位余热用于供热，具体步骤与实施例5的步骤基本一致，但是在步骤3)中，热网水换热器31、末端吸收式热泵33和末端电热泵32顺序串联运行，即一次网供水管道21中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水换热器31中，加热来自二次网回水管道24中的二次网回水；降温后的一次网供水送入末端吸收式热泵33中，采用燃气或蒸汽驱动回收一次网水热量加热二次网回水，并进一步降低一次网水温，最后再送入末端电热泵32中；末端吸收式热泵33与热网水换热器31以及末端电热泵32出口的二次网水汇集，送入调峰锅炉51加热后供给热用户。

实施例7：

本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例5的结构基本相同，但本实施例的集中供热系统中的热网水换热器31采用吸收式换热机组，能够有效利用高温一次网供水的驱动能力，从而减少末端电热泵32的电力消耗。

实施例8：

如图7所示，本实施例提供的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其结构与实施例6的结构基本相同，但本实施例中的集中供热系统的还包括设置在长输管网上的中继能源站6，满足一次网对压力损失的要求。

综上所述，本发明提出的一种集成利用工业余热的集中供热系统及其使用方法，低温一次网水返回工业厂区内，在余热热源侧采取“梯级取热”的方式，利用循环水换热器、低温工艺物料换热器、厂内吸收式热泵、厂内电热泵和蓄热罐组合梯级加热一次网回水，按温度品位一次回收循环水余热、工艺物料余热等，无法通过直接换热回收的余热则利用电热泵和吸收式热泵回收；一次网回水先与低温位的工业循环冷却水直接换热，再回收工艺物料中的余热，最后通过厂内吸收式热泵或电热泵与蓄热罐组合的方式回收剩余低品位余热用以加热一次网回水至供水温度，并送至一次网供水管道供给一次网热水。工业厂区内的热泵，首先要根据厂区内余热资源情况决定是否需要增设热泵，如厂内中温段余热量较为富裕，则可全部采用直接换热的形式。如需增设，可以考察现场是否有电、燃气、蒸汽和工艺高温物料等资源，选取其中最经济的驱动热源。其中吸收式热泵可采用高温物料、燃气和蒸汽作为驱动热源，可根据厂内情况灵活选择，能够最优化地利用厂区内的余热资源。在电力低谷期，电热泵满负荷运行，剩余热量存储于蓄热罐内；在电力高峰期，电热泵停止运行，蓄热罐释放存储的热量。吸收式热泵则直接利用燃气等作为驱动回收循环水余热用于供热，厂内吸收式热泵和电热泵并联。一次网供水管道中的采暖水在循环水泵的驱动下输送至末端用户处，压力不匹配时采用中继泵站相应补充。

在末端用户处，同样采用“梯级利用”的方式，利用热网水换热器、末端吸收式热泵、末端电热泵和蓄能罐组合的方式逐级降低一次网回水温度并加热二次网回水用于供热。高温一次网供水首先直接与二次网回水换热，降温后依次进入吸收式热泵和电热泵作为低温热源，通过燃气或蒸汽和电驱动回收这部分热量用来加热二次网回水；为了降低一次网回水温度至20℃以下，末端电热泵是必要的，同时换热站也应根据具体情况，选取燃气或蒸汽驱动的末端吸收式热泵与末端电热泵组合，进一步降低回水温度；同时末端电热泵与蓄热罐组合使用，充分发挥谷电价的优势。在最冷天的尖峰供热负荷时，在二次网采用调峰锅炉与蓄能罐结合的方式，满足严寒期热量供应。末端换热站同样可考察换热站现场是否有电、燃气、蒸汽等驱动热源来进行匹配，系统的适应性较强。如末端利用风电、太阳能发电驱动电热泵降低回水温度，收取工业厂区内低温热，同时利用电热泵和蓄热罐组合的形式，能够使得系统的耗电特性匹配风电、太阳能的变化特性，削减峰谷差，消纳可再生能源。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，该系统包括工业余热采集子系统、输送热网和末端热利用子系统；其中，所述工业余热采集子系统包括循环水余热采集装置、低温余热物料换热器和厂内电热泵，所述输送热网包括一次网供水管道、一次网回水管道、二次网供水管道、二次网回水管道、循环水供水管道、循环水回水管道和低温余热物流管道，所述末端热利用子系统包括热网水热量提取装置和末端电热泵；

所述循环水余热采集装置的放热侧的进口和出口分别连接所述一次网回水管道和低温余热物料换热器的放热侧的入口，所述循环水余热采集装置的取热侧的入口和出口分别连接所述循环水供水管道和循环水回水管道；所述低温余热物料换热器的放热侧的出口连接所述厂内电热泵的放热侧的入口，所述低温余热物料换热器的取热侧的入口和出口连接所述低温余热物流管道；所述厂内电热泵的放热侧的出口与所述一次网供水管道相连接，所述厂内电热泵的取热侧的入口和出口分别与所述循环水供水管道和循环水回水管道相连接；

所述二次网供水管道和二次网回水管道用于与热用户相连接，所述循环水供水管道和循环水回水管道用于与厂内冷却装置相连接，所述低温余热物流管道用于与厂内余热产生装置相连接；

所述热网水热量提取装置的取热侧的入口和出口分别与所述一次网供水管道和末端电热泵的取热侧的入口相连接，所述热网水热量提取装置的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接；所述末端电热泵的取热侧的出口与所述一次网回水管道相连接，所述末端电热泵的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接。

2.如权利要求1所述的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，所述循环水余热采集装置为循环水换热器；所述热网水热量提取装置为热网水换热器或者吸收式换热机组；所述厂内电热泵和末端电热泵由风能或太阳能发电驱动。

3.如权利要求1或2所述的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，还包括蓄热子系统，所述蓄热子系统包括循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐；所述循环水蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述厂内电热泵的取热侧的入口和出口相连接，所述厂内一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述厂内电热泵的放热侧的出口和入口相连接；所述厂内电热泵的取热侧和放热侧的入口分别设置有厂内第一阀门和厂内第二阀门，所述循环水蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第三阀门和厂内第四阀门，所述厂内一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有厂内第五阀门和厂内第六阀门。

4.如权利要求3所述的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，所述蓄热子系统还包括末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐；所述末端一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述末端电热泵的取热侧的入口和出口相连接，所述末端二次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述末端电热泵的放热侧的出口和入口相连接；所述末端电热泵的取热侧和放热侧的入口分别设置有末端第一阀门和末端第二阀门，所述末端一次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第三阀门和末端第四阀门，所述末端二次网蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别设置有末端第五阀门和末端第六阀门。

5.如权利要求4所述的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，还包括调峰子系统，所述调峰子系统包括调峰锅炉和调峰锅炉蓄热罐；所述调峰锅炉设置在所述二次网供水管道上，所述调峰锅炉的入口设置有调峰第一阀门；所述调峰锅炉蓄热罐的罐顶接口和罐底接口分别与所述调峰锅炉的出口和入口相连接，所述调峰锅炉蓄热罐的罐底接口和罐顶接口分别设置有调峰第二阀门和调峰第三阀门。

6.如权利要求1或2或4或5所述的一种集成利用工业余热的集中供热系统，其特征在于，所述工业余热采集子系统还包括厂内吸收式热泵，所述厂内吸收式热泵的取热侧的入口和出口分别与所述循环水供水管道和循环水回水管道相连接，所述厂内吸收式热泵的放热侧的入口和出口分别与所述低温余热物料换热器的放热侧的出口和一次网供水管道相连接；

所述末端热利用子系统还包括末端吸收式热泵，所述末端吸收式热泵的取热侧的入口和出口分别与所述热网水热量提取装置的取热侧的出口和末端电热泵的取热侧的入口相连接，所述末端吸收式热泵的放热侧的入口和出口分别与所述二次网回水管道和二次网供水管道相连接。

7.一种如权利要求1或2所述的集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后进入循环水回水管道成为冷却水；

2)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

3)重复步骤1)和2)，完成下一个换热循环。

8.一种如权利要求3所述的集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

9.一种如权利要求4所述的集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门、末端第二阀门、末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端一次网蓄热罐内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵中作为低品位热源，末端电热泵满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道中的二次网回水，末端电热泵取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道中，一部分送入末端一次网蓄热罐的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道中的二次网回水汇合后送入末端电热泵中，升温后一部分送入二次网供水管道中成为二次网供水，供给热用户，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐顶部，将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，末端第一阀门和末端第二阀门开启，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均关闭；末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐内热量维持不变；末端电热泵负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

当处于电力高峰期时，末端第一阀门和末端第二阀门关闭，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端电热泵停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐顶部，将末端一次网蓄热罐内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐的底部进入末端二次网蓄热罐，并将末端二次网蓄热罐内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道中，供给热用户，从而完成蓄热循环；

4)重复步骤1)～3)，完成下一个换热循环。

10.一种如权利要求5所述的集成利用工业余热的集中供热系统的使用方法，包括以下步骤：

1)正常供热条件下，首先，一次网回水管道中的一次网回水进入循环水余热采集装置中，与来自循环水供水管道的循环冷却水换热；提升温度后的一次网回水进入低温余热物料换热器中，与来自低温余热物流管道的工业生产中的多股低温余热物流直接换热；

2)当处于电力低谷期时，厂内第一阀门、厂内第二阀门、厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；循环水蓄热罐中的中温循环水和循环水供水管道中的循环冷却水共同进入厂内电热泵中作为低品位热源，厂内电热泵满负荷工作，采用电驱动将循环水蓄热罐在电力高峰期存储的循环水余热和循环冷却水中的余热回收，产生的冷却循环水一部分正常返回循环水回水管道中，一部分送入循环水蓄热罐中储存；同时，厂内一次网蓄热罐中蓄存的中温一次网水与经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水汇合后送入厂内电热泵中，再次加热一次网回水，升温至供水温度的一次网回水一部分正常送入一次网供水管道中成为一次网供水，多余的一部分进入厂内一次网蓄热罐顶部，作为中温一次网水将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门开启，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均关闭；循环水蓄热罐和厂内一次网蓄热罐内热量维持不变；厂内电热泵负荷率减半工作，进一步升温后的一次网回水进入厂内电热泵，采用电驱动回收来自循环水供水管道的循环冷却水中的余热，再次加热一次网回水；一次网回水被加热至供水温度后送入一次网供水管道中，成为一次网供水；从循环水余热采集装置和厂内电热泵中出来的冷却循环水汇合后送回循环水回水管道成为冷却水；

当处于电力高峰期时，厂内第一阀门和厂内第二阀门关闭，厂内第三阀门、厂内第四阀门、厂内第五阀门和厂内第六阀门均开启；厂内电热泵停止工作，循环水供水管道中的循环冷却水进入循环水蓄热罐顶部，将循环水蓄热罐内的冷却循环水顶出并流回循环水回水管道中；经过低温余热物料换热器进一步升温后的一次网回水从底部进入厂内一次网蓄热罐中，并将厂内一次网蓄热罐内的高温一次网水顶出，送入一次网供水管道中成为一次网供水，从而完成蓄热循环；

3)一次网供水管道中的一次网供水抵达热力站后，首先进入热网水热量提取装置中，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；

当处于电力低谷期时，末端第一阀门、末端第二阀门、末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端一次网蓄热罐内的中温一次网水与降温后的一次网供水共同进入末端电热泵中作为低品位热源，末端电热泵满负荷工作，采用电驱动将一次网供水的余热和末端一次网蓄热罐在电力高峰期存储的中温一次网水的余热回收，加热来自二次网回水管道中的二次网回水，末端电热泵取热侧产生的低温一次网回水一部分送回一次网回水管道中，一部分送入末端一次网蓄热罐的底部存储；同时，末端二次网蓄热罐中蓄存的低温二次网水和二次网回水管道中的二次网回水汇合后送入末端电热泵中，升温后一部分送入二次网供水管道中成为二次网供水，供给热用户，多余的二次网供水进入末端二次网蓄热罐顶部，将这部分热量存储起来；

当处于电力平段期时，末端第一阀门和末端第二阀门开启，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均关闭；末端一次网蓄热罐和末端二次网蓄热罐内热量维持不变；末端电热泵负荷率减半工作，降温后的一次网供水进入末端电热泵中作为低温热源，采用电驱动回收一次网供水的余热，加热来自二次网回水管道中的二次网回水；热网水热量提取装置和末端电热泵中提升温度后的二次网回水在出口汇合，然后送入二次网供水管道中，供给热用户；释放完热量的低温一次网供水送回一次网回水管道中，成为一次网回水；

当处于电力高峰期时，末端第一阀门和末端第二阀门关闭，末端第三阀门、末端第四阀门、末端第五阀门和末端第六阀门均开启；末端电热泵停止工作，中温一次网水进入末端一次网蓄热罐顶部，将末端一次网蓄热罐内的低温一次网水顶出并流回一次网回水管道中，成为一次网回水；二次网回水从末端二次网蓄热罐的底部进入末端二次网蓄热罐，并将末端二次网蓄热罐内的中温二次网水顶出，送入二次网供水管道中，供给热用户，从而完成蓄热循环；

4)当处于电力低谷期时，调峰第一阀门、调峰第二阀门和调峰第三阀门均开启，调峰锅炉满负荷工作；调峰锅炉蓄热罐内蓄存的中温二次网水与二次网供水管道中正常供应的中温二次网水汇合后进入调峰锅炉中，加热后的高温二次网水一部分正常送入二次网供水管道中供给热用户，其余的返回调峰锅炉蓄热罐顶部蓄存起来；

当处于电力平段期时，调峰第一阀门开启，调峰第二阀门和调峰第三阀门关闭，调峰锅炉蓄热罐内热量维持不变，调峰锅炉负荷率减半工作；二次网供水管道中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉中，加热后的高温二次网水正常送入二次网供水管道中供给热用户；

当处于电力高峰期时，调峰第一阀门关闭，调峰第二阀门和调峰第三阀门开启，调峰锅炉停止工作；二次网供水管道中正常供应的中温二次网水进入调峰锅炉蓄热罐底部，将调峰锅炉蓄热罐内的高温二次网水从顶部送至二次网供水管道中供给热用户，从而完成蓄热循环；

5)重复步骤1)～4)，完成下一个换热循环。

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