CN107120715A - 串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环 - Google Patents

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Abstract

串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环：通过串联两台吸收式热泵与中间换热器、串联各式热汇换热器、并联各式冷汇换热器；首先利用一次热网供水梯级驱动串联吸收式热泵；其次利用串联吸收式热泵与中间换热器梯级回收回水显热以降低热泵循环温差；从而实现串联吸收式热泵梯级加热循环热水，以及中间换热器并联加热循环热水；以提高热泵系统运行效率，降低一次热网回水温度达7℃，以便回收循环冷却水显热、空调负荷、工业余热。

Description

串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环
(一)技术领域
本发明涉及一种首先利用一次热网供水梯级驱动两台串联吸收式热泵，其次利用其梯级回收回水显热以降低热泵循环温差，实现梯级加热循环热水的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环。
(二)背景技术
吸收式换热器由一台吸收式热泵与一台换热器组合而成，布置在集中供热系统的二级换热站中，而将一次热网的热量传递至二次热网中；由一次热网的高温段热量驱动吸收式热泵，并直接回收一次热网的低温段热量，与换热器的换热量，一起输出到二次热网中；可将一次热网的回水温度大幅降到低于二次热网回水温度，从而降低一次热网的循环驱动电耗。
某集中供热系统的二级换热站中，吸收式换热器替代板式换热器，只能将一次热网回水温度由60℃最低降到20℃，因此冬季流经电厂的低温加热器时，就无法回收20℃的循环冷却水显热；因此，一次热网的20℃回水只能由汽轮机0.4MPa表压抽汽驱动的吸收式热泵加热到90℃，再于汽水加热器中由汽轮机0.4MPa表压抽汽加热到130℃，并送回一次热网供热。因此说吸收式换热器：
1、把一次热网热量全部传递给二次热网。
2、一次热网回水温度只能由60℃最低降到20℃，虽然低于二次热网的回水温度，降低管网热损，却无法回收冬季20℃循环冷却水显热。
3、一次热网循环温升可由60℃增大到110℃，因此相同循环流量或循环泵电耗，增加供热面积83.3％；相同供热量的循环流量降低83.3％，降低管网投资与循环泵电耗。
因此，电厂迫切期待发明一种两台吸收式热泵串联，首先利用一次热网供水梯级驱动串联吸收式热泵，其次利用其梯级回收回水显热以降低热泵循环温差；从而实现其梯级加热循环热水的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环。
(三)发明内容
本发明目的是：通过串联连接两台吸收式热泵、串联各式热汇换热器、并联各式冷汇换热器；首先，利用一次热网供水梯级驱动两台串联吸收式热泵；其次，利用其梯级回收回水显热以降低热泵循环温差；从而实现其梯级加热循环热水；以提高热泵系统运行效率，降低一次热网回水温度达到7℃制冷水平，以便冬季回收20℃循环冷却水显热、夏季回收空调负荷、春秋季梯级回收建筑余热或工业余热，其系统综合能源利用率高达3.09。
按照附图1所示的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其由1-吸收式热泵机组；1-1-高温再生器；1-2-回热蒸发器；1-3-高温吸收器；1-4-高温冷凝器；1-5-热汇循环泵；2-吸收式冷水机组；2-1-低温再生器；2-2-制冷蒸发器；2-3-低温吸收器；2-4-低温冷凝器；2-5-冷汇循环泵；3-1-空调热汇换热器；3-2-冷却热汇换热器；3-3-中温热汇换热器；3-4-高温热汇换热器；3-5-放热循环泵；3-6-空调风机盘管；3-7-循环冷却塔；4-冷汇换热器；5-中间换热器组成，其特征在于：
高温再生器1-1、回热蒸发器1-2、高温吸收器1-3、高温冷凝器1-4，组成吸收式热泵机组1；
低温再生器2-1、制冷蒸发器2-2、低温吸收器2-3、低温冷凝器2-4，组成吸收式冷水机组2；
通过管道串联连接高温再生器1-1、低温再生器2-1，组成供水梯级驱动吸收式热泵回路；
通过管道串联连接中间换热器5、回热蒸发器1-2、制冷蒸发器2-2、热汇循环泵1-5，组成中间换热器与吸收式热泵梯级放热、回热、制冷回路；
通过管道串联连接冷汇循环泵2-5、分流三通、低温吸收器2-3、低温冷凝器2-4、高温吸收器1-3、高温冷凝器1-4、汇流三通，组成吸收式热泵梯级加热回路；
通过管道串联连接冷汇循环泵2-5、分流三通、中间换热器5、汇流三通，组成中间换热器并联加热回路。
通过管道串联连接热汇循环泵1-5出口、分流三通、并联的空调热汇换热器3-1和冷却热汇换热器3-2、汇流三通、中温热汇换热器3-3、高温热汇换热器3-4、高温再生器1-1进口，组成梯级热汇换热器循环回路。
通过管道串联连接汇流三通、并联连接的冷汇换热器4、冷汇循环泵2-5、分流三通，组成冷汇循环回路。
通过管道串联连接空调热汇换热器3-1、空调风机盘管3-6、放热循环泵3-5，组成空调放热循环回路；通过管道串联连接冷却热汇换热器3-2、循环冷却塔3-7、放热循环泵3-5，组成冷却放热循环回路。
高温热汇换热器3-4是热水锅炉3-4，或是压缩式热泵冷凝器3-4，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器3-4，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器3-4和热水锅炉3-4的串联连接，或是压缩式热泵冷凝器3-4和热水锅炉3-4的串联连接，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器3-4、压缩式热泵冷凝器3-4、热水锅炉3-4的串联连接，或是抽汽凝汽器3-4，或是背压凝汽器3-4。
中温热汇换热器3-3是排汽凝汽器3-3。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、梯级热汇循环：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，依次流经冷却热汇换热器3-2、排汽凝汽器3-3、背压凝汽器3-4，梯级吸收热量以完成梯级热汇循环。
2、供水梯级驱动吸收式热泵：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其高温段依次流经高温再生器1-1、低温再生器2-1，以实现梯级驱动吸收式热泵机组1、吸收式冷水机组2。
3、中间换热器5串联放热：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其中温段流经中间换热器5，以实现中间换热器的串联放热。
4、吸收式热泵梯级回热与制冷：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其低温段依次流经回热蒸发器1-2、制冷蒸发器2-2，以实现吸收式热泵机组1和吸收式冷水机组2的梯级回热与制冷。
5、吸收式热泵梯级加热循环：载热剂由冷汇循环泵2-5驱动，依次流经分流三通、低温吸收器2-3、低温冷凝器2-4、高温吸收器1-3、高温冷凝器1-4、汇流三通，从而实现吸收式冷水机组2和吸收式热泵机组1的梯级加热循环。
6、中间换热器5并联加热：载热剂由冷汇循环泵2-5驱动，依次流经分流三通、中间换热器5、汇流三通，从而实现中间换热器的并联加热循环。
7、冷汇循环：载热剂由冷汇循环泵2-5驱动，流经汇流三通、并联连接的冷汇换热器4、分流三通，并行放出热量以实现冷汇循环。
8、冷却放热循环：载热剂由放热循环泵3-5驱动，流经冷却热汇换热器3-2放热，以替换循环冷却塔3-7，并把其放热量持续传递给冷却热汇换热器3-2。
9、中温放热：汽轮机排汽流经排汽凝汽器3-3，以把排汽凝结潜热持续传递给排汽凝汽器3-3另侧的载热剂。
10、高温放热：汽轮机背压排汽流经背压凝汽器3-4，以把背压排汽的凝结潜热持续传递给背压凝汽器3-4另侧的载热剂。
因此与现有吸收式热泵+换热器相比较，本发明技术优势如下：
(1)通过串联连接两台吸收式热泵与中间换热器、串联各式热汇换热器、并联各式冷汇换热器；
(2)首先，利用一次热网供水梯级驱动两台串联吸收式热泵；
(3)其次，利用两台串联吸收式热泵与中间换热器梯级回收回水显热以降低热泵循环温差；
(4)从而实现两台串联吸收式热泵梯级加热循环热水，以及中间换热器并联加热循环热水；
(5)以提高热泵系统运行效率，降低一次热网回水温度达7℃制冷水平，以便冬季回收20℃循环冷却水显热、夏季回收空调负荷、春秋季梯级回收建筑余热或工业余热。
(6)其系统综合能源利用率高达2-12。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
如附图1所示的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其中：1-吸收式热泵机组；1-1-高温再生器；1-2-回热蒸发器；1-3-高温吸收器；1-4-高温冷凝器；1-5-热汇循环泵；2-吸收式冷水机组；2-1-低温再生器；2-2-制冷蒸发器；2-3-低温吸收器；2-4-低温冷凝器；2-5-冷汇循环泵；3-1-空调热汇换热器；3-2-冷却热汇换热器；3-3-中温热汇换热器；3-4-高温热汇换热器；3-5-放热循环泵；3-6-空调风机盘管；3-7-循环冷却塔；4-冷汇换热器；5-中间换热器。
(五)具体实施方式
本发明提出的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环实施例如附图1所示，现说明如下：其由吸收式热泵机组1；供水加热量4MW的高温再生器1-1；回水吸热量2.80MW的回热蒸发器1-2；供热量6.80MW的高温吸收器1-3和高温冷凝器1-4；流量100t/h、扬程100mH2O的热汇循环泵1-5；吸收式冷水机组2；供水加热量2.67MW的低温再生器2-1；回水制冷量1.87MW的制冷蒸发器2-2；供热量4.54MW的低温吸收器2-3和低温冷凝器2-4；流量611t/h、扬程35mH2O的冷汇循环泵2-5；显热供冷量2.67MW的冷却热汇换热器3-2；余热回收量4.53MW的排汽凝汽器3-3；加热量7.08MW的背压凝汽器3-4；流量100t/h、扬程25mH2O的放热循环泵3-5；显热放热量2.67MW的循环冷却塔3-7；总放热量14.18MW的3台冷汇换热器4；总放热量2.84MW的中间换热器5。
高温再生器1-1、回热蒸发器1-2、高温吸收器1-3、高温冷凝器1-4，组成吸收式热泵机组1；
低温再生器2-1、制冷蒸发器2-2、低温吸收器2-3、低温冷凝器2-4，组成吸收式冷水机组2；
通过管道串联连接高温再生器1-1、低温再生器2-1，组成供水梯级驱动吸收式热泵回路；
通过管道串联连接中间换热器5、回热蒸发器1-2、制冷蒸发器2-2、热汇循环泵1-5，组成中间换热器与吸收式热泵梯级放热、回热、制冷回路；
通过管道串联连接冷汇循环泵2-5、分流三通、低温吸收器2-3、低温冷凝器2-4、高温吸收器1-3、高温冷凝器1-4、汇流三通，组成吸收式热泵梯级加热回路；
通过管道串联连接冷汇循环泵2-5、分流三通、中间换热器5、汇流三通，组成中间换热器并联加热回路。
通过管道串联连接热汇循环泵1-5出口、分流三通、并联的空调热汇换热器3-1和冷却热汇换热器3-2、汇流三通、中温热汇换热器3-3、高温热汇换热器3-4、高温再生器1-1进口，组成梯级热汇换热器循环回路。
通过管道串联连接汇流三通、并联连接的冷汇换热器4、冷汇循环泵2-5、分流三通，组成冷汇循环回路。
通过管道串联连接空调热汇换热器3-1、空调风机盘管3-6、放热循环泵3-5，组成空调放热循环回路；通过管道串联连接冷却热汇换热器3-2、循环冷却塔3-7、放热循环泵3-5，组成冷却放热循环回路。
高温热汇换热器3-4是背压凝汽器3-4。
中温热汇换热器3-3是排汽凝汽器3-3。
本发明实施例中：
1、梯级热汇循环：载热剂由流量100t/h、扬程100mH2O的热汇循环泵1-5驱动，依次流经显热供冷量2.67MW的冷却热汇换热器3-2、余热回收量4.53MW的排汽凝汽器3-3、加热量7.08MW的背压凝汽器3-4，梯级吸收热量以完成梯级热汇循环。
2、供水梯级驱动吸收式热泵：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其高温段130℃供水流经加热量4MW的高温再生器1-1，而高温段95℃供水流经加热量2.67MW的低温再生器2-1，以实现梯级驱动吸收式热泵机组1、吸收式冷水机组2。
3、中间换热器5串联放热：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其中温段72℃供水流经中间换热器5，以实现中间换热器的串联放热。
4、吸收式热泵梯级回热与制冷：载热剂由热汇循环泵1-5驱动，其低温段47.5℃回水流经回水吸热量2.80MW的回热蒸发器1-2，而低温段23℃回水流经回水制冷量1.87MW的制冷蒸发器2-2，以实现吸收式热泵机组1和吸收式冷水机组2的梯级回热与制冷。
5、吸收式热泵梯级加热循环：进口温度40℃的载热剂由流量611t/h、扬程35mH2O的冷汇循环泵2-5驱动，流经分流三通、供热量4.54MW的低温吸收器2-3和低温冷凝器2-4，以被加热升温至48℃，再流经供热量6.80MW的高温吸收器1-3和高温冷凝器1-4、汇流三通，以被继续加热升温至60℃，从而实现吸收式冷水机组2和吸收式热泵机组1的梯级加热循环。
6、中间换热器5并联加热：载热剂由冷汇循环泵2-5驱动，依次流经分流三通、中间换热器5、汇流三通，从而实现中间换热器的2.84MW并联加热循环。
7、冷汇循环：载热剂由冷汇循环泵2-5驱动，流经汇流三通、并联连接3台冷汇换热器4、分流三通，并行放出14.18MW热量以实现冷汇循环。
8、冷却放热循环：进口温度33℃的载热剂由流量100t/h、扬程25mH2O的放热循环泵3-5驱动，流经冷却热汇换热器3-2放热后降温至25℃，以替换全热放热量2.67MW的循环冷却塔3-7，而被重新加热至33℃，并把其放热量持续传递给冷却热汇换热器3-2。
9、中温放热：饱和温度72℃的汽轮机排汽流经排汽凝汽器3-3，以把4.53MW的排汽凝结潜热持续传递给排汽凝汽器3-3另侧的载热剂。
10、高温加热：饱和温度133℃的汽轮机背压排汽流经背压凝汽器3-4，以把7.08MW的背压排汽凝结潜热持续传递给背压凝汽器3-4另侧的载热剂。
本发明实现加热量7.08MW、总放热量14.18MW、冷却量2.67MW、排汽回热量4.53MW，因此其系统综合能源利用率高达2。

Claims (6)

1.一种串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其由吸收式热泵机组(1)；高温再生器(1-1)；回热蒸发器(1-2)；高温吸收器(1-3)；高温冷凝器(1-4)；热汇循环泵(1-5)；吸收式冷水机组(2)；低温再生器(2-1)；制冷蒸发器(2-2)；低温吸收器(2-3)；低温冷凝器(2-4)；冷汇循环泵(2-5)；空调热汇换热器(3-1)；冷却热汇换热器(3-2)；中温热汇换热器(3-3)；高温热汇换热器(3-4)；放热循环泵(3-5)；空调风机盘管(3-6)；循环冷却塔(3-7)；冷汇换热器(4)；中间换热器(5)组成，其特征在于：高温再生器(1-1)、回热蒸发器(1-2)、高温吸收器(1-3)、高温冷凝器(1-4)，组成吸收式热泵机组(1)；低温再生器(2-1)、制冷蒸发器(2-2)、低温吸收器(2-3)、低温冷凝器(2-4)，组成吸收式冷水机组(2)；通过管道串联连接高温再生器(1-1)、低温再生器(2-1)，组成供水梯级驱动吸收式热泵回路；通过管道串联连接中间换热器(5)、回热蒸发器(1-2)、制冷蒸发器(2-2)、热汇循环泵(1-5)，组成中间换热器与吸收式热泵梯级放热、回热、制冷回路；通过管道串联连接冷汇循环泵(2-5)、分流三通、低温吸收器(2-3)、低温冷凝器(2-4)、高温吸收器(1-3)、高温冷凝器(1-4)、汇流三通，组成吸收式热泵梯级加热回路；通过管道串联连接冷汇循环泵(2-5)、分流三通、中间换热器(5)、汇流三通，组成中间换热器并联加热回路。
2.按照权利要求1所述的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其特征在于：通过管道串联连接热汇循环泵(1-5)出口、分流三通、并联的空调热汇换热器(3-1)和冷却热汇换热器(3-2)、汇流三通、中温热汇换热器(3-3)、高温热汇换热器(3-4)、高温再生器(1-1)进口，组成梯级热汇换热器循环回路。
3.按照权利要求1所述的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其特征在于：通过管道串联连接汇流三通、并联连接的冷汇换热器(4)、冷汇循环泵(2-5)、分流三通，组成冷汇循环回路。
4.按照权利要求1所述的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其特征在于：通过管道串联连接空调热汇换热器(3-1)、空调风机盘管(3-6)、放热循环泵(3-5)，组成空调放热循环回路；通过管道串联连接冷却热汇换热器(3-2)、循环冷却塔(3-7)、放热循环泵(3-5)，组成冷却放热循环回路。
5.按照权利要求1所述的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其特征在于：高温热汇换热器(3-4)是热水锅炉(3-4)，或是压缩式热泵冷凝器(3-4)，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器(3-4)，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器(3-4)和热水锅炉(3-4)的串联连接，或是压缩式热泵冷凝器(3-4)和热水锅炉(3-4)的串联连接，或是吸收式热泵的吸收器与冷凝器(3-4)、压缩式热泵冷凝器(3-4)、热水锅炉(3-4)的串联连接，或是抽汽凝汽器(3-4)，或是背压凝汽器(3-4)。
6.按照权利要求1所述的串联吸收式热泵与中间换热器耦合的热汇循环，其特征在于：中温热汇换热器(3-3)是排汽凝汽器(3-3)。
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