CN107152711B - 一种多厂余热联合利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种多厂余热联合利用系统及方法，该系统包括多个余热利用子系统和热源厂外冷却塔，每个余热利用子系统包括相互连通的热源厂内热源冷却装置、热源厂内冷却塔，多个余热利用子系统分别位于多个热源厂内，热源厂外冷却塔位于热源厂外，并且，多个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别与热网回水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的出水口连通；所述多个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别与热网供水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的进水口连通。该系统解决了多个工厂余热联合供热条件下的工艺设备余热联合利用和低负荷调节问题。
Description
技术领域
本发明涉及余热供热技术领域，尤其涉及一种多厂余热联合利用系统及方法。
背景技术
近几年，在国家相关法律政策大力提倡节能环保的大背景下，集中供热作为一种节约能源、减少环境污染的供热方式已经逐步成为了我国城镇的主要供热方式，我国各地方城市集中供热产业也得到了快速发展。我国集中供热已形成了以热电联产为主，集中锅炉房为辅，其他方式为补充的供热局面，而其他方式中，常见的一种补充方式为工业冷却水余热供热。在工业冷却水余热供热工程中，存在多个工厂联合供热的情况，尤其是多厂余热联合供热，这种情况常见于供热面积较大，而单个工厂余热不足以供应需求热量的情况。当多厂余热联合供热时，往往会出现总供热量按设计热负荷设计，当实际热负荷较低时，无法实现连续调节，只能解列部分热源，而各个热源厂之间又很难协调，或者由于热源是工艺冷却水所以不能切除进而导致总的供热负荷高于实际需求热负荷等问题。
为此，构建一种适用于多厂余热联合供热工程的联合利用系统及方法，有效解决减负荷下的整体供热负荷调节问题，具有重要的实用意义。
发明内容
本发明提供一种多厂余热联合利用系统，包括多个余热利用子系统和热源厂外冷却塔，每个余热利用子系统包括相互连通的热源厂内热源冷却装置和热源厂内冷却塔，多个余热利用子系统分别位于多个热源厂内，热源厂外冷却塔位于热源厂外，在每个热源厂内冷却塔的出水口设置有热源厂内循环水泵，在热源厂外冷却塔的出水口设置有热源厂外循环水泵，并且，多个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别与热网回水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的出水口连通；所述多个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别与热网供水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的进水口连通。
优选地，任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口还通过各自的第三连通管与对应的热源厂内冷却塔的进水口连通，所述任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口还通过各自的第四连通管与对应的热源厂内冷却塔的出水口连通。
优选地，多个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别通过各自的第一连通管与冷却水进水母管连通，冷却水进水母管与热网回水管道连通，且冷却水进水母管还通过第六连通管与热源厂外冷却塔的出水口连通；多个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别通过各自的第二连通管与冷却水出水母管连通，冷却水出水母管与热网供水管道连通，且冷却水出水母管还通过第五连通管与所述热源厂外冷却塔的进水口连通。
优选地，在所述热源厂外冷却塔的冷却水进口与冷却水出水母管连通的管路上设置有流量调节阀。
优选地，在所述热源厂外冷却塔的冷却水出口与冷却水进水母管连通的管路上设置有逆止阀。
优选地，在第一至第六连通管上均设置有控制管路通断的切换阀，其中，在采暖季，关断各热源厂内热源冷却装置的第三连通管、第四连通管上的切换阀，打开各热源厂内热源冷却装置的第一连通管、第二连通管，以及第五连通管和第六连通管管路上的切换阀，热网的回水经冷却水进水母管分别进入各热源厂内热源冷却装置，对各热源厂内热源冷却装置进行冷却，在各热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水汇集到冷却水出水母管中，由冷却水出水母管向热网供应热水，当用户侧总的热负荷需求下降时，冷却水出水母管中的冷却水分流出一部分进入热源厂外冷却塔，在热源厂外冷却塔中换热降温后，再由热源厂外循环水泵加压送至冷却水进水母管；在非采暖季，打开各热源厂内热源冷却装置的第三连通管、第四连通管上的切换阀，关断各热源厂内热源冷却装置的第一连通管、第二连通管，以及热源厂外冷却塔的第五连通管和第六连通管管路上的切换阀，热源厂内冷却塔的冷却水经热源厂内循环水泵加压后进入热源厂内热源冷却装置，对热源厂内热源冷却装置进行冷却，热源厂内热源冷却装置排出的冷却水返回热源厂内冷却塔。
优选地，在采暖季，联合利用系统的冷却水水质采用软化水，
在非采暖季，联合利用系统的冷却水水质采用普通工业水。
优选地，热网供水管路上设置有热网循环水泵，所述冷却水出水母管与热源厂外冷却塔的进水口的连通点设置在热网循环水泵的上游，热网的补水点设置在热网循环水泵入口前。
本发明还提供一种多厂余热联合利用方法，利用以上所述的多厂余热联合利用系统，在采暖季，热网的回水经冷却水进水母管分别进入各热源厂内热源冷却装置，对各台热源厂内热源冷却装置进行冷却，在各台热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水汇集到冷却水出水母管中，由冷却水出水母管向热网供应热水，当用户侧总的热负荷需求下降时，冷却水出水母管中的冷却水分流出一部分进入热源厂外冷却塔，在热源厂外冷却塔中换热降温后，再由热源厂外循环水泵加压送至冷却水进水母管；在非采暖季，热源厂内冷却塔的冷却水经热源厂内循环水泵加压后进入热源厂内热源冷却装置，对热源厂内热源冷却装置进行冷却，热源厂内热源冷却装置排出的冷却水返回热源厂内冷却塔。
优选地，通过调节热源厂外冷却塔的进水管路上设置的流量调节阀，控制分流到热源厂外冷却塔的冷却水流量。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的多厂余热联合利用系统的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的多厂余热联合利用系统及方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。附图中各个阀的图示并未做区分性表示，实际上不同类型的阀的结构和表示符号可能是不同的。附图中的阀的图示并不用于限定阀的类型和结构。
一种多厂余热联合利用系统，包括多个余热利用子系统和热源厂外冷却塔，每个余热利用子系统包括相互连通的热源厂内热源冷却装置、热源厂内冷却塔，多个余热利用子系统分别位于多个热源厂内，热源厂外冷却塔位于热源厂外。在热源厂内冷却塔的出水口设置有热源厂内循环水泵，在热源厂外冷却塔10的出水口设置有热源厂外循环水泵15。其中热源厂内热源冷却装置用于热源厂内的工艺冷却，即对热源厂内生产过程中需降温的设备采用冷却水循环冷却。虽然冷却水经换热升温后温度较高，但下文中，将整个系统中的循环液体统称为冷却水。
下面以图1为例来说明其具体连接关系。图1中有1至N个热源厂，即1#热源厂、2#热源厂、……、N#热源厂(N为大于等于1的自然数)。每个热源厂内具有热源厂内热源冷却装置和热源厂内冷却塔，具体说，1#热源厂内具有热源厂内热源冷却装置1.1、热源厂内冷却塔1.2，在热源厂内冷却塔1.2的出水口还设置有热源厂内循环水泵1.3。同样地，N#热源厂内具有热源厂内热源冷却装置N.1、热源厂内冷却塔N.2、在热源厂内冷却塔N.2的出水口还设置有热源厂内循环水泵N.3。
热源厂内热源冷却装置1.1、热源厂内热源冷却装置2.1直至热源厂内热源冷却装置N.1的冷却水进口分别与热网回水管道连通，且分别与热源厂外冷却塔10的出水口连通。这N个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口还分别与热网供水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔10的进水口连通。任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口还与对应的热源厂内冷却塔的进水口连通，任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口还与对应的热源厂内冷却塔的出水口连通，例如，热源厂内热源冷却装置1.1的冷却水出口通过第三连通管103与热源厂内冷却塔1.2的进水口连通，热源厂内热源冷却装置1.1的冷却水进口通过第四连通管104与热源厂内冷却塔1.2的冷却水出口连通。其他热源厂内热源冷却装置和热源厂内冷却塔也是同样的连接关系，在此不再详述。其中，在各个热源厂内热源冷却装置的出水口和进水口、各个热源厂内冷却塔的出水口和进水口以及热源厂外冷却塔10的出水口和进水口都分别设置有控制管路通断的切换阀。
通过控制各切换阀，可以具有多种联合利用方法。例如，热网的回水进入各热源厂内热源冷却装置，作为热源厂内热源冷却装置的冷却水源，对各台热源厂内热源冷却装置进行冷却。在各台热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水再进入热网供水管道，向热网供应热水。
或者，各热源厂内热源冷却装置的冷却水还可以进入热源厂外冷却塔10，经热源厂外冷却塔10冷却后再返回热源厂内热源冷却装置。
或者，热源厂内热源冷却装置的冷却水也可以通过各自的热源厂内冷却塔来冷却热源厂内热源冷却装置的冷却水。
本实施例将多个热源厂内热源冷却装置的余热联合用于热网供热，并且通过热源厂外冷却塔来控制向热网供应的热水量。并且，各热源厂内热源冷却装置还能够利用各自的热源厂内冷却塔来冷却热源厂内热源冷却装置。
在一个可选实施例中，可以将各个热源厂内热源冷却装置的冷却水汇集到母管中再向热网或热源厂外冷却塔供应。具体地说，1.1至N.1的N个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别与冷却水进水母管9连通，冷却水进水母管9与热网回水管道连通，且冷却水进水母管9还通过第六连通管106与热源厂外冷却塔10的出水口连通。1.1至N.1的N个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别与冷却水出水母管8连通，冷却水出水母管8与热网供水管道连通，且冷却水出水母管8还通过第五连通管105与所述热源厂外冷却塔10的进水口连通。例如，热源厂内热源冷却装置1.1的冷却水出口通过第二连通管102与冷却水出水母管8连通，热源厂内热源冷却装置1.1的冷却水进口通过第一连通管101与冷却水进水母管9连通。其中，在第一连通管101和第二连通管102上分别具有切换阀1.4和切换阀1.5，在第三连通管103和第四连通管104上分别具有切换阀1.6和切换阀1.7。同样地，在其他热源厂内热源冷却装置与冷却水进水母管9、冷却水出水母管8、热源厂内冷却塔之间的管路上也同样安装有控制管路通断的切换阀，在此不一一列举。在热源厂外冷却塔10的进水口和出水口分别设置有切换阀12和切换阀14。
在一个可选实施例中，在所述第五连通管105的管路上还设置有流量调节阀13，切换阀12用于关断和连通管路，而流量调节阀13则可以调节管路的流量，从而调节冷却水出水母管8中的冷却水进入热源厂外冷却塔10的流量。
在一个可选实施例中，在所述第六连通管106的管路上设置有逆止阀11，用于防止冷却水回流入热源厂外循环水泵15内。
在一个可选实施例中，每个热源厂的热源厂内冷却塔和热源厂内循环水泵均为两台及以上；热源厂外冷却塔和热源厂外循环水泵均为两台及以上，以考虑备用。
在一个可选实施例中，在供热期，联合利用系统的冷却水水质采用软化水，在非供热期，联合利用系统的冷却水水质采用普通工业水。
在一个可选实施例中，热网供水管路上设置有热网循环水泵16，所述冷却水出水母管8与热源厂外冷却塔10的进水口的连通点设置在热网循环水泵16的上游，热网的补水点(未示出)设置在热网循环水泵入口前。
在一个可选实施例中，热源厂外冷却塔10、热源厂外循环水泵15、软化水处理及补水设施、热网循环水泵16可以采用集中或分散式布置，即可以集中建设、共用厂房，也可以分散布置在既有的厂房内。
一种多厂余热联合利用方法，其是采用如上所述的多厂余热联合利用系统，在采暖季，热负荷较高工况下，开启各热源厂内热源冷却装置与冷却水进水母管9和冷却水出水母管8之间管路上的切换阀，关闭各热源厂内热源冷却装置与各自的热源厂内冷却塔之间的进水管路和出水管路上的切换阀。例如，对于1#热源厂，则是开启第一连通管上的切换阀1.4、第二连通管上的切换阀1.5，关闭第三连通管上的切换阀1.6和第四连通管上的切换阀1.7。以此类推，对于N#热源厂，开启热源厂内热源冷却装置N.1的进水口与冷却水进水母管9的连通管路上的切换阀N.4，与冷却水出水母管8之间管路上的切换阀N.5，关闭热源厂内热源冷却装置N.1的出水口与热源厂内冷却塔N.2的进水口之间的切换阀N.6，以及热源厂内热源冷却装置N.1的进水口与热源厂内冷却塔N.2的出水口之间的管路上的切换阀N.7。
热网的回水经冷却水进水母管9分别进入各热源厂内热源冷却装置，对各台热源厂内热源冷却装置进行冷却，在各台热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水汇集到冷却水出水母管8中，由冷却水出水母管8向热网供应热水，在热网中经过换热降温后又作为回水回到冷却水进水母管9中，继作为冷却水源对各热源厂内热源冷却装置进行冷却。
当用户侧总的热负荷需求下降时，开启第五连通管105和第六连通管106上切换阀，则冷却水出水母管8中的冷却水分流出一部分通过第五连通管105进入热源厂外冷却塔10，在热源厂外冷却塔10中换热降温后进入集水池，然后再由热源厂外循环水泵15加压通过第六连通管106送至冷却水进水母管9。第五连通管105上的流量调节阀13开度可调，可控制分流到热源厂外冷却塔内的冷却水流量，进而控制送至热网的冷却水流量，从而在热源厂内冷却不受影响的条件下完成对于供热系统的调节。
在非采暖季，关闭各热源厂内热源冷却装置与冷却水进水母管9和冷却水出水母管8之间管路上的切换阀，关闭第五连通管上的切换阀12，关闭第六连通管上的切换阀14，开启各热源厂内热源冷却装置与各自的热源厂内冷却塔之间的进水管路和出水管路上的切换阀。热源厂内冷却塔的冷却水经热源厂内循环水泵加压后进入热源厂内热源冷却装置，对热源厂内热源冷却装置进行冷却，热源厂内热源冷却装置排出的冷却水返回热源厂内冷却塔。例如，热源厂内冷却塔1.2的冷却水经热源厂内循环水泵1.3加压后经第四连通管104进入热源厂内热源冷却装置1.1，对热源厂内热源冷却装置1.1进行冷却，热源厂内热源冷却装置1.1排出的冷却水经第三连通管103返回热源厂内冷却塔。
本发明的多厂余热联合利用系统及方法，具有如下的有益效果：
1)解决了多个工厂余热联合供热条件下的工艺设备余热联合利用和低负荷调节问题，对各工厂工艺设备的冷却水余热进行回收，且在用热负荷需求较低时，由于余热热源是工艺冷却水，不会随热用户侧热负荷的变化而变化，进而导致总的供热负荷高于实际需求热负荷，而各余热热源厂又不易协调，导致热网回水温度升高，这会给各个热源厂内热源冷却装置的冷却效果带来不利影响，且如果热量无法释放，整套管网系统的水温会不断上升，直接威胁到工艺的安全生产。本发明在热源厂内的设备进行工艺冷却不受影响的条件下完成了对于供热系统的热量调节，且由于热源厂内的工艺设备本身就需要冷却，因此本发明新增设施并未增加系统能耗，但是却有效避免了各厂之间的协调难题，保证了整套供热系统的顺利运行。
2)水质方面，本发明将供热期的多厂余热联合利用系统的冷却水水质设计为软化水，这样可以避免热源厂内热源冷却装置由于冷却水温度高(热网回水温度高)带来的换热管结垢问题，保护热源厂内热源冷却装置的安全运行，而且还可以避免热网和末端(热用户)设备的结垢问题，保证其可靠运行；而在非供热期，各热源厂通过各自独立的冷却塔对热源厂内热源冷却装置进行冷却，冷却水温较低，一般不存在结垢问题，所以将水质设计为普通工业水，在联合利用系统中由汽水损失造成的相应补水也可以采用普通工业水，且因为总的水量非常大，导致补水量也较大，采用普通工业水与软化水相比可大大节约成本。
3)起调节作用的热源厂外冷却塔建在厂区外部，可避开污染源，有利于改善冷却塔的运行条件，由于冷却塔与外界大气接触，而经过热源厂外冷却塔冷却的水最终会回到供热管网，因此其运行环境会影响供热管网内的水质，本发明将调节用的热源厂外冷却塔设置在厂区外部，可减轻整套供热管路水质受到污染的程度，保证系统的可靠运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多厂余热联合利用系统，其特征在于，包括多个余热利用子系统和热源厂外冷却塔，每个余热利用子系统包括相互连通的热源厂内热源冷却装置和热源厂内冷却塔，多个余热利用子系统分别位于多个热源厂内，热源厂外冷却塔位于热源厂外，在每个热源厂内冷却塔的出水口设置有热源厂内循环水泵，在热源厂外冷却塔的出水口设置有热源厂外循环水泵，并且，
多个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别与热网回水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的出水口连通；
所述多个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别与热网供水管道连通，且分别与所述热源厂外冷却塔的进水口连通，
任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口还通过各自的第三连通管与对应的热源厂内冷却塔的进水口连通，所述任一个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口还通过各自的第四连通管与对应的热源厂内冷却塔的出水口连通，
多个热源厂内热源冷却装置的冷却水进口分别通过各自的第一连通管与冷却水进水母管连通，冷却水进水母管与热网回水管道连通，且冷却水进水母管还通过第六连通管与热源厂外冷却塔的出水口连通；
多个热源厂内热源冷却装置的冷却水出口分别通过各自的第二连通管与冷却水出水母管连通，冷却水出水母管与热网供水管道连通，且冷却水出水母管还通过第五连通管与所述热源厂外冷却塔的进水口连通，
在第一至第六连通管上均设置有控制管路通断的切换阀，
其中，在采暖季，关断各热源厂内热源冷却装置的第三连通管、第四连通管上的切换阀，打开各热源厂内热源冷却装置的第一连通管、第二连通管，以及第五连通管和第六连通管管路上的切换阀，热网的回水经冷却水进水母管分别进入各热源厂内热源冷却装置，对各热源厂内热源冷却装置进行冷却，在各热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水汇集到冷却水出水母管中，由冷却水出水母管向热网供应热水，
当用户侧总的热负荷需求下降时，冷却水出水母管中的冷却水分流出一部分进入热源厂外冷却塔，在热源厂外冷却塔中换热降温后，再由热源厂外循环水泵加压送至冷却水进水母管；
在非采暖季，打开各热源厂内热源冷却装置的第三连通管、第四连通管上的切换阀，关断各热源厂内热源冷却装置的第一连通管、第二连通管，以及热源厂外冷却塔的第五连通管和第六连通管管路上的切换阀，热源厂内冷却塔的冷却水经热源厂内循环水泵加压后进入热源厂内热源冷却装置，对热源厂内热源冷却装置进行冷却，热源厂内热源冷却装置排出的冷却水返回热源厂内冷却塔，
在所述热源厂外冷却塔的冷却水出口与冷却水进水母管连通的管路上设置有逆止阀。
2.根据权利要求1所述的多厂余热联合利用系统，其特征在于，
在所述热源厂外冷却塔的冷却水进口与冷却水出水母管连通的管路上设置有流量调节阀。
3.根据权利要求1所述的多厂余热联合利用系统，其特征在于，
在采暖季，联合利用系统的冷却水水质采用软化水，
在非采暖季，联合利用系统的冷却水水质采用普通工业水。
4.根据权利要求1所述的多厂余热联合利用系统，其特征在于，热网供水管路上设置有热网循环水泵，所述冷却水出水母管与热源厂外冷却塔的进水口的连通点设置在热网循环水泵的上游，热网的补水点设置在热网循环水泵入口前。
5.一种多厂余热联合利用方法，利用权利要求1至4中任一项所述的多厂余热联合利用系统，其特征在于，
在采暖季，热网的回水经冷却水进水母管分别进入各热源厂内热源冷却装置，对各台热源厂内热源冷却装置进行冷却，在各台热源厂内热源冷却装置中经过换热升温后的冷却水汇集到冷却水出水母管中，由冷却水出水母管向热网供应热水，
当用户侧总的热负荷需求下降时，冷却水出水母管中的冷却水分流出一部分进入热源厂外冷却塔，在热源厂外冷却塔中换热降温后，再由热源厂外循环水泵加压送至冷却水进水母管；
在非采暖季，热源厂内冷却塔的冷却水经热源厂内循环水泵加压后进入热源厂内热源冷却装置，对热源厂内热源冷却装置进行冷却，热源厂内热源冷却装置排出的冷却水返回热源厂内冷却塔。
6.根据权利要求5所述的多厂余热联合利用方法，其特征在于，
通过调节热源厂外冷却塔的进水管路上设置的流量调节阀，控制分流到热源厂外冷却塔的冷却水流量。
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