CN107514667A - 采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，减少了电厂余热排放，降低供热煤耗；该系统由汽轮机、发电机、凝汽器、冷却塔、蓄热罐、生活热水箱、高温电动热泵、用户末端、泵以及各种管路连接附件构成；本发明采用蓄热罐和冷却塔并联，通过阀门调节，将一年中循环冷却水的热量储存在蓄热罐中；在采暖季采用高温电动热泵回收供热回水热量供热，降低了蓄能罐放热时的回水温度，增加了蓄能罐的放热能力，大大降低了蓄能罐的体积；同时本发明还可以通过调节和切换阀门实现全年生活热水供给。
Description
技术领域
本发明属于热电联产和跨季节蓄热领域，特别涉及热电厂跨季节蓄热与高温电动热泵联用的集中供热系统及运行方法。
背景技术
随着我国北方供热需求的不断增加，同时在国家节能减排政策的鼓励和推动下，我国北方地区热电联产机组装机容量不断增加，常规火电机组供热改造需求也不断增加；但目前我国火电机组进行热电改造主要采用高背压改造技术，发电量和输出功率的下降，同时排汽温度升高，会造成汽轮机排汽部分的热膨胀和热应力加剧，严重时可能造成机组振动值超标或是动静摩擦，从而引起事故；而以热定电的热电联产运行方式使得在采暖季发电量过剩，热电机组的调峰性能较差，造成能源的浪费；同时，我国北方采暖地区集中供热比例偏低，供暖期空气污染严重，需要增加供热热源，目前主要采用电锅炉等形式将电能直接转变为热量使用，但由于电能品位高，转换得到的热品位较低，存在很大的不可逆损失，导致供热能源成本较高；在此背景之下，本专利提出一种采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，用于满足用户冬季供热需求，增大热网集中供热能力，减少火电机组的冷端损失，降低集中供热的能源成本，同时实现了一定程度的热点解耦，增加机组的调峰灵活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电厂乏汽跨季节蓄热与高温电动热泵联用的热电联产形式，实现蓄热罐大温差蓄热放热，同时满足用户供热和供生活热水需求的系统及其运行方法，适用于我国北方有火电机组调峰需求的热电联产火电机组，实现大规模集中供热地区；用于减少火电机组的余热排放，增加热网的集中供热能力，同时减小蓄能罐体积，降低集中供热的能源和投资成本。
为了实现上述目标，采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统包括汽轮机1、发电机2、凝汽器3、冷却塔4、蓄热罐5、生活热水箱6、高温电动热泵7、用户8；其中高温电动热泵7由蒸发器17、压缩机20、冷凝器19和节流阀18组成；汽轮机1通过轴承与发电机2直接连接，汽轮机1通过乏汽管道与凝汽器3连接；凝汽器3通过循环水泵13和阀门14与冷却塔4连接，凝汽器3通过水泵11和阀门12与蓄热罐5的第一组进出口连接；蓄热罐5第二组进出口通过水泵15、阀门16与高温电动热泵7和供热管网连接；同时蓄热罐5通过循环泵9和阀门10和管路组成的循环管线与生活热水箱6连接；补水通过补水泵23与生活热水箱6的底部冷水进口相连，生活热水箱6的顶部热水出口通过水泵21和阀门22与用户8连接。
供热管网系统连接方式如下：供水管线与蓄热罐5第二组进出口的顶部热水出口相连，此外供水管线通过水泵15和阀门16与高温电动热泵7的冷凝器19的热端相连，冷凝器19的冷端通过供水管线与用户8相连；回水管线与用户8相连，同时回水管线与高温电动热泵7的蒸发器17的热端相连，蒸发器17的冷端通过回水管线与蓄热罐5的第二组进出口的底部冷水入口相连。
生活热水系统连接方式如下：生活热水箱6底部通过循环泵9和阀门10和循环管道形成的循环管路直接与蓄热罐5上部相连；补水通过补水泵23与生活热水箱6的底部补水口相连；生活热水箱6的顶部给水口通过水泵21和阀门22与用户相连。
蓄热罐与热电厂凝汽器的链接方式：凝汽器3的循环水出口与蓄热罐5第一组进出口的顶部热水入口相连，同时凝汽器3的循环水出口与冷却塔4的入口相连；凝汽器3的循环水入口通过阀门12和水泵11与蓄热罐第一组进出口的底部冷水出口相连，同时凝汽器3的循环水入口通过阀门14和水泵13与冷却塔4出口相连。
该系统可以通过阀门12、阀门14的切换，实现热电厂的跨季节蓄热；通过阀门10和阀门22的开关，实现用户8的采暖季供暖需求和实现全年生活热水供应，运行方式如下：
冬季供热、供生活热水运行方式：
阀门14和循环水泵13关闭，水泵11从蓄热罐5底部抽取低温冷水通过阀门12进入凝汽器3，冷水被加热到蓄热温度后从蓄热罐5顶部进入在罐内储存，蓄热罐5处于蓄热模式。当用户8需要供热时，阀门16和水泵15开启，蓄热罐5处于放热模式；高温电动热泵7的蒸发器17从供热回水中回收供热余热，在冷凝器19中对蓄热罐5出口热水进行加热，直接用于用户8采暖；在蒸发器17中冷却后的供热回水从蓄热罐5的底部流入，完成整个蓄热罐5的放热供热过程；用户8有生活热水需求热量时，打开阀门10，循环工质在循环泵9的作用下直接将蓄热罐5热量传递给生活热水箱6；水泵21从生活热水箱6上部抽取热水通过阀门22送给用户8，同时补水由补水泵23完成。
非采暖季仅供生活热水运行方式：
阀门12和水泵11开启，阀门14和循环水泵13关闭；水泵11从蓄热罐5底部抽取低温水通过阀门12进入凝汽器3，冷水被加热到蓄热温度后从蓄热罐5的顶部进入，在罐内储存，蓄热罐5处于蓄热模式；当蓄热罐5蓄热接近饱和时，阀门12和水泵11关闭，阀门14和循环水泵13开启，凝汽器3中乏汽被冷却循环水冷却，冷却循环水携带的热量在冷却塔4中放到大气；由于不需要集中供热，高温电动热泵7停机，阀门16和水泵15关闭，阀门10和循环泵9开启，循环工质在循环泵9的作用下直接将蓄热罐5热量传递给生活热水箱6，生活热水箱6中生活热水所需热量全部由蓄热罐5提供；水泵21从生活热水箱6上部抽取热水通过阀门22送给用户8，同时补水由补水泵23完成。
蓄热罐5的内部可以填充相变材料或者不填充相变材料，如果填充相变材料，其工作原理为热水进入蓄热罐5时，其中填充的相变材料被加热产生相变（相变温度低于热水温度，相变材料变成热态），进而吸收热水的热量，热水温度降低变成冷水从蓄热罐5的另一侧流出，完成蓄热过程；当冷水进入蓄热罐5时，相变材料产生相变释放热量（相变温度高于冷水温度，相变材料变成冷态），冷水被加热成热水后从另一侧流出，完成放热过程，相变材料可以采用石蜡型、熔融盐型或者水和盐类组合类型等蓄热材料。如果不填充蓄热材料，则利用热水和冷水的密度差实现自然分层，热水从蓄热罐5上方进出，冷水从蓄热罐5下方进出。
本发明的有益效果为，热电厂乏汽跨季节蓄热与高温电动热泵联用，减少火电机组的余热排放，实现蓄热罐大温差蓄热放热，增加热网的集中供热能力，同时减小蓄能罐体积，降低集中供热的能源和投资成本，同时提高了火电机组的调峰灵活性。
附图说明
图1为采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统的示意图。
Claims (5)
1.采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，其特征在于系统包括汽轮机1、发电机2、凝汽器3、冷却塔4、蓄热罐5、生活热水箱6、高温电动热泵7、用户8；其中高温电动热泵7由蒸发器17、压缩机20、冷凝器19和节流阀18组成；汽轮机1通过轴承与发电机2直接连接，汽轮机1通过乏汽管道与凝汽器3连接；凝汽器3通过循环水泵13和阀门14与冷却塔4连接，凝汽器3通过水泵11和阀门12与蓄热罐5的第一组进出口连接；蓄热罐5第二组进出口通过水泵15、阀门16与高温电动热泵7和供热管网连接；同时蓄热罐5通过循环泵9和阀门10和管路组成的循环管线与生活热水箱6连接；补水通过补水泵23与生活热水箱6的底部冷水进口相连，生活热水箱6的顶部热水出口通过水泵21和阀门22与用户8连接。
2.如权利要求1所述的采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，用户8需要生活热水由生活热水箱6直接提供，需求热量蓄热罐5所储存的能量承担；用户8所需热负荷由蓄热罐5和高温电动热泵7共同承担。
3.如权利要求1所述的采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，在采暖季，需集中供热时，阀门14和循环水泵13关闭，水泵11从蓄热罐5底部抽取低温冷水通过阀门12进入凝汽器3，冷水被加热到蓄热温度后从蓄热罐5顶部进入在罐内储存，蓄热罐5处于蓄热模式。
4.当用户8需要供热时，阀门16和水泵15开启，蓄热罐5处于放热模式；高温电动热泵7的蒸发器17从供热回水中回收供热余热，在冷凝器19中对蓄热罐5出口热水进行加热，直接用于用户8采暖；在蒸发器17中冷却后的供热回水从蓄热罐5的底部流入，完成整个蓄热罐5的放热供热过程；用户8有生活热水需求热量时，打开阀门10，循环工质在循环泵9的作用下直接将蓄热罐5热量传递给生活热水箱6；水泵21从生活热水箱6上部抽取热水通过阀门22送给用户8，同时补水由补水泵23完成。
5.如权利要求1所述的采用电动热泵实现热电厂跨季节蓄热放热的集中供热系统，在非采暖季，阀门12和水泵11开启，阀门14和循环水泵13关闭；水泵11从蓄热罐5底部抽取低温水通过阀门12进入凝汽器3，冷水被加热到蓄热温度后从蓄热罐5的顶部进入，在罐内储存，蓄热罐5处于蓄热模式；当蓄热罐5蓄热接近饱和时，阀门12和水泵11关闭，阀门14和循环水泵13开启，凝汽器3中乏汽被冷却循环水冷却，冷却循环水携带的热量在冷却塔4中放到大气；由于不需要集中供热，高温电动热泵7停机，阀门16和水泵15关闭，阀门10和循环泵9开启，循环工质在循环泵9的作用下直接将蓄热罐5热量传递给生活热水箱6，生活热水箱6中生活热水所需热量全部由蓄热罐5提供；水泵21从生活热水箱6上部抽取热水通过阀门22送给用户8，同时补水由补水泵23完成。
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