CN107676842A - 利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法，系统包括电厂侧的海水淡化装置和电厂余热回收装置，海水淡化装置输出端通过第一管路与电厂余热回收装置输入端连接，电厂余热回收装置输出端与水热联供输送管道连接，水热联供输送管道与供热高温水管连接；在用户区域设置有第一末端供热装置组，其输入端与供热高温水管连接，输出端连接供热低温水管；在用户区域内还设置第二末端供热装置组，其输入端与供热低温水管连接，输出端连接系统供水管；在第一管路与水热联供输送管道之间、水热联供输送管道与系统供水管之间、系统供水管与供热低温水管之间分别设置一旁通管和一控制阀门。

Description

利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法
技术领域
本发明涉及一种利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法，属于供热技术领域。
背景技术
随着我国城市化的快速推进，城市集中供热的需求急剧增长，截至2015年，我国北方地区城镇供热面积已经达到了131亿平米，供暖能耗达到1.85亿吨标准煤，我国北方很多城市已经出现了热源不足的现象。与此同时，供热系统还面临着供给侧改革的压力，取缔散煤燃烧和小锅炉、压减大型燃煤锅炉已经成为能源结构转型的大趋势。燃煤锅炉承担着我国近60％的供热面积，如果其规模缩小，势必会进一步加剧热源紧缺的程度。因此，如何寻找更多的热源，尤其是低碳清洁热源已经成为当下亟待解决的问题。
华北地区是我国最缺水的地方，由于工业农业发达、人口众多，华北地区用水量大，但是人均年水资源量不到200立方米。而且华北地区是温带季风气候，每年降水集中在7、8月份，且多暴雨，多数水资源来不及利用就以洪水的形式流入海洋，再加上水源污染，可用水量更少。如何解决缺水问题同样是北方城市面临的难题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用电厂余热实现水热联供的系统及该系统的调控方法，该系统具有节能减排的优势并且能在一定程度上解决缺水问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：包括设置在电厂侧的海水淡化装置和电厂余热回收装置，所述海水淡化装置的输出端通过第一管路与所述电厂余热回收装置的输入端连接，所述电厂余热回收装置的输出端与水热联供输送管道连接，所述水热联供输送管道延伸至具有水、热需求的用户区域且与供热高温水管连接；在用户区域内设置有第一末端供热装置组，所述第一末端供热装置组的输入端与供热高温水管连接，所述第一末端供热装置组的输出端连接供热低温水管；在所述用户区域内还设置有第二末端供热装置组，所述第二末端供热装置的输入端与所述供热低温水管连接，所述第二末端供热装置的输出端连接系统供水管；在所述第一管路与所述水热联供输送管道之间设置有第一旁通管，在所述第一旁通管上设置第一控制阀门；在所述水热联供输送管道与所述系统供水管之间设置有第二旁通管，在所述第二旁通管上设置第二控制阀门；在所述系统供水管与所述供热低温水管之间设置有第三旁通管，在所述第三旁通管上设置第三控制阀门。
所述系统供水管与水处理厂的处理设备连接或直接与供水系统连接。
所述第一末端供热装置组包括至少一个第一末端供热装置；当所述第一末端供热装置为多个时，各所述第一末端供热装置之间并联连接；所述第二末端供热装置组包括至少一个第二末端供热装置；当所述第二末端供热装置为多个时，各所述第二末端供热装置之间并联连接；所述第一末端供热装置和所述第二末端供热装置均连接在供热热网中。
所述电厂余热回收装置包括乏汽冷凝换热器、吸收式热泵和抽汽汽水换热器。
所述电厂侧设置有用于为所述海水淡化装置和电厂余热回收装置提供抽气和乏汽的汽轮机。
所述水热联供输送管道采用具有保温层的输水管道。
一种利用电厂余热实现水热联供的系统的调控方法，其特征在于：在供热期间，电厂余热回收装置和末端供热装置组正常运转，第一控制阀门和第二控制阀门关闭，调节第三控制阀门控制流经第二末端供热装置组的淡水流量，海水淡化装置利用海水制取淡水，淡水经过利用电厂余热回收装置被加热成高温淡水，然后经过水热联供输送管道输送至用户区域，用户区域的第一末端供热装置组和第二末端供热装置组将高温淡水中的热量提取出来实现供热，降到一定温度后的淡水通过系统供水管供给用户所使用；在非供热期间，电厂余热回收装置和末端供热装置组停止运转，第一控制阀门和第二控制阀门打开，第三控制阀门关闭，海水淡化装置所制取的常温淡水通过第一旁通管、水热联供输送管道以及第二旁通管输送至系统供水管供给用户所使用。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于使用原本废弃的电厂余热制取淡水、生产热量，因此具有显著的节能减排效益。2、本发明能够有效缓解当前北方城市普遍存在的缺水、缺热问题，同时由于采用海水淡化供水和余热供热等方式，还丰富了城市的水源多样性和热源多样性，增强城市供水系统和供热系统的安全保障性能。3、本发明由于通过水热联供，仅需一套单向输送的带保温的输水管道即可实现水热分供时需要两套管路才能实现的功能，因此大幅降低了管道投资成本和运行维护成本，从而大幅提高供水、供热的经济输送半径，经济输送半径达200公里以上。
附图说明
图1是本发明的系统流程示意图。
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。
如图1所示，本发明提出了一种利用电厂余热实现水热联供的系统，包括设置在电厂侧的海水淡化装置1和电厂余热回收装置2，海水淡化装置1的输出端通过第一管路3与电厂余热回收装置2的输入端连接，电厂余热回收装置2的输出端与水热联供输送管道4连接，水热联供输送管道4延伸至具有水、热需求的用户区域，与供热高温水管5连接。在用户区域内设置有第一末端供热装置组6，第一末端供热装置组6的输入端与供热高温水管5连接，第一末端供热装置组6的输出端连接供热低温水管7。当供热低温水管的水温偏高时，在用户区域内还设置有第二末端供热装置组8，第二末端供热装置8的输入端与供热低温水管7连接，第二末端供热装置8的输出端连接系统供水管9。在第一管路3与水热联供输送管道4之间设置有第一旁通管10，在第一旁通管10上设置第一控制阀门11；在水热联供输送管道4与系统供水管9之间设置有第二旁通管12，在第二旁通管12上设置第二控制阀门13，在系统供水管9与供热低温水管7之间设置有第三旁通管14，在第三旁通管14上设置第三控制阀门15。
进一步地，系统供水管9与水处理厂的处理设备连接或直接与供水系统连接。
进一步地，第一末端供热装置组6包括至少一个第一末端供热装置16。当第一末端供热装置为多个时，各第一末端供热装置16之间并联连接。第二末端供热装置组8包括至少一个第二末端供热装置17。当第二末端供热装置17为多个时，各第二末端供热装置17之间并联连接。第一末端供热装置16和第二末端供热装置17均连接在供热热网18中。每一第一末端供热装置16或每一第二末端供热装置17可以采用任意技术实现提取淡水热量并传递给供热热网18的功能。在一个优选的实施例中，供热热网18可以是楼栋热网和小规模集中热网，末端散热器形式是地板辐射采暖时，供水温度可以是40/35℃；第一末端供热装置16采用吸收式换热技术，第二末端供热装置17采用电动式热泵供热技术。实现的供热流程为：95℃淡水首先通过供热高温水管5分流到各个采用吸收式换热技术的末端供热装置16，淡水在供热后温度降低到20℃，然后进入供热低温水管7，供热低温水管7中的淡水经过采用电动式热泵供热技术的末端供热装置17，淡水温度进一步降低到10℃后进入系统供水管9，最终进入水处理厂。
进一步地，电厂侧设置有汽轮机19，能够为海水淡化装置1和电厂余热回收装置2提供抽气和乏汽，其中，海水淡化装置1可采用任意生产工艺，电厂余热回收装置2利用抽气和乏汽中的热量采用梯级加热的流程工艺实现余热的高效回收，最终的淡水供应温度尽量在100℃以下。在一个优选的实施例中，电厂侧的汽轮机19可以选择位于海边的核电站常规岛的两台汽轮机，单台发电功率1100MW，由于汽轮机19具有多个低压缸，因此可以改造部分低压缸，以提高乏汽温度以满足海水淡化装置1的要求，而不影响其他低压缸的发电效率；海水淡化装置1可以采用8效的低温多效蒸馏技术，利用乏汽余热制取淡水，造水比达6.45；电厂余热回收装置2可以采用乏汽冷凝换热20、吸收式热泵组21和抽汽汽水换热器22，梯级加热来自海水淡化装置1的淡水，最终供水温度97℃。基于汽轮机19余热量，海水淡化供水规模可以是54万吨/天，余热供热规模可以是1662MW。
进一步地，考虑到供热、供水与发电过程的共同安全性，汽轮机19的抽气、乏汽与海水淡化装置1和电厂余热回收装置2之间只有热量交换，蒸汽与淡水不掺混；第一末端供热装置16和第二末端供热装置17分别与供热热网18之间只有热量交换，淡水和热网水不掺混。保留电厂原有的冷却系统23在水热联供系统发生故障时能够快速切换，保证汽轮机19排热顺畅。
进一步地，水热联供输送管道4采用具有保温层的输水管道。在一个优选的实施例中，水热联供输水管道4为一根直径DN2000具有60毫米厚度聚氨酯保温层的直埋输水管道，管道长度200公里，沿程温降2℃，即到达需求侧的淡水温度为95℃；可以设置一个首站和一个中继泵站，水泵扬程总计114mH2O，水泵功率总计14MW，单位输水电费为0.63kWh每吨水。
本发明还提出了一种利用电厂余热实现水热联供的系统的调控方法，即：在供热期间，电厂余热回收装置2、第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8正常运转，第一控制阀门11和第二控制阀门13关闭，调节第三控制阀门15控制流经第二末端供热装置组8的淡水流量，海水淡化装置1利用海水制取淡水，淡水经过利用电厂余热回收装置2被加热成高温淡水，然后经过水热联供输送管道4输送至用户区域，用户区域的第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8将高温淡水中的热量提取出来实现供热，降到一定温度后的淡水通过系统供水管9供给用户所使用；在非供热期间，电厂余热回收装置2、第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8均停止运转，第一控制阀门11和第二控制阀门13打开，第三控制阀门15关闭，海水淡化装置1所制取的常温淡水通过第一旁通管10、水热联供输送管道4以及第二旁通管12输送至系统供水管9供给用户所使用。
在一个优选的实施例中，海水淡化装置1可以全年运行，设备负荷率达80％以上，电厂余热回收装置2可以仅在采暖季期间运行，运行时间四个月，承担基础负荷。当采暖季阶段电厂余热回收装置2运行时，第一控制阀门11和第二控制阀门13关闭，第三控制阀门15关闭使得第二末端供热装置组8中的淡水流量等于系统供水管9的流量，水热联供输送管道4中流动的是97℃以下的高温淡水，第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8启动，此时汽轮机19提供供暖用的抽汽，所提供的乏汽大部分被海水淡化装置1和电厂余热回收装置2利用，少量进入冷却装置23以保证最低负荷运作。当非采暖季阶段电厂余热回收装置2不运行时，第一控制阀门11和第二控制阀门13打开，第三控制阀门15关闭，水热联供输送管道4中流动的是常温淡水，第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8均不运行，此时汽轮机19不提供供暖用的抽气，提供一股温度较高的乏汽用于海水淡化，另一股温度较低的乏汽进入冷却装置23冷凝。
本发明水热联供系统可以具备1.58亿立方米每年的供水能力和2300MW的供热能力，供热能力比电厂余热回收装置2供出的热量多，原因是海水淡化过程中淡水吸收的一部分热量也被第一末端供热装置组6和第二末端供热装置组8利用了。水热联供系统的能源成本是抽气和乏汽利用所导致的汽轮机发电量减少以及系统中用电设备的电耗，综合考虑后单位供热量的能耗为29.22kWh/GJ，单位供水量的能耗为7.93kWh/吨。水热联供系统的建设投资是92.4亿元，综合考虑工程设备投资的折旧、每年的耗能耗材费用以及维护管理费用后，单位供热量的经济成本为19.33元/GJ，单位供水量成本为6.36元/吨，其中供热成本远低于天然气锅炉，而供水成本与南水北调至北京加水处理的成本相当。在节能效益方面，由于使用核电厂余热无污染无排放，每年2400万GJ的供热量可以节约燃煤消耗量96万吨标准煤，减少二氧化碳排放量252万吨，减少二氧化硫排放量8000余吨，减少氮氧化物排放量7000余吨。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：包括设置在电厂侧的海水淡化装置和电厂余热回收装置，所述海水淡化装置的输出端通过第一管路与所述电厂余热回收装置的输入端连接，所述电厂余热回收装置的输出端与水热联供输送管道连接，所述水热联供输送管道延伸至具有水、热需求的用户区域且与供热高温水管连接；在用户区域内设置有第一末端供热装置组，所述第一末端供热装置组的输入端与供热高温水管连接，所述第一末端供热装置组的输出端连接供热低温水管；在所述用户区域内还设置有第二末端供热装置组，所述第二末端供热装置的输入端与所述供热低温水管连接，所述第二末端供热装置的输出端连接系统供水管；在所述第一管路与所述水热联供输送管道之间设置有第一旁通管，在所述第一旁通管上设置第一控制阀门；在所述水热联供输送管道与所述系统供水管之间设置有第二旁通管，在所述第二旁通管上设置第二控制阀门；在所述系统供水管与所述供热低温水管之间设置有第三旁通管，在所述第三旁通管上设置第三控制阀门。
2.如权利要求1所述的利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：所述系统供水管与水处理厂的处理设备连接或直接与供水系统连接。
3.如权利要求1所述的利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：所述第一末端供热装置组包括至少一个第一末端供热装置；当所述第一末端供热装置为多个时，各所述第一末端供热装置之间并联连接；所述第二末端供热装置组包括至少一个第二末端供热装置；当所述第二末端供热装置为多个时，各所述第二末端供热装置之间并联连接；所述第一末端供热装置和所述第二末端供热装置均连接在供热热网中。
4.如权利要求1所述的利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：所述电厂余热回收装置包括乏汽冷凝换热器、吸收式热泵和抽汽汽水换热器。
5.如权利要求4所述的利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：所述电厂侧设置有用于为所述海水淡化装置和电厂余热回收装置提供抽气和乏汽的汽轮机。
6.如权利要求1所述的利用电厂余热实现水热联供的系统，其特征在于：所述水热联供输送管道采用具有保温层的输水管道。
7.一种如权利要求1至6任一项所述利用电厂余热实现水热联供的系统的调控方法，其特征在于：
在供热期间，电厂余热回收装置和末端供热装置组正常运转，第一控制阀门和第二控制阀门关闭，调节第三控制阀门控制流经第二末端供热装置组的淡水流量，海水淡化装置利用海水制取淡水，淡水经过利用电厂余热回收装置被加热成高温淡水，然后经过水热联供输送管道输送至用户区域，用户区域的第一末端供热装置组和第二末端供热装置组将高温淡水中的热量提取出来实现供热，降到一定温度后的淡水通过系统供水管供给用户所使用；
在非供热期间，电厂余热回收装置和末端供热装置组停止运转，第一控制阀门和第二控制阀门打开，第三控制阀门关闭，海水淡化装置所制取的常温淡水通过第一旁通管、水热联供输送管道以及第二旁通管输送至系统供水管供给用户所使用。
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