CN107894051A - 基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，包括热电厂余热制冷冷却中心、冷却水输送管网、能源站冷却水梯级利用系统；其中热电厂余热制冷冷却中心的余热吸收式冷水机组采用梯级串联方式，且分两级将高温回水降温至所需冷却水供水温度，即得到低温冷却水；冷却水输送管网将低温冷却水输送至能源站冷却水梯级利用系统；能源站冷却水梯级利用系统的三个以上的水冷电制冷冷水机组以相同梯级串联方式将低温冷却水梯级串联使用。本发明将区域能源站冷却中心转移至热电厂并利用余热制冷提升能源站主机效率，提升能源站供冷能力及环境效益，并通过大温差梯级利用方式减少输送水量及输送能耗，从而提升整个梯级利用系统运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及冷却水利用领域，特别涉及基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统。
背景技术
近年来分布式能源、冷热电三联供、区域集中供冷供热等区域能源项目的在国内得到了大力推进发展，区域能源作为一种能源高效利用技术，为城市的能源供应、低碳化建设及绿色发展做出了突出的贡献。随着项目的实际推进，区域能源所面临的一系列问题也越来越突出，甚至制约了其实际推广应用。从进来在我国南方蓬勃发展并向北方推进的区域供冷项目来看，主要有以下问题：
1、能源站占地问题：因冷冻水输送半径有限，区域能源站一般建设在负荷中心(常为CBD中心、政务中心、金融聚集区等)，能源站需设置制冷系统、冷却系统、蓄能系统及配套的变配电、给排水等系统，装机容量因用地有限往往无法满足需求，常需外部电力、热力等补充；
2、冷却塔摆放及散热问题：能源站冷却塔一般集中摆放于屋顶，多组冷却塔集中摆放时对冷却塔散热能力产生较大影响，冷却能力不足时常采用辅助散热手段或放大冷却塔等处理方式，与能源高效利用原则背道而驰，极大影响能源站装机容量；能源站位于城市中心时对屋顶或外立面造型的要求将进一步影响冷却塔散热效果；
3、能源站采用附建式或(半)地下式建设时，冷却塔将占用区域其他建筑屋顶，影响城市经济性及环境；
4、冷却塔噪声问题：能源站位于城市中心时需对冷却塔噪声进行降噪处理，常用降噪手段除选用超静音冷却塔(增加较多投资)外，较多采用增加降噪格栅、添加吸声材料等，对冷却塔区进行遮挡等手段，将进一步影响冷却塔散热，影响能源利用效率，限制能源站装机容量；
5、能源来源问题：能源站采用余热制冷时，常接入附近热电厂余热蒸汽或余热热水，利用吸收式冷水机组进行制冷，由于吸收机所需冷却水量更大，影响其装机规模；常用吸收式冷水机组只能制取6℃以上冷冻水，为满足能源站所要求的大温差供冷，常采用吸收机上游串联电制冷机或冰蓄冷下游的做法，增加系统复杂度，降低可靠性。
以上问题多数和能源站冷却问题有关，一是限制装机容量，二是降低能源利用效率，三是影响城市声环境及美观。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统。
基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，包括热电厂余热制冷冷却中心、冷却水输送管网、能源站冷却水梯级利用系统；其中热电厂余热制冷冷却中心包括设置于热电厂的两个余热吸收式冷水机组，余热吸收式冷水机组采用梯级串联方式，且分两级将高温回水降温至所需冷却水供水温度，即得到低温冷却水；冷却水输送管网将低温冷却水输送至能源站冷却水梯级利用系统；能源站冷却水梯级利用系统包括三个以上的水冷电制冷冷水机组，三个以上的水冷电制冷冷水机组以相同梯级串联方式将低温冷却水梯级串联使用。
所述能源站冷却水梯级利用系统的串联级数大于热电厂余热制冷冷却中心，能源站冷却水梯级利用系统的串联级数之间的温差小于热电厂余热制冷冷却中心。
所述能源站冷却水梯级利用系统采用大温差运行。减少输送水量及输送能耗。
所述余热吸收式冷水机组满足大温差冷冻水制冷工况。
所述水冷电制冷冷水机组满足大温差冷却水制冷工况。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、基于解决能源站冷却问题出发，同时结合余热制冷技术，本发明提出基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，热电厂余热制冷冷却中心将能源站常规设置的冷却塔群转移至热电厂利用余热制冷冷却，梯级利用系统分两层：余热制冷系统的大温差梯级串联制冷系统(即热电厂余热制冷冷却中心)以及能源站的多级串联冷却系统(即能源站冷却水梯级利用系统)。本发明利用设置于热电厂的余热吸收式制冷装置梯级串联制取能源站所需低温冷却水，该冷却水温度远低于常用冷却水温度，因而可供能源站将冷却水梯级串联多级使用，可利用冷却水温差≥30℃，从而将能源站冷却中心从负荷中心转移至热电厂，极大解放能源站制冷能力，并简化能源站系统及设备，提升经济与环境效益，并通过低温冷却水进一步提升主机制冷效率。同时梯级利用的大温差的冷却水可减少输送能耗，提升运行经济性。
由于冷却水前端为利用余热吸收式冷水机组制取的冷冻水，可将第一级冷却水温降低至6～16℃，考虑吸收机效率及输送管网损失，可将第一级冷却水温设定为12～16℃，每级温差可为6～10℃，冷却水温度可以按照等温差或等对数温差方式进行三级梯级利用，第三级冷却水温度可达36～38℃，可根据实际情况进行调整。能源站使用后的36～38℃高温冷却回水，输送至热电厂余热制冷中心，利用两级串联余热吸收式冷水机组制冷，将36～38℃回水先降温至22～26℃，后继续降温至12～16℃(忽略输送过程中低温冷却水冷损失及高温冷却水散热)。
此方案还可实现热电厂就地进行余热吸收式制冷，制取较高温度作为冷却水进行输送与直接制取较低温度作为冷冻水输送相比，前者作为冷却水时为半成品，输送过程冷损失中只对后续制冷机组效率产生较低影响(每损失1℃制冷主机损失约3％)，而后者作为冷冻水时为成品，输送过程冷损失将直接损失该部分冷量。
将区域能源站冷却中心转移至热电厂，并制取低温冷却水进行梯级利用，可极大解放能源站制冷能力，提升能源使用率及环境效益，并通过低温冷却水进一步提升主机制冷效率。同时梯级利用的大温差的冷却水可减少输送能耗，提升运行经济性。有利于扩大供冷半径。
2、本发明利用余热制冷转移区域能源站冷却中心，取消区域能源站冷却塔并提供优质冷却水，释放能源站供冷供热能力，并提升环境效益。
3、本发明利用热电厂余热进行吸收式制冷，实现余热、废热梯级利用，提升一次能源利用率。
4、本发明扩大冷却水使用温差，大幅减少冷水循环水量，减少管网输送能耗与冷损失。
5、本发明降低电制冷机组冷却水温度，提高制冷机组运行效率。
6、本发明提高吸收式冷水机组冷冻水温度，提高制冷机组运行效率。
附图说明
图1是本发明所述基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统的结构示意图。
图2是本发明所述热电厂余热制冷冷却中心的局部结构放大图。
图3是本发明所述能源站冷却水梯级利用系统的局部结构放大图。
附图标记含义如下：
1-热电厂余热制冷冷却中心、2-冷却水输送管网、3-能源站冷却水梯级利用系统、101-第一余热吸收式冷水机组、102-第二余热吸收式冷水机组、201-冷却水供水管网、202-冷却水回水管网、301-第一水冷电制冷冷水机组、302-第二水冷电制冷冷水机组、303-第三水冷电制冷冷水机组。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2、3，基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，包括热电厂余热制冷冷却中心、冷却水输送管网、能源站冷却水梯级利用系统；其中冷却水输送管网包括包含冷却水供水管网、冷却水回水管网，冷却水供水管网需保温，减少冷损失，回水管网不保温，以利用土壤温度自然冷却。
如图2所示，热电厂余热制冷冷却中心中的第一余热吸收式冷水机组、第二余热吸收式冷水机组串联运行，第一余热吸收式冷水机组、第二余热吸收式冷水机组的驱动热源为热电厂余热蒸汽或热水，冷却水来源为设置于余热电厂的冷却塔；冷却水回水管网输送的38℃回水进入热电厂余热制冷冷却中心，串联上游机组(即第一余热吸收式冷水机组)供回水温度38/26℃；串联下游游机组(即第二余热吸收式冷水机组)供回水温度26/14℃，串联生产的14℃低温冷却水经冷却水供水管网输送至能源站。
如图3所示，能源站冷却水梯级利用系统中，输送至能源站的低温冷却水依次进入三级串联的上、中、下游电制冷机组第一水冷电制冷冷水机组、第二水冷电制冷冷水机组、第三水冷电制冷冷水机组；冷却水供回水温度上游机组(即第一水冷电制冷冷水机组)为14/22℃，中游机组(即第二水冷电制冷冷水机组)为22/30℃，下游机组(即第三水冷电制冷冷水机组)为30/38℃，使用后的高温冷却水经冷却水回水管网再次输送至热电厂余热制冷冷却中心，循环使用。
由于冷却水前端为利用余热吸收式冷水机组制取的冷冻水，可将第一级冷却水温降低至6～16℃，考虑吸收机效率及输送管网损失，可将第一级冷却水温设定为14℃，每级温差可为8℃，即第一级冷却水供回水温度为14/22℃，第二级供回水温度为22/30℃，，第三级供回水温度为30/38℃，第三级冷却水温度可根据实际情况进行调整。能源站使用后的38℃高温冷却回水，输送至热电厂余热制冷冷却中心，利用两级串联余热吸收式冷水机组制冷，将38℃回水先降温至26℃，后继续降温至14℃(忽略输送过程中低温冷却水冷损失及高温冷却水散热)。
需要说明的是，图1、2、3中有些管线是用虚线画的，这并非是错误，而是在本领域中一般供水用实线表示，回水用虚线表示。
本发明可将区域能源站冷却中心转移至热电厂并利用余热制冷提升能源站主机效率，提升能源站供冷能力及环境效益，并通过大温差梯级利用方式减少输送水量及输送能耗，从而提升整个梯级利用系统运行效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，其特征在于：包括热电厂余热制冷冷却中心、冷却水输送管网、能源站冷却水梯级利用系统；其中热电厂余热制冷冷却中心包括设置于热电厂的两个余热吸收式冷水机组，余热吸收式冷水机组采用梯级串联方式，且分两级将高温回水降温至所需冷却水供水温度，即得到低温冷却水；冷却水输送管网将低温冷却水输送至能源站冷却水梯级利用系统；能源站冷却水梯级利用系统包括三个以上的水冷电制冷冷水机组，三个以上的水冷电制冷冷水机组以相同梯级串联方式将低温冷却水梯级串联使用。
2.根据权利要求1所述基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，其特征在于：所述能源站冷却水梯级利用系统的串联级数大于热电厂余热制冷冷却中心，能源站冷却水梯级利用系统的串联级数之间的温差小于热电厂余热制冷冷却中心。
3.根据权利要求1所述基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，其特征在于：所述能源站冷却水梯级利用系统采用大温差运行。
4.根据权利要求1所述基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，其特征在于：所述余热吸收式冷水机组满足大温差冷冻水制冷工况。
5.根据权利要求1所述基于余热制冷的区域能源站冷却中心转移及梯级利用系统，其特征在于：所述水冷电制冷冷水机组满足大温差冷却水制冷工况。
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