CN108006785A - 水能回收式换热机组 - Google Patents

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Abstract

一种用于集中供热系统的水能回收式换热机组系统，包括：一次网供水管（1），一次网回水管（16），换热器（3），二次网供水管（9），二次网回水管（10），本地控制器（4），上位机（5），发电机（6），一次网回水管（16）上安装：水轮机（14），电动调节阀（15），二次网供水管(9)上安装：增压循环水泵泵头（7），热量表（8），二次网回水管（10）上安装变速循环水泵（11），备用循环水泵（12），跨越管（13），水轮机（14）与增压循环水泵泵头（7）之间安装传动装置（2），水轮机（14）由一次网的剩余压头驱动旋转，带动增压循环水泵泵头（7）运行，为二次网提供循环动力。本发明与已有技术相比，无需设置一次网减压阀，一次网剩余压头水能由水轮发电机转换为旋转机械能，驱动二级循环泵泵头，补充二次网循环动力，节约二次网循环式泵电耗，能量利用更加合理、方便，系统的实用性更强。

Description

水能回收式换热机组
技术领域
本发明涉及一种用于集中供热系统的水能回收式换热机组。
背景技术
在大型集中供热系统中，需要换热站将一次网循环水的热量传递给二次网循环水，再由二次网循环水将热量输送到热用户中去，一次网的输送距离很长，每个换热站距离热源的距离相差较远，造成每个换热站一次网热力入口压头差别很大，距离热源近的换热站一次网热力入口剩余压头非常大，距离热源较远的换热站一次网热力入口的剩余压头较小甚至不足，造成一次网循环系统的水力失调，为了解决上述问题，现有技术需要在有剩余压头的换热站一次网热力入口安装减压阀、调节阀等阻力设备消除剩余压头，防止换热站一次网热力入口流量超过额定值，现有技术的缺点是：利用安装在换热站一次网热力入口的阻力设备将剩余压头完全消耗掉，而剩余压头是一次网循环水的动能，完全消除相当于一种能量浪费。
发明内容
为了解决现有的换热站一次网剩余压头无法回收利用的问题，本发明的目的是提供一种结构合理、操作方便、可实施性更强的水能回收式换热机组，将一次网剩余压头的能量直接转换为机械能驱动二次网增压循环泵泵头，提供二次网循环动力，减小二次网循环水泵电耗，在剩余压头较大的换热站可以不开启二次网循环泵，完全由二次网增压循环泵泵头提供循环动力，本发明更适合我国大型集中供热系统，特别是从热电厂买热的热力企业，在获得电厂提供热量的同时，又能利用电厂循环水附带的动能，增加热力企业收益。
本发明解决其技术问题是这样实现的：
高层直连供热循环系统包括：一次网供水管（1），一次网回水管（16），换热器（3），二次网供水管（9），二次网回水管（10），本地控制器（4），上位机（5），发电机（6），一次网回水管（16）上安装：水轮机（14），电动调节阀（15），二次网供水管(9)上安装：增压循环水泵泵头（7），热量表（8），二次网回水管（10）上安装变速循环水泵（11），备用循环水泵（12），跨越管（13），水轮机（14）与增压循环水泵泵头（7）之间安装传动装置（2），水轮机（14）由一次网的剩余压头驱动旋转，带动增压循环水泵泵头（7）运行，为二次网提供循环动力。
一次网供水管（1）和一次网回水管（16）无需设置减压阀，由安装在一次回水管（1）上的水轮机（14）消除一次网的剩余压头，并输出旋转机械能，通过转动装置（2）驱动增压循环水泵泵头（7）运行，水轮机（14）输出的旋转机械能通过转动装置（2）驱动发电机（6），发电机（6）发出的电能供换热站用电设备使用。
增压循环水泵泵头（7）运行时，变速循环水泵（11）能够调整转速，在二次网总循环流量不变的情况下，降低变速循环水泵（11）的运行电耗，当增压循环水泵泵头（7）能够满足二次网循环动力需求时，关闭变速循环水泵（11），打开跨越管，增压循环水泵泵头（7）单独运行，二次网循环动力完全由水轮机（14）提供，不消耗电能。
水轮机（14）的额定工作压差为一次网在额定流量运行情况下水轮机（14）进出口的压差，水轮机（14）的额定流量为一次网额定运行流量。当一次网的运行工况发生变化时，通过电动调节阀(15)来改变通过水轮机（14）的流量。
一次网供水管（1），当管道内介质压力超过换热器（3）的工作压力时，将水轮机（14）安装到一次网供水管（1）上，消除剩余压头，降低一次网供水管（1）内介质进入换热器(3)时的压力，水轮机(14)安装在一次网供水管(1)上和安装在一次网回水管(16)上所输出机的械能相同。
换热器（3）的种类为板式换热器和管壳式换热器。
本地控制器（4）将采集数据上传致上位机（5），上位机（5）向本地控制器（4）下达控制指令，本地控制器（4）和上位机（5）之间的通讯方式包括：有线通讯和无线通讯，上位机（5）同时与多个本地控制器（4）同时通讯。
本地控制器（4）采集：一次网供水管（1）的压力和温度，一次网回水管（16）的压力和温度，水轮机（14）进、出口的压力，水轮机（14）的转速，二次网供水管（9）的压力和温度，二次网回水管（10）的压力和温度，变速循环水泵（）的进、出口压力，变速循环水泵（11）的转速，增压循环水泵泵头（7）的进、出口压力，增压循环水泵泵头（7）的转速，热量表（8）的数据，电动调节阀（15）的开度。
跨越管（13）安装止回阀，水流方向与二次网回水管水流方向一致。
电动调节阀（15）调节开度时，会改变通过水轮机（14）的流量。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明：
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图中：1.一次网供水管，2.传动装置，3.换热器，4.本地控制器，5.上位机，6.发电机，7.增压循环泵泵头，8.热表，9.二次网供水管，10.二次网回水管，11.变速循环水泵，12.备用循环水泵，13. 跨越管，14.水轮机，15.电动调节阀，16.一次网回水管。
具体实施方式
图1中，水能回收式换热机组设置在集中热系统的换热站内，外网供来的高温水通过一次网供水管（1）进入换热器（3），经过换热后水温降低，再经过水轮机（14）、电动调节阀（15）、一次网回水管（16）流回外网低温水管，当外网供、回压差高于换热机组一次网热力入口所需压差时，即存在剩余压头时，剩余压头会驱动水轮机（14）旋转，输出机械能，通过传动装置（2）驱动二次供水管（9）上安装的增压循环泵泵头（7）或发电机（6）。
水轮机（14）的额定参数需要根据每个换热站一次网热力入口额定运行参数进行单独设计，水轮机(14)参数中的额定流量为换热站一次网热力入口额定流量，水轮机(14)参数中的工作压差为换热站一次网热力入口在额定流量运行状态下的剩余压头，当水轮机达到额定运行参数时，能够输出额定的机械能。
如果换热站水轮机(14)输出的额定机械能能够满足二次网循环动力需求，那么二次网供水管上安装的增压循环泵泵头(7)的额定流量和扬程参数与二次网变速循环水泵(11)的额定流量和扬程参数相同，水轮机(14)输出额定机械能的时候，二次网变速循环水泵(11)可以停止运行，打开跨越管(13)，系统完全由增压循环泵泵头(7)提供二次网循环动力，二次网循环系统无需耗电。
如果换热站水轮机(14)输出的额定机械能不能满足二次网循环动力需求，那么二次网供水管上安装的增压循环水泵泵头(7)的额定流量与二次网变速循环水泵的额定流量相同，增压循环水泵泵头(7)的额定扬程小于二次网变速循环水泵(11)的额定扬程，只能负担一部分二次网的循环能耗，此时增压循环水泵泵头(7)与二次网变速循环水泵(11)串联运行，增加二次网循环动力，根据热量表（8）测量的流量值，降低变速循环水泵(11)转速，满足额定流量需求，达到降低电耗的目的。
如果换热站水轮机(14)输出的额定机械能较小，那么直接将传动装置(2)与发电机(6)连接发电，供换热站其他用电设备使用，能够节约电能。
当换热站一次网运行参数不能满足水轮机(14)的额定工作参数时，可关闭水轮机(14)前后阀门，由安装在一次网回水管上的电动调节阀(15)进行流量调节。

Claims (10)

1.一种用于集中供热系统的水能回收式换热机组，其特征在于：水能回收式换热机组包括：一次网供水管（1），一次网回水管（16），换热器（3），二次网供水管（9），二次网回水管（10），本地控制器（4），上位机（5），发电机（6），一次网回水管（16）上安装：水轮机（14），电动调节阀（15），二次网供水管(9)上安装：增压循环水泵泵头（7），热量表（8），二次网回水管（10）上安装变速循环水泵（11），备用循环水泵（12），跨越管（13），水轮机（14）与增压循环水泵泵头（7）之间安装传动装置（2），水轮机（14）由一次网的剩余压头驱动旋转，带动增压循环水泵泵头（7）运行，为二次网提供循环动力。
2.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述一次网供水管（1）和一次网回水管（16）无需设置减压阀，由安装在一次回水管（1）上的水轮机（14）消除一次网的剩余压头，并输出旋转机械能，通过联轴器（2）驱动增压循环水泵泵头（7）运行，水轮机（14）输出的旋转机械能通过联轴器（2）驱动发电机（6），发电机（6）发出的电能供换热站用电设备使用。
3.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述增压循环水泵泵头（7）运行时，变速循环水泵（11）调整转速，在二次网总循环流量不变的情况下，降低变速循环水泵（11）的运行电耗，当增压循环水泵泵头（7）能够满足二次网循环动力需求时，关闭变速循环水泵（11），打开跨越管，增压循环水泵泵头（7）单独运行，二次网循环动力完全由水轮机（14）提供，不消耗电能。
4.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述水轮机（14）的额定工作压差为一次网在额定流量运行情况下水轮机（14）进出口的压差，水轮机（14）的额定流量为一次网额定运行流量，当一次网的运行工况发生变化时，通过电动调节阀(15)来改变通过水轮机（14）的流量。
5.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述一次网供水管（1），当管道内介质压力超过换热器（3）的工作压力时，将水轮机（14）安装到一次网供水管（1）上，消除剩余压头，降低一次网供水管（1）内介质进入换热器(3)时的压力，水轮机(14)安装在一次网供水管(1)上和安装在一次网回水管(16)上所输出机的械能相同。
6.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述换热器（3）的种类为板式换热器和管壳式换热器。
7.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述本地控制器（4）将采集数据上传致上位机（5），上位机（5）向本地控制器（4）下达控制指令，本地控制器（4）和上位机（5）之间的通讯方式包括：有线通讯和无线通讯，上位机（5）同时与多个本地控制器（4）同时通讯。
8.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述本地控制器（4）采集：一次网供水管（1）的压力和温度，一次网回水管（16）的压力和温度，水轮机（14）进、出口的压力，水轮机（14）的转速，二次网供水管（9）的压力和温度，二次网回水管（10）的压力和温度，变速循环水泵（11）的进、出口压力，变速循环水泵（11）的转速，增压循环水泵泵头（7）的进、出口压力，增压循环水泵泵头（7）的转速，热量表（8）的数据，电动调节阀（15）的开度。
9.根据权利要求1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述跨越管（13）上安装止回阀，使跨越管（13）内水流方向与二次网回水管（10）内水流方向一致。
10.根据权利1所述的水能回收式换热机组，其特征在于：所述电动调节阀（15）调节开度时，会改变通过水轮机（14）的流量。
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