CN108180674A - 一种模块化区域供冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化区域供冷系统，包括冷却系统、制冷与蓄冷系统、变频分布泵系统，其中冷却系统包括余热热源管道、余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2、冷却水输送水泵BQ；制冷与蓄冷系统包括水冷电制冷冷水机组b1～b3、电动蝶阀v1～v4、蓄冷池、分水器、冷冻水二级泵BL；其中冷却水输送水泵BQ将冷却水输送至供冷站，水冷电制冷冷水机组b1～b3利用分设的冷却水泵按需抽取冷却水并逐级利用；水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池通过电动蝶阀v1～v4切换串联、并联运行工况。本发明能够提升供冷站装机容量与运行效率，充分发挥区域供冷集约化、能源高效利用的优势。

Description

一种模块化区域供冷系统

技术领域

本发明涉及区域供冷领域，特别涉及一种模块化区域供冷系统。

背景技术

近年来区域集中供冷作为一种高度集约化、能源高效利用技术，在国内得到了大力推广，为城市的能源供应、低碳化建设、节能减排及绿色发展做出了突出的贡献。随着项目的实际推进，区域供冷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。从近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，主要有以下三个问题：

一、制冷能耗问题；为实现大温差供冷，制冷主机需运行在低温工况，冷冻水出水温度的降低致使主机效率迅速下降，相同供冷量下能耗增加，无法发挥主机高效运行能力。

二、冷冻水输送问题；区域供冷系统小温差、大流量的特性导致其冷冻水输送能耗较高，约占整个系统能耗8.5％左右，远高于冷损失。同时也制约着区域供冷半径。且常用的冷冻水二级泵及枝状管网组成的输送系统，为满足最不利用户，二级泵扬程选型偏大，常存在近端用户需节流，远端用户资用压头又不足的情况，因而用户末端需严格控制阻力损失，造成能源浪费和投资双重浪费。

三、冷却问题；供冷站常建设于负荷中心，受限于用地、装机容量、建设形式、环境噪声等，往往因地面冷却塔摆放面积有限制约装机容量，无法发挥区域供冷集约化、规模化效应。冷却塔运行时又易形成噪声污染。供冷站采用附建式等地下、半地下形式时冷却塔需摆放在其他建筑屋面，对城市建设及环境造成较大影响，同时增加冷却水泵输送能耗；即使采用独立式建筑，冷却塔集中摆放于供冷站屋面时，集群效应造成的局部热岛使冷却塔运行效率下降，影响主机能耗。

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，提供一种模块化区域供冷系统，将原有集中在供冷站的系统因地制宜的进行拆解和优化，将区域供冷站分解为冷却系统、制冷系统与分布式输送系统三个模块化系统，原供冷站只留下经优化后的制冷系统，从而以较小的投资增加，提升供冷站装机容量与运行效率，充分发挥区域供冷集约化、能源高效利用的优势。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种模块化区域供冷系统，包括冷却系统、制冷与蓄冷系统、变频分布泵系统，其中

冷却系统包括余热热源管道、余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2、冷却水输送水泵BQ；其中余热热源管道输送余热驱动串联运行的余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2，将冷却回水降温得到低温冷却水，低温冷却水经过冷却水输送水泵BQ输送至制冷与蓄冷系统；

制冷与蓄冷系统包括水冷电制冷冷水机组b1～b3、电动蝶阀v1～v4、蓄冷池、分水器、冷冻水二级泵BL；其中，冷却水输送水泵BQ将冷却水输送至供冷站，水冷电制冷冷水机组b1～b3利用分设的冷却水泵按需抽取冷却水并逐级利用；水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池通过电动蝶阀v1～v4切换串联、并联运行工况；

电动蝶阀v1和v2安装于区域供冷系统的会水主管上，电动蝶阀v3和v4安装于区域供冷系统的供水主管上，电动蝶阀v1与v3安装于区域供冷系统的制冷机侧，电动蝶阀v2与v4安装于区域供冷系统的冰池侧；

变频分布泵系统包括一个以上的用户、冷冻水供回水干管，一个以上的用户接入到冷冻水供回水干管。

所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池串联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v1、v4，关闭电动蝶阀v2、v3，水冷电制冷冷水机组b1～b3制取冷冻水，并联后进入蓄冷池继续降温后，进入分水器，经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，此工况为高负荷运行工况。

所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池并联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v2、v3可将水冷电制冷冷水机组b1～b3切换为并联，关闭电动蝶阀v1、v4时即为蓄冷池单独供冷工况，冷冻水回水直接进入蓄冷池，降温后经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，适用于低负荷区。

所述用户直接接入冷冻水供回水干管。直接接入冷冻水供回水干管适用于近端用户，此时利用二级泵富余压头提供板换循环动力。

所述用户通过分布泵接入冷冻水供回水干管。远端用户cu1、cu2、cun经各自分布泵c1、c2、cn接入干管，各用户系统之间并联；同时位置相近的用户如cu2也可以分组并联后与分布泵串联，以减少水泵数量。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明利用高效制冷系统替代供冷站冷却塔，提供优质冷却水提升主机运行效率，同时释放供冷站供冷能力，并提升环境效益。

2、本发明修改制冷主机与蓄冷系统组合运行模式，主机上游串联蓄冷系统下游，改善主机运行工况，提升供冷站运行效率。

3、本发明利用变频分布泵减少二级泵系统输送能耗，减少输送冷损失。

4、本发明利用模块化系统设计减少供冷站工艺复杂度，优化设备布置与管线，减少运行阻力。

5、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。

6、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。

附图说明

图1是本发明所述一种模块化区域供冷系统的结构示意图。

其中，附图标记的含义如下：

1-余热吸收式冷水机组a1、2-冷却系统余热吸收式冷水机组a2、3-冷却水输送水泵BQ、4-水冷电制冷冷水机组b1、5-水冷电制冷冷水机组b2、6-水冷电制冷冷水机组b3、7-冷冻水二级泵BL、8-电动蝶阀v1、9-电动蝶阀v2、10-电动蝶阀v3、11-电动蝶阀v4、

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1，一种模块化区域供冷系统，包括冷却系统A、制冷与蓄冷系统B、变频分布泵系统C，其中

冷却系统包括余热热源管道、余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2、冷却水输送水泵BQ；其中余热热源管道输送余热驱动串联运行的余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2，将冷却回水降温得到低温冷却水，低温冷却水经过冷却水输送水泵BQ输送至制冷与蓄冷系统；

制冷与蓄冷系统包括水冷电制冷冷水机组b1～b3、电动蝶阀v1～v4、蓄冷池、分水器、冷冻水二级泵BL；其中冷却水输送水泵BQ将冷却水输送至供冷站，水冷电制冷冷水机组b1～b3利用分设的冷却水泵按需抽取冷却水并逐级利用，并可通过设置的旁通阀旁通任一机组；水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池通过电动蝶阀v1～v4切换串联、并联运行工况；

电动蝶阀v1和v2安装于区域供冷系统的会水主管上，电动蝶阀v3和v4安装于区域供冷系统的供水主管上，电动蝶阀v1与v3安装于区域供冷系统的制冷机侧，电动蝶阀v2与v4安装于区域供冷系统的冰池侧；

变频分布泵系统包括一个以上的用户、冷冻水供回水干管，一个以上的用户接入到冷冻水供回水干管。

所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池串联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v1、v4，关闭电动蝶阀v2、v3，水冷电制冷冷水机组b1～b3制取冷冻水，并联后进入蓄冷池继续降温后，进入分水器，经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，此工况为高负荷运行工况。

所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池并联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v2、v3可将水冷电制冷冷水机组b1～b3切换为并联，关闭电动蝶阀v1、v4时即为蓄冷池单独供冷工况，冷冻水回水直接进入蓄冷池，降温后经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，适用于低负荷区。

所述用户直接接入冷冻水供回水干管。直接接入冷冻水供回水干管适用于近端用户，此时利用二级泵富余压头提供板换循环动力。

所述用户通过分布泵接入冷冻水供回水干管。远端用户cu1、cu2、cun经各自分布泵c1、c2、cn接入干管，各用户系统之间并联；同时位置相近的用户如cu2也可以分组并联后与分布泵串联，以减少水泵数量。

其中涉及到的符号含义归纳如表1所示：

表1

所述冷却系统，包含冷却水制冷系统及冷却水输送系统；冷却水制冷系统主要形式为余热制冷或热泵制冷等，主要目的在于以高效冷却水制冷系统替代原设置于供冷站的冷却塔并转移至负荷中心以外，同时为供冷站制冷主机提供超低温冷却水，提升主机运行效率。为增大冷却水温差减少输送水量，冷却水制冷系统可上下游串联运行，制冷系统在利用冷却水时也可以串联运行。

所述制冷与蓄冷系统以制冷系统上游串联蓄冷系统下游的大温差工况方式运行，以使制冷主机运行在效率较高的高温工况，提升主机运行效率。制冷系统所使用的低温冷却水串联运行，提升冷却水利用率。

所述模块化区域供冷系统还包括分布式输送模块，分布式输送模块包含冷冻水二级泵及用户分布泵系统；二级泵负责提供冷冻水主干管循环动力，用户分布泵负责主干管与用户支路循环动力，主要目的在于利用灵活分布和变频运行的分布泵系统减少二级泵扬程以减少冷冻水输送系统能耗，提升运行效率，并扩大输送半径。

将区域供冷冷却系统及输送系统从供冷站转移，并利用大温差冷却水提升主机效率与减少输送能耗，同时利用分布泵系统减少二级泵输送能耗，可极大提升供冷站装机容量，同时提升供冷站运行及输送能耗，提升运行经济性，有利于扩大供冷半径。

供冷站冷却系统模块设置于余热电厂，利用余热蒸汽、热水或烟气废热等进行余热吸收式制冷。余热吸收机两级等温差串联，制取低温冷却水。串联吸收机第一级供回水温度22/38℃，吸收机第一级供回水温度14/22℃；冷却系统模块总供回水温度14/38℃。

供冷站制冷系统模块设置于供冷站，双工况主机利用冷却系统提供的超低温冷却水制冷或蓄冰。冷却水三级串联使用，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℃。各串联主机回路均设有专用冷却水循环泵及旁通管，增加串联系统运行稳定性与安全性。

供冷站冷却系统模块设置于余热电厂，利用余热蒸汽、热水或烟气废热等进行余热吸收式制冷。余热吸收机两级等温差串联，制取低温冷却水。串联吸收机第一级供回水温度25/34℃，吸收机第一级供回水温度16/25℃；冷却系统模块总供回水温度14/34℃。

供冷站制冷系统模块设置与供冷站，双工况主机利用冷却系统提供的超低温冷却水制冷或蓄冰。冷却水三级串联使用，第一级冷却水供回水温度为16/22℃，第二级供回水温度为22/28℃，第三级供回水温度为28/34℃。

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)。

供冷站变频分布式泵系统模块由设置于供冷站的二级泵与设置于用户板换间的分布泵组成，主管网循环由供冷站内分水器接出，由冷冻水二级泵提供管网循环动力，用户端通过三级泵从主管网中按需抽水，经用户板换间换热后送回主管网，近端满足压力需求的可直接通过用户入口装置接入主管网。用户三级泵与用户入口装置及板换间串联，各用户系统之间并联；同时位置相近的用户也可以分组并联后与三级泵串联，以减少三级泵数量。各循环水泵均配备有变频调速装置及控制单元。

需要说明的是，图1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。

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)

1.一种模块化区域供冷系统，其特征在于：包括冷却系统、制冷与蓄冷系统、变频分布泵系统，其中

冷却系统包括余热热源管道、余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2、冷却水输送水泵BQ；其中余热热源管道输送余热驱动串联运行的余热吸收式冷水机组a1、冷却系统余热吸收式冷水机组a2，将冷却回水降温得到低温冷却水，低温冷却水经过冷却水输送水泵BQ输送至制冷与蓄冷系统；

制冷与蓄冷系统包括水冷电制冷冷水机组b1～b3、电动蝶阀v1～v4、蓄冷池、分水器、冷冻水二级泵BL；其中，冷却水输送水泵BQ将冷却水输送至供冷站，水冷电制冷冷水机组b1～b3利用分设的冷却水泵按需抽取冷却水并逐级利用；水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池通过电动蝶阀v1～v4切换串联、并联运行工况；

电动蝶阀v1和v2安装于区域供冷系统的会水主管上，电动蝶阀v3和v4安装于区域供冷系统的供水主管上，电动蝶阀v1与v3安装于区域供冷系统的制冷机侧，电动蝶阀v2与v4安装于区域供冷系统的冰池侧；

变频分布泵系统包括一个以上的用户、冷冻水供回水干管，一个以上的用户接入到冷冻水供回水干管。

2.根据权利要求1所述一种模块化区域供冷系统，其特征在于：所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池串联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v1、v4，关闭电动蝶阀v2、v3，水冷电制冷冷水机组b1～b3制取冷冻水，并联后进入蓄冷池继续降温后，进入分水器，经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，此工况为高负荷运行工况。

3.根据权利要求1所述一种模块化区域供冷系统，其特征在于：所述水冷电制冷冷水机组b1～b3与蓄冷池并联工况，其具体实现方式为：打开电动蝶阀v2、v3可将水冷电制冷冷水机组b1～b3切换为并联，关闭电动蝶阀v1、v4时即为蓄冷池单独供冷工况，冷冻水回水直接进入蓄冷池，降温后经冷冻水二级泵BL输送至供冷管网，适用于低负荷区。

4.根据权利要求1所述一种模块化区域供冷系统，其特征在于：所述用户直接接入冷冻水供回水干管。

5.根据权利要求1所述一种模块化区域供冷系统，其特征在于：所述用户通过分布泵接入冷冻水供回水干管。