CN108800661A - 一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法，该系统包括离心式热泵机组，离心式热泵机组分别与汽水换热器、连排废热回收器并联连接，离心式热泵机组包括蒸发器和冷凝器，发电机组与蒸发器循环水泵组的一端连接，蒸发器循环水泵组的另一端与蒸发器的入口连接；蒸发器的出口分别与中间水池、区域空调供水管连接；冷凝器的出口与区域空调供水管、方形横流冷却塔的进口连接，方形横流冷却塔的出口和区域空调回水管分别与冷凝器循环水泵组连接，冷凝器循环水泵组的另一端分别与冷凝器的入口、汽水换热器和连排废热回收器连接。本发明实现冬季向建筑物供热，夏季向建筑物供冷，并减少水泵数量，减少机房占地面积，节地、节材。

Description

一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法。

背景技术

为了提倡节能减排项目，热泵主机冬季利用发电厂凝汽器上塔余热水，制取60℃热水，为生活区住宅与商场、宾馆、酒店提供采暖热源，同时为针织品生产车间提供空调热源。热泵主机夏季为商场、宾馆、酒店及车间提供冷源。

由于热泵主机冷热联供，冬夏季冷凝器与蒸发器运行参数差异较大，设计中需要配置二种工况的水泵，由于设计师对热泵主机参数选取原理把握不准，未深入研究输配系统水泵设备的节约配置问题，导致常规配置方式水泵台数过多，造成机房占地面积增大，配电系统复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法，实现冬季向建筑物供热，夏季向建筑物供冷，并减少水泵数量，减少机房占地面积，节地、节材。

本发明所采用的技术方案是：

一种火力发电厂余热利用热泵系统，该系统包括离心式热泵机组、汽水换热器、连排废热回收器、蒸发器循环水泵组、冷凝器循环水泵组和方形横流冷却塔，所述离心式热泵机组分别与汽水换热器、连排废热回收器并联连接，所述离心式热泵机组包括蒸发器和冷凝器，发电机凝汽器通过管道与蒸发器循环水泵组的一端连接，所述蒸发器循环水泵组的另一端与所述蒸发器的入口连接；所述蒸发器的出口分别通过管道与中间水池、区域空调供水管连接；所述冷凝器的出口分别通过管道与区域空调供水管、方形横流冷却塔的进口连接，所述方形横流冷却塔的出口和区域空调回水管分别与冷凝器循环水泵组的一端连接，所述冷凝器循环水泵组的另一端分别与冷凝器的入口、汽水换热器和连排废热回收器连接。

进一步的，所述蒸发器循环水泵组与发电机凝汽器连接的管道上、冷凝器的出口与区域空调供水管连接的管道上、蒸发器的出口与中间水池连接的管道上以及冷凝器循环水泵组与区域空调回水管连接的管道上分别设置有第一冬夏季转换阀；

所述蒸发器循环水泵组与区域空调回水管连接的管道上、蒸发器的出口与区域空调供水管连接的管道上、冷凝器的出口与方形横流冷却塔连接的管道上以及冷凝器循环水泵组与方形横流冷却塔的出口连接的管道上设置有第二冬夏季转换阀。

进一步的，还包括稳压膨胀器，所述稳压膨胀器的进水口与自来水管连接，所述稳压膨胀器的出水口通过定压管与区域空调回水管连接。

进一步的，还包括洗浴供水机组，所述洗浴供水机组的进口与连排废热回收器的一端连接，所述洗浴供水机组的出口通过连排专用循环水泵组与连排废热回收器的另一端连接，所述洗浴供水机组的出水口与洗浴热水供水管连接，所述洗浴供水机组的回水口与洗浴热水循环管连接。

进一步的，所述蒸发器循环水泵组与发电机组连接的管道上、连排废热回收器与冷凝器循环水泵的另一端连接的管道上、汽水换热器与冷凝器循环水泵的另一端连接的管道上以及冷凝器循环水泵的一端与方形横流冷却塔的出口连接的管道上分别设置有流量计和阀门。

进一步的，所述蒸发器循环水泵组由三个并联的蒸发器循环水泵组成，所述冷凝器循环水泵组由三个并联的冷凝器循环水泵组成，所述连排专用循环水泵组由两个并联的连排专用循环水泵组成。

进一步的，所述蒸发器和冷凝器的入口连接管道、蒸发器和冷凝器的出口连接管道、区域空调供水管以及区域空调回水管上分别设置有压力表和温度计，所述区域空调供水管和区域空调回水管之间还连接有压差控制阀。

进一步的，所述离心式热泵机组、汽水换热器、连排废热回收器、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵、方形横流冷却塔和洗浴供水机组的回水管上分别设置有离子棒水处理器。

采用如上所述的火力发电厂余热利用热泵系统的工作方法，该方法包括以下步骤：

冬季供热时，控制每个第一冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，发电机组的循环水一路进入电厂冷却塔，一路经过蒸发器循环水泵组进入离心式热泵机组中，经离心式热泵机组换热后的余热水通过蒸发器的出口流入中间水池，另一侧空调水通过冷凝器被加热，区域空调回水管的回水经过冷凝器循环水泵组进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供热；

夏季供冷时，控制每个第二冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，冷却塔的冷水经过冷凝器循环水泵进入离心式热泵机组中，冷却离心式热泵机组，另一侧冷水通过蒸发器被降温，区域空调回水管的回水经过蒸发器循环水泵进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供冷。

进一步的，还包括：

冬季供热时，区域空调回水管中回水经过热泵机组冷凝器后，一部分流入连排废热回收器，经过连排废热回收器加热，吸收废热；连排废热流入洗浴供水机组，通过洗浴供水机组向洗浴系统提供热水，并接收洗浴热水循环管的回水经过连排专用循环水泵输送至连排废热回收器中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用离心式热泵机组、三个蒸发器循环泵、三个冷凝器循环泵、汽水换热器和连排废热回收器配合，冬季向建筑物供热，冬季发电机组的循环水在进入电厂冷却塔之间，分一支管引入热泵机组，经过蒸发器循环泵直接压入热泵机组，然后进入蓄水池，通过供热系统向建筑物供热；由方形横流冷却塔与热泵机组配合，在夏季时向有关建筑物供冷；减少水泵数量，减少机房占地面积，节地、节材；

(2)本发明采用离子棒水处理器处理循环水，避免产生水垢，并采用稳压膨胀器进行定压。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是火力发电厂余热利用热泵系统结构示意图；

其中，1、离心式热泵机组，2、汽水换热器，3、连排废热回收器，4、蒸发器循环水泵组，5、冷凝器循环水泵组，6、排专用循环水泵组，7、稳压膨胀器，8、方形横流冷却塔，9、第一冬夏季转换阀，10、第二冬夏季转换阀，11、蒸发器，12、冷凝器，13、发电机凝汽器，14、中间水池，15、电厂冷却塔，16、流量计，17、区域空调供水管，18、区域空调回水管，19、洗浴热水供水管，20、洗浴热水循环管，21、洗浴供水机组，22、定压管，23、压差控制阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在水泵台数过多，造成机房占地面积增大，配电系统复杂的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种火力发电厂余热利用热泵系统及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种火力发电厂余热利用热泵系统，该系统包括离心式热泵机组1、汽水换热器2、连排废热回收器3、蒸发器循环水泵组4、冷凝器循环水泵组5、方形横流冷却塔8和洗浴供水机组21。

所述离心式热泵机组1分别与汽水换热器2、连排废热回收器3并联连接，所述离心式热泵机组1包括蒸发器11和冷凝器12，发电机凝汽器13通过管道与蒸发器循环水泵组4的一端连接，所述蒸发器循环水泵组4的另一端与所述蒸发器11的入口连接；所述蒸发器11的出口分别通过管道与中间水池14(冬季)、区域空调供水管17(夏季)连接，所述冷凝器12的出口分别通过管道与区域空调供水管17(冬季)、方形横流冷却塔8(夏季)的进口连接，所述方形横流冷却塔8的出口和区域空调回水管18分别与冷凝器循环水泵组5的一端连接，所述冷凝器循环水泵组5的另一端分别与冷凝器12的入口、汽水换热器2和连排废热回收器3连接。

根据冷热负荷需求以及考虑厂内原有设备情况，本发明实施例选用一台离心式水源热泵机组。设计工况下参数为：冷冻水供回水温度7/12℃，热水供回水温度60/50℃，动机水源温度为22/17℃。据此选择离心式热泵机组，制冷量为2402KW，制热量为3000KW，制冷输入功率为510KW，制热输入功率为682KW。

在本实施例中，所述蒸发器循环水泵组4与发电机凝汽器13连接的管道上、冷凝器12的出口与区域空调供水管17连接的管道上、蒸发器11的出口与中间水池14连接的管道上以及冷凝器循环水泵组5与区域空调回水管18连接的管道上分别设置有第一冬夏季转换阀9；控制该第一冬夏季转换阀9冬季开夏季关。

所述蒸发器循环水泵组4与区域空调回水管18连接的管道上、蒸发器11的出口与区域空调供水管17连接的管道上、冷凝器12的出口与方形横流冷却塔8连接的管道上以及冷凝器循环水泵组5与方形横流冷却塔8的出口连接的管道上设置有第二冬夏季转换阀10，控制该第二冬夏季转换阀10夏季开冬季关。

本发明实施例提出的火力发电厂余热利用热泵系统还包括稳压膨胀器7，所述稳压膨胀器7的进水口与自来水管连接，所述稳压膨胀器7的出水口通过定压管22与区域空调回水管18连接。该稳压膨胀器7是集稳压器、膨胀器及补水泵于一体的新型稳压膨胀设备。采用稳压膨胀器进行定压。

本发明实施例提出的火力发电厂余热利用热泵系统还包括洗浴供水机组21，所述洗浴供水机组21的进口与连排废热回收器3的一端连接，所述洗浴供水机组21的出口通过连排专用循环水泵组6与连排废热回收器3的另一端连接，所述洗浴供水机组21的出水口与洗浴热水供水管19连接，所述洗浴供水机组21的回水口与洗浴热水循环管20连接。

在本实施例中，所述蒸发器循环水泵组4与发电机组13连接的管道上、连排废热回收器3与冷凝器循环水泵5的另一端连接的管道上、汽水换热器2与冷凝器循环水泵5的另一端连接的管道上以及冷凝器循环水泵5的一端与方形横流冷却塔8的出口连接的管道上分别设置有流量计16和阀门。

在本实施例中，所述蒸发器循环水泵组4由三个并联的蒸发器循环水泵组成，所述冷凝器循环水泵组5由三个并联的冷凝器循环水泵组成，所述连排专用循环水泵组6由两个并联的连排专用循环水泵组成。

在本实施例中，所述蒸发器和冷凝器的入口连接管道、蒸发器和冷凝器的出口连接管道、区域空调供水管以及区域空调回水管上分别设置有压力表和温度计，实现对系统的供、回水水温和水量监测；所述区域空调供水管和区域空调回水管之间还连接有压差控制阀23。

在本实施例中，所述离心式热泵机组、汽水换热器、连排废热回收器、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵、方形横流冷却塔和洗浴供水机组的回水管上分别设置有离子棒水处理器，采用离子棒处理方法处理循环水。

本发明实施例在所有水泵和热泵机组均设置减震基座，加装阻尼式减震器。在冬季，热泵系统启动顺序为：蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵和离心式热泵机组，冬季停机顺序相反。夏季热泵系统启动顺序为蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵和离心式热泵机组，夏季停机顺序相反，该热泵系统设置第一冬夏季转换阀和第二冬夏季转换阀，应在换季时进行切换。进行季节转换时，应将热泵机组和各系统水泵停机后，首先关闭全部第一冬夏季转换阀和第二冬夏季转换阀，再打开需要开启的阀门。

热泵机组采用温差台数控制，当用户侧负荷需求量减少时，空调水侧供回水温差减小，则首先对离心式热泵机组进行减载控制，当减至低于离心式热泵机组满负荷的10％时，则机组停机，相应的蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵也停机；反之，当负荷增大，供回水温差加大时，同样首先采用增加机组负载，当高于机组满负荷100％时，开启汽水换热器，同时开启相应的蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵。系统运行时尽量多利用废热及余热。

离心式热泵机组与汽水换热器及连排废热回收器并联连接，在制冷制热工况下，空调水侧和循环水侧额定水流量均不相同，在热泵机组的冷凝器、蒸发器侧分别设置阀门，并在调试阶段根据机组额定水流量调整好阀门开度。

本发明通过事先调整离心式热泵机组冷凝器、蒸发器冬夏季节供水水量参数，将离心式热泵机组配备的水泵由十二台减少到六台，配电系统减少了配套设备，机房面积减少30％，节地、节材，实现了水泵设备的节约配置。

本申请的另一种典型实施方式，提供了一种采用如上所述的火力发电厂余热利用热泵系统的工作方法，还方法包括以下步骤：

冬季供热时，控制每个第一冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，发电机组的循环水一路进入电厂冷却塔，一路经过蒸发器循环水泵组进入离心式热泵机组中，经离心式热泵机组换热后的余热水通过蒸发器的出口流入中间水池，另一侧空调水通过冷凝器被加热，区域空调回水管的回水经过冷凝器循环水泵组进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供热。

夏季供冷时，控制每个第二冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，冷却塔的冷水经过冷凝器循环水泵进入离心式热泵机组中，冷却离心式热泵机组，另一侧冷水通过蒸发器被降温，区域空调回水管的回水经过蒸发器循环水泵进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供冷。

本发明实施例提出的方法还包括：

冬季供热时，区域空调回水管中回水经过热泵机组冷凝器后，一部分流入连排废热回收器，经过连排废热回收器加热，吸收废热。连排废热流入洗浴供水机组，通过洗浴供水机组向洗浴系统提供热水，并接收洗浴热水循环管的回水经过连排专用循环水泵输送至连排废热回收器中。

本发明采用离心式热泵机组、三个蒸发器循环泵、三个冷凝器循环泵、汽水换热器和连排废热回收器配合，冬季向建筑物供热，冬季发电机组的循环水在进入电厂冷却塔之间，分一支管引入热泵机组，经过蒸发器循环泵直接压入热泵机组，然后进入蓄水池，并同时向建筑物供热；由方形横流冷却塔与热泵机组配合，在夏季时向有关建筑物供冷；减少水泵数量，减少机房占地面积，节地、节材。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，包括离心式热泵机组、汽水换热器、连排废热回收器、蒸发器循环水泵组、冷凝器循环水泵组和方形横流冷却塔，所述离心式热泵机组分别与汽水换热器、连排废热回收器并联连接，所述离心式热泵机组包括蒸发器和冷凝器，发电机凝汽器通过管道与蒸发器循环水泵组的一端连接，所述蒸发器循环水泵组的另一端与所述蒸发器的入口连接；所述蒸发器的出口分别通过管道与中间水池、区域空调供水管连接；所述冷凝器的出口分别通过管道与区域空调供水管、方形横流冷却塔的进口连接，所述方形横流冷却塔的出口和区域空调回水管分别与冷凝器循环水泵组的一端连接，所述冷凝器循环水泵组的另一端分别与冷凝器的入口、汽水换热器和连排废热回收器连接。

2.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，所述蒸发器循环水泵组与发电机组连接的管道上、冷凝器的出口与区域空调供水管连接的管道上、蒸发器的出口与中间水池连接的管道上以及冷凝器循环水泵组与区域空调回水管连接的管道上分别设置有第一冬夏季转换阀；

所述蒸发器循环水泵组与区域空调回水管连接的管道上、蒸发器的出口与区域空调供水管连接的管道上、冷凝器的出口与方形横流冷却塔连接的管道上以及冷凝器循环水泵组与方形横流冷却塔的出口连接的管道上设置有第二冬夏季转换阀。

3.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，还包括稳压膨胀器，所述稳压膨胀器的进水口与自来水管连接，所述稳压膨胀器的出水口通过定压管与区域空调回水管连接。

4.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，还包括洗浴供水机组，所述洗浴供水机组的进口与连排废热回收器的一端连接，所述洗浴供水机组的出口通过连排专用循环水泵组与连排废热回收器的另一端连接，所述洗浴供水机组的出水口与洗浴热水供水管连接，所述洗浴供水机组的回水口与洗浴热水循环管连接。

5.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，所述蒸发器循环水泵组与发电机组连接的管道上、连排废热回收器与冷凝器循环水泵的另一端连接的管道上、汽水换热器与冷凝器循环水泵的另一端连接的管道上以及冷凝器循环水泵的一端与方形横流冷却塔的出口连接的管道上分别设置有流量计和阀门。

6.根据权利要求4所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，所述蒸发器循环水泵组由三个并联的蒸发器循环水泵组成，所述冷凝器循环水泵组由三个并联的冷凝器循环水泵组成，所述连排专用循环水泵组由两个并联的连排专用循环水泵组成。

7.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，所述蒸发器和冷凝器的入口连接管道、蒸发器和冷凝器的出口连接管道、区域空调供水管以及区域空调回水管上分别设置有压力表和温度计，所述区域空调供水管和区域空调回水管之间还连接有压差控制阀。

8.根据权利要求1所述的火力发电厂余热利用热泵系统，其特征是，所述离心式热泵机组、汽水换热器、连排废热回收器、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵、方形横流冷却塔和洗浴供水机组的回水管上分别设置有离子棒水处理器。

9.如权利要求1-8中任一项所述的火力发电厂余热利用热泵系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

冬季供热时，控制每个第一冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵、连排专用循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，发电机组的循环水一路进入电厂冷却塔，一路经过蒸发器循环水泵组进入离心式热泵机组中，经离心式热泵机组换热后的余热水通过蒸发器的出口流入中间水池，另一侧空调水通过冷凝器被加热，区域空调回水管的回水经过冷凝器循环水泵组进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供热；

夏季供冷时，控制每个第二冬夏季转换阀、蒸发器循环水泵、冷凝器循环水泵和离心式热泵机组顺序打开，冷却塔的冷水经过冷凝器循环水泵进入离心式热泵机组中，冷却离心式热泵机组，另一侧冷水通过蒸发器被降温，区域空调回水管的回水经过蒸发器循环水泵进入离心式热泵机组中，依次循环向区域空调供冷。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，还包括：

冬季供热时，区域空调回水管中回水经过热泵机组冷凝器后，一部分流入连排废热回收器，经过连排废热回收器加热，吸收废热；连排废热流入洗浴供水机组，通过洗浴供水机组向洗浴系统提供热水，并接收洗浴热水循环管的回水经过连排专用循环水泵输送至连排废热回收器中。