CN108930995A - 一种太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种将太阳能与工业余热资源结合利用的新型供暖系统，涉及新型集中供热技术领域。该系统包括热源站单元、蓄热单元、梯级换热站单元、用户单元、一次网循环管路和主控装置。本系统采用低温工业余热为主热源，与工业余热换热后的一次网循环水采用梯级换热的方法充分降温后返回热源站单元，有效提升循环水的利用效率。当主热源负荷波动时，太阳能蓄热及时予以补充稳定工况，保证用户的舒适性。本系统既克服了低品位工业余热用于供暖时负荷波动的问题，同时解决了太阳能供暖时受天气影响的问题，二者优势互补相得益彰，对节约能源、保护环境意义重大。

Description

一种太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统
技术领域
本发明涉及新型集中供热技术领域，具体涉及一种太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统。
背景技术
在工业企业的生产过程中，不可避免的产生了大量未被利用就排放到环境中的热能，称之为低品位工业余热。以钢铁工业为例，其来源主要有炉渣余热、产品显热、烟气余热等。据统计，低品位工业余热约占工业余热总量的60％，但却得不到有效利用，不仅导致企业的能源利用效率得不到提升，也严重地影响了企业周边的自然生态环境。当前，一些集中供热系统通过回收利用低品位工业余热，解决废热重新利用问题，但由于是单热源供热，余热负荷容易波动，导致集中供热系统的用户端负荷不稳定，从而影响供暖质量，而且如何有效提升循环水利用效率，降低一次网循环水水温也制约了余热供暖的发展。因此，提出一种负荷稳定的新型集中供热系统意义重大。
太阳能是一切能源的始态，随着太阳能收集技术的成熟，利用太阳能日益成为可再生能源利用中的首选。但目前太阳能的使用成本较高，且容易受天气影响。所以太阳能很难作为单一热源用于供暖，而是与其他类型的能源或装置联合供暖。因此，如果能实现太阳能和低品位工业余热联合供暖，克服各自使用时的缺点，保持供暖系统运行的稳定，将有效地解决北方地区冬季的污染问题，提升清洁能源的供暖比例。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为解决现有低品位工业余热用于供暖时供暖负荷不稳定，低品位工业余热利用效率和清洁能源供暖比例低的问题，本发明提供一种基于太阳能和低品位工业余热联合供暖的系统。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种基于太阳能和低品位工业余热联合供暖的系统，
包括热源站单元、蓄热单元、梯级换热站单元、用户单元、一次网循环管路和主控装置，
所述蓄热单元和热源站单元通过管路连接，管路上安装有第一温控开关，
所述热源站单元与梯级换热站单元通过一次网循环管路连接，管路上安装有第五循环水泵和第六循环水泵，
梯级换热站单元与用户单元通过循环管路连接，
所述蓄热单元包括蓄热器和太阳能集热器，所述蓄热器通过三条管道与太阳能集热器连通，所述三条管道中的第一条管道安装有第一质量流量传感器和第一循环水泵，所述三条管道中的第二条管道安装有第二温控开关，所述三条管道中的第三条管道安装有第一电磁三通阀和第二循环水泵；
所述热源站单元包括进水管，进水管上安装有第二质量流量传感器和第四循环水泵。
主控装置与第一质量流量传感器和第一电磁三通阀通讯连接。
进一步的，热源站单元包括热源站换热器、单效溴化锂吸收式热泵、双效溴化锂吸收式热泵，所述热源站换热器、单效溴化锂吸收式热泵和双效溴化锂吸收式热泵的热源侧进水口通过三条管路分别与热源站单元进水管连接，热源站换热器与热源站单元进水管之间的管路上、单效溴化锂吸收式热泵与热源站单元进水管之间的管路上和双效溴化锂吸收式热泵与热源站单元进水管之间的管路上都安装有循环水泵，所述热源站换热器、单效溴化锂吸收式热泵和双效溴化锂吸收式热泵的循环水侧通过一次网循环管路连接。
进一步的，梯级换热站单元包括第一梯级换热站电磁三通阀、第一梯级换热站换热器、第二梯级换热站电磁三通阀、第二梯级换热站换热器、第三梯级换热站换热器和第四梯级换热站换热器，
第一梯级换热站电磁三通阀的第一接口通过管路与一次网循环管路连接；第二接口通过管路与第一梯级换热站换热器热水侧进水口连接；第三接口通过管路与第一梯级换热站换热器热水侧出水口连接后通过管路与第二梯级换热站电磁三通阀第一接口连接，
第二梯级换热站电磁三通阀的第二接口通过管路与第二梯级换热站换热器热水侧进水口连接，第三接口通过管路第二梯级换热站换热器热水侧出水口连接，
进一步的，梯级换热站单元的换热器的用户端进水口通过管路用户单元的出水口连接；所述梯级换热站单元的换热器的用户端出水口通过管路与用户单元的进水口连接。
进一步的，当用户单元的出水口出水温度降至20℃时，作为用户单元回水通过第五循环水泵加压输送到热源站换热器进行换热。
进一步的，所述用户单元的出水口与梯级换热站单元的换热器的用户端进水口之间的管路上安装有测温器；用户单元的室内安装有室内测温器。
进一步的，主控装置采用PLC控制器，主控装置接收来自第一质量流量传感器、第二质量流量传感器、室内测温器和测温器等传感器检测的信号，对第一电磁三通阀和第一梯级换热站电磁三通阀等执行器发出信号使之动作。
进一步的，所述热源站单元进水为低品位工业余热，温度为50℃ -100℃。
进一步的，所述低品位工业余热的负荷波动上限为5％。
进一步的，经过热源站换热器、单效溴化锂吸收式热泵和双效溴化锂吸收式热泵的循环水侧换热后的热水水温为110℃-130℃。
(三)有益效果
本发明提出了一种以清洁能源为供暖热源的新型供暖系统，既解决了低品位工业余热单独供暖时负荷波动的问题，又解决了太阳能收集时受天气影响的问题。本发明具有以下优点：
1、环保无污染：所选热源为低温工业余热和太阳能，前者若不加以利用直接排放，既浪费了资源又污染企业周边环境。后者取之不尽用之不竭，是理想的清洁能源；
2、解决了供暖系统负荷波动的问题：单一的余热供暖模式因余热产量、温度的变化而波动，将太阳能作为热源之一可以有效地互补利用，稳定负荷；
3、在有效拉大一次网供回水温差，增大管网输配比时，实现了能源的梯级利用和供暖面积的增加；
4、由于本系统采用低品位工业余热为主热源，有效地解决了企业废热利用问题，实现了企业能源综合利用效率的提升；
5、通过主控装置的控制调节，实现了系统运行的半自动化，有效降低系统的运行成本。
附图说明
图1是本发明系统的原理及装置连接示意图；
图2是本发明梯级换热站具体的原理及设备连接示意图；
图3是本发明蓄热单元的结构示意图；
图4是本发明热源站单元的结构示意图；
图5是本发明一次网循环管路的结构示意图；
图6是本发明用户单元的结构示意图。
【附图标记说明】
1、蓄热器；2、双效溴化锂吸收式热泵；3、单效溴化锂吸收式热泵； 4、热源站换热器；5、太阳能集热器；6、第三循环水泵；7、测温器；8、室内测温器；9、第一梯级换热站电磁三通阀；10、第五循环水泵；11、主控装置；12、第一电磁三通阀；13、第一温控开关；14、第一质量流量传感器；15、第二质量流量传感器；16、第二温控开关；17、第一循环水泵；18、第二循环水泵；19、第四循环水泵；20、第六循环水泵； 21、第三梯级换热站换热器；22、第四梯级换热站换热器；23、第一梯级换热站换热器；24、第二梯级换热站换热器；25、第二梯级换热站电磁三通阀。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示主控装置11采用PLC控制器或其他的控制器，主控装置 11接收来自第一质量流量传感器14、第二质量流量传感器15、室内测温器8和测温器7等传感器检测的信号，对第一电磁三通阀12和第一梯级换热站电磁三通阀9等执行器发出信号使之动作。
蓄热单元包括太阳能集热器5、蓄热器1、第一质量流量传感器14、第一循环水泵17、第二循环水泵18、第三循环水泵6、第一电磁三通阀 12、第一温控开关13和第二温控开关16。冷水经过第三循环水泵6加压后通过第一电磁三通阀12流入太阳能集热器5进行加热。并输送到蓄热器1中将热量储存起来，蓄热器1中热水温度降低后又流经第一质量流量传感器14经过第一循环水泵17加压流回太阳能集热器5中继续加热，如此不断循环。当第一质量流量传感器14检测到循环水量减少时，主控装置11会启动第一电磁三通阀12对太阳能集热器5进行水量的补给。
热源站单元包括热源站换热器4、单效溴化锂吸收式热泵3、双效溴化锂吸收式热泵2、进水管、第二质量流量传感器15和第四循环水泵19，热源站换热器4、单效溴化锂吸收式热泵3和双效溴化锂吸收式热泵2的热源侧进水口通过三条管路分别与热源站单元进水管连接，热源站换热器4与热源站单元进水管之间的管路上、单效溴化锂吸收式热泵3与热源站单元进水管之间的管路上和双效溴化锂吸收式热泵2与热源站单元进水管之间的管路上都安装有循环水泵，所述热源站换热器4、单效溴化锂吸收式热泵3和双效溴化锂吸收式热泵2的循环水侧通过一次网循环管路连接。
一次网循环管路安装有第五循环水泵10和第六循环水泵20。
用户单元回水通过第五循环水泵10加压输送到热源站换热器4温度升高后，再依次通过单效溴化锂吸收式热泵3和双效溴化锂吸收式热泵2，使循环水温度达到供暖需求的温度。热源站换热器4、单效溴化锂吸收式热泵3、双效溴化锂吸收式热泵2的驱动热源均来源于通过第四循环水泵19加压并流经第二质量流量传感器15的低品位工业余热。
当第二质量流量传感器15检测到低品位工业余热负荷发生波动时，主控装置11会启动电磁三通阀12，使冷水通过第二循环水泵18加压后流入蓄热器1加热达到一定的温度后，温控开关13打开，热水输送到双效溴化锂吸收式热泵2内，以填补因低品位工业余热负荷发生波动而产生的热量缺失。用户单元回水经过热源站换热后通过第六循环水泵20加压经过第一梯级换热站电磁三通阀9流入梯级换热站。
经过热源站换热后的水温为110℃-130℃，本实施例选取120℃对本发明进行描述。
热源站换热器、单效溴化锂吸收式热泵3、双效溴化锂吸收式热泵2、第五循环水泵10、第六循环水泵20和梯级换热站单元通过一次网循环管路连接形成循环管路。
在用户单元的用户室内和用户进水管分别安装有室内测温器8和测温器7用以检测水温。
当室内测温器8和测温器7检测到因环境变化而导致相应温度变化时，将信号发送到主控装置11，经主控装置11处理后，启动第一梯级换热站电磁三通阀9对一次网循环管路流入梯级换热站的热水进行流量调节。
如图2所示梯级换热站包括第一梯级换热站电磁三通阀9、第一梯级换热站换热器23、第二梯级换热站电磁三通阀25、第二梯级换热站换热器24、第三梯级换热站换热器21和第四梯级换热站换热器22，
第一梯级换热站电磁三通阀9的第一接口通过管路与一次网循环管路连接；第二接口通过管路与第一梯级换热站换热器23热水侧进水口连接；第三接口通过管路与第一梯级换热站换热器23热水侧出水口连接后通过管路与第二梯级换热站电磁三通阀25第一接口连接，
第二梯级换热站电磁三通阀25的第二接口通过管路与第二梯级换热站换热器24热水侧进水口连接，第三接口通过管路第二梯级换热站换热器24热水侧出水口连接，
同理，第二梯级换热站换热器(24)与第三梯级换热站换热器(21) 的连接关系和第三梯级换热站换热器(21)与第四梯级换热站换热器(22) 之间的连接关系同第一梯级换热站换热器(23)与第二梯级换热站换热器(24)之间的连接关系相同，
来自一次网循环管路的120℃的热水经第一梯级换热站换热器23与用户单元进行换热，换热后温度降低为60℃，然后与第一梯级换热站电磁三通阀9另一出口的热水混合后，热水温度降为90℃；
接着经第二梯级换热站电磁三通阀25分配调节后，热水的一部分进入第二梯级换热站换热器24与用户单元进行换热，换热后与第二梯级换热站电磁三通阀25另一出口的热水混合后热水温度为70℃；
同理，经第三梯级换热站换热器21换热后再混合的热水温度为60℃；
接着热水通过第四梯级换热站换热器22进行换热，热水温度降为 40℃；最后热水经过某一用户端的散热设备，温度降低20℃。至此，经过梯级换热站换热后热水温度从120℃降低为20℃，作为用户单元回水通过第五循环水泵10加压输送到热源站换热器4进行换热。
用户单元出水口与梯级换热站单元的换热器的用户端进水口通过管路连接；用户单元进水口与梯级换热站单元的换热器的用户端出水口通过管路连接，用户单元的冷水经由梯级换热站单元的换热器的用户单元进水口流入梯级换热站单元的换热器进行换热，换热后经由梯级换热站单元的换热器的用户单元出水口流回用户单元，通过用户单元的散热器将热量释放出来对用户进行供暖。
本发明在原有的利用低品位工业余热进行供暖的系统的基础上增加了蓄热单元，通过利用太阳能对冷水进行加热并储存起来。在低品位工业余热负荷发生波动时，对热源站单元进行热源补给，提高了利用低品位工业余热进行供暖的稳定性。既解决了低品位工业余热单独供暖时负荷波动的问题，又解决了太阳能收集时受天气影响的问题。二者优势互补相得益彰，对节约能源、保护环境意义重大。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，包括热源站单元、蓄热单元、梯级换热站单元、用户单元、一次网循环管路和主控装置(11)，
所述蓄热单元和热源站单元通过管路连接，管路上安装有第一温控开关(13)，
所述热源站单元与梯级换热站单元通过一次网循环管路连接，管路上安装有第五循环水泵(10)和第六循环水泵(20)，
梯级换热站单元与用户单元通过循环管路连接，
所述蓄热单元包括蓄热器(1)和太阳能集热器(5)，所述蓄热器(1)通过三条管道与太阳能集热器(5)连通，所述三条管道中的第一条管道安装有第一质量流量传感器(14)和第一循环水泵(17)，所述三条管道中的第二条管道安装有第二温控开关(16)，所述三条管道中的第三条管道安装有第一电磁三通阀(12)和第二循环水泵(18)；
所述热源站单元包括进水管，进水管上安装有第二质量流量传感器(15)和第四循环水泵(19)。
2.根据权利要求1所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，热源站单元包括热源站换热器(4)、单效溴化锂吸收式热泵(3)、双效溴化锂吸收式热泵(2)，所述热源站换热器(4)、单效溴化锂吸收式热泵(3)和双效溴化锂吸收式热泵(2)的热源侧进水口通过三条管路分别与热源站单元进水管连接，热源站换热器(4)与热源站单元进水管之间的管路上、单效溴化锂吸收式热泵(3)与热源站单元进水管之间的管路上和双效溴化锂吸收式热泵(2)与热源站单元进水管之间的管路上都安装有循环水泵，所述热源站换热器(4)、单效溴化锂吸收式热泵(3)和双效溴化锂吸收式热泵(2)的循环水侧通过一次网循环管路连接。
3.根据权利要求1所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述梯级换热站单元包括第一梯级换热站电磁三通阀(9)、第一梯级换热站换热器(23)、第二梯级换热站电磁三通阀(25)、第二梯级换热站换热器(24)、第三梯级换热站换热器(21)和第四梯级换热站换热器(22)，
第一梯级换热站电磁三通阀(9)的第一接口通过管路与一次网循环管路连接；第二接口通过管路与第一梯级换热站换热器(23)热水侧进水口连接；第三接口通过管路与第一梯级换热站换热器(23)热水侧出水口连接后通过管路与第二梯级换热站电磁三通阀(25)第一接口连接，
第二梯级换热站电磁三通阀(25)的第二接口通过管路与第二梯级换热站换热器(24)热水侧进水口连接，第三接口通过管路第二梯级换热站换热器(24)热水侧出水口连接。
4.根据权利要求3所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述梯级换热站单元的换热器的用户端进水口通过管路用户单元的出水口连接；所述梯级换热站单元的换热器的用户端出水口通过管路与用户单元的进水口连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，当用户单元的出水口出水温度降至20℃时，作为用户单元回水通过第五循环水泵(10)加压输送到热源站换热器(4)进行换热。
6.根据权利要求4所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述用户单元的出水口与梯级换热站单元的换热器的用户端进水口之间的管路上安装有测温器(7)；用户单元的室内安装有室内测温器(8)。
7.根据权利要求1所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述主控装置(11)采用PLC控制器，主控装置(11)接收来自第一质量流量传感器(14)、第二质量流量传感器(15)、室内测温器(8)和测温器(7)等传感器检测的信号，对第一电磁三通阀(12)和第一梯级换热站电磁三通阀(9)等执行器发出信号使之动作。
8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述热源站单元进水为低品位工业余热，温度为50℃-100℃。
9.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，所述低品位工业余热的负荷波动上限为5％。
10.根据权利要求2所述的太阳能和低品位工业余热联合供暖的集中供热系统，其特征在于，经过热源站换热器(4)、单效溴化锂吸收式热泵(3)和双效溴化锂吸收式热泵(2)的循环水侧换热后的热水水温为110℃-130℃。
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