CN109579108B - 一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法，属于热电联产节能技术领域。本发明包括热电联产机组、热网首站和二次换热站，热电联产机组包括汽轮机、空冷岛和背压凝汽器，热网首站包括热网加热器和疏水换热器，二次换热站包括热水型吸收式热泵和水水换热器；在一次网水管环路上依次安装背压凝汽器、疏水换热器、热网加热器、吸收式热泵和水水换热器，通过开启或关闭对应的阀门，实现背压凝汽器与疏水换热器的一次网水侧串、并联的切换连接，以及热水型吸收式热泵与水水换热器的二次网水侧串、并联的切换连接。本发明实现对一次网水和二次网水的梯级升温加热，有效减少了换热过程的不可逆损失，具有较高的实际运用价值。

Description

一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法，属于热电联产节能技术领域。

背景技术

随着国内对雾霾治理的不断深入，发展集中供热，关停供热小锅炉越来越成为政府和民间的共识。发展城市集中供热就需要有稳定的热源，因此对现有纯凝机组或供热机组进行供热改造或供热能力提升，挖掘和释放供热潜力，就成了一个行之有效的方法。热电厂汽轮机排入低压缸的蒸汽做功后，进入凝汽器形成冷凝热，冷凝热通常占其一次能源总输入热的30%以上，该部分热量一般通过凉水塔或空冷岛直接排入大气，形成巨大的冷端损失。这部分热量的特点是集中但是品位较低，长期以来难以找到好的直接利用方法。另外，随着国家经济社会发展、城镇化进程的加快和人民生活水平的改善，居民供热越来越受到重视，2016年全国城市集中供热面积已达到73.9亿平方米；为满足居民的供热需求，如何在现有供热管网的基础上，提升管网的输送能力，则是迫在眉睫。

当前，提升管网输送能力有效的技术手段是大温差供热技术，已有的技术措施主要为以下两种：一是申请号为201110195467.2的专利“一种利用热泵技术提高集中供热管网供热能力的供热系统”，其系统的主要特点是（1）在靠近热源的换热站设置吸收式热泵机组，利用一次网供水驱动热泵回收一次网回水的余热来加热靠近热源的二次网水，为靠近热源的热用户供热；（2）在驱动热泵之后得到降温的一次网水，再输送至常规换热站来加热离热源较远的二次网水，为离热源较远的热用户供热；（3）通过二次网水与一次网回水先进行换热，使得一次网回水温度降低，降温后的一次网回水再作为低温热源进入吸收式热泵，一次网回水的温度得到进一步降低，从而实现对一次网回水的余热进行充分回收，实现大温差供热。二是申请号为200810101065.X的专利“一种大温差集中供热系统”，其系统的主要特点是（1）在热源侧，利用蒸汽型吸收式热泵回收热电厂的低温循环水余热，减少热电厂的冷端损失；（2）在二次网侧，热水吸收式热泵与水水换热器为串联连接，且二次网供水温度无法通过改变进入热水吸收式热泵或水水换热器的二次网水流量来进行调节。

以上两种技术措施存在的不足是：（1）在靠近热源处设置吸收式热泵机组，实现大温差供热，而在离热源较远的换热站，就无法有效采用大温差供热；（2）利用蒸汽吸收式热泵回收热电厂循环水余热的方式，投资较大，远高于直接低真空供热的方式，（3）在二次网侧，热水吸收式热泵与水水换热器为串联连接，二次网供水温度无法通过调节流量来进行调节。本发明主要针对以上三点技术不足并结合空冷机组的特性而进行创新，发明创造了一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠，用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统及运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，其特征在于：包括热电联产机组、热网首站和二次换热站；

所述热电联产机组包括汽轮机、空冷岛和背压凝汽器，所述汽轮机的排汽口分别通过空冷排汽管和背压排汽管与空冷岛和背压凝汽器连接，且在空冷排汽管上安装有一号阀门，在背压排汽管上安装有二号阀门，所述空冷岛的凝结水出口与空冷凝结水管的进水端连接，所述空冷凝结水管的出水端与锅炉给水管连接，且在空冷凝结水管上安装有三号阀门，所述背压凝汽器的凝结水出口与背压凝结水管的进水端连接，所述背压凝结水管的出水端与锅炉给水管连接，且在背压凝结水管上安装有四号阀门；

所述热网首站包括热网加热器和疏水换热器，所述热网加热器的进汽口通过采暖抽汽管与汽轮机的采暖抽汽口连接，且在采暖抽汽管上安装有采暖阀门，所述热网加热器的疏水出口通过热网疏水一级管与疏水换热器的疏水进口连接，且在热网疏水一级管上安装有七号阀门，所述疏水换热器的疏水出口通过热网疏水二级管与锅炉给水管连接，且在热网疏水二级管上安装有八号阀门，所述疏水换热器的热网水进口通过热网回水一级管与背压凝汽器的冷却水出口连接，且在热网回水一级管上安装有六号阀门，所述疏水换热器的热网水出口通过热网回水二级管与热网加热器的热网水进口连接，且在疏水换热器的热网水进口和热网水出口分别安装有十号阀门和十一号阀门，所述热网加热器的热网水出口与采暖供水管的进水端连接，且在热网加热器的热网水进口和热网水出口分别安装有十三号阀门和十四号阀门；

所述二次换热站包括热水型吸收式热泵和水水换热器，所述热水型吸收式热泵的高温热源进口与采暖供水管的出水端连接，所述热水型吸收式热泵的高温热源出口通过热网供水一级管与水水换热器的高温水进口连接，且在热水型吸收式热泵的高温热源进口和高温热源出口分别安装有十六号阀门和十七号阀门，所述水水换热器的高温水出口通过热网供水二级管与热水型吸收式热泵的低温热源进口连接，所述热水型吸收式热泵的低温热源出口与采暖回水管的进水端连接，且在热水型吸收式热泵的低温热源进口和低温热源出口分别安装有二十四号阀门和二十五号阀门，所述采暖回水管的出水端分别通过第一采暖回水支管和第二采暖回水支管与背压凝汽器的冷却水进口和疏水换热器的热网水进口连接，且在第一采暖回水支管上安装有五号阀门，在第二采暖回水支管上安装有九号阀门；二次网回水管分别通过二次网回水第一支管和二次网回水第二支管与水水换热器的低温水进口和热水型吸收式热泵的中温水进口连接，且在二次网回水第一支管上安装有十九号阀门，在二次网回水第二支管上安装有二十号阀门，所述热水型吸收式热泵的中温水出口通过热泵供热水管与二次网供水管连接，且在热泵供热水管上安装有二十三号阀门，所述水水换热器的低温水出口分别通过加热水第一支管和加热水第二支管与热水型吸收式热泵的中温水进口和二次网供水管连接，且在加热水第一支管上安装有二十一号阀门，在加热水第二支管上安装有二十二号阀门。

进一步而言，所述锅炉给水管同时与空冷凝结水管、背压凝结水管和热网疏水二级管连接。

进一步而言，所述疏水换热器的热网水侧设置有疏水换热旁路，且在疏水换热旁路上安装有十二号阀门；所述热网加热器的热网水侧设置有热网加热旁路，且在热网加热旁路上安装有十五号阀门。

进一步而言，所述背压凝汽器和疏水换热器的一次网水侧可以是串联连接，也可以是并联连接；所述背压凝汽器或疏水换热器与热网加热器的一次网水侧是串联连接；所述热水型吸收式热泵和水水换热器的二次网水侧可以是串联连接，也可以是并联连接。

进一步而言，所述热水型吸收式热泵的高温热源侧设置有热泵高温旁路，且在热泵高温旁路上安装有十八号阀门；所述热水型吸收式热泵的低温热源侧设置有热泵低温旁路，且在热泵低温旁路上安装有二十六号阀门。

进一步而言，所述热网加热器的热网疏水经过疏水换热器二次换热后，温度得到进一步降低，然后输送至汽轮机的低压回热系统；所述热水型吸收式热泵的高温热源水在驱动热水型吸收式热泵做功后，再进入水水换热器二次换热，使得温度得到进一步降低。

进一步而言，所述热水型吸收式热泵利用一次网供水作为驱动热源，以一次网回水为低温热源，回收一次网回水的余热，来加热二次网水，实现大温差供热。

上述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的运行方法如下：

在非采暖季时，只开启一号阀门和三号阀门，汽轮机处于纯凝工况运行，汽轮机的排汽在空冷岛内被空气冷却凝结成凝结水；

在采暖季时，关闭一号阀门和三号阀门，开启二号阀门和四号阀门，空冷岛停止运行，汽轮机处于背压工况运行，汽轮机的排汽在背压凝汽器内被热网水冷却凝结成凝结水；此时，供热系统的运行模式有以下三种：

运行模式一：

开启五号阀门、六号阀门、十二号阀门和十五号阀门，关闭采暖阀门、七号阀门、八号阀门、九号阀门、十号阀门、十一号阀门、十三号阀门和十四号阀门，热网加热器和疏水换热器停止运行，来自二次换热站的一次网回水由第一采暖回水支管输送至背压凝汽器，利用汽轮机的排汽对一次网回水进行加热，一次网回水被加热后形成一次网供水，然后依次通过热网回水一级管、疏水换热旁路、热网回水二级管、热网加热旁路和采暖供水管输送至二次换热站；此时，供热系统采用的是背压供热方式对外供热；

运行模式二：

开启采暖阀门、七号阀门、八号阀门、五号阀门、六号阀门、十号阀门、十一号阀门、十三号阀门和十四号阀门，关闭九号阀门、十二号阀门和十五号阀门，背压凝汽器、疏水换热器和热网加热器的一次网水侧依次串联连接，来自二次换热站的一次网回水由第一采暖回水支管输送至背压凝汽器，利用汽轮机的排汽对一次网回水进行一级加热，之后由热网回水一级管输送至疏水换热器，利用热网疏水对一次网回水进行二级加热，之后由热网回水二级管输送至热网加热器，利用汽轮机的采暖抽汽对一次网回水进行三级加热，一次网回水被三级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管输送至二次换热站；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热；

运行模式三：

开启采暖阀门、七号阀门、八号阀门、五号阀门、六号阀门、九号阀门、十一号阀门、十二号阀门、十三号阀门和十四号阀门，关闭十号阀门和十五号阀门，背压凝汽器和疏水换热器的一次网水侧并联连接，然后和热网加热器的一次网水侧串联连接，来自二次换热站的一次网回水由第一采暖回水支管和第二采暖回水支管分别输送至背压凝汽器和疏水换热器，利用汽轮机的排汽和热网疏水分别对一次网回水进行一级加热，之后进行混合，再由热网回水二级管输送至热网加热器，利用汽轮机的采暖抽汽对一次网回水进行二级加热，一次网回水被二级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管输送至二次换热站；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热。

在采暖季供热系统为运行模式一时，关闭十六号阀门、十七号阀门、二十号阀门、二十一号阀门、二十三号阀门、二十四号阀门和二十五号阀门，开启十八号阀门、十九号阀门、二十二号阀门和二十六号阀门，热水型吸收式热泵停止运行，来自热网首站的一次网供水依次由热泵高温旁路和热网供水一级管输送至水水换热器，加热来自二次网回水管的二次网回水，一次网供水降温后形成一次网回水，依次由热网供水二级管、热泵低温旁路和采暖回水管输送至热电联产机组的背压凝汽器，二次网回水被加热后形成二次网供水，依次由加热水第二支管和二次网供水管供给热用户；

在采暖季供热系统为运行模式二时，关闭十八号阀门和二十六号阀门，开启十六号阀门、十七号阀门、二十四号阀门和二十五号阀门，来自热网首站的一次网供水先进入热水型吸收式热泵作为驱动热源，之后进入水水换热器得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管输送至热电联产机组的背压凝汽器，热水型吸收式热泵以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门、二十一号阀门和二十三号阀门，关闭二十号阀门和二十二号阀门，热水型吸收式热泵和水水换热器的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管的二次网回水进入水水换热器进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管和二次网供水管供给热用户；

此时，若开启十九号阀门、二十号阀门、二十二号阀门和二十三号阀门，关闭二十一号阀门，热水型吸收式热泵和水水换热器的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵和水水换热器进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管和加热水第二支管输出并进行混合，之后由二次网供水管供给热用户；

在采暖季供热系统为运行模式三时，关闭十八号阀门和二十六号阀门，开启十六号阀门、十七号阀门、二十四号阀门和二十五号阀门，来自热网首站的一次网供水先进入热水型吸收式热泵作为驱动热源，之后进入水水换热器得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管分别输送至热电联产机组的背压凝汽器和热网首站的疏水换热器，热水型吸收式热泵以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门、二十一号阀门和二十三号阀门，关闭二十号阀门和二十二号阀门，热水型吸收式热泵和水水换热器的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管的二次网回水进入水水换热器进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管和二次网供水管供给热用户；

此时，若开启十九号阀门、二十号阀门、二十二号阀门和二十三号阀门，关闭二十一号阀门，热水型吸收式热泵和水水换热器的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵和水水换热器进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管和加热水第二支管输出并进行混合，之后由二次网供水管供给热用户。

进一步而言，在采暖季供热系统为运行模式二或运行模式三时，当输送至二次换热站的一次网供水流量较小而二次网侧所需的供热量较大时，由于受到热水型吸收式热泵的COP大小限制，进入二次换热站的一次网供水流量有限；此时，可以开启并调节十八号阀门的开度，部分一次网供水直接通过热泵高温旁路先输送至水水换热器，增加水水换热器的对外供热量，然后作为低温热源再输送至热水型吸收式热泵，由此也相应可增加热水型吸收式热泵的驱动热源消耗量，从而增加热水型吸收式热泵的对外供热量，由此来满足二次网侧所需的供热负荷。

进一步而言，本发明所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的运行方法，以“温度对口、梯级利用”为指导，通过开启或关闭对应的阀门，以实现以下不同连接方式及功能：

（A）在采暖季初期或末期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统仅采用背压供热方式供热；由此，实现通过汽轮机的低温余热对外供热，来减少高品质的采暖抽汽消耗，从而降低供热系统的做功能力损失。

（B）在采暖季高寒期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统采用背压供热与采暖抽汽供热结合的方式供热，且背压凝汽器、疏水换热器和热网加热器的一次网水侧依次串联连接；由此，实现一次网回水的梯级加热，降低背压凝汽器出口的一次网水的温度，达到在充分回收汽轮机低温余热的同时，有效降低汽轮机背压，减少汽轮机的做功能力损失。

（C）在采暖季高寒期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统采用背压供热与采暖抽汽供热结合的方式供热，且背压凝汽器和疏水换热器的一次网水侧并联连接，然后和热网加热器的一次网水侧串联连接；由此，可以通过改变对应阀门的开度，来根据汽轮机负荷的变化，改变进入背压凝汽器的一次网回水的流量，从而实现在背压供热工况下能够对汽轮机进行灵活的调节。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本发明设计合理，结构简单，性能可靠，针对空冷机组，实现了在低真空供热系统中耦合大温差热泵，降低了工程初投资，实现了火电厂低温余热的有效回收，同时提升了供热管网的输送能力；（2）本发明通过疏水换热器与背压凝汽器串、并联的切换连接，有效控制了进出背压凝汽器的一次网回水流量和温度，既实现了一次网回水梯级加热与降低汽轮机背压、减少做功能力损失，又实现了在背压供热工况下能够对汽轮机进行灵活的调节；（3）本发明通过二次网侧大温差热泵与水水换热器串、并联的切换连接，实现对二次网供水温度的调节，改善热用户的供热质量；（4）本发明基于能量梯级利用的原理，合理设计耦合系统，实现对一次网水和二次网水的梯级升温加热，有效减少了换热过程的不可逆损失，具有较高的实际运用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中具有多个二次换热站的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1，本实施例中的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，包括热电联产机组1、热网首站3和二次换热站5；

热电联产机组1包括汽轮机11、空冷岛12和背压凝汽器13，汽轮机11的排汽口分别通过空冷排汽管21和背压排汽管22与空冷岛12和背压凝汽器13连接，且在空冷排汽管21上安装有一号阀门14，在背压排汽管22上安装有二号阀门15，空冷岛12的凝结水出口与空冷凝结水管23的进水端连接，空冷凝结水管23的出水端与锅炉给水管25连接，且在空冷凝结水管23上安装有三号阀门16，背压凝汽器13的凝结水出口与背压凝结水管24的进水端连接，背压凝结水管24的出水端与锅炉给水管25连接，且在背压凝结水管24上安装有四号阀门17；

热网首站3包括热网加热器31和疏水换热器32，热网加热器31的进汽口通过采暖抽汽管26与汽轮机11的采暖抽汽口连接，且在采暖抽汽管26上安装有采暖阀门18，热网加热器31的疏水出口通过热网疏水一级管42与疏水换热器32的疏水进口连接，且在热网疏水一级管42上安装有七号阀门33，疏水换热器32的疏水出口通过热网疏水二级管43与锅炉给水管25连接，且在热网疏水二级管43上安装有八号阀门34，疏水换热器32的热网水进口通过热网回水一级管28与背压凝汽器13的冷却水出口连接，且在热网回水一级管28上安装有六号阀门20，疏水换热器32的热网水出口通过热网回水二级管46与热网加热器31的热网水进口连接，且在疏水换热器32的热网水进口和热网水出口分别安装有十号阀门36和十一号阀门37，疏水换热器32的热网水侧设置有疏水换热旁路45，且在疏水换热旁路45上安装有十二号阀门38，热网加热器31的热网水出口与采暖供水管48的进水端连接，且在热网加热器31的热网水进口和热网水出口分别安装有十三号阀门39和十四号阀门40，热网加热器31的热网水侧设置有热网加热旁路47，且在热网加热旁路47上安装有十五号阀门41；

二次换热站5包括热水型吸收式热泵51和水水换热器52，热水型吸收式热泵51的高温热源进口与采暖供水管48的出水端连接，热水型吸收式热泵51的高温热源出口通过热网供水一级管65与水水换热器52的高温水进口连接，且在热水型吸收式热泵51的高温热源进口和高温热源出口分别安装有十六号阀门53和十七号阀门54，热水型吸收式热泵51的高温热源侧设置有热泵高温旁路64，且在热泵高温旁路64上安装有十八号阀门55，水水换热器52的高温水出口通过热网供水二级管66与热水型吸收式热泵51的低温热源进口连接，热水型吸收式热泵51的低温热源出口与采暖回水管68的进水端连接，且在热水型吸收式热泵51的低温热源进口和低温热源出口分别安装有二十四号阀门61和二十五号阀门62，热水型吸收式热泵51的低温热源侧设置有热泵低温旁路67，且在热泵低温旁路67上安装有二十六号阀门63，采暖回水管68的出水端分别通过第一采暖回水支管27和第二采暖回水支管44与背压凝汽器13的冷却水进口和疏水换热器32的热网水进口连接，且在第一采暖回水支管27上安装有五号阀门19，在第二采暖回水支管44上安装有九号阀门35；二次网回水管69分别通过二次网回水第一支管70和二次网回水第二支管71与水水换热器52的低温水进口和热水型吸收式热泵51的中温水进口连接，且在二次网回水第一支管70上安装有十九号阀门56，在二次网回水第二支管71上安装有二十号阀门57，热水型吸收式热泵51的中温水出口通过热泵供热水管74与二次网供水管75连接，且在热泵供热水管74上安装有二十三号阀门60，水水换热器52的低温水出口分别通过加热水第一支管72和加热水第二支管73与热水型吸收式热泵51的中温水进口和二次网供水管75连接，且在加热水第一支管72上安装有二十一号阀门58，在加热水第二支管73上安装有二十二号阀门59。

在本实施例中，背压凝汽器13和疏水换热器32的一次网水侧可以是串联连接，也可以是并联连接；背压凝汽器13或疏水换热器32与热网加热器31的一次网水侧是串联连接；热水型吸收式热泵51和水水换热器52的二次网水侧可以是串联连接，也可以是并联连接。

在本实施例中，锅炉给水管25同时与空冷凝结水管23、背压凝结水管24和热网疏水二级管43连接。

在本实施例中，热网加热器31的热网疏水经过疏水换热器32二次换热后，温度得到进一步降低，然后输送至汽轮机11的低压回热系统；热水型吸收式热泵51的高温热源水在驱动热水型吸收式热泵51做功后，再进入水水换热器52二次换热，使得温度得到进一步降低。

在本实施例中，热水型吸收式热泵51利用一次网供水作为驱动热源，以一次网回水为低温热源，回收一次网回水的余热，来加热二次网水，实现大温差供热。

在本实施例中，所有阀门均具有调节管道流量的功能，且可以远程进行阀门的开度调节，具体是通过供热系统的DCS系统进行远程操作。

本实施例的具体运行方法如下：

在非采暖季时，只开启一号阀门14和三号阀门16，汽轮机11处于纯凝工况运行，汽轮机11的排汽在空冷岛12内被空气冷却凝结成凝结水。

在采暖季时，关闭一号阀门14和三号阀门16，开启二号阀门15和四号阀门17，空冷岛12停止运行，汽轮机11处于背压工况运行，汽轮机11的排汽在背压凝汽器13内被热网水冷却凝结成凝结水；此时，供热系统的运行模式有以下三种：

运行模式一：

开启五号阀门19、六号阀门20、十二号阀门38和十五号阀门41，关闭采暖阀门18、七号阀门33、八号阀门34、九号阀门35、十号阀门36、十一号阀门37、十三号阀门39和十四号阀门40，热网加热器31和疏水换热器32停止运行，来自二次换热站5的一次网回水由第一采暖回水支管27输送至背压凝汽器13，利用汽轮机11的排汽对一次网回水进行加热，一次网回水被加热后形成一次网供水，然后依次通过热网回水一级管28、疏水换热旁路45、热网回水二级管46、热网加热旁路47和采暖供水管48输送至二次换热站5；此时，供热系统采用的是背压供热方式对外供热；

运行模式二：

开启采暖阀门18、七号阀门33、八号阀门34、五号阀门19、六号阀门20、十号阀门36、十一号阀门37、十三号阀门39和十四号阀门40，关闭九号阀门35、十二号阀门38和十五号阀门41，背压凝汽器13、疏水换热器32和热网加热器31的一次网水侧依次串联连接，来自二次换热站5的一次网回水由第一采暖回水支管27输送至背压凝汽器13，利用汽轮机11的排汽对一次网回水进行一级加热，之后由热网回水一级管28输送至疏水换热器32，利用热网疏水对一次网回水进行二级加热，之后由热网回水二级管46输送至热网加热器31，利用汽轮机11的采暖抽汽对一次网回水进行三级加热，一次网回水被三级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管48输送至二次换热站5；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热；

运行模式三：

开启采暖阀门18、七号阀门33、八号阀门34、五号阀门19、六号阀门20、九号阀门35、十一号阀门37、十二号阀门38、十三号阀门39和十四号阀门40，关闭十号阀门36和十五号阀门41，背压凝汽器13和疏水换热器32的一次网水侧并联连接，然后和热网加热器31的一次网水侧串联连接，来自二次换热站5的一次网回水由第一采暖回水支管27和第二采暖回水支管44分别输送至背压凝汽器13和疏水换热器32，利用汽轮机11的排汽和热网疏水分别对一次网回水进行一级加热，之后进行混合，再由热网回水二级管46输送至热网加热器31，利用汽轮机11的采暖抽汽对一次网回水进行二级加热，一次网回水被二级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管48输送至二次换热站5；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热。

在本实施例的具体运行方法中，采暖季供热系统为运行模式一时，关闭十六号阀门53、十七号阀门54、二十号阀门57、二十一号阀门58、二十三号阀门60、二十四号阀门61和二十五号阀门62，开启十八号阀门55、十九号阀门56、二十二号阀门59和二十六号阀门63，热水型吸收式热泵51停止运行，来自热网首站3的一次网供水依次由热泵高温旁路64和热网供水一级管65输送至水水换热器52，加热来自二次网回水管69的二次网回水，一次网供水降温后形成一次网回水，依次由热网供水二级管66、热泵低温旁路67和采暖回水管68输送至热电联产机组1的背压凝汽器13，二次网回水被加热后形成二次网供水，依次由加热水第二支管73和二次网供水管75供给热用户。

在本实施例的具体运行方法中，采暖季供热系统为运行模式二时，关闭十八号阀门55和二十六号阀门63，开启十六号阀门53、十七号阀门54、二十四号阀门61和二十五号阀门62，来自热网首站3的一次网供水先进入热水型吸收式热泵51作为驱动热源，之后进入水水换热器52得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵51作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管68输送至热电联产机组1的背压凝汽器13，热水型吸收式热泵51以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门56、二十一号阀门58和二十三号阀门60，关闭二十号阀门57和二十二号阀门59，热水型吸收式热泵51和水水换热器52的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管69的二次网回水进入水水换热器52进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵51进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管74和二次网供水管75供给热用户；

此时，若开启十九号阀门56、二十号阀门57、二十二号阀门59和二十三号阀门60，关闭二十一号阀门58，热水型吸收式热泵51和水水换热器52的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管69的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵51和水水换热器52进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管74和加热水第二支管73输出并进行混合，之后由二次网供水管75供给热用户。

在本实施例的具体运行方法中，采暖季供热系统为运行模式三时，关闭十八号阀门55和二十六号阀门63，开启十六号阀门53、十七号阀门54、二十四号阀门61和二十五号阀门62，来自热网首站3的一次网供水先进入热水型吸收式热泵51作为驱动热源，之后进入水水换热器52得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵51作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管68分别输送至热电联产机组1的背压凝汽器13和热网首站3的疏水换热器32，热水型吸收式热泵51以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门56、二十一号阀门5和二十三号阀门60，关闭二十号阀门57和二十二号阀门59，热水型吸收式热泵51和水水换热器52的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管69的二次网回水进入水水换热器52进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵51进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管74和二次网供水管75供给热用户；

此时，若开启十九号阀门56、二十号阀门57、二十二号阀门59和二十三号阀门60，关闭二十一号阀门58，热水型吸收式热泵51和水水换热器52的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管69的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵51和水水换热器52进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管74和加热水第二支管73输出并进行混合，之后由二次网供水管75供给热用户。

进一步而言，具体如图2所示，在采暖季供热系统为运行模式二或运行模式三时，当输送至二次换热站5的一次网供水流量较小而二次网侧所需的供热量较大时，由于受到热水型吸收式热泵51的COP大小限制，进入二次换热站5的一次网供水流量有限；此时，可以开启并调节十八号阀门55的开度，部分一次网供水直接通过热泵高温旁路64先输送至水水换热器52，增加水水换热器52的对外供热量，然后作为低温热源再输送至热水型吸收式热泵51，由此也相应可增加热水型吸收式热泵51的驱动热源消耗量，从而增加热水型吸收式热泵51的对外供热量，由此来满足二次网侧所需的供热负荷。

在本实施例的具体运行方法中，以“温度对口、梯级利用”为指导，通过开启或关闭对应的阀门，以实现以下不同连接方式及功能：

（A）在采暖季初期或末期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统仅采用背压供热方式供热；由此，实现通过汽轮机11的低温余热对外供热，来减少高品质的采暖抽汽消耗，从而降低供热系统的做功能力损失。

（B）在采暖季高寒期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统采用背压供热与采暖抽汽供热结合的方式供热，且背压凝汽器13、疏水换热器32和热网加热器31的一次网水侧依次串联连接；由此，实现一次网回水的梯级加热，降低背压凝汽器13出口的一次网水的温度，达到在充分回收汽轮机11低温余热的同时，有效降低汽轮机11背压，减少汽轮机11的做功能力损失。

（C）在采暖季高寒期时，可以通过关闭对应阀门，使得供热系统采用背压供热与采暖抽汽供热结合的方式供热，且背压凝汽器13和疏水换热器32的一次网水侧并联连接，然后和热网加热器31的一次网水侧串联连接；由此，可以通过改变对应阀门的开度，来根据汽轮机11负荷的变化，改变进入背压凝汽器13的一次网回水的流量，从而实现在背压供热工况下能够对汽轮机11进行灵活的调节。

在本实施例的具体运行方法中，通过开启或关闭对应的阀门，实现热水型吸收式热泵51与水水换热器52的二次网水侧串、并联的切换连接，实现对二次网供水温度的调节，改善热用户的供热质量。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，其特征在于：包括热电联产机组（1）、热网首站（3）和二次换热站（5）；

所述热电联产机组（1）包括汽轮机（11）、空冷岛（12）和背压凝汽器（13），所述汽轮机（11）的排汽口分别通过空冷排汽管（21）和背压排汽管（22）与空冷岛（12）和背压凝汽器（13）连接，且在空冷排汽管（21）上安装有一号阀门（14），在背压排汽管（22）上安装有二号阀门（15），所述空冷岛（12）的凝结水出口与空冷凝结水管（23）的进水端连接，所述空冷凝结水管（23）的出水端与锅炉给水管（25）连接，且在空冷凝结水管（23）上安装有三号阀门（16），所述背压凝汽器（13）的凝结水出口与背压凝结水管（24）的进水端连接，所述背压凝结水管（24）的出水端与锅炉给水管（25）连接，且在背压凝结水管（24）上安装有四号阀门（17）；

所述热网首站（3）包括热网加热器（31）和疏水换热器（32），所述热网加热器（31）的进汽口通过采暖抽汽管（26）与汽轮机（11）的采暖抽汽口连接，且在采暖抽汽管（26）上安装有采暖阀门（18），所述热网加热器（31）的疏水出口通过热网疏水一级管（42）与疏水换热器（32）的疏水进口连接，且在热网疏水一级管（42）上安装有七号阀门（33），所述疏水换热器（32）的疏水出口通过热网疏水二级管（43）与锅炉给水管（25）连接，且在热网疏水二级管（43）上安装有八号阀门（34），所述疏水换热器（32）的热网水进口通过热网回水一级管（28）与背压凝汽器（13）的冷却水出口连接，且在热网回水一级管（28）上安装有六号阀门（20），所述疏水换热器（32）的热网水出口通过热网回水二级管（46）与热网加热器（31）的热网水进口连接，且在疏水换热器（32）的热网水进口和热网水出口分别安装有十号阀门（36）和十一号阀门（37），所述热网加热器（31）的热网水出口与采暖供水管（48）的进水端连接，且在热网加热器（31）的热网水进口和热网水出口分别安装有十三号阀门（39）和十四号阀门（40）；

所述二次换热站（5）包括热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52），所述热水型吸收式热泵（51）的高温热源进口与采暖供水管（48）的出水端连接，所述热水型吸收式热泵（51）的高温热源出口通过热网供水一级管（65）与水水换热器（52）的高温水进口连接，且在热水型吸收式热泵（51）的高温热源进口和高温热源出口分别安装有十六号阀门（53）和十七号阀门（54），所述水水换热器（52）的高温水出口通过热网供水二级管（66）与热水型吸收式热泵（51）的低温热源进口连接，所述热水型吸收式热泵（51）的低温热源出口与采暖回水管（68）的进水端连接，且在热水型吸收式热泵（51）的低温热源进口和低温热源出口分别安装有二十四号阀门（61）和二十五号阀门（62），所述采暖回水管（68）的出水端分别通过第一采暖回水支管（27）和第二采暖回水支管（44）与背压凝汽器（13）的冷却水进口和疏水换热器（32）的热网水进口连接，且在第一采暖回水支管（27）上安装有五号阀门（19），在第二采暖回水支管（44）上安装有九号阀门（35）；二次网回水管（69）分别通过二次网回水第一支管（70）和二次网回水第二支管（71）与水水换热器（52）的低温水进口和热水型吸收式热泵（51）的中温水进口连接，且在二次网回水第一支管（70）上安装有十九号阀门（56），在二次网回水第二支管（71）上安装有二十号阀门（57），所述热水型吸收式热泵（51）的中温水出口通过热泵供热水管（74）与二次网供水管（75）连接，且在热泵供热水管（74）上安装有二十三号阀门（60），所述水水换热器（52）的低温水出口分别通过加热水第一支管（72）和加热水第二支管（73）与热水型吸收式热泵（51）的中温水进口和二次网供水管（75）连接，且在加热水第一支管（72）上安装有二十一号阀门（58），在加热水第二支管（73）上安装有二十二号阀门（59）；

所述疏水换热器（32）的热网水侧设置有疏水换热旁路（45），且在疏水换热旁路（45）上安装有十二号阀门（38）；所述热网加热器（31）的热网水侧设置有热网加热旁路（47），且在热网加热旁路（47）上安装有十五号阀门（41）；

所述背压凝汽器（13）和疏水换热器（32）的一次网水侧是串联连接，或者是并联连接；所述背压凝汽器（13）或疏水换热器（32）与热网加热器（31）的一次网水侧是串联连接；所述热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）的二次网水侧是串联连接，或者是并联连接；

所述热水型吸收式热泵（51）的高温热源侧设置有热泵高温旁路（64），且在热泵高温旁路（64）上安装有十八号阀门（55）；所述热水型吸收式热泵（51）的低温热源侧设置有热泵低温旁路（67），且在热泵低温旁路（67）上安装有二十六号阀门（63）。

2.根据权利要求1所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，其特征在于：所述锅炉给水管（25）同时与空冷凝结水管（23）、背压凝结水管（24）和热网疏水二级管（43）连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，其特征在于：所述热网加热器（31）的热网疏水经过疏水换热器（32）二次换热后，温度得到进一步降低，然后输送至汽轮机（11）的低压回热系统；所述热水型吸收式热泵（51）的高温热源水在驱动热水型吸收式热泵（51）做功后，再进入水水换热器（52）二次换热，使得温度得到进一步降低。

4.根据权利要求3所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统，其特征在于：所述热水型吸收式热泵（51）利用一次网供水作为驱动热源，以一次网回水为低温热源，回收一次网回水的余热，来加热二次网水，实现大温差供热。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的运行方法，其特征在于：所述运行方法如下：

在非采暖季时，只开启一号阀门（14）和三号阀门（16），汽轮机（11）处于纯凝工况运行，汽轮机（11）的排汽在空冷岛（12）内被空气冷却凝结成凝结水；

在采暖季时，关闭一号阀门（14）和三号阀门（16），开启二号阀门（15）和四号阀门（17），空冷岛（12）停止运行，汽轮机（11）处于背压工况运行，汽轮机（11）的排汽在背压凝汽器（13）内被热网水冷却凝结成凝结水；此时，供热系统的运行模式有以下三种：

运行模式一：

开启五号阀门（19）、六号阀门（20）、十二号阀门（38）和十五号阀门（41），关闭采暖阀门（18）、七号阀门（33）、八号阀门（34）、九号阀门（35）、十号阀门（36）、十一号阀门（37）、十三号阀门（39）和十四号阀门（40），热网加热器（31）和疏水换热器（32）停止运行，来自二次换热站（5）的一次网回水由第一采暖回水支管（27）输送至背压凝汽器（13），利用汽轮机（11）的排汽对一次网回水进行加热，一次网回水被加热后形成一次网供水，然后依次通过热网回水一级管（28）、疏水换热旁路（45）、热网回水二级管（46）、热网加热旁路（47）和采暖供水管（48）输送至二次换热站（5）；此时，供热系统采用的是背压供热方式对外供热；

运行模式二：

开启采暖阀门（18）、七号阀门（33）、八号阀门（34）、五号阀门（19）、六号阀门（20）、十号阀门（36）、十一号阀门（37）、十三号阀门（39）和十四号阀门（40），关闭九号阀门（35）、十二号阀门（38）和十五号阀门（41），背压凝汽器（13）、疏水换热器（32）和热网加热器（31）的一次网水侧依次串联连接，来自二次换热站（5）的一次网回水由第一采暖回水支管（27）输送至背压凝汽器（13），利用汽轮机（11）的排汽对一次网回水进行一级加热，之后由热网回水一级管（28）输送至疏水换热器（32），利用热网疏水对一次网回水进行二级加热，之后由热网回水二级管（46）输送至热网加热器（31），利用汽轮机（11）的采暖抽汽对一次网回水进行三级加热，一次网回水被三级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管（48）输送至二次换热站（5）；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热；

运行模式三：

开启采暖阀门（18）、七号阀门（33）、八号阀门（34）、五号阀门（19）、六号阀门（20）、九号阀门（35）、十一号阀门（37）、十二号阀门（38）、十三号阀门（39）和十四号阀门（40），关闭十号阀门（36）和十五号阀门（41），背压凝汽器（13）和疏水换热器（32）的一次网水侧并联连接，然后和热网加热器（31）的一次网水侧串联连接，来自二次换热站（5）的一次网回水由第一采暖回水支管（27）和第二采暖回水支管（44）分别输送至背压凝汽器（13）和疏水换热器（32），利用汽轮机（11）的排汽和热网疏水分别对一次网回水进行一级加热，之后进行混合，再由热网回水二级管（46）输送至热网加热器（31），利用汽轮机（11）的采暖抽汽对一次网回水进行二级加热，一次网回水被二级加热后形成一次网供水，最后由采暖供水管（48）输送至二次换热站（5）；此时，供热系统采用的是背压供热与采暖抽汽供热结合的方式对外供热。

6.根据权利要求5所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的运行方法，其特征在于：

在采暖季供热系统为运行模式一时，关闭十六号阀门（53）、十七号阀门（54）、二十号阀门（57）、二十一号阀门（58）、二十三号阀门（60）、二十四号阀门（61）和二十五号阀门（62），开启十八号阀门（55）、十九号阀门（56）、二十二号阀门（59）和二十六号阀门（63），热水型吸收式热泵（51）停止运行，来自热网首站（3）的一次网供水依次由热泵高温旁路（64）和热网供水一级管（65）输送至水水换热器（52），加热来自二次网回水管（69）的二次网回水，一次网供水降温后形成一次网回水，依次由热网供水二级管（66）、热泵低温旁路（67）和采暖回水管（68）输送至热电联产机组（1）的背压凝汽器（13），二次网回水被加热后形成二次网供水，依次由加热水第二支管（73）和二次网供水管（75）供给热用户；

在采暖季供热系统为运行模式二时，关闭十八号阀门（55）和二十六号阀门（63），开启十六号阀门（53）、十七号阀门（54）、二十四号阀门（61）和二十五号阀门（62），来自热网首站（3）的一次网供水先进入热水型吸收式热泵（51）作为驱动热源，之后进入水水换热器（52）得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵（51）作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管（68）输送至热电联产机组（1）的背压凝汽器（13），热水型吸收式热泵（51）以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门（56）、二十一号阀门（58）和二十三号阀门（60），关闭二十号阀门（57）和二十二号阀门（59），热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管（69）的二次网回水进入水水换热器（52）进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵（51）进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管（74）和二次网供水管（75）供给热用户；

此时，若开启十九号阀门（56）、二十号阀门（57）、二十二号阀门（59）和二十三号阀门（60），关闭二十一号阀门（58），热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管（69）的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管（74）和加热水第二支管（73）输出并进行混合，之后由二次网供水管（75）供给热用户；

在采暖季供热系统为运行模式三时，关闭十八号阀门（55）和二十六号阀门（63），开启十六号阀门（53）、十七号阀门（54）、二十四号阀门（61）和二十五号阀门（62），来自热网首站（3）的一次网供水先进入热水型吸收式热泵（51）作为驱动热源，之后进入水水换热器（52）得到二级降温，之后进入热水型吸收式热泵（51）作为低温热源，一次网供水得到三级降温之后形成一次网回水，然后由采暖回水管（68）分别输送至热电联产机组（1）的背压凝汽器（13）和热网首站（3）的疏水换热器（32），热水型吸收式热泵（51）以驱动热源为动力，回收低温热源的热量来加热二次网回水；

此时，若开启十九号阀门（56）、二十一号阀门（58）和二十三号阀门（60），关闭二十号阀门（57）和二十二号阀门（59），热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）的二次网水侧串联连接，来自二次网回水管（69）的二次网回水进入水水换热器（52）进行一级加热，之后进入热水型吸收式热泵（51）进行二级加热，二次网回水得到二级加热之后形成二次网供水，依次由热泵供热水管（74）和二次网供水管（75）供给热用户；

此时，若开启十九号阀门（56）、二十号阀门（57）、二十二号阀门（59）和二十三号阀门（60），关闭二十一号阀门（58），热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）的二次网水侧并联连接，来自二次网回水管（69）的二次网回水分别进入热水型吸收式热泵（51）和水水换热器（52）进行加热，二次网回水被加热之后形成二次网供水，之后分别由热泵供热水管（74）和加热水第二支管（73）输出并进行混合，之后由二次网供水管（75）供给热用户。

7.根据权利要求6所述的用于空冷机组的高背压耦合大温差供热系统的运行方法，其特征在于：在采暖季供热系统为运行模式二或运行模式三时，当输送至二次换热站（5）的一次网供水流量较小而二次网侧所需的供热量较大时，开启并调节十八号阀门（55）的开度，部分一次网供水直接通过热泵高温旁路（64）先输送至水水换热器（52），增加水水换热器（52）的对外供热量，然后作为低温热源再输送至热水型吸收式热泵（51），增加热水型吸收式热泵（51）的对外供热量，由此来满足二次网侧所需的供热负荷。