CN110118359B - 一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,包括天然气锅炉、储水箱和板式换热器,天然气锅炉的烟道设置烟气换热器,烟气换热器管程进口与板式换热器热流体出口之间连接工质储液罐和节流阀,节流阀进口和出口之间并联有工质泵;烟气换热器管程出口和板式换热器热流体进口之间连接一号工况切换阀门;烟气换热器管程出口和气液分离器进口之间连接压缩机和二号工况切换阀门,气液分离器出口和板式换热器热流体进口之间连接三号工况切换阀门。本发明在热力站的调峰工况下,使用有机工质的热力循环系统配合天然气锅炉共同运行,通过燃电互补的形式降低供暖成本。

Description

一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统
技术领域
本发明涉及北方城市集中供暖以及热力站的清洁供暖系统改造领域,更具体的说,是涉及一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统。
背景技术
我国北方城市热力站的燃煤锅炉已基本被天然气锅炉取代,城市集中供暖系统正朝着更加清洁高效的方向发展,相比前者,天然气经燃烧后产生的烟气中主要成分是H2O和CO2,所含污染物大幅减少,对大气环境近乎于零污染;但是,天然气作为集中供暖调峰用燃料,不能像燃煤一样进行分布式存储,只能通过管网进行输配调节,加之其需求量正在逐年攀升,供应量也受多方面因素影响,存在很大变数;因此天然气的价格正在逐步走高。
另一方面,当烟气温度低于80℃时由于其能质较低,热量回收无法满足供暖需求,因此对于热力站用天然气锅炉而言,低于80℃的烟气只能直接排放。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足,提供一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,在热力站的调峰工况下,使用有机工质的热力循环系统配合天然气锅炉共同运行,通过燃电互补的形式降低供暖成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,包括天然气锅炉、储水箱和板式换热器,所述天然气锅炉进水口经锅炉循环水泵与储水罐出水口连接,所述天然气锅炉出水口和板式换热器冷流体出口均与供水管连接,所述储水罐进水口和板式换热器冷流体进口均与回水管连接,所述天然气锅炉的烟道设置有烟气换热器,所述烟气换热器管程进口与板式换热器热流体出口之间通过管路连接有工质储液罐和节流阀,所述节流阀进口和出口之间通过管路并联有工质泵;所述烟气换热器管程出口和板式换热器热流体进口之间通过管路连接有一号工况切换阀门;所述烟气换热器管程出口和气液分离器进口之间通过管路连接有压缩机和二号工况切换阀门,所述气液分离器出口和板式换热器热流体进口之间通过管路连接有三号工况切换阀门。
所述天然气锅炉出水口和板式换热器冷流体出口之间设置有一号用户侧循环水并联切换阀门,所储水罐进水口和板式换热器冷流体进口之间设置有二号用户侧循环水并联切换阀门。
所述工质泵进口和出口分别设置有四号工况切换阀门和五号工况切换阀门。
所述烟气换热器的壳程与天然气锅炉的烟道连接。
与现有技术相比,本发明的技术方案所带来的有益效果是:
(1)本发明使用烟气换热器替代传统的天然气锅炉烟气冷凝器,在锅炉全负荷运行时,充当原有冷凝器的角色,吸收高温烟气的冷凝热;当锅炉部分负荷运行时,可以吸收低温烟气的冷凝热并结合机械压缩式热泵循环系统进行能质的提升以满足供暖需求。通过吸收天然气锅炉烟气中的热量,在热力站的调峰工况下减少燃气消耗量。
(2)本发明在电价和天然气价格出现上下波动的时期,通过调整燃电两类能源输入的比例,寻求最经济工况来满足供暖需求中。
附图说明
图1是本发明用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统示意图。
附图标记:1天然气锅炉;2烟气换热器;3板式换热器;4储水罐;5烟道;6工质泵;7节流阀;8压缩机;9气液分离器;10工质储液罐;11用户侧循环水泵;12锅炉循环水泵;13供水管;14回水管;
v1一号工况切换阀门;v2二号工况切换阀门;v3三号工况切换阀门;v4四号工况切换阀门;v5五号工况切换阀门;v6一号用户侧循环水并联切换阀门;v7二号用户侧循环水并联切换阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示,本发明用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,包括天然气锅炉1、储水箱4和板式换热器3,所述天然气锅炉1进水口经锅炉循环水泵12与储水罐4出水口连接,所述天然气锅炉1出水口和板式换热器3冷流体出口均与供水管13连接,所述储水罐4进水口和板式换热器3冷流体进口均与回水管14连接。所述天然气锅炉1出水口和板式换热器3冷流体出口之间设置有一号用户侧循环水并联切换阀门v6,所储水罐4进水口和板式换热器3冷流体进口之间设置有二号用户侧循环水并联切换阀门v7。
所述天然气锅炉1的烟道5设置有烟气换热器2,所述烟气换热器2的壳程与天然气锅炉1的烟道5连接。所述烟气换热器2管程进口与板式换热器3热流体出口之间通过管路连接有工质储液罐10和节流阀7,所述节流阀7进口和出口之间通过管路并联有工质泵6,所述工质泵6进口和出口分别设置有四号工况切换阀门v4和五号工况切换阀门v5。所述烟气换热器2管程出口和板式换热器3热流体进口之间通过管路连接有一号工况切换阀门v1;所述烟气换热器2管程出口和气液分离器9进口之间通过管路连接有压缩机8和二号工况切换阀门v2,所述气液分离器9出口和板式换热器3热流体进口之间通过管路连接有三号工况切换阀门v3。
当一次管网的热源条件不足时,热力站启动天然气锅炉进行调峰,调峰工况分为两种,一种是锅炉满负荷运行工况,另一种是锅炉部分负荷运行工况;前者适用于本发明系统的传热循环模式,后者则搭配本发明系统的热力循环模式。
(1)锅炉满负荷运行+燃电互补型供热调峰系统传热循环模式工况:
该工况是在一次管网输出热源严重不足时,天然气锅炉1全负荷运行以满足供热需求。此时的天然气消耗量最大,烟气温度也最高,本系统启用传热循环模式,将系统中的二号工况切换阀门v2、三号工况切换阀门v3和节流阀7关闭,一号工况切换阀门v1、四号工况切换阀门v4、五号工况切换阀门v5开启,储存在工质储液罐10中的有机工质通过工质泵6抽出并输入烟气换热器2中,吸收烟气的高温冷凝热完成蒸发,气态的高温工质进入板式换热器3将用户循环水进行升温,同时,冷凝后的液态有机工质流入工质储液罐10中进行下一循环。
(2)锅炉部分负荷运行+燃电互补型供热调峰系统热力循环模式工况:
该工况是在一次管网输出热源温度或流量不理想时,需要天然气锅炉1部分负荷运行以满足供热需求。此时的天然气消耗量相较于第一工况更低,烟气温度也不高,本系统则启动热力循环模式,将系统中的一号工况切换阀门v1、四号工况切换阀门v4、五号工况切换阀门v5关闭,二号工况切换阀门v2、三号工况切换阀门v3和节流阀7开启,储存在工质储液罐10中的高温高压液态有机工质先经过节流阀7进行节流,形成气液两相的低温低压状态,进入烟气换热器2中吸收烟气的冷凝热,蒸发为气态的有机工质仍不足以满足供暖温度需求,因此需进入到压缩机8中完成定熵压缩过程以提高其温度和压力,然后进一步完成气液分离器9中的液相分离步骤,最后气态的高温高压工质进入板式换热器3中与用户侧循环水进行换热,冷凝后的有机工质返回工质储液罐10中。
板式换热器3用户循环一侧的供水和锅炉出水可以分别负责不同区域的供暖,也可以通过一号用户侧循环水并联切换阀门v6调节流量的方式进行并联,同时回水管路通过二号用户侧循环水并联切换阀门v7并联。
实施例:
如图1所示的一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,其中包括烟气侧、有机工质循环和用户侧水循环三个主要部分,烟气侧的设备由烟道连接,有机工质一侧的设备由工质循环管路连接,此外还有供暖水循环。
一台10吨天然气锅炉1以出力的25%进行部分负荷运行时,其烟气温度为47.02℃,此时启动调峰系统的热力循环模式运行,一号工况切换阀门v1、四号工况切换阀门v4、五号工况切换阀门v5关闭,二号工况切换阀门v2、三号工况切换阀门v3开启,烟气流经烟气换热器2前后温度分别是47.02℃和31℃,工质储液罐10中储存的有机工质温度为65℃,压力为5.5bar,经节流降压后,以温度23℃压力2.5bar的气液两相态进入烟气换热器2中进行蒸发,出口温度35℃,然后使用压缩机8将这部分气态工质定熵压缩至压力5.5bar温度95℃的气态,气液分离器9则将气态工质中存有的微量液态工质进行分离,分离出的高温高压气态工质进入板式换热器3中被用户侧循环水冷凝至65℃返回工质储液罐10中进行下一循环,同时用户侧循环水温在板式换热器3中完成从60℃至85℃的升温过程。
一台10吨天然气锅炉1以全负荷运行时,其烟气温度为155℃,此时启用调峰系统的传热循环模式,二号工况切换阀门v2、三号工况切换阀门v3关闭,节流阀7完全关闭,一号工况切换阀门v1、四号工况切换阀门v4、五号工况切换阀门v5开启,烟气流经烟气换热器2前后温度分别为155℃和80℃,有机工质被工质泵6从工质储液罐10中抽出,输入烟气换热器2中进行蒸发,蒸发前后温度分别为70℃和125℃,蒸发完成时,有机工质呈完全的气态,进入板式换热器3中完成冷凝过程返回工质储液罐10中进行下一循环,同时用户侧循环水在板式换热器3中吸收有机工质的冷凝热,完成由60℃到85℃的升温过程。
上述两种工况下,板式换热器3的用户循环供水和锅炉的热水输出,可以分别负责不同区域的供暖,也可以通过一号用户侧循环水并联切换阀门v6进行并联,回水通过二号用户侧循环水并联切换阀门v7并联。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述,但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,包括天然气锅炉(1)、储水箱(4)和板式换热器(3),所述天然气锅炉(1)进水口经锅炉循环水泵(12)与储水罐(4)出水口连接,所述天然气锅炉(1)出水口和板式换热器(3)冷流体出口均与供水管(13)连接,所述储水罐(4)进水口和板式换热器(3)冷流体进口均与回水管(14)连接,其特征在于,所述天然气锅炉(1)的烟道(5)设置有烟气换热器(2),所述烟气换热器(2)管程进口与板式换热器(3)热流体出口之间通过管路连接有工质储液罐(10)和节流阀(7),所述节流阀(7)进口和出口之间通过管路并联有工质泵(6);所述工质泵(6)进口和出口分别设置有四号工况切换阀门(v4)和五号工况切换阀门(v5);所述烟气换热器(2)管程出口和板式换热器(3)热流体进口之间通过管路连接有一号工况切换阀门(v1);所述烟气换热器(2)管程出口和气液分离器(9)进口之间通过管路连接有压缩机(8)和二号工况切换阀门(v2),所述气液分离器(9)出口和板式换热器(3)热流体进口之间通过管路连接有三号工况切换阀门(v3)。
2.根据权利要求1所述的用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,其特征在于,所述天然气锅炉(1)出水口和板式换热器(3)冷流体出口之间设置有一号用户侧循环水并联切换阀门(v6),所述储水罐(4)进水口和板式换热器(3)冷流体进口之间设置有二号用户侧循环水并联切换阀门(v7)。
3.根据权利要求1所述的用于热力站的燃电互补型供暖调峰系统,其特征在于,所述烟气换热器(2)的壳程与天然气锅炉(1)的烟道(5)连接。
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