CN113834114A - 一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法，包括用于对热网循环水回水加热的双级压缩变频式热泵，以及用于向双级压缩变频式热泵提供热源的工业废水闪蒸吸热单元；利用工业废水闪蒸吸热单元将工业废水进行闪蒸，并作为双级压缩变频式热泵的低温热源，进而对热网循环水回水进行加热，本发明能够解决电厂工业废水余热浪费的问题，同时利用厂内发电量供双级压缩变频式热泵制取热量加热热网循环水，提高热泵制热性能系数，降低热泵电耗，起到辅助调峰作用，提高了整个系统能源利用率，降低调峰期间供暖成本，提高供热质量，达到节能减排的目的。

Description

一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法

技术领域

本发明属于供热技术领域，尤其涉及一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法。

背景技术

风、光等清洁能源发电装机容量迅速增长，但其间歇性、不稳定性给电网调峰带来极大困难，同时火电机组产能过剩，必须具备更高的灵活性以及深度调峰能力维持电网稳定运行。另一方面，城市化进程的发展，城镇建筑面积急剧增加，为了满足快速增长的供热需求，需要热源厂提高供热能力以匹配热负荷需求，传统电锅炉电制热效率小于1，节能性不高。且厂内工业废水蕴含的余热量较为可观，直接排放造成较大热量浪费，且补水量需求较大。

对热电联产机组进行热电解耦，改善热电联产机组的调峰性能，提高其对新能源消纳能力是目前亟待提升的技术目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法，解决了现有的热电联产机组进行热电解耦时，其调峰性能差的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，包括用于对热网循环水回水加热的双级压缩变频式热泵，以及用于向双级压缩变频式热泵提供热源的工业废水闪蒸吸热单元。

优选地，工业废水闪蒸吸热单元包括工业废水罐和闪蒸罐，其中，所述闪蒸罐的废水侧入口连接工业废水罐的废水出口，所述闪蒸罐的废水出口连接工业废水罐的废水入口。

优选地，所述闪蒸罐的蒸汽侧出口连接双级压缩变频式热泵的蒸汽入口，所述双级压缩变频式热泵的凝结水出口连接凝结水箱；

所述双级压缩变频式热泵的水侧入口连接热网循环水回水管道，所述双级压缩变频式热泵的水侧出口连接热网循环水供水管道。

优选地，所述闪蒸罐上还设置用于维持罐内负压的真空泵。

优选地，所述闪蒸罐上开设的凝结水出口连接凝结水箱。

优选地，所述双级压缩变频式热泵包括冷凝器、蒸发器、高压级压缩机、低压级压缩机、中间冷却器、中间支路膨胀阀和蒸发主回路膨胀阀，其中，冷凝器的水侧入口连接热网循环水回水管道，所述冷凝器的水侧出口连接热网循环水供水管道；所述冷凝器的工质出口分为两路，其中一路依次经过中间支路膨胀阀、中间冷却器和高压级压缩机连接冷凝器的工质入口；另一路依次经过中间冷却器、蒸发主回路膨胀阀、低压级压缩机和高压级压缩机连接冷凝器的工质入口；所述蒸发器的蒸汽侧入口连接工业废水闪蒸吸热单元，蒸发器的凝结水出口连接凝结水箱。

一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热方法，包括以下步骤：

将低温工业废水进行闪蒸吸热，形成水蒸气送至双级压缩变频式热泵中，在双级压缩变频式热泵中与热网循环水回水进行换热，达到热用户供水水温要求，送至热用户。

优选地，将低温工业废水在闪蒸罐进行闪蒸吸热，形成水蒸气进入蒸发器中做低温热源；工质在冷凝器中放热后分为两路，其中一路经过中间支路膨胀阀后进入中间冷却器吸收热量，另一路在中间冷却器降温后至蒸发器蒸发吸收低温热源热量，之后经过低压级压缩机压缩后与前一路工质混合降温进入高压级压缩机，二次压缩后进入冷凝器与热网循环水回水进行换热，达到热用户供水水温要求，送至热用户。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统及方法，利用工业废水闪蒸吸热单元将工业废水进行闪蒸，并作为双级压缩变频式热泵的低温热源，进而对热网循环水回水进行加热，本发明能够解决电厂工业废水余热浪费的问题，同时利用厂内发电量供双级压缩变频式热泵制取热量加热热网循环水，提高热泵制热性能系数，降低热泵电耗，起到辅助调峰作用，提高了整个系统能源利用率，降低调峰期间供暖成本，提高供热质量，达到节能减排的目的。

进一步的，以热泵代替电锅炉是降低供热标准煤耗量、提高供热经济性的较好方法，同时使用双级压缩变频式热泵，进一步提高热泵COP，降低热泵耗电量，提高整套系统运行经济性。

进一步的，以工业废水作为热泵低温热源，回收工业废水余热的同时回收一部分水分，该部分水量品质较高，可用作厂内水质要求一般处的补水。整套系统可提高热电机组调峰能力，提高供热经济性、节能性与环保性。

附图说明

图1是本发明风光电多能互补分布式供热系统的结构示意图。

其中，1-热网增压泵；2-冷凝器；3-蒸发器；4-高压级压缩机；5-低压级压缩机；6-中间冷却器；7-中间支路膨胀阀；8-蒸发主回路膨胀阀；9-凝结水泵；10-凝结水箱；11-闪蒸罐；12-工业废水罐；13-真空泵；14-球阀；15-工业废水喷淋泵。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，包括双级压缩变频式热泵、闪蒸罐11、真空泵13、凝结水箱10、凝结水泵9、球阀14、工业废水罐12、工业废水喷淋泵15、热网增压泵1，其中，热网增压泵1设置在热网循环水回水管道上，所述热网循环水回水管道的出水口连接双级压缩变频式热泵的进水口，所述双级压缩变频式热泵的出水口与电厂热网加热器入口母管连接。

所述工业废水罐12通过管道与工业废水喷淋泵15相连，工业废水喷淋泵15通过管道与闪蒸罐11的内喷淋层相连，闪蒸罐11的内腔上部为汽侧空间，底部为工业废水侧空间。

所述双级压缩变频式热泵的蒸汽入口与闪蒸罐11的蒸汽侧连接；所述双级压缩变频式热泵的凝结水出口连接凝结水泵9，所述凝结水泵9的出口连接凝结水箱10。

闪蒸罐11的凝结水出口经过球阀14连接凝结水箱10；所述闪蒸罐11的废水出口连接工业废水罐12。

所述闪蒸罐11上还设置用于维持罐内负压的真空泵13。

所述双级压缩变频式热泵包括冷凝器2、蒸发器3、高压级压缩机4、低压级压缩机5、中间冷却器6、中间支路膨胀阀7和蒸发主回路膨胀阀8；其中，所述冷凝器2的进水口连接热网循环水回水管道的出水口，所述冷凝器2的出水口连接电厂热网加热器入口母管。

所述冷凝器2的工质出口分为两路，其中一路依次经过中间冷却器6、蒸发主回路膨胀阀8、蒸发器3、低压级压缩机5和高压级压缩机4进入冷凝器2，另一路依次经过中间支路膨胀阀7、中间冷却器6和高压级压缩机4进入冷凝器2。

所述蒸发器3的蒸汽侧入口连接闪蒸罐11的蒸汽侧出口；啊啊蒸发器3的凝结水出口经过凝结水泵9连接凝结水箱10。

本发明能够解决电厂工业废水余热浪费的问题，同时利用厂内发电量供双级压缩变频式热泵制取热量加热热网循环水，提高热泵制热性能系数，降低热泵电耗，起到辅助调峰作用，提高了整个系统能源利用率，降低调峰期间供暖成本，提高供热质量，达到节能减排的目的。

本发明的工作过程：

工业废水喷淋泵15将工业废水在闪蒸罐11的汽侧进行喷淋，通过真空泵13抽真空维持闪蒸罐11内负压，随着罐内压力降低水蒸气饱和温度随之降低，低温工业废水在闪蒸罐 11内闪蒸降温，部分工业废气汽化过程中以汽化潜热携带罐内降温废水的热量流出闪蒸罐，这部分蒸汽在双级压缩变频式热泵的蒸发器3中做低温热源，提取工业废水余热的同时回收其中水量，闪蒸过程可对工业废水水质进行提纯净化，得到的凝结水可做厂内热网循环水补水或其他水质要求不高的系统补水。

双级压缩变频式热泵中制冷机在冷凝器2中放热后分为两路，其中一路经过中间支路膨胀阀7后进入中间冷却器6吸收另一路的热量，另一路在中间冷却器6降温后至蒸发器3蒸发吸收低温热源热量，之后经过低压级压缩机5压缩后与前一路工质混合降温进入高压级压缩机4，二次压缩后进入冷凝器2向高温热源放热。

热网循环水通过热网增压泵增压后进入冷凝器吸收热量进行初步升温，随后送入热网加热器二级加热后送至热用户。

整套流程在回收厂内工业废水余热的同时还对部分工业废水进行和净化提纯，这部分凝结水可用作水质要求不高的系统补水，减少了厂内部分系统补水量，使机组在采暖期运行保证热负荷的同时降低发电机出口电功率，增大热电联产机组调峰空间。

借由上述方案，通过基于负压闪蒸原理回收工业废水余热的双级加热系统，具有如下技术效果：

将双级压缩变频式热泵、闪蒸罐联合制热，用于加热热网循环水回水，可以在回收工业废水低温余热的同时，提高电厂采暖期调峰灵活性，提高热泵制热性能系数，降低热泵电耗，起到辅助调峰作用，提高了整个系统能源利用率，降低调峰期间供暖成本，提高供热质量，达到节能减排的目的。

1)将双级压缩变频式热泵、闪蒸罐联合制热，对工业废水中低品位热能加以利用，在梯级加热的过程中减少了热网加热器有限温差传热造成的不可逆损失，同时实现了工业废水余热的深度回收。

2)整套系统在回收余热的同时提纯净化了相当一部分工业废水水量，提取过后的凝结水可用作工业用水补水或热网循环水补水等对补水品质要求一般的系统，降低了厂内用水成本。

3)提高电厂采暖期调峰灵活性，提高热泵制热性能系数，降低热泵电耗，起到辅助调峰作用，提高了整个系统能源利用率，降低调峰期间供暖成本，提高供热质量，减少污染物排放，达到节能减排的目的。

Claims (8)

1.一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，包括用于对热网循环水回水加热的双级压缩变频式热泵，以及用于向双级压缩变频式热泵提供热源的工业废水闪蒸吸热单元。

2.根据权利要求1所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，工业废水闪蒸吸热单元包括工业废水罐(12)和闪蒸罐(11)，其中，所述闪蒸罐(11)的废水侧入口连接工业废水罐(12)的废水出口，所述闪蒸罐(11)的废水出口连接工业废水罐(12)的废水入口。

3.根据权利要求2所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，所述闪蒸罐(11)的蒸汽侧出口连接双级压缩变频式热泵的蒸汽入口，所述双级压缩变频式热泵的凝结水出口连接凝结水箱(10)；

所述双级压缩变频式热泵的水侧入口连接热网循环水回水管道，所述双级压缩变频式热泵的水侧出口连接热网循环水供水管道。

4.根据权利要求2所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，所述闪蒸罐(11)上还设置用于维持罐内负压的真空泵(13)。

5.根据权利要求2所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，所述闪蒸罐(11)上开设的凝结水出口连接凝结水箱(10)。

6.根据权利要求1所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热系统，其特征在于，所述双级压缩变频式热泵包括冷凝器(2)、蒸发器(3)、高压级压缩机(4)、低压级压缩机(5)、中间冷却器(6)、中间支路膨胀阀(7)和蒸发主回路膨胀阀(8)，其中，冷凝器(2)的水侧入口连接热网循环水回水管道，所述冷凝器(2)的水侧出口连接热网循环水供水管道；所述冷凝器(2)的工质出口分为两路，其中一路依次经过中间支路膨胀阀(7)、中间冷却器(6)和高压级压缩机(4)连接冷凝器(2)的工质入口；另一路依次经过中间冷却器(6)、蒸发主回路膨胀阀(8)、低压级压缩机(5)和高压级压缩机(4)连接冷凝器(2)的工质入口；所述蒸发器(3)的蒸汽侧入口连接工业废水闪蒸吸热单元，蒸发器(3)的凝结水出口连接凝结水箱(10)。

7.一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热方法，其特征在于，包括以下步骤：

将低温工业废水进行闪蒸吸热，形成水蒸气送至双级压缩变频式热泵中，在双级压缩变频式热泵中与热网循环水回水进行换热，达到热用户供水水温要求，送至热用户。

8.根据权利要求7所述的一种负压闪蒸耦合双级压缩变频式热泵的供热方法，其特征在于，将低温工业废水在闪蒸罐(11)进行闪蒸吸热，形成水蒸气进入蒸发器(3)中做低温热源；工质在冷凝器(2)中放热后分为两路，其中一路经过中间支路膨胀阀(7)后进入中间冷却器(6)吸收热量，另一路在中间冷却器(6)降温后至蒸发器(3)蒸发吸收低温热源热量，之后经过低压级压缩机(5)压缩后与前一路工质混合降温进入高压级压缩机(4)，二次压缩后进入冷凝器(2)与热网循环水回水进行换热，达到热用户供水水温要求，送至热用户。

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