CN114777184A - 一种热网循环水的多级加热系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种热网循环水的多级加热系统及方法，包括高背压加热单元、电热泵加热单元、抽汽加热单元、电锅炉加热单元和余热回收单元，其中，所述高背压加热单元的水侧入口连接热网回水管道，所述高背压加热单元的水侧出口分为两路，一路与电热泵加热单元的水侧入口连接，另一路与抽汽加热单元的水侧入口连接；所述抽汽加热单元的水侧出口分为两路，一路连接热网供水管路，另一路连接电锅炉加热单元的水侧入口；所述电锅炉加热单元的水侧出口连接热网供水管路；所述电热泵加热单元的水侧出口连接抽汽加热单元的水侧入口；所述余热回收单元的蒸汽出口连接电热泵加热单元的蒸汽入口；本发明涉及的系统，大幅增加了供热系统的安全性和可靠性。

Description

一种热网循环水的多级加热系统及方法
技术领域
本发明属于热电联产领域，涉及一种热网循环水的多级加热系统及方法。
背景技术
热电联产机组投产后，电负荷上限基本固定，而且为了消纳新能源发电量，往往需要降低机组出力，参与电网调峰，甚至是深度调峰，机组电负荷下限不断降低；而热负荷正好相反，热负荷下限基本确定，但随着周边城市的快速发展，供热负荷逐步增长，对热电联产企业的供热能力要求也在稳步提升。现阶段热电联产企业提升供热能力普遍存在以下难题：1)新建机组立项获批难；2)投建传统燃煤锅炉作为尖峰热源效率偏低、环保压力大；3)机组供热改造提升能力有限；4)受“以热定电”运行方式影响，很难满足供热能力和电调峰能力的同时提升。除此之外，现有供热机组大部分还存在较大的冷源损失，部分余热白白浪费，实则可供回收利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热网循环水的多级加热系统及方法，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种热网循环水的多级加热系统，包括高背压加热单元、电热泵加热单元、抽汽加热单元、电锅炉加热单元和余热回收单元，其中，所述高背压加热单元的水侧入口连接热网回水管道，所述高背压加热单元的水侧出口分为两路，一路与电热泵加热单元的水侧入口连接，另一路与抽汽加热单元的水侧入口连接；
所述抽汽加热单元的水侧出口分为两路，一路连接热网供水管路，另一路连接电锅炉加热单元的水侧入口；
所述电锅炉加热单元的水侧出口连接热网供水管路；
所述电热泵加热单元的水侧出口连接抽汽加热单元的水侧入口；
所述余热回收单元的蒸汽出口连接电热泵加热单元的蒸汽入口。
优选地，所述高背压加热单元包括高背压机组凝汽器，其中，所述高背压机组凝汽器的水侧入口连接热网回水管道；所述高背压机组凝汽器的水侧出口经过热网循环泵分别与抽汽加热单元和电热泵加热单元的水侧入口连接。
优选地，所述抽汽加热单元包括汽水换热器，其中，所述汽水换热器的水侧入口与高背压加热单元的水侧出口连接；所述汽水换热器的水侧出口与热网供水管路连接，另一路连接电锅炉加热单元的水侧入口。
优选地，所述汽水换热器的水侧入口和高背压加热单元的水侧出口之间设置有#调节阀。
优选地，所述电热泵加热单元包括冷凝器、蒸发器和压缩机，其中，所述冷凝器的冷凝流体入口与高背压加热单元的水侧出口连接；所述冷凝器的低压液体工质出口与蒸发器的工质入口连接，所述蒸发器的低压蒸汽出口与压缩机的入口连接；所述压缩机的出口与冷凝器的工质入口连接，所述冷凝器的冷凝流体出口与抽汽加热单元的水侧入口连接；所述蒸发器的蒸汽入口连接余热回收单元的蒸汽出口。
优选地，所述冷凝器的低压液体工质出口与蒸发器的工质入口之间设置有膨胀阀。
优选地，所述余热回收单元的电源输出端连接电热泵加热单元的压缩机的电源输入端。
优选地，所述余热回收单元包括抽凝机组低压缸和抽凝机组凝汽器，其中，所述抽凝机组低压缸的排汽口连接抽凝机组凝汽器的汽侧入口；所述抽凝机组凝汽器的水侧出口连接电热泵加热单元的蒸发器的热媒流体入口。
一种热网循环水的多级加热方法，包括以下步骤：
初末寒时期：供热负荷小，抽汽加热单元和电锅炉加热单元停运，热网回水先进入高背压加热单元中进行加热，提温后的热网循环水分为两路，一部分进入电热泵加热单元继续加热；另一部分经与电热泵加热单元加热后的循环水混合，之后经过抽汽加热单元和热网供水主管对外供出
高寒时期：供热负荷大，抽汽加热单元和电锅炉加热单元相继投运，热网回水先进入高背压加热单元进行加热，提温后的热网循环水分为两路，一部分进入电热泵加热单元继续加热，另一部分与电热泵加热单元加热后的循环水混合，之后进入抽汽加热单元，热网循环水在抽汽加热单元中被加热，温度提升后又分为两路，一部分进入电锅炉加热单元进行加热，另一部分与经电锅炉加热单元加热后的循环水混合后，通过热网供水主管对外供出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种热网循环水的多级加热系统及方法，热电联产企业一方面对冷却循环水的余热进行了回收利用，减少了冷源损失，提升了机组供热能力；另一方面设置了大容量电锅炉作为尖峰热源，电锅炉电源取自厂用电，高寒期除了大幅增加供热能力，提高民生供热保障，还间接提升了供热机组的电调峰能力，促进新能源发电量消纳。此外，本发明中热网循环水可先后经高背压加热单元、电热泵加热单元、抽汽加热单元、电锅炉加热单元多级加热，整体换热效率高，且系统运行方式灵活，大幅增加了供热系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
其中，高背压机组凝汽器1、热网循环泵2、1#调节阀3、冷凝器4、膨胀阀5、蒸发器6、压缩机7、汽水换热器8、2#调节阀9、板式换热器10、电锅炉11、电锅炉循环泵12、抽凝机组低压缸13、发电机14、关口电表15、抽凝机组凝汽器6、3#调节阀17、冷却塔18。
具体实施方式
本发明提供了一种热网循环水的多级加热系统，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。下述说明仅仅是示例性的，而不限制本发明的范围及其应用。
参考图1，本发明提供的一种热网循环水的多级加热系统，包括高背压机组凝汽器1、热网循环泵2、1#调节阀3、冷凝器4、膨胀阀5、蒸发器6、压缩机7、汽水换热器8、2#调节阀9、板式换热器10、电锅炉11、电锅炉循环泵12、抽凝机组低压缸13、发电机14、关口电表15、抽凝机组凝汽器16、3#调节阀17和冷却塔18，其中，
所述高背压机组凝汽器1的水侧进口与热网循环回水主管连接，高背压机组凝汽器1出口与热网循环泵2入口连接，热网循环泵2出口分为两路，一路与1#调节阀3入口连接，另一路与冷凝器4冷凝流体入口连接。
所述冷凝器4的低压液体工质出口与膨胀阀5的入口连接，所述膨胀阀5的出口与蒸发器6的工质入口连接，所述蒸发器6的低压蒸汽出口与压缩机7的入口连接，所述压缩机7的出口与冷凝器4的工质入口连接，所述冷凝器4的冷凝流体出口与汽水换热器8水侧入口连接，所述汽水换热器8的水侧入口还与1#调节阀3出口连接。
所述汽水换热器8水侧出口分为两路，一路与板式换热器10低温侧进水口连接，另一路与2#调节阀9的入口连接；所述2#调节阀9的出口与热网供水主管道连接。
所述板式换热器10的高温侧出水口与电锅炉11进水口连接，所述电锅炉11出水口与电锅炉循环泵12入口连接，所述电锅炉循环泵12出口与板式换热器10高温侧进水口连接，所述板式换热器10的低温侧出水口与热网供水主管道连接。
所述抽凝机组低压缸13排汽口与抽凝机组凝汽器16汽侧入口连接，所述抽凝机组凝汽器16水侧出口分为两路，一路与蒸发器6的热媒流体入口连接，另一路与3#调节阀17入口连接。
所述蒸发器6的热媒流体出口与冷却塔18进水口连接。
所述3#调节阀17出口也与冷却塔18进水口连接。
所述抽凝机组低压缸13的动力输出端与发电机16的动力输入端连接，所述发电机16的电力输出端分为两路，一路经关口电表15上网对外供电，一路分别与电锅炉11和电热泵7的电源输入端连接。
本发明的工作原理如下；
(一)初末寒时期
供热负荷小，抽汽加热单元和电锅炉加热单元不投运，所需热量由高背压加热单元和电热泵加热单元提供；此时所有热网回水先进入高背压机组凝汽器1中加热，温度从Th0提高至Th1，提温后的热网循环水经热网循环泵加压后分为两路，一部分进入电热泵加热单元的冷凝器继续加热，温度从Th1提高至Th2；另一部分经1#调节阀3与第一部分(加热后的)循环水混合后(此时温度变为Th3且Th1＜Th3＜Th2)，一起进入抽汽加热单元的汽水换热器(汽水换热器中没有热量交换)，接着通过热网供水主管对外供出。
1#调节阀3用以调节进入电热泵加热单元的冷凝器中的循环水流量。
压缩机7的电源取自发电机14产生的未上网的电能，可提升机组调峰能力。
电热泵单元的工作原理：压缩机7在电源的驱动下，将其内部的低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器4，在冷凝器4中，工质释放热量被冷却成高压液体进入膨胀阀5，降压成低压液体进入蒸发器6，工质在蒸发器6中吸收循环冷却水的热量后蒸发而成为压力较低的蒸汽，低压蒸汽进入压缩机7被压缩，开始下一个循环。
余热回收单元的工作原理：抽凝机组低压缸13排汽进入抽凝机组凝汽器16并在后者被冷却循环水冷却，冷却循环水吸热后分为两路，一部分进入电热泵加热单元的蒸发器，作为低温热源，另一路部分经3#调节阀17与第一部分(冷却后的)冷却水混合后一起进入冷却塔进一步降温，3#调节阀17用以调节进入电热泵加热单元的蒸发器6中的低温热源流量。
(二)高寒时期
供热负荷大，抽汽加热单元和电锅炉加热单元相继投运，所需热量由高背压加热单元、电热泵加热单元、抽汽加热单元和电锅炉加热单元共同提供；此时所有热网回水先进入高背压机组凝汽器1中加热，温度从Th0提高至Th1，提温后的热网循环水经热网循环泵2加压后分为两路，一部分进入电热泵加热单元的冷凝器4继续加热，温度从Th1提高至Th2，另一部分经1#调节阀3与第一部分(加热后的)循环水混合后(此时温度变为Th3且Th1＜Th3＜Th2)，一起进入抽汽加热单元的汽水换热器8，热网循环水在汽水换热器8中被加热，温度提升至Th4，从汽水换热器出来后又分为两路，一部分进入电锅炉加热单元的板式换热器10加热，另一部分经2#调节阀9与第一部分(加热后的)循环水混合后，通过热网供水主管对外供出.
1#调节阀3用以调节进入电热泵加热单元的冷凝器中的循环水流量，2#调节阀9用以调节进入电锅炉加热单元的板式换热器10中的循环水流量。
压缩机7和电锅炉11的电源取自发电机14产生的未上网的电能，可大幅提升机组调峰能力。
电锅炉加热单元的工作原理：电锅炉11中的水在通电状态下加热升温，作为高温热源进入板式换热器10中放热，释放热量后又回到电锅炉11开始下一个循环，循环动力由电锅炉循环泵12提供；来自汽水换热器8的循环水在板式换热器10中被加热。
电热泵单元和余热回收单元工作原理同上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，包括高背压加热单元、电热泵加热单元、抽汽加热单元、电锅炉加热单元和余热回收单元，其中，所述高背压加热单元的水侧入口连接热网回水管道，所述高背压加热单元的水侧出口分为两路，一路与电热泵加热单元的水侧入口连接，另一路与抽汽加热单元的水侧入口连接；
所述抽汽加热单元的水侧出口分为两路，一路连接热网供水管路，另一路连接电锅炉加热单元的水侧入口；
所述电锅炉加热单元的水侧出口连接热网供水管路；
所述电热泵加热单元的水侧出口连接抽汽加热单元的水侧入口；
所述余热回收单元的蒸汽出口连接电热泵加热单元的蒸汽入口。
2.根据权利要求1所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述高背压加热单元包括高背压机组凝汽器(1)，其中，所述高背压机组凝汽器(1)的水侧入口连接热网回水管道；所述高背压机组凝汽器(1)的水侧出口经过热网循环泵(2)分别与抽汽加热单元和电热泵加热单元的水侧入口连接。
3.根据权利要求1所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述抽汽加热单元包括汽水换热器(8)，其中，所述汽水换热器(8)的水侧入口与高背压加热单元的水侧出口连接；所述汽水换热器(8)的水侧出口与热网供水管路连接，另一路连接电锅炉加热单元的水侧入口。
4.根据权利要求3所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述汽水换热器(8)的水侧入口和高背压加热单元的水侧出口之间设置有1#调节阀(3)。
5.根据权利要求1所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述电热泵加热单元包括冷凝器(4)、蒸发器(6)和压缩机(7)，其中，所述冷凝器(4)的冷凝流体入口与高背压加热单元的水侧出口连接；所述冷凝器(4)的低压液体工质出口与蒸发器(6)的工质入口连接，所述蒸发器(6)的低压蒸汽出口与压缩机(7)的入口连接；所述压缩机(7)的出口与冷凝器(4)的工质入口连接，所述冷凝器(4)的冷凝流体出口与抽汽加热单元的水侧入口连接；所述蒸发器(6)的蒸汽入口连接余热回收单元的蒸汽出口。
6.根据权利要求5所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述冷凝器(4)的低压液体工质出口与蒸发器(6)的工质入口之间设置有膨胀阀(5)。
7.根据权利要求1所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述余热回收单元的电源输出端连接电热泵加热单元的压缩机(7)的电源输入端。
8.根据权利要求1所述的一种热网循环水的多级加热系统，其特征在于，所述余热回收单元包括抽凝机组低压缸(13)和抽凝机组凝汽器(16)，其中，所述抽凝机组低压缸(13)的排汽口连接抽凝机组凝汽器(16)的汽侧入口；所述抽凝机组凝汽器(16)的水侧出口连接电热泵加热单元的蒸发器(6)的热媒流体入口。
9.一种热网循环水的多级加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
初末寒时期：供热负荷小，抽汽加热单元和电锅炉加热单元停运，热网回水先进入高背压加热单元中进行加热，提温后的热网循环水分为两路，一部分进入电热泵加热单元继续加热；另一部分经与电热泵加热单元加热后的循环水混合，之后经过抽汽加热单元和热网供水主管对外供出
高寒时期：供热负荷大，抽汽加热单元和电锅炉加热单元相继投运，热网回水先进入高背压加热单元进行加热，提温后的热网循环水分为两路，一部分进入电热泵加热单元继续加热，另一部分与电热泵加热单元加热后的循环水混合，之后进入抽汽加热单元，热网循环水在抽汽加热单元中被加热，温度提升后又分为两路，一部分进入电锅炉加热单元进行加热，另一部分与经电锅炉加热单元加热后的循环水混合后，通过热网供水主管对外供出。
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