CN115264987A - 一种氯化钙吸收式热泵储热系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氯化钙吸收式热泵储热系统及运行方法，涉及热电厂储热领域，主要用于提高热电厂储热量；该系统主要包括高温储液罐、储水罐、低温储液罐、电动泵、控制阀、节流阀、溶液热交换器、发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器等设备；在储热过程中，采用氯化钙水溶液作为储热工质，提高了储热温度；在放热过程中运用吸收式热泵原理，吸收稀溶液显热，显著降低了稀溶液的温度；本发明可以提高储热温度，拓宽储热介质温差，从而提高单位体积的储热量，还可以减少系统投资，实现大容量储热，对热电厂热电解耦及灵活性改造具有重要意义。

Description

一种氯化钙吸收式热泵储热系统及运行方法
技术领域
本发明涉及热电厂储热技术领域，特别涉及调节抽汽式热电厂储热技术。
背景技术
大容量、高效储热技术具有广泛的应用前景，以热电厂为例，储热是实现供热机组热电解耦、拓宽电负荷调节范围的有效措施。目前热电厂采用热水储热，最高储热温度不超过100℃，储热温差只有20-30℃，需要安装大型储热罐，储热罐成本高且占地面积大，不利于实现大规模储热；吸收式热泵常用溴化锂水溶液作为循环工质，具有良好的热力性能，但溴化锂水溶液腐蚀性强、成本高，不适合用于大规模储热。为了提高储热温度、扩大储热容量、实现大规模储热，本发明提出了一种氯化钙吸收式热泵储热系统。
发明内容
为了克服现有热水储热技术的不足，本发明提供了一种氯化钙吸收式热泵储热系统及运行方法，采用氯化钙水溶液为储热介质，利用氯化钙溶液饱和温度高的特性提高储热温度，同时利用吸收式热泵原理，以高温热源热量驱动热泵吸收低温溶液热量扩大储热温差，实现高效、大容量储热。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种氯化钙吸收式热泵储热系统，由高温储液罐1、低温储液罐2、储水罐3、吸收器4、蒸发器5、冷凝器6、发生器7、第一换热器8、第二换热器9、第三换热器10、第一溶液泵11、第二溶液泵12、第三溶液泵13、第四溶液泵14、第一节流阀15、第二节流阀16、第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀20、第五控制阀21、第六控制阀22和第七控制阀23构成；
所述发生器7的出口分为三个分支，第一个分支的高温蒸汽与冷凝器6的热进口相连接，第二个分支的高温氯化钙浓溶液通过第三控制阀19、第二溶液泵12与高温储液罐1相连接，第三个分支的高温蒸汽通过第二控制阀18与第二换热器9的热进口相连接；冷凝器6热出口与第二换热器9热出口的疏水相连接后，通过第四控制阀20与储水罐3进口相连接；供热抽汽分为两个分支，第一个分支与发生器7热进口相连接，第二个分支通过第五控制阀21与换热器10的热进口相连接；发生器7的热出口为疏水；换热器10的热出口为疏水；热网回水分为三股，第一股回水与第二换热器9的冷进口相连接，第二股回水与第一换热器8的冷进口相连接，第三股回水与吸收器4的冷进口相连接；第二换热器9冷出口的中温水与第三换热器10的冷进口相连接；第三换热器10的冷出口为高温热水；第一换热器8的冷出口为高温热水；吸收器4的冷出口为高温热水；高温储液罐1出口的高温氯化钙浓溶液通过第三溶液泵13、第六控制阀22与第一换热器8的热进口相连接；吸收器4有两个热进口，第一换热器8热出口的氯化钙浓溶液通过第二节流阀16与吸收器4第一个热进口相连接，蒸发器5冷出口的低温低压水蒸气与吸收器4的第二个热进口相连接；吸收器4的热出口与蒸发器5的热进口相连；蒸发器5的热出口低温氯化钙稀溶液与低温储液罐2进口相连接；储水罐3出口的水工质通过第四溶液泵14、第一节流阀15、第七控制阀23与蒸发器5的冷进口相连；低温储液罐2出口的低温氯化钙稀溶液通过第一溶液泵11、第一控制阀17与冷凝器6的冷进口相连。
高温储液罐1中的储热介质为高温氯化钙浓溶液，低温储液罐2中的介质为低温氯化钙稀溶液，储水罐3中的介质为水。
高温储液罐1内的高温氯化钙浓溶液温度为110-150℃，浓度为50％-65％；低温储液罐2内的低温氯化钙浓溶液温度为40-60℃，浓度为40％-60％。
所述的一种氯化钙吸收式热泵储热系统的运行方法，系统的储热过程为：开启第一溶液泵11、第二溶液泵12及第一控制阀17、、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀20、第五控制阀21，关闭第三溶液泵13、第四溶液泵14及第六控制阀22、第七控制阀23；低温储液罐2中的氯化钙稀溶液经第一溶液泵11和第一控制阀17，在冷凝器6中被来自于发生器7的水蒸汽加热后进入发生器7的溶液冷进口，经过供热抽汽加热浓缩后形成高温浓溶液，经过第三控制阀19和第二溶液泵12后进入高温储液罐1；
系统的放热过程为：开启第三溶液泵13、第四溶液泵14及第六控制阀22、第七控制阀23，关闭第一溶液泵11、第二溶液泵12及第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀20、第五控制阀21；高温储液罐1中高温氯化钙浓溶液经第三溶液泵13、第六控制阀22先进入第一换热器8被热网水冷却，然后进入吸收器4中，吸收蒸发器5产生的低压蒸汽并加热热网水，蒸发器5产生的低压蒸汽也用于在吸收器4中加热热网水，蒸发器5的水工质来自于储水罐3，蒸发器5出口的氯化钙溶液进入低温储液罐2。
系统的储热过程中：氯化钙溶液在发生器7浓缩过程中产生的蒸汽分为两个支路，一个支路进入冷凝器6加热低温氯化钙稀溶液，另一个支路在第二换热器9中加热热网回水，蒸汽在冷凝器6及第二换热器9中产生的疏水汇合后经过第四控制阀20后进入储水罐3；第二换热器9冷出口的热网回水在第三换热器10中被供热抽汽加热至所需温度后向外供出。
系统的储热过程中：发生器7采用0.3～0.5MPa，240～250℃的中压缸抽汽作为驱动热源，从发生器7热出口出来的疏水为0.3～0.5MPa对应的饱和水温度，疏水最后又返回到热力系统中。
系统的放热过程中：热网回水温度为50～60℃，在第一换热器8和吸收器4中被加热到90～100℃。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
(1)本发明通过利用氯化钙水溶液作为储热工质，可在常压下提高储热温度，氯化钙浓溶液温度可达110～150℃；
(2)本发明通过利用氯化钙水溶液作为储热介质，可降低系统投资，提高经济性，实现大规模储热；
(3)本发明通过利用吸收式热泵原理，可拓宽储热介质的储热温差，提高单位体积溶液的储热量。
附图说明
图1为吸收式热泵储热系统原理图。
具体实施方式
工作原理：
吸收式热泵是利用某些盐溶液的饱和温度大于纯水的特性，通过溶液在低温下吸收压力较低的蒸汽、在高温放出压力较高的蒸汽来提高低温热源的温度，实现热泵的功能。传统热泵采用溴化锂溶液作为吸收式热泵的工质，但溴化锂产量低、价格贵，利用溴化锂溶液进行大规模储热，系统投资大、经济性很差。氯化钙溶液具有与溴化锂溶液类似的性能，但氯化钙产量大、价格便宜，更适宜作为吸收式热泵储热系统的工质。
采用热水作为储热介质，由于大型储热罐体积庞大、只能常压运行，限制了储热温度不能超过100℃；采用氯化钙溶液，在浓度较高时其常压下的饱和温度大幅度提高，系统可采用更高的储热温度。
本系统利用了热泵循环，利用高温氯化钙浓溶液的显热作为驱动热源，吸收稀溶液的显热，可显著降低稀溶液的温度，从而拓宽储热介质的储热温差，从而提高了单位体积溶液的储热量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种氯化钙吸收式热泵储热系统，由高温储液罐1、储水罐2、低温储液罐3、吸收器4、蒸发器5、冷凝器6、发生器7、第一换热器8、第二换热器9、第三换热器10、第一溶液泵11、第二溶液泵12、第三溶液泵13、第四溶液泵14、第一节流阀15、第二节流阀16、第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀20、第五控制阀21、第六控制阀22和第七控制阀23构成；
氯化钙吸收式热泵储热系统，分为储热和放热两部分。储热时采用压力为0.3～0.5MPa，温度为240～250℃的中压缸抽汽作为驱动热源，可在常压下存储温度达110～150℃的热量；放热时利用存储的热量可将55～60℃的热网回水加热至90～100℃，可直接对外进行供热。
氯化钙吸收式热泵储热系统储热时，利用汽轮机中压缸抽汽，将进入发生器7的氯化钙稀溶液加热蒸发浓缩。蒸发器7的出口有三个分支，第一个分支的高温水蒸气与冷凝器6热进口相连接，在冷凝器6中被氯化钙稀溶液冷却为疏水，第二个分支的氯化钙浓溶液经第三阀门19、第二溶液泵12进入高温储液罐1，第三个分支的高温蒸汽通过第二控制阀18与第二换热器9热进口相连接，在溶液换热器9冷却为疏水。冷凝器6及溶液换热器9热出口的疏水混合后经第四控制阀20进入储水罐3。热网回水经第二换热器9温度从55～60℃升至80～90℃，再经第三换热器10被中压缸抽汽继续加热至90～130℃对外供热。
氯化钙吸收式热泵储热系统放热时，高温氯化钙浓溶液经过第三溶液泵13、第六控制阀22，进入第一换热器8被热网回水冷却，经第二节流阀16降温降压后进入吸收器4再次被热网水冷却，再进入蒸发器5被水工质冷却，最后进入低温储液罐2。热网回水在第一换热器8及吸收器4中可分别从55～60℃加热至90～100℃。储水罐3中的水工质经过第四溶液泵14、第一节流阀15降温降压后，经第七控制阀23进入蒸发器5吸收低温氯化钙稀溶液热量蒸发进入吸收器4。
本发明在储热过程中，采用氯化钙水溶液作为储热工质，提高了储热温度；在放热过程中运用吸收式热泵原理，吸收稀溶液显热，显著降低了稀溶液的温度；本发明可以提高储热温度，拓宽储热介质温差，从而提高单位体积的储热量，还可以减少系统投资，实现大容量储热，对热电厂热电解耦及灵活性改造具有重要意义。

Claims (7)

1.一种氯化钙吸收式热泵储热系统，其特征在于，系统由高温储液罐(1)、低温储液罐(2)、储水罐(3)、吸收器(4)、蒸发器(5)、冷凝器(6)、发生器(7)、第一换热器(8)、第二换热器(9)、第三换热器(10)、第一溶液泵(11)、第二溶液泵(12)、第三溶液泵(13)、第四溶液泵(14)、第一节流阀(15)、第二节流阀(16)、第一控制阀(17)、第二控制阀(18)、第三控制阀(19)、第四控制阀(20)、第五控制阀(21)、第六控制阀(22)和第七控制阀(23)构成；
所述发生器(7)的出口分为三个分支，第一个分支的高温蒸汽与冷凝器(6)的热进口相连接，第二个分支的高温氯化钙浓溶液通过第三控制阀(19)、第二溶液泵(12)与高温储液罐(1)相连接，第三个分支的高温蒸汽通过第二控制阀(18)与第二换热器(9)的热进口相连接；冷凝器(6)热出口与第二换热器(9)热出口的疏水相连接后，通过第四控制阀(20)与储水罐(3)进口相连接；供热抽汽分为两个分支，第一个分支与发生器(7)热进口相连接，第二个分支通过第五控制阀(21)与换热器(10)的热进口相连接；发生器(7)的热出口为疏水；换热器(10)的热出口为疏水；热网回水分为三股，第一股回水与第二换热器(9)的冷进口相连接，第二股回水与第一换热器(8)的冷进口相连接，第三股回水与吸收器(4)的冷进口相连接；第二换热器(9)冷出口的中温水与第三换热器(10)的冷进口相连接；第三换热器(10)的冷出口为高温热水；第一换热器(8)的冷出口为高温热水；吸收器(4)的冷出口为高温热水；高温储液罐(1)出口的高温氯化钙浓溶液通过第三溶液泵(13)、第六控制阀(22)与第一换热器(8)的热进口相连接；吸收器(4)有两个热进口，第一换热器(8)热出口的氯化钙浓溶液通过第二节流阀(16)与吸收器(4)第一个热进口相连接，蒸发器(5)冷出口的低温低压水蒸气与吸收器(4)的第二个热进口相连接；吸收器(4)的热出口与蒸发器(5)的热进口相连；蒸发器(5)的热出口低温氯化钙稀溶液与低温储液罐(2)进口相连接；储水罐(3)出口的水工质通过第四溶液泵(14)、第一节流阀(15)、第七控制阀(23)与蒸发器(5)的冷进口相连；低温储液罐(2)出口的低温氯化钙稀溶液通过第一溶液泵(11)、第一控制阀(17)与冷凝器(6)的冷进口相连。
2.根据权利要求1所述的氯化钙吸收式热泵储热系统，其特征在于，高温储液罐(1)中的储热介质为高温氯化钙浓溶液，低温储液罐(2)中的介质为低温氯化钙稀溶液，储水罐(3)中的介质为水。
3.根据权利要求1所述的氯化钙吸收式热泵储热系统，其特征在于，高温储液罐(1)内的高温氯化钙浓溶液温度为110-150℃，浓度为50％-65％；低温储液罐(2)内的低温氯化钙浓溶液温度为40-60℃，浓度为40％-60％。
4.权利要求1至3任一项所述的一种氯化钙吸收式热泵储热系统的运行方法，其特征在于，系统的储热过程为：开启第一溶液泵(11)、第二溶液泵(12)及第一控制阀(17)、、第二控制阀(18)、第三控制阀(19)、第四控制阀(20)、第五控制阀(21)，关闭第三溶液泵(13)、第四溶液泵(14)及第六控制阀(22)、第七控制阀(23)；低温储液罐(2)中的氯化钙稀溶液经第一溶液泵(11)和第一控制阀(17)，在冷凝器(6)中被来自于发生器(7)的水蒸汽加热后进入发生器(7)的溶液冷进口，经过供热抽汽加热浓缩后形成高温浓溶液，经过第三控制阀(19)和第二溶液泵(12)后进入高温储液罐(1)；
系统的放热过程为：开启第三溶液泵(13)、第四溶液泵(14)及第六控制阀(22)、第七控制阀(23)，关闭第一溶液泵(11)、第二溶液泵(12)及第一控制阀(17)、第二控制阀(18)、第三控制阀(19)、第四控制阀(20)、第五控制阀(21)；高温储液罐(1)中高温氯化钙浓溶液经第三溶液泵(13)、第六控制阀(22)先进入第一换热器(8)被热网水冷却，然后进入吸收器(4)中，吸收蒸发器(5)产生的低压蒸汽并加热热网水，蒸发器(5)产生的低压蒸汽也用于在吸收器(4)中加热热网水，蒸发器(5)的水工质来自于储水罐(3)，蒸发器(5)出口的氯化钙溶液进入低温储液罐(2)。
5.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于，系统的储热过程中：氯化钙溶液在发生器(7)浓缩过程中产生的蒸汽分为两个支路，一个支路进入冷凝器(6)加热低温氯化钙稀溶液，另一个支路在第二换热器(9)中加热热网回水，蒸汽在冷凝器(6)及第二换热器(9)中产生的疏水汇合后经过第四控制阀(20)后进入储水罐(3)；第二换热器(9)冷出口的热网回水在第三换热器(10)中被供热抽汽加热至所需温度后向外供出。
6.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于，系统的储热过程中：发生器(7)采用0.3～0.5MPa，240～250℃的中压缸抽汽作为驱动热源，从发生器(7)热出口出来的疏水为0.3～0.5MPa对应的饱和水温度，疏水最后又返回到热力系统中。
7.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于，系统的放热过程中：热网回水温度为50～60℃，在第一换热器(8)和吸收器(4)中被加热到90～100℃。
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