CN1587825A - 应用热泵技术原理及其相关设备集中供热的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热水集中供热工程的系统和方法。是在现有热水集中供热系统的基础上，应用热泵技术原理及其相关设备，增设热泵供热装置及热泵预热装置，提取供热回水中的低温热能，并将其转换成高品位热能，供给热用户再利用。利用原有的一级供热主管网，可成倍增加供热能力，降低回水温度(最低可降至约5℃)。可减少回水管网输送过程中的热能损失，节能降耗。在已建成的热水集中供热系统中，仅需增设热泵供热装置及热泵预热装置，不用重建或改造一级供热主管网。可节省投资，扩大集中供热半径，减少重复建设供热锅炉房的数量，收到明显的提高热能利用率，降低供热成本，减少污染源，节能、降耗、环保的有益效果。

Description

应用热泵技术原理及其相关设备集中供热的系统和方法
所属技术领域
本发明涉及一种热水集中供热工程的系统和方法，是属于供热工程技术领域。
背景技术
目前，热水集中供热工程系统主要由：热源、加热站(或称为换热站)，热用户、一级循环管网、二级循环管网所组成，供热半径一般为4-10公里。
热源主要有热电厂为热源或区域锅炉房为热源两种。
加热站，可根据供热能力或供热面积设一级加热站，或者设二级加热站。
热水集中供热循环工作系统主要包括有：
1、热源加热循环工作系统；
2、一级管网循环工作系统；
3、二级管网循环工作系统。
热电厂作为热源，设计供水温度可取110--150℃，回水温度约为70℃，采用一级加热时，供水温度取较小值；采用二级加热时，可取较大值。
区域锅炉房作为热源，供热范围较小时，采用95-70℃，供热范围较大时，应采用较高供水温度。
热水集中供热系统的供、回水温度，按目前国内、外实际情况，一般采用130--70℃，110--70℃，95--70℃。按现有集中供热工程的系统和方法，对70℃以下的回水中的热能都不能回收利用，而是通过回水管网全部返回热电厂、区域锅炉房或加热站等热源处。这些回水中所含有的低温热能是非常巨大的，在返回热源处的管网长距离输送过程中，所产生的热量损失也是非常巨大的，架空管道可达10％，埋地管道可达5％。
发明内容
为了克服现有热水集中供热工程的系统和方法的不足，降低回水温度(最低可以降到约5℃)，充分回收利用回水中的热能，使由热电厂、区域锅炉房或加热站等热源处通过热水管网输送出来的热量尽可能全部得到利用，尽可能减少在管网内往返输送过程中的热能损耗，提高热能利用率，降低集中供热的生产成本。本发明在现有热水集中供热循环工作系统基础上，增设完全独立的热泵供热装置，增加热泵工质循环工作系统，在提取并回收回水管网中热能再利用的同时，还可以将其低位热能转换为高品位热能，增加热水集中供热的能力。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：尽一切可能把由热源处输送出来的热能全部为热用户所利用；尽一切可能把回水温度降低下来(最低可降到约5℃)；尽一切可能减少回水管网的热能损失。解决其系统和方法的技术方案的关键是：把供热系统回水作为热源，应用热泵技术原理及其相关设备，设置热泵供热装置，提取回收回水中含有的热能再利用。同时，也可以将其中的低位热能转换成高品位热能，传递输送给热用户得到再利用；回水的温度可以由约70℃降低下来(最低可降到约5℃)；在返回热电厂、区域锅炉房或加热站等热源处的长距离管网输送过程中，其热能损失也随着介质温度被降低而大量减少；使由热源处输送出来的热能，尽可能得到充分利用；在不明显增加供热管网系统建设投资的情况下，可以明显取得节能、增效、降耗及环保的效果。
本发明的系统和方法，最关键的是在热水集中供热工程系统中，增设热泵供热装置，提取回收供热回水中的低温热能，转换成高品位热能，向热用户供热。
在有大量而且稳定可靠的地下水、工业循环冷却水、油田回注水、工业或城市生活污水等低温水源的地方，在热电厂、区域锅炉房或加热站等热源附近，可以设置热泵预热装置。在供热系统回水返回到热电厂、区域锅炉房或加热站等热源处重新加热之前，应用热泵技术原理及其相关设备提取回收低温水源中的热能，把供热系统回水由约5℃提前预热至70℃，尽可能节约使用煤炭、石油、天然气等不可再生资源。
热泵供热装置及热泵预热装置主要由热泵、换热器、循环泵及水处理设备构成。虽然其系统结构主要是应用热泵技术原理及其相关设备组成，但其设置的目的、方法和效果是根本不相同的，热泵供热装置是要为供热系统回水制冷，使回水温度由约70℃降低下来(最低可降到约5℃)，提取回收热能，达到增加供热能力和供热面积的效果。而热泵预热装置是为供热系统回水制热，由约5℃提升温度到约70℃，达到提前预热，节约煤炭、石油、天然气等资源的效果。
热泵技术发展很快，以电动机驱动的机械压缩式热泵是目前常用的一种热泵型式。在拥有大量高位热能同时也拥有大量低位热能时，采用机械压缩式热泵供热装置或热泵预热装置，不仅设备数量增多，而且热能利用系数也比较低。这时，应采用热能直接驱动的吸收式热泵或蒸汽喷射式热泵，可以大幅度提高装置的热能利用效率。
本发明的有益效果是：
1、在新建的热水集中供热工程系统中，应用热泵技术原理及其相关设备的热水集中供热工程的系统和方法，回水的温度参数可以被降低(最低可降到约5℃)，不但能使其所含的热能得到充分利用，而且，供热管网的损失与所输送的介质温度有直接关系，在返回热电厂或区域锅炉房的长距离管道输送过程中，可以大幅度减少管网热损失，可以取得节能降耗的有益效果。
2、在已建成的热水集中供热工程系统中，采用本发明的热泵技术原理及其相关设备的热水集中供热工程的系统和方法，可以充分利用已建成的一级供热循环主管网系统，通过增设热泵供热装置，降低回水温度，可以减少管网的重复建设，节省投资，大幅度提高供热能力。
3、在我国北方冬季采暖城市的大、中型热水集中供热工程系统中，由于城市的不断改造、建设和发展，供热面积或供热能力要求成倍增加，如果进行供热管网系统改造，或新增设管网系统，不但投资比较大，而且会给城市道路、景观及建筑物造成破坏，施工难度大，社会负面影响也比较大，而采用本发明的技术方案，对原有热水集中供热系统进行局部改造，就可以妥善解决这一比较大的难题。
4、无论新建或改造原有的热水集中供热工程系统采用本发明的技术方案的系统和方法，都可以成倍扩大热电厂或区域锅炉房的供热半径，可以扩大供热系统的供热能力，减少锅炉房重复建设的数量，减少城市环境污染源，达到节能环保的有益效果。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是目前现有的具有代表性的热水集中供热工程系统图。
图2是应用热泵技术原理及其相关设备的热水集中供热工程的系统和方法实施例系统图。
图3是图2实施例中的一种热泵供热装置系统图。
图4是图2实施例中的一种热泵预热装置系统图。
图中1、热电厂或区域锅炉房，2、加热站，3、热用户，4、一级管网供水管道，5、二级管网供水管道，6、一级管网回水管道，7、二级管网回水管道，8、一级管网回水管道，9、热泵供热装置，10、热用户，11、热泵预热装置，12、换热器，13、循环泵，14、蒸发器，15、压缩机，16、冷凝器，17、膨胀调节阀，18、循环泵，19、热用户，20、换热器，21、循环泵，22、蒸发器，23、压缩机，24、冷凝器，25、膨胀调节阀，26、低温水源管道。
在图1所示的热水集中供热工程系统中，主要是由热电厂或区域锅炉房1，加热站2，热用户3，供水管道4和回水管道6组成一级供热循环管网，供水管道5和回水管道7组成二级供热循环管网。该系统和方法的特征是：回水的温度一般约为70℃，并且，全部通过回水管道返回热电厂或区域锅炉房，这部分热能不能充分利用。
图2所示的热水集中供热工程系统，与图1所示相对比，该系统和方法的特征是：增设有热泵供热装置9和热泵预热装置11，回水的温度可以降低(最低可降到约5℃)。热泵供热装置9可以提取回水中所含的热能，并可以将其由低位热能转换为高品位热能，供给新增加的热用户10。热泵供热装置可以设置在一级回水管网上，也同样可以设置在二级回水管网上。在有条件的热电厂、区域锅炉房或加热站等热源处附近可以设置热泵预热装置11，应用热泵技术原理及其相关设备，利用地下水、循环冷却水、油田回注水、工业及生活污水作为低温水源，提取回收其中含有的低温热能，并将其转换为高品位热能，把约5℃以下的回水提前预热加温到约70℃，目的是降低供热成本，节约高品位、不可再生的煤炭、石油、天然气的资源。
图3所示的热泵供热装置系统图，是利用热泵技术原理及其方法和相关设备，提取回收回水中的热量为热用户供热的装置。本图所示是采用机械压缩式热泵技术原理和方法，装置主要由换热器12，循环泵13、18，蒸发器14，压缩机15，冷凝器16，膨胀调节阀17及各种管道组成。其中包括：回水循环工作系统，该系统是由换热器12和回水管道6组成；中间介质循环工作系统，该系统是由换热器12，循环泵13，蒸发器14及管道组成，中间介质可以是水或其它换热效率较高的物质，中间介质的温度较高时，可以直接为热用户19供热，根据回水的温度及水质状况，可以设置中间介质循环工作系统，也可以不设置中间介质循环工作系统；热泵工质循环工作系统，该系统是由蒸发器14，压缩机15，冷凝器16，膨胀调节阀17及管道组成；供热循环水工作系统，该系统是由冷凝器16，循环泵18及管道组成。通过换热器12把回水中的热能转移给中间介质，通过热泵工质循环工作系统的工作过程，在蒸发器14中回收提取中间介质含有的低温热能，转换为高品位热能，通过冷凝器16传递给供热循环水，为热用户10供热再利用。
图4所示的热泵预热装置系统图，是利用热泵技术原理及其方法和相关设备，提取回收低温水源中的低温热能，为回水进行预热的装置。本图所示是采用机械压缩式热泵技术原理和方法，装置主要由回水管道6、8，低温水源管道26，换热器20，循环泵21，蒸发器22，压缩机23，冷凝器24，膨胀调节阀25及各种管道组成。其中低温水源管道26与换热器20组成低温水循环工作系统；换热器20，蒸发器22，循环泵21及管道组成中间介质循环工作系统，中间介质可以是水或其它换热效率较高的物质，在低温水源的水质条件允许时，也可以取消中间介质循环工作系统；由蒸发器22，压缩机23，冷凝器24，膨胀调节阀25及各种管道组成热泵工质循环工作系统；冷凝器24与回水管道6、8组成回水循环工作系统。本装置可以把低温水源含有的低温热能通过换热器20，蒸发器22，冷凝器24转移传递，并提升转化成高品位热能，为供热系统回水预热提高温度。
随着科学技术的发展，设备制造业的进步，热泵技术及其相关设备也会不断创新，在热泵供热装置9，热泵预热装置11中，热能利用系数更高的吸收式热泵或蒸汽喷射式热泵等各种新型热泵技术原理及其方法和相关设备会逐步被采用，应用热泵技术原理及其相关设备的热水集中供热工程的系统和方法一定会取得更大的节能、降耗、增效、环保的有益效果。

Claims (1)

1、一种热水集中供热工程的系统和方法，其特征是：在现有的热水集中供热循环工作系统基础上，增设热泵供热的循环工作系统和热泵预热的循环工作系统，应用热泵技术原理、方法及其相关设备，降低回水温度，尽可能减少回水管网的热能损失，尽可能把由热源处输送出来的热能全部为热用户供热；本发明的系统和方法是由：热电厂或区域锅炉房(1)，加热站(2)，热用户(3)、(10)，一级供水管网(4)，一级回水管网(6)、(8)二级供水管网(5)，二级回水管网(7)，热泵供热装置(9)，热泵预热装置(11)组成；热泵供热装置(9)可以降低供热系统回水温度，提取回水中的低位热能，将其转换成高品位热能，供给热用户再利用；在有条件的地方，可以设置热泵预热装置(11)，提取回收低温水源的热能，并将其转换为高品位热能，为供热系统回水预热，提高回水温度，节约加热系统回水所需要用的高品位热能。
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