CN1916506A - 一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统，属于热工技术领域。它主要含有电厂凝汽器、电厂冷却装置、循环水泵、热网泵，将电厂凝汽器出来的原本送往冷却装置的循环冷却水引出，通过供水管线由热网泵输送到用户处，设置在用户处的热泵装置将循环冷却水中的余热取出并升温后供热，循环冷却水在用户热泵中放热降温后再通过回水管线返回电厂凝汽器入口，在凝汽器中吸热升温后再输送到用户。由于本发明通过热泵技术将电厂循环冷却水余热利用起来，相当于在不增加电厂容量的情况下，扩大了电厂的供热能力。管网中输送的是低温循环水，对管道保温要求低，散热损失小，热泵的高效特点也使综合能源利用效率高于常规的锅炉房供热方式。

Description

一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统

技术领域

本发明涉及一种利用电厂(包括热电厂)循环冷却水余热进行供热的系统和方法，属于热工技术领域。

背景技术

一、热泵技术

近几年，随着热泵技术的日趋成熟与发展，各种热泵供热技术在我国得到了普遍的推广应用。热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置，热泵所供给的热量(即高位热源所获得的热量)是消耗的高位能与从低位热源吸取的热量的总和，因此采用热泵装置可以充分利用低品位能量而节约高位能量。

目前热泵常用的低位热源有空气、水(地表水、地下水)、土壤等。

1、空气

空气随时随地可以利用，其装置和使用比较方便，对换热设备无害，缺点：1)随着空气温度的降低，热泵温差增大，效率降低，制热量减少，而建筑物需热量却随环境温度的降低而增加；2)空气流经蒸发器被冷却时，在蒸发器表面会凝露甚至结霜，结霜使热阻和空气流动阻力增加；3)空气的比热容小，室外侧蒸发器所需的风量较大，使热泵的体积较大，也造成一定的噪声。空气源热泵适合在长江以南地区使用。

2、水

水的比热容大，传热性能好，所以使换热设备较为紧凑。

1)地表水  主要包括河水、湖水、海水、城市污水等，主要缺点：a)用户必须靠近水源；b)在取水的处理方面投资较高，如清除浮游垃圾及水生物、防止污泥进入、采用防腐蚀材料等；c)升高的水温可能会对自然生态产生影响。

2)地下水  地下水的温度随季节气温的变化较小，对热泵运行十分有利。这种供热方式首先取决于当地是否有足够的地下水资源；另外由于地质结构和回灌技术的限制可能会造成地下水资源的流失，地下水取水回灌工艺对生态的远期评价也尚未定论，所以我国有很多城市地区限制使用这种技术。

3、土壤

土壤源热泵是以土壤为热源、水为载体在封闭环路(地下埋管换热器系统)进行热交换的热泵。土壤源热泵的主要特征是其室外管路系统是由埋设于土壤中的盘管构成，该盘管作为换热器，在冬季作为热源从土壤中取热，经过热泵提升后，供给采暖用户。土壤源热泵需要有足够的埋管场地，而且投资较大。

二、电厂循环冷却水余热利用技术

火电厂的燃料燃烧总发热量中只有35％左右转变为电能，60％以上的热能主要通过锅炉烟囱和汽轮机凝汽器的循环冷却水散失到环境中，而循环冷却水携带走的废热量又占其中绝大部分。以一座300MW的凝汽式发电机组为例，其循环冷却水放热量约为454MW，单从数量上讲，该热量约可供600万m²建造物采暖之用。但是由于这部分热量的能量品味很低(一般在50℃以下)而一直没有被利用，多数电厂还是通过冷却设备或天然江河排放到自然环境中，浪费掉大量的冷源热量。

热电厂利用汽轮机抽汽供热，可有效减少蒸汽动力循环的冷端损失。但实际运行中热电厂仍然有大量余热通过循环冷却水排放到环境，特别是对采用抽凝机组的热电厂，即使在冬季最大供热工况下，也必须有一部分热量由循环水(一般通过冷却塔)排放到环境，这部分热量主要包括：排入凝汽器的蒸汽释放的凝结热，低压加热器的疏水冷却释放的热量，凝结水过冷热，机组的疏水系统及轴封系统排到凝汽器的热量，冷油器、空冷器等释放的热量等等。抽凝机组在最大抽汽工况下之所以仍有排入凝汽器的蒸汽，是因为为了保证低压缸的冷却必须要有一定的蒸汽量通过低压缸，以便带走因鼓风摩擦损失所产生的热量，一般低压缸的最小流量为低压缸设计流量的5～10％。特别是对目前正在推广应用的大容量高参数机组和由凝汽式机组改造成的抽汽式供热机组，其凝汽器热负荷更大，通过凝汽器由循环冷却水带走的热量一般占输入总能量的15％以上。

循环冷却水带走的这部分热量对电厂来说完全是废热，一般通过冷却塔直接排放到环境。如果能将这部分余热回收利用，将会使电厂的能源利用效率得到提高，同时可以减少冷却水蒸发量，节省宝贵的水资源，并减少向环境的热量和水汽排放。但由于正常情况下循环水的温度比较低(一般冬季20～35℃)，达不到直接供热的要求，要用其供热，必须想办法适当提高其温度。提到提升热能温度，人们自然会想起热泵，利用热泵技术将循环水中的余热提升温度后供热，即以电厂循环冷却水作为热泵的低位热源进行供热，这种供热方式已经引起了很多专家的注意。

为了降低系统初投资，热泵装置一般都要做到“一机两用”，即通过外部冷却水和冷冻水管路的切换或者是内部制冷剂侧管路的切换，实现冬季制热，夏季制冷。制热时热泵蒸发器中流过的是电厂循环冷却水，而夏季制冷时热泵蒸发器中流过的是空调冷冻水。为了兼顾制冷和制热两种工况，热泵机组一般对通过蒸发器的水流量和温降(一般为5℃左右)有一定要求，即冬季制热时热泵机组对进入的循环冷却水流量有一定要求；而为了降低从电厂至用户间管网的循环冷却水输送能耗，管网对循环冷却水流量也有一定要求，大部分情况下，管网对循环冷却水流量的要求和热泵机组对循环冷却水流量的要求是不一致的，热泵要求的循环冷却水流量大于热网要求的流量，即循环冷却水在热泵中的温降小于热网要求的循环冷却水温降，如何设计管网以平衡这两种不同的要求，是应用这种技术之前必须解决的一个问题。另外，为了降低管网的初投资和输送能耗，要求循环冷却水回到电厂的温度尽量低一些，以增大供回水温差，从而减小循环冷却水在管网中的流量，但有时循环冷却水回水温度过低，也会对电厂生产过程产生不利影响，如何平衡热网与热电厂对循环冷却水回水温度的不同要求，也是在设计管网时必须解决的一个问题。本专利将对这些问题提出相应的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种以电厂循环冷却水为低位热源的热泵供热系统新方案，以解决上面提到的热泵与热网对循环冷却水流量要求不一致以及热网与电厂凝汽器对循环冷却水回水温度要求不一致之间的矛盾。

本发明提出的一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统，该系统含有供水管线11、热网泵13、热泵装置14以及回水管线12，其特征在于，所述供水管线11从电厂凝汽器至冷却塔的循环冷却水供水管路9上接出，所述回水管线12接入电厂循环水池7或循环水池至凝汽器的循环水回水管路10上，所述供水管线11与回水管线12之间并联或串联接入各种形式和数量的热泵装置14；电厂循环冷却水通过供水管线11、热网泵13及回水管线14输送到用户处，作为用户处热泵机组14的低位热源，由热泵将循环冷却水中的余热取出后升温供热。

在上述供热系统中，所述在用户侧的供水管和回水管之间装混合水泵16，来自供水管11的循环水与混合水泵16送来的回水混合后进入热泵蒸发器，以增大进入蒸发器的水流量。

在上述供热系统中，所述在电厂一侧的供水管线11和回水管线12之间设置旁通管路17，通过调节旁通管路17中的流量，将进入凝汽器的循环水温度控制在要求的温度范围之内。

随着我国经济的快速发展和城镇化速度的不断加快，目前国内城市普遍存在着集中供热热源不能满足迅速增加的供热需求的情况，而新建大型热源投资高、建设周期长，并受到城市环境容量的强烈制约。电厂循环冷却水与目前常用的热泵热源相比，具有资源量大、温度适中而稳定、水质好、有利于环保等优点。本发明由于采用了以上的技术方案，通过热泵技术将电厂循环冷却水余热利用起来，相当于在不增加电厂容量、不增加当地排放的情况下，扩大了电厂的供热能力。管网中输送的是低温循环水，对管道保温要求低，散热损失小，因此输送成本较低；另外热泵的高效特点也使该供热方式的综合能源利用效率高于常规的锅炉房供热方式。本发明的实施不会对发电厂原热力系统产生不利影响。

附图说明

图1是本发明的一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统基本原理示意图。

图2是本发明的一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源并在用户处增加混合水泵的供热系统原理示意图。

图3是本发明的一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源并在用户处增加混合水泵、在电厂内供回水管之间增加旁通管路的供热系统原理示意图。

图中：

1-汽轮机            2-发电机                3-凝汽器

4-蒸汽              5-蒸汽凝结水            6-冷却塔

7-循环水池          8-循环水泵

9-凝汽器至冷却塔的循环水供水管路

10-循环水池至凝汽器的循环水回水管路

11-供水管线         12-回水管线             13-热网泵

14-热泵             15-热媒                 16-混合水泵

17-旁通管路。

具体实施方式

本发明的目的是这样实现的：一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统，主要由电厂凝汽器、电厂冷却装置、供水管线、回水管线、循环水泵、热网泵、热泵、连接热泵循环水进出口的混合水泵及管路、热网旁通管路构成，将供水管线和回水管线分别接入凝汽器循环冷却水出水管和回水管。将电厂凝汽器出来的原本送往冷却装置的循环冷却水引出，通过供水管线由热网泵输送到用户处，设置在用户处的热泵装置将循环冷却水中的余热取出并升温后供热，循环冷却水在用户热泵中放热降温后再通过回水管线返回电厂凝汽器吸热升温，然后再通过热网供水管线输送到用户，如此循环不已，实现将电厂循环冷却水余热用于供热的目的。电厂原冷却装置与热泵装置并联，从凝汽器出来进入热网中的水流量根据用户实际需热量随时调整，其它循环水仍然进入电厂原冷却装置完成冷却。为了解决热泵与热网对循环冷却水流量要求不一致的问题，本发明在热泵进出口增加了混合水泵装置，将热泵出口循环水的一部分通过循环水泵升压后返回热泵入口，与来自热网的循环水混合后重新进入热泵，以增大热泵中的水流量。为了解决热网回水温度过低的问题，本发明在热网供水管和回水管之间增加了旁通管路，通过调节旁通管路流量，将凝汽器进口水温稳定在要求的温度范围之内。

以下结合附图对本发明的实施作如下说明：

在图1中，由凝汽器3、凝汽器至冷却塔的循环水供水管路9、冷却塔6、循环水池7、循环水池至凝汽器的循环水回水管路10以及循环水泵8构成发电厂原冷却系统，来自锅炉的蒸汽4进入汽轮机1做功，驱动发电机2发电，乏汽进入凝汽器凝结放热变成凝结水5，返回锅炉，完成一个循环。循环冷却水在凝汽器中吸热升温后，在循环水泵8的驱动下，进入冷却塔6放热降温，将热量排放到环境，降温后的循环水汇集在循环水池7中，在循环水泵8的驱动下再进入凝汽器吸热，完成一个循环。本发明是在上述循环的基础上增加了供水管线11、热网泵13、热泵装置14以及回水管线12。供水管线11从凝汽器至冷却塔的循环水供水管路9上接出，回水管线12接入循环水池7或循环水池至凝汽器的循环水回水管路10上，供水管线11与回水管线12之间可并联或串联接入各种形式和数量的热泵装置，图1中绘出的热泵14只是其中的一个代表。将原本送往冷却塔6的循环冷却水的全部或一部分在热网泵13的驱动下，通过供水管线11输送到用户处的热泵机组，在热泵机组中放热降温后再通过回水管线12返回到电厂循环水池7或循环水池至凝汽器的循环水回水管路10中。冷却塔6起到最终的温度调节作用，即当凝汽器3的放热量大于用户总负荷时，多余热量通过冷却塔排放到环境。热泵14从循环水中吸热，加热热媒15进行供热。在输送同样热量的情况下，循环水的利用温差越大(即循环水回水温度越低)，循环水的流量就越小，管网初投资和输送能耗也就越小，而热泵装置对其蒸发器侧的水流量却有一定要求，因此为了使管网与热泵的流量相匹配，如图2所示，在用户侧的供水管和回水管之间装混合水泵16。来自供水管11的循环水与混合水泵16送来的回水混合后进入热泵蒸发器，以增大进入蒸发器的水流量。有些电厂进入凝汽器的循环水温度太低会对发电机组运行产生不利影响，因此对循环水回水温度有一定要求，此时可如图3所示，在电厂一侧的供水管线11和回水管线12之间设置旁通管路17，通过调节旁通管路17中的流量，将进入凝汽器的循环水温度控制在要求的温度范围之内。

Claims (3)

1、一种以电厂循环冷却水作为热泵低位热源的供热系统，该系统含有供水管线(11)、热网泵(13)、热泵装置(14)以及回水管线(12)，其特征在于，所述供水管线(11)从电厂凝汽器至冷却塔的循环冷却水供水管路(9)上接出，所述回水管线(12)接入电厂循环水池(7)或循环水池至凝汽器的循环水回水管路(10)上，所述供水管线(11)与回水管线(12)之间并联或串联接入各种形式和数量的热泵装置(14)；电厂循环冷却水通过供水管线(11)、热网泵(13)及回水管线(14)输送到用户处，作为用户处热泵机组(14)的低位热源，由热泵将循环冷却水中的余热取出后升温供热。

2、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于：所述在用户侧的供水管和回水管之间装混合水泵(16)，来自供水管(11)的循环水与混合水泵(16)送来的回水混合后进入热泵蒸发器，以增大进入蒸发器的水流量。

3、根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于：所述在电厂一侧的供水管线(11)和回水管线(12)之间设置旁通管路(17)，通过调节旁通管路(17)中的流量，将进入凝汽器的循环水温度控制在要求的温度范围之内。

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