CN1959220A - 一种利用电厂凝汽余热的水源热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电厂凝汽余热的水源热泵供热系统，属于热工技术领域。其特征是在发电厂原冷却系统的基础上增加了热网加热器12、蒸汽引入管13、凝水引出管14、热网泵15、热网供水管线16、热网回水管线17、热泵装置18。将电厂汽轮机1排汽的全部或一部分分至热网加热器12中，凝结放热加热热网循环水，热网循环水在热网加热器12中吸热升温后，通过热网供水管线16由热网泵15驱动输送到用户处，设置在用户处的热泵装置18将热网循环水中的余热取出并升温后供热，热网循环水在热泵中放热降温后再通过热网回水管线17返回热网加热器12，在热网加热器12中吸热升温后再输送到用户，如此循环不已，实现将电厂冷源余热用于供热的目的。

Description

一种利用电厂凝汽余热的水源热泵供热系统

技术领域

本发明涉及一种利用电厂(包括热电厂)凝汽余热作为热泵低位热源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。

发明内容

本发明的目的是提供一种以电厂凝汽余热为低位热源的热泵供热系统，以解决上面提到的电厂凝汽余热因温度低不能直接用于供热的难题，同时也为热泵装置提供了一种合适的低位热源。

本发明提出的一种利用电厂凝汽余热的水源热泵供热系统，其特征在于：所述在发电厂原冷却系统的基础上，增加了热网加热器12、蒸汽引入管13、凝水引出管14、热网泵15、热网供水管线16、热网回水管线17、热泵装置18，其中热网加热器12是一间壁式换热器；所述蒸汽引入管13一端连接在电厂汽轮机排气管5上，另一端接入热网加热器12；所述凝水引出管14一端接在热网加热器出口，另一端接入电厂凝结水管6；所述热网供水管线16和回水管线17分别接在热网加热器12的热网循环水进出口上，热网泵15接在热网供水管线16或回水管线17上，热网供水管线16与回水管线17之间可并联或串联接入各种类型和数量的热泵装置18；所述热网循环水在热网加热器12中吸收电厂发电机组冷源余热后，通过供水管线16、热网泵15及回水管线17输送到用户处，作为用户处热泵机组18的低位热源，由热泵18将循环水中的余热取出后升温，加热热媒19实现供热。

在上述水源热泵供热系统中，所述在用户侧的热网供水管和回水管之间装混合水泵(20)，来自供水管(16)的循环水与混合水泵(20)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。

在上述水源热泵供热系统中，所述在电厂一侧的热网供水管线16和回水管线17之间设置旁通管路21，通过调节通过旁通管路21的水流量，将进入热网加热器12的热网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。电厂凝汽余热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、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凝汽余热利用起来，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是本发明的一种利用电厂凝汽余热作为热泵低位热源进行供热的系统的基本原理示意图。

图2是本发明的一种以电厂凝汽余热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凝汽余热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-汽轮机入口蒸汽管             5-汽轮机排气管                 6-凝结水管

7-冷却塔                       8-循环水池                     9-循环水泵

10-循环水出水管路              11-循环水回水管路              12-热网加热器

13-蒸汽引入管                  14-凝水引出管                  15-热网泵

16-热网供水管                  17-热网回水管                  18-热泵

19-热媒                        20-混合水泵                    21-旁通管

具体实施方式

本发明的目的是这样实现的，一种利用电厂凝汽余热作为热泵低位热源进行供热的系统和方法，在发电厂原冷却系统基础上，增加了与电厂凝汽器并联的热网加热器、热网供水管线和回水管线、热网泵、热泵等装置，将电厂汽轮机排汽的全部或一部分分至热网加热器，排汽凝结放热加热热网循环水，排汽凝结成凝结水，与原电厂凝汽器中冷凝的凝结水一起被重新送到锅炉去，作为锅炉的给水；热网循环水在热网加热器中吸热升温后，通过热网供水管线由热网泵驱动输送到用户处，设置在用户处的热泵装置将热网循环水中的余热取出并升温后供热，热网循环水在用户热泵中放热降温后再通过热网回水管线返回热网加热器，在热网加热器中吸热升温后再输送到用户，如此循环不已，实现将电厂冷源余热用于供热的目的。

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、循环水出水管路10、冷却塔7、循环水池8、循环水回水管路11以及循环水泵9构成发电厂典型的一种冷却系统，其中凝汽器3是一间壁式换热器。来自锅炉的蒸汽经汽轮机入口蒸汽管4进入汽轮机1做功，驱动发电机2发电，乏汽经汽轮机排气管5进入凝汽器3，被循环冷却水冷却，凝结放热变成凝结水，经凝结水管6排出，并最终返回锅炉，完成一个循环。循环冷却水在凝汽器3中吸收蒸汽凝结放出的热量而升温后，在循环水泵9的驱动下，进入冷却塔7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8中，在循环水泵9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热网加热器12、蒸汽引入管13、凝水引出管14、热网泵15、热网供水管线16、热网回水管线17、热泵装置18，其中热网加热器12也是一间壁式换热器。蒸汽引入管13一端连接在汽轮机排气管5上，另一端接入热网加热器；凝水引出管14一端接在热网加热器12出口，另一端接入凝结水管6；热网供水管线16和回水管线17分别接在热网加热器12的热网循环水进出口上，热网泵15接在热网供水管线16或回水管线17上，热网供水管线16与回水管线17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18只是其中的一个代表。

本实施例的工作过程如下：将原本送往凝汽器3的汽轮机排汽的全部或一部分经蒸汽引入管13引入热网加热器12，汽轮机排汽在此被热网循环水冷却，凝结放热变成凝结水，经凝水引出管14排出，并经凝结水管6最终返回锅炉，完成一个循环。热网循环水在热网加热器12中吸收蒸汽凝结放出的热量而升温后，在热网泵15的驱动下，通过热网供水管线16输送到用户处的热泵18，在热泵机组中放热降温后再通过回水管线17返回到热网加热器12，完成循环。此时发电厂原冷却系统起着稳定汽轮机排汽背压的作用，即如果当热网加热器12的放热量大于用户总负荷时，热网循环水温度升高，造成汽轮机排汽压力升高，此时通过调整增加冷却塔7的放热量，从而加大凝汽器3的凝结量，减小热网加热器12的凝结放热量，使热网加热器12的热负荷与用户需热量相匹配，从而使汽轮机背压稳定在要求的范围之内，反之亦然。热泵18从循环水中吸热，加热热媒19进行供热。在输送同样热量的情况下，热网循环水的利用温差越大(即热网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20。来自热网供水管16的循环水与混合水泵20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，因此对热网循环水回水温度有一定要求，此时可如图3所示，在电厂一侧的热网供水管线16和热网回水管线17之间设置旁通管路21，通过调节旁通管路21中的水流量，将进入热网加热器的循环水温度控制在要求的温度范围之内。

在以上实施例中，发电厂原冷却系统也可以是空冷式凝汽器。

Claims (3)

1、一种利用电厂凝汽余热的水源热泵供热系统，其特征在于：所述在发电厂原冷却系统的基础上，增加了热网加热器(12)、蒸汽引入管(13)、凝水引出管(14)、热网泵(15)、热网供水管线(16)、热网回水管线(17)、热泵装置(18)，其中热网加热器(12)是一间壁式换热器；所述蒸汽引入管(13)一端连接在电厂汽轮机排气管(5)上，另一端接入热网加热器(12)；所述凝水引出管(14)一端接在热网加热器出口，另一端接入电厂凝结水管(6)；所述热网供水管线(16)和回水管线(17)分别接在热网加热器(12)的热网循环水进出口上，热网泵(15)接在热网供水管线(16)或回水管线(17)上，热网供水管线(16)与回水管线(17)之间可并联或串联接入各种类型和数量的热泵装置(18)；所述热网循环水在热网加热器(12)中吸收电厂发电机组冷源余热后，通过供水管线(16)、热网泵(15)及回水管线(17)输送到用户处，作为用户处热泵机组(18)的低位热源，由热泵(18)将循环水中的余热取出后升温，加热热媒(19)实现供热。

2、根据权利要求1所述的水源热泵供热系统，其特征在于：所述在用户侧的热网供水管和回水管之间装混合水泵(20)，来自供水管(16)的循环水与混合水泵(20)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所述的水源热泵供热系统，其特征在于：所述在电厂一侧的热网供水管线(16)和回水管线(17)之间设置旁通管路(21)，通过调节通过旁通管路(21)的水流量，将进入热网加热器(12)的热网循环水温度控制在要求的温度范围之内。

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