CN206803293U - 一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站，其特征在于设置一热泵，热泵的二次网侧出口通过热泵二次网供水管连接用户终端散热器的进水口，热泵的二次网侧进口通过热泵二次网回水管连接用户终端散热器的出水口；热泵的一次网侧进口通过热泵一次网供水管连接一次网回水管，热泵的一次网侧出口通过热泵一次网回水管连接在一次网回水管上位于热泵一次网供水管与一次网回水管的连接点的下游位置；热泵一次网回水管上设置热泵一次网回水加压泵；热泵二次网回水管上设置热泵二次网循环泵。本实用新型的有益效果是：提高现有资源的利用，节约能源，降低投资成本，提高经济效益。

Description

一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站

技术领域

本实用新型涉及供热工程技术领域，尤其涉及利用热泵提取一次网回水热量的供热站。

背景技术

随着城市的不断发展和扩大，城镇供热系统的供热面积逐年增加，图1示出一个城镇集中供热系统，是将电厂或锅炉房等热源1产生的高温水，经一次网供水管2输送到各用户供热站4，该用户供热站4为常规的利用换热器提取一次网供水热量的常规供热站。高温水经一次网进水管2、热交换器进水管15连至热交换器6的一次网侧进口，进行热交换后，从热交换器的一次网侧出口，经热交换器一次网回水管16通过一次网回水管3返回到热源1，加热后再进行循环；在二次网侧，由热交换器6将经热交换升温的水从热交换器的二次网侧出口经热交换器二次网供水管17输送到用户终端散热器8的进水口，并由用户终端散热器8的出水口通过热交换器二次网回水管18及二次网循环泵51返回热交换器6的二次网侧进口，再进行热交换升温，由此实现系统集中供热。

但目前很多供热系统的供热面积接近了其最大供热能力，难以进一步增加供热面积，如何进一步挖掘供热潜力是供热单位面临的问题。

供热系统的实际供热能力等于定压比热容、循环流量与供回水温差三者的乘积，即Q＝C_p*q_m*△T。在供热系统的设计中，最大供热能力是按照最大循环流量与最大供回水温差进行设计的。在实际运行中，随着热用户的增加，供热系统通过增加循环流量来增加供热量，当达到最大循环流量时，受到管道、水泵等设备容量限制，就无法继续增加循环流量了。由于换热设备的换热能力和供热系统运行方式的限制，供回水温差维持不变，设计的最大供回水温差为60℃，但实际运行的供回水温差通常在50℃左右，低于最大供回水温差。因此，当供热系统的实际运行流量达到最大循环流量时，供热系统的实际供热量就达到最大值了，但由于供回水温差小于最大供回水温差设计值，造成供热系统的实际最大供热量小于设计最大供热量，热源的供热能力不能充分发挥，制约供热企业的发展。为此，如何针对一次网循环水流量已达到管网设计参数，而一次网运行供回水温差小于设计参数，热源供热能力未能完全发挥的情况，对这种已“满负荷”管网，解决在不增加管网流量、不改变其他热用户运行参数的情况下，进一步提高热源的供热输出的问题，成为业界关注问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于针对上述问题，提供一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站，通过提高供热系统的供回水温差，充分发挥热源供热能力，实现在不增加管网流量、不改变其他热用户运行参数的情况下，进一步提高热源的供热输出的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的设计思想是：将供热系统以一次网回水作为热泵一次网侧热源，从中提取热量加热二次网循环水为用户供热，在实现用户供热需求的同时，降低一次网回水温度，拉大一次网供回水温差，从而，在不增加管网流量、不改变其他热用户运行参数的情况下，进一步提高热源的供热输出。

具体技术方案为：

一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站，其特征在于设置一热泵，所述热泵的二次网侧出口通过热泵二次网供水管连接用户终端散热器的进水口，所述热泵的二次网侧进口通过热泵二次网回水管连接用户终端散热器的出水口；热泵的一次网侧进口通过热泵一次网供水管连接一次网回水管，热泵的一次网侧出口通过热泵一次网回水管连接在一次网回水管上位于热泵一次网供水管与一次网回水管的连接点的下游位置。

在所述热泵一次网回水管上设置热泵一次网回水加压泵。

在所述热泵二次网回水管上设置热泵二次网循环泵。

本实用新型的有益效果是：提供一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站，与现有技术比，通过提高供热系统的供回水温差，充分发挥热源供热能力，达到在不增加管网流量、不改变其他热用户运行参数的情况下，进一步提高热源的供热输出的效果，使热源供热能力未能完全发挥的“满负荷”管网进一步扩大供热规模。从而提高现有资源的利用，节约能源，降低投资成本，提高供热部门的经济效益。

附图说明

图1是常规集中供热系统的结构示意图；

图2是本实用新型的结构及在图1所示的常规集中供热系统中的应用示意图。

图中：

1热源，2一次网供水管，3一次网回水管，4利用热交换器提取一次网供水热量的常规供热站，51热交换器二次网循环泵，52热泵二次网循环泵，6热交换器，7利用热泵提取一次网回水热量的供热站，8用户终端散热器,9热泵一次网回水加压泵,10热泵，11热泵一次网侧回水管,12热泵一次网侧供水管,13热泵二次网侧出口,14热泵二次网侧进口,15热交换器一次网侧供水管,16热交换器一次网侧回水管,17热交换器二次网侧供水管,18热交换器二次网侧回水管,19热泵一次网侧出口,20热泵一次网侧进口，21热泵二次网侧供水管,22热泵二次网侧回水管,23热泵一次网供水管与一次网回水管的连接点,24热泵一次网回水管与一次网回水管的连接点。

以下结合附图和实施例对本实用新型详细说明。

具体实施方式

图2示出了本实用新型提供的利用热泵提取一次网回水热量的供热站的结构及在图1所示的常规集中供热系统中的应用。

图中示出一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站7，其特征在于设置了一热泵10，所述热泵10的二次网侧出口13通过热泵二次网侧供水管21连接用户终端散热器8的进水口，所述热泵10的二次网侧进口14通过热泵的二次网回水管22连接用户终端散热器8的出水口；热泵10的一次网侧进口20通过热泵一次网进水管12连接一次网回水管3，热泵的一次网侧出口19通过热泵一次网回水管11连接在一次网回水管3上位于热泵一次网进水管12与一次网回水管3的连接点23的下游位置，如图中的热泵一次网回水管11与一次网回水管的连接点24。

在上述热泵一次网回水管11上设置热泵一次网回水加压泵9。

在上述热泵二次网回水管22上设置热泵二次网循环泵52。

上述利用热泵提取一次网回水热量的供热站进行供热的运行过程如下：

⑴.热泵一次网侧:

①从一次网回水管3抽取部分回水，通过热泵10一次网供水管12连至热泵的一次网侧进口20，进入热泵的蒸发器，在蒸发器中作为热源放热给热泵工作工质；

②一次网回水在热泵内降温后，从热泵一次网侧出口19通过热泵一次网回水管11由热泵一次网回水加压泵9送回一次网回水管3，与一次网回水混合后输回热源1。

⑵.热泵二次网侧:

①热泵二次网中的用户终端散热器8的降温后的二次网回水，从用户终端散热器出水口，由热泵二次网循环泵52加压后，通过热泵二次网回水管22从热泵二次网侧进口14进入热泵的冷凝器，在冷凝器中吸收热泵工作工质所放出的热量；

②升温后的用户终端散热器回水，由热泵二次网侧出口13经热泵二次网供水管21接入用户终端散热器8的进水口；在用户终端散热器降温，如此往复循环。

为满足系统运行，热泵一次网加压泵的扬程，需要克服所经流程中管道的沿程损失、局部损失和设备内损失，同时应保证与一次网回水混合后不会导致一次网回水逆流。循环泵的扬程依据混水处的压力值控制，如运行压力值高于设计值则降低循环泵扬程，如运行压力值低于设计值则增加循环泵扬程。

该供热系统的计算过程及原理如下：

①根据用户侧供热面积F和用户侧热指标q，确定用户侧热负荷Q：

Q＝F*q (1)

用户侧热负荷即为热泵供热量Q。

②根据热泵的一次网侧进口温度t₁₁和其二次网侧进口/出口温度t₂₁/t₂₂，比热容c_p,计算得出热泵二次网侧循环水量m₂：

m₂＝Q/c_p/(t₂₂-t₂₁) (2)

③确定热泵选型，并由热泵设备厂家提供热泵的制热系数COP值和热泵一次网侧出水口温度t₁₂，根据制热系数COP值和热泵供热量Q，计算得出热泵一次网侧吸热量Q₁：

Q₁＝(COP-1)Q/COP (3)

之后,确定热泵一次网侧的一次网回水利用量m₁：

m₁＝Q₁/c_p/(t₁₁-t₁₂) (4)

④计算热泵的驱动用能Q₂：

Q₂＝Q/COP (5)

依据驱动用能Q₂和热泵驱动方式，得出电耗量、燃气耗量或热耗量。

⑤由一次网总循环水量m，一次网供/回水温度t₀₁/t₁₁，计算得出热泵将一次网侧出口输至回水管网混合后一次网回水温度t₁₁’：

t₁₁’＝[m₁t₁₂+(m-m₁)t₁₁]/m (6)

⑥回水温度t₁₁’的降低使得管网供热能力增加，增热比率为η：

η＝(t₁₁-t₁₁’)/(t₀₁-t₁₁)*100％ (7)

⑦当一次网供回水温差拉大至设计参数△T时，管网可增加供热面积F_增：

F_增＝F*[△T-(t₀₁-t₁₁)]/(t₁₁-t₁₁’) (8)

上述公式(1)-(8)中的符号的定义及单位如下：

F-用户侧供热面积，㎡；

q-用户侧热指标，W/㎡；

Q-用户侧热负荷及热泵供热量，W；

Q₁-热泵一次网侧吸热量，W；

Q₂-热泵驱动用能，W；

t₀₁-一次网供水温度，℃；

t₁₁-一次网回水温度也即热泵一次网侧进口温度，℃；

t₁₁’-热泵将一次网侧出水输至回水管网混合后一次网回水温度，℃；

t₁₂-热泵一次网侧出口温度，℃；

t₂₁-热泵二次网侧进口温度，℃；

t₂₂-热泵二次网侧出口温度，℃；

COP-热泵的制热系数；

c_p–定压比热容，J/(Kg*℃)；

m-一次网总循环水量，m³/s；

m₁-热泵一次网侧的一次网回水利用量，m³/s；

m₂-热泵的二次网侧循环水量，m³/s；

η-增热比率；

△T-一次网设计供回水温差，℃；

F_增-管网可增加供热面积，㎡。

具体应用实例

以天津市某热电联产管网为例，对利用热泵提取一次网回水热量的供热站进行应用。该热电联产管网设计供热能力即总供热量Q₀＝700MW，总供热面积F₀＝1300万m²，设计供回水温差＝t₀₁-t₁₁＝60℃，设计一次网总循环水量m＝10000t/h。经过多年的发展，实际运行管网最大流量达到10000t/h，实际供/回水温度为100℃/55℃，供回水温差为45℃，仅为设计值的75％，尚有25％的供热能力没有得到利用。

该管网有一新的热用户申请用热，供热面积F＝47万m²，热负荷为32.9MW，年用热量为25.33万GJ。由于管网无法进一步增加流量，按照传统的供热模式，无法为该用户供热。因此，在上述热电联产管网中增设图2所示的利用热泵提取一次网回水热量的供热站7解决该新热用户供热。

根据上述计算过程进行计算：

①用户侧热负荷即热泵供热量Q＝32.9MW。

②热泵一次网侧进口温度t₁₁＝55℃，二次网侧进口温度t₂₁＝60℃，出口温度t₂₂＝80℃，比热容c_p＝4186.8J/(Kg*℃)。由此得出二次网侧循环水量m₂＝Q/c_p/(t₂₂-t₂₁)＝1414.7t/h。

③本例选用燃气吸收式热泵，其制热系数COP＝1.7，热泵一次网侧出口温度为t₁₂＝20℃；热泵一次网侧吸热量Q₁＝(COP-1)Q/COP＝13.5MW，一次网回水利用量m₁＝Q₁/c_p/(t₁₁-t₁₂)＝332.9t/h；

④燃气吸收式热泵需要的驱动用能Q₂＝Q/COP＝19.4MW，即燃气耗量为1997.7m³/h；

⑤燃气吸收式热泵将其一次网侧出水输至一次网回水管混合后一次网回水温度

t₁₁’＝[m₁t₁₂+(m-m₁)t₁₁]/m＝53.7℃；

⑥增热比率η＝(t₁₁-t₁₁’)/(t₀₁-t₁₁)*100％＝2.9％；

⑦利用燃气吸收式热泵将一次网供回水温差拉大至设计参数△T＝60℃时，管网可增加供热面积F_增＝F*[△T-(t₀₁-t₁₁)]/(t₁₁-t₁₁’)＝542.3万m²；

根据上述实际运算，对于该新热用户，通过新增的“利用热泵提取一次网回水热量的供热站7”可继续由上述天津市某热电联产管网供热。

本实施例中，热泵10采用了市售型号为BZ1200XI-R1的燃气吸收式热泵；热泵一次网加压泵9采用了型号为TP200-150/4的加压泵；热泵二次网循环泵52采用了型号为TP250-370/4的循环泵。

该项目采用燃气吸收式热泵提取一次网回水热量用于用户采暖用热，在额定工况下运行时，热泵利用一次网回水最大流量为332.9t/h，其一次网侧吸热量13.5MW，其一次网侧进口温度为55℃，一次网侧出口温度为20℃，一次网侧出水输至一次网回水管道3混合后一次网回水温度降至53.7℃，与一次网原回水温度55℃比降低约1.3℃，即增加管网输热能力约2.9％。从一次网回水中年吸热量10.4万GJ，年燃气耗量42万立方米，对热用户年供热量达25万GJ。通过实施该项目可实现项目投资内部收益率8.16％，资本金财务内部收益率6.3％。采用本实用新型，如将剩余25％的供热能力全部利用，可增加供热面积约542.3万m²。显著提高现有资源的利用，降低投资成本，提高供热部门经济效益。

以上所述，仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型的结构作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站，其特征在于设置一热泵，所述热泵的二次网侧出口通过热泵二次网供水管连接用户终端散热器的进水口，所述热泵的二次网侧进口通过热泵二次网回水管连接用户终端散热器的出水口；热泵的一次网侧进口通过热泵一次网供水管连接一次网回水管，热泵的一次网侧出口通过热泵一次网回水管连接在一次网回水管上位于热泵一次网供水管与一次网回水管的连接点的下游位置。

2.根据权利要求1所述的一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站,其特征在于在所述热泵一次网回水管上设置热泵一次网回水加压泵。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用热泵提取一次网回水热量的供热站,其特征在于在所述热泵二次网回水管上设置热泵二次网循环泵。