CN207214215U - 一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统 - Google Patents
一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，包括：汽轮机、辅机冷却水循环装置、凝汽器、蒸汽驱动压缩式热泵、尖峰加热器和换热站；汽轮机与凝汽器、热泵汽轮机连通；热泵汽轮机通过排汽管道连通尖峰加热器；辅机冷却水循环装置通过热泵蒸发器进水管道和热泵蒸发器出水管道连通热泵蒸发器；换热站通过热网回水管道和凝汽器进水管道连通凝汽器，凝汽器出水管道连通凝汽器和热泵冷凝器；热泵冷凝器出水管道连通热泵冷凝器和尖峰加热器；尖峰加热器通过热网出水管道连通换热站。本实用新型系统能够有效回收利用空冷机组的乏汽余热和辅机冷却水的余热，还能回收建有自备热电厂的高耗能企业的冷却水余热。
Description
技术领域
本实用新型属于工业余热利用技术领域，特别是涉及一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统。
背景技术
近年来，我国北方采暖抽汽供热机组主要有空冷和湿冷两种。现有热电厂空冷机组余热利用技术中，一种是利用汽轮机的低真空凝汽器提取空冷机组乏汽热量用于城市热网供热，存在乏汽利用率低、辅机循环冷却水余热没有利用的问题；另一种是利用乏汽型吸收式热泵抽取空冷机组乏汽热量用于城市热网供热，也存在乏汽利用率低、辅机循环冷却水余热没有利用的问题。另外，城市热网的运行与冬季汽轮机组的运行特性的组合匹配存在不相适应问题，灵活性、调整适应性较差。现有热电厂湿冷机组余热利用技术中，一种是利用吸收式热泵提取湿冷机组循环冷却水热量用于城市热网供热，存在着机组升温幅度小，需要多台设备多次升温的问题；另一种是利用蒸汽驱动压缩式热泵回收循环冷却水热量用于城市热网供热，存在着驱动蒸汽品质要求高，适用性不强，设备较为昂贵的问题；还有一种是利用电驱动压缩式热泵回收循环冷却水热量用于城市热网供热，存在着升温幅度小，耗电量大的问题。
在有色金属行业中，“火法冶炼”作为一种成熟的冶炼工艺，是当今世界生产有色金属的主要方法。受限于工艺本身，低于200℃的余热，特别是低于100℃的低品位余热只能作为余热直接排放于大气，使得有色金属冶炼过程的一次能源热利用率低下（一般不到40%）。有色金属中，如铅锌冶炼工艺产生的低品位余热主要包括：制酸工艺中的吸收塔余热、干燥酸余热等。这些低品位余热大多通过冷却水换热而在冷却塔处散失，不仅耗费电力用于驱动冷却塔风机转动，更白白耗费了大量宝贵的水资源。对于建有自备热电厂的有色金属工厂而言，一方面是工厂内大量低品位余热水资源（低于100℃）没有有效利用，另一方面是自备热电厂的空冷机组也存在大量乏汽余热。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，以解决有色金属工厂低品位余热水资源没有有效利用和自备热电厂的空冷机组也存在大量乏汽余热未被利用的问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其包括：汽轮机、辅机冷却水循环装置、凝汽器、蒸汽驱动压缩式热泵、尖峰加热器和换热站；所述蒸汽驱动压缩式热泵包括热泵汽轮机、热泵压缩机、热泵冷凝器、热泵蒸发器和节流装置；
所述汽轮机通过汽轮机第一排汽管道与凝汽器连通；所述汽轮机通过汽轮机第二排汽管道与热泵汽轮机连通；热泵汽轮机通过热泵汽轮机排汽管道连通尖峰加热器；辅机冷却水循环装置通过热泵蒸发器进水管道和热泵蒸发器出水管道连通热泵蒸发器；换热站通过热网回水管道和凝汽器进水管道连通凝汽器，凝汽器出水管道连通凝汽器和热泵冷凝器；热泵冷凝器出水管道连通热泵冷凝器和尖峰加热器；尖峰加热器通过热网出水管道连通换热站。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，还包括空冷岛，空冷岛连接管道将空冷岛连通至汽轮机第一排汽管道。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，还包括锅炉和发电机，所述锅炉通过主蒸汽管道连通汽轮机，所述汽轮机驱动发电机运转。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，热泵蒸发器进水管道上安装辅机冷却循环水泵；热泵蒸发器出水管道上安装辅机循环水冷却塔；辅机循环水冷却塔与热泵蒸发器进水管道通过辅机循环水支管连通，辅机循环水支管上设置辅机循环水隔离阀。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，所述热泵冷凝器出水管道上安装热网循环水泵。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，所述热泵冷凝器出水管道与热网出水管道通过供水支管连通，供水支管上安装热网供回水隔离阀。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，所述热泵冷凝器出水管道与热网回水管道通过回水支管连通，回水支管上安装热网回水隔离阀。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，凝汽器进水管道内的热水温度为50℃±5℃，凝汽器出水管道内的热水温度为62℃±3℃。
本实用新型如上所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，进一步，热泵冷凝器出水管道内的热水温度为75℃±7℃。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型回收利用了辅机循环水的低品位余热，把原本排放掉的辅机循环水热量回收并用于供暖，在不影响发电，不增加供热煤耗的基础上扩大了热电厂的供暖能力。实现了蒸汽驱动的压缩式热泵与凝汽器的联合运行，减少汽轮机抽汽，增加了热电厂的发电量，不仅热力学上合理，而且经济上合算。辅机循环水不再经过冷却塔散热，能减少大量的冷却水蒸发损失，节约用水及水处理的费用。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：
图1为本实用新型一种实施例的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统示意图；
图2为本实用新型另一种实施例的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、换热站；2、尖峰加热器；3、锅炉；4、汽轮机；5、发电机；6、空冷岛；7、辅机循环水冷却塔；8、辅机冷却循环水泵；9、凝汽器；10、蒸汽驱动压缩式热泵；101、热泵汽轮机；102、热泵压缩机；103、热泵冷凝器；104、节流装置；105、热泵蒸发器；11、主蒸汽管道；12、空冷岛连接管道；13、热网循环水泵；14、汽轮机第一排汽管道；15、热网回水管道；16、凝汽器进水管道；17、凝汽器出水管道；18、热泵冷凝器出水管道；19、热网出水管道；20、热泵蒸发器出水管道；21、热泵蒸发器进水管道；22、汽轮机第二排汽管道；23、热泵汽轮机排汽管道；24、原采暖抽汽管道；25、热网供回水隔离阀；26、热网回水隔离阀；27、辅机循环水隔离阀。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本实用新型的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统的实施例。
在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1示出本实用新型一种实施例的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其包括：汽轮机4、辅机冷却水循环装置、凝汽器、蒸汽驱动压缩式热泵10、尖峰加热器2和换热站1；蒸汽驱动压缩式热泵10包括热泵汽轮机101、热泵压缩机102、热泵冷凝器103、热泵蒸发器105和节流装置104；节流装置安装在热泵泠凝器和热泵蒸发器之间；蒸汽驱动压缩式热泵零部件的具体连接属于本领域公知常识；
汽轮机4通过汽轮机第一排汽管道14与凝汽器9连通；汽轮机4通过汽轮机第二排汽管道22与热泵汽轮机101连通；热泵汽轮机101通过热泵汽轮机排汽管道23连通尖峰加热器2；辅机冷却水循环装置通过热泵蒸发器进水管道21和热泵蒸发器出水管道20连通热泵蒸发器105；换热站1通过热网回水管道15和凝汽器进水管道16管道连通凝汽器9，凝汽器出水管道17连通凝汽器9和热泵冷凝器103；热泵冷凝器出水管道18连通热泵冷凝器103和尖峰加热器2；尖峰加热器2通过热网出水管道19连通换热站1。
本实用新型上述实施例的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统还能进行如下改进，还包括空冷岛6，空冷岛连接管道12将空冷岛6连通至汽轮机第一排汽管道14。在另一种优选实施例中，还包括锅炉3和发电机5，锅炉3通过主蒸汽管道11连通汽轮机4，汽轮机4驱动发电机5运转。在另一种优选实施例中，热泵冷凝器出水管道18上安装热网循环水泵13。
在需要供暖的冬季，该利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统通过使用汽轮机4中的少量抽汽来驱动热泵汽轮机101工作；同时，来自凝汽器进水管道16的50℃热网回水经凝汽器9和热泵冷凝器103加热，温度上升到75℃，经热泵冷凝器出水管道18进入尖峰加热器2，被尖峰加热器2加热，升温到一次热网所需要的110℃供水温度，达到供暖的目的。从汽轮机4低压缸引出的蒸汽分别经汽轮机第二排汽管道22送至热泵汽轮机101作为驱动能源，经热泵汽轮机101做功后的蒸汽变成乏汽，再经热泵汽轮机排汽管道23进入尖峰加热器2，变成冷凝水，该冷凝水的一种可选的利用方式为回锅炉复用。
例如，2×50MW的空冷热电厂中，辅机冷却水循环装置内辅机冷却水的余热一般为10～20MW。目前，比较常见的热泵技术用于电厂循环水余热供暖的方式为蒸汽驱动的吸收式热泵，但系统能效比较低，约1.6～2.5，并且要求循环水取热前温度一般在30℃以上，供暖能力和回收的余热较有限。而蒸汽驱动的压缩式热泵不仅能效比可达到4.0～5.0以上，且循环水取热前温度可以低到10～30℃。
图2示出本实用新型另一种实施例的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其包括：汽轮机4、辅机冷却水循环装置、凝汽器、蒸汽驱动压缩式热泵10、尖峰加热器2和换热站1；蒸汽驱动压缩式热泵10包括热泵汽轮机101、热泵压缩机102、热泵冷凝器103、热泵蒸发器105和节流装置104；
汽轮机4通过汽轮机第一排汽管道14与凝汽器9连通；汽轮机4通过汽轮机第二排汽管道22与热泵汽轮机101连通；热泵汽轮机101通过热泵汽轮机排汽管道23连通尖峰加热器2；辅机冷却水循环装置通过热泵蒸发器进水管道21和热泵蒸发器出水管道20连通热泵蒸发器105；换热站1通过热网回水管道15和凝汽器进水管道16管道连通凝汽器9，凝汽器出水管道17连通凝汽器9和热泵冷凝器103；热泵冷凝器出水管道18连通热泵冷凝器103和尖峰加热器2；尖峰加热器2通过热网出水管道19连通换热站1；
热泵蒸发器进水管道21上安装辅机冷却循环水泵8；热泵蒸发器出水管道20上安装辅机循环水冷却塔7；辅机循环水冷却塔7与热泵蒸发器进水管道21通过辅机循环水支管连通，辅机循环水支管上设置辅机循环水隔离阀27；上述辅机循环水冷却塔7作为辅机冷却的备用设备，仅在利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统停止供热，停止运行时才开启，提高系统运行的灵活性。辅机循环水隔离阀27在非采暖季节或蒸汽驱动压缩式热泵故障时关闭，辅机冷却水通过原有冷却塔正常散热。
热泵冷凝器出水管道18与热网出水管道19通过供水支管连通，供水支管上安装热网供回水隔离阀25；热泵冷凝器出水管道18与热网回水管道15通过回水支管连通，回水支管上安装热网回水隔离阀26。回水隔离阀25在初末寒期时打开，在严寒时期关闭。热回水隔离阀26在供暖季节时常闭。
参考图2，还示出了原采暖抽汽管道24，这是一种利用旧的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统进行升级后充分利用旧的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统零部件的实施例。热泵汽轮机排汽管道23连通原采暖抽汽管道24，通过原采暖抽汽管道24连通尖峰加热器。在具体施工时，在连接汽轮机和尖峰加热器的原采暖抽汽管道24上安装调节阀门，或者将其切断。
在一种实际运行的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统中，凝汽器进水管道16内的热水温度为50℃±5℃，凝汽器出水管道17内的热水温度为62℃±3℃。热泵冷凝器出水管道18内的热水温度为75℃±7℃。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。
Claims (9)
1.一种利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，包括：汽轮机、辅机冷却水循环装置、凝汽器、蒸汽驱动压缩式热泵、尖峰加热器和换热站；所述蒸汽驱动压缩式热泵包括热泵汽轮机、热泵压缩机、热泵冷凝器、热泵蒸发器和节流装置；
所述汽轮机通过汽轮机第一排汽管道与凝汽器连通；所述汽轮机通过汽轮机第二排汽管道与热泵汽轮机连通；热泵汽轮机通过热泵汽轮机排汽管道连通尖峰加热器；辅机冷却水循环装置通过热泵蒸发器进水管道和热泵蒸发器出水管道连通热泵蒸发器；换热站通过热网回水管道和凝汽器进水管道连通凝汽器，凝汽器出水管道连通凝汽器和热泵冷凝器；热泵冷凝器出水管道连通热泵冷凝器和尖峰加热器；尖峰加热器通过热网出水管道连通换热站。
2.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，还包括空冷岛，空冷岛连接管道将空冷岛连通至汽轮机第一排汽管道。
3.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，还包括锅炉和发电机，所述锅炉通过主蒸汽管道连通汽轮机，所述汽轮机驱动发电机运转。
4.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，热泵蒸发器进水管道上安装辅机冷却循环水泵；热泵蒸发器出水管道上安装辅机循环水冷却塔；辅机循环水冷却塔与热泵蒸发器进水管道通过辅机循环水支管连通，辅机循环水支管上设置辅机循环水隔离阀。
5.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，所述热泵冷凝器出水管道上安装热网循环水泵。
6.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，所述热泵冷凝器出水管道与热网出水管道通过供水支管连通，供水支管上安装热网供回水隔离阀。
7.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，所述热泵冷凝器出水管道与热网回水管道通过回水支管连通，回水支管上安装热网回水隔离阀。
8.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，凝汽器进水管道内的热水温度为50℃±5℃，凝汽器出水管道内的热水温度为62℃±3℃。
9.根据权利要求1所述的利用空冷机组辅机冷却水余热的压缩式热泵供热系统，其特征在于，热泵冷凝器出水管道内的热水温度为75℃±7℃。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180410 Termination date: 20210915 |