CN211177514U

CN211177514U - 一种能源梯级利用的流体加热道路融雪系统

Info

Publication number: CN211177514U
Application number: CN201920745369.3U
Authority: CN
Inventors: 胡全喜; 刘强; 张伟; 贺继超; 别舒; 江绍辉; 姜微微; 曹桂学; 胡魁琦; 赵秉南
Original assignee: China IPPR International Engineering Co Ltd
Current assignee: China IPPR International Engineering Co Ltd
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2029-05-23

Abstract

本实用新型公开了一种能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，包括：地源热泵系统、锅炉、烟气余热系统、换热器、换热站以及融雪装置，其中地源热泵系统包括地埋管以及地源热泵主机，烟气余热系统包括烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机，锅炉排出的烟气通过管道导入烟气喷淋塔中经过喷淋之后排出；所述锅炉通过换热器与换热站连接、所述地源热泵主机以及所述烟气余热利用热泵主机与所述换热站连接，所述换热站与融雪装置连接。其具有诸多的优点，例如系统的用能效率高，节能性高，环保效益好；系统互补，当一种系统出现问题时，其他系统仍然可正常运行。

Description

一种能源梯级利用的流体加热道路融雪系统

技术领域

本实用新型涉及能源工程领域，更具体涉及一种能源梯级利用的流体加热道路融雪系统。

背景技术

道路表面积雪会大幅降低交通运输效率，增加交通事故发生概率，造成严重的损失，而且在一些特殊用途的路面上是不允许积雪结冰的，如飞机跑道、停机坪等。因此，人们一直都在研究各种科学合理的清除路表冰雪技术。目前国内外常用的融雪化冰方法包括清除法和融化法。清除法分为人工清除法和机械清除法两种；融化法包括化学融化法和热融化雪融化。清除法效率低、除净率低，且耗费时间、人力、物力；化学融雪法适用温度范围窄、对环境负面影响大，且无法依据气候条件采取有针对性的预防措施，因此，在使用要求较高的路面不宜使用。热融化雪融化分为流体加热系统、热管加热系统以及电加热系统，可以主动防止道路表面结冰。其中，流体加热系统以其能源利用率高，系统可控性强，热能来源广泛等优势而备受推崇，并在国外得到了广泛的使用。

我国地域辽阔，自然环境丰富多样，水源、土壤源、工业废热、太阳能等资源均可作为热源，因此，能源梯级利用的流体加热道路融雪技术在我国具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景。目前，流体加热道路融雪技术在我国尚处于起步阶段。在以往的研究中，流体加热道路融雪系统的热源通常为单一热源，有的研究虽然定性的提出燃煤(气)锅炉+地源热泵系统的复合热源，但是无法形成可行性方案。

因此，需要新的能源利用技术和设备，以克服现有技术中存在的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种能源的梯级利用技术方案，旨在提高能源系统效率，满足合理需求，是节能的重要措施。

更具体地，本实用新型提供一种新型的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，包括：地源热泵系统、锅炉、烟气余热系统、换热器、换热站以及融雪装置，其中地源热泵系统包括地埋管以及地源热泵主机，烟气余热系统包括烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机，锅炉排出的烟气通过管道导入烟气喷淋塔中经过喷淋之后排出；所述锅炉通过换热器与换热站连接、所述地源热泵主机以及所述烟气余热利用热泵主机与所述换热站连接，所述换热站与融雪装置连接。

根据本实用新型的一个技术方案，其中所述地源热泵主机包括冷凝器和蒸发器。

根据本实用新型的一个技术方案，其中所述烟气余热利用热泵主机包括冷凝器和蒸发器。

根据本实用新型的一个技术方案，所述能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，还包括在设置在换热站与所述换热器之间的开关装置。根据本实用新型的一个技术方案，所述能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，还包括在设置在换热站与所述地源热泵主机之间的开关装置，以及设置在换热站与所述烟气余热利用热泵主机之间的开关装置。上述开关的设置，使得技术人员可以根据具体情况来选择不同的热源进行道路融雪。

根据本实用新型的一个技术方案，其中所述地源热泵系统还包括设置在地埋管以及地源热泵主机之间的止回阀，所述烟气余热系统还包括设置在烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机之间的止回阀。

根据本实用新型的一个技术方案，其中所述能源梯级利用的流体加热道路融雪系统还包括设置在锅炉与换热器之间的止回阀。

根据本实用新型的一个技术方案，其中所述锅炉谓燃气锅炉或者燃油锅炉。

本实用新型的融雪系统，利用多种热能互补智慧耦合作为热源，其中尽可能多的选取可再生能源，可以根据不同降雪强度切换热能以保证在耗能最小的条件下完成100％道路融雪，以达到能源梯级利用的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的技术方案。

图1是根据本实用新型一个实施方案的新型的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统结构示意图。

图2是根据本实用新型一个实施方案的应用能源梯级利用的流体加热道路融雪系统的具体实施例。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

图1是根据本实用新型一个实施方案的新型的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统结构示意图。图2是根据本实用新型一个实施方案的应用能源梯级利用的流体加热道路融雪系统的具体实施例。

参考图1和2，本实施方案的包括：地源热泵系统、燃气锅炉、烟气余热系统、换热器、换热站以及融雪装置，其中地源热泵系统包括地埋管以及地源热泵主机，烟气余热系统包括烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机，燃气锅炉排出的烟气通过管道导入烟气喷淋塔中经过喷淋之后排出；所述燃气锅炉通过换热器与换热站连接、所述地源热泵主机以及所述烟气余热利用热泵主机与所述换热站连接，所述换热站与融雪装置连接。

其中所述地源热泵主机包括冷凝器和蒸发器；所述烟气余热利用热泵主机包括冷凝器和蒸发器。

如图所示，所述地源热泵系统还包括设置在地埋管以及地源热泵主机之间的止回阀，所述烟气余热系统还包括设置在烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机之间的止回阀。在锅炉与换热器之间设置止回阀。

下面结合实施例进一步具体说明本实用新型的地源热泵系统、余热利用系统以及本实用新型的各系统的能源梯级利用配合操作。

(1)地源热泵系统

地源热泵系统作为一种高效节能、无污染的采暖空调形式，和常规的供热空调系统相比大约节能20％～50％。浅层地热能是指通过地源热泵换热技术利用蕴藏在地表以下200m以内的热能，这部分热能主要蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水等的地质体中，目前暖通空调领域对地表浅层热能的利用主要有地下水地源热泵、地表水地源热泵和土壤源热泵这三种方式。

(2)余热利用系统

余热是指企业在生产过程中热能转换设备及用能设备内未被利用的能量。

余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所过剩的热量，但是这些看似低品位的能量仍有被利用的可能和价值。按照温度高低分类，工业余热一般分为600℃以上的高温余热，230℃～600℃的中温余热和230℃以下的低温余热3种；按照来源，工业余热又可被分为：烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和炉渣余热，以及可燃废气和废料余热。

天然气在锅炉内燃烧后产生的烟气会带走大部分的排烟热损失，此部分热量由两部分组成，一是物理显热，这种热量可通过降低烟温来回收，排烟温度降低到70-100℃以下。二是汽化潜热，这种热量可通过水蒸汽冷凝成水的相变来回收。二者皆可提高锅炉热效率。

如图2所示，现有北京地区某一段路需要进行融雪，道路总长3800 米，宽60米，其周边有供热热源。图1为周边热源布置图。道路的北侧500米有一座能源中心，该能源中心供热范围为该工程范围内所有地上地下建筑。能源中心由锅炉房和地源热泵1号站组成。此外，在北蓄滞洪区还有一座地源热泵2号站。其中，锅炉房内安装燃气热水锅炉，供热能力为87MW。一级供热管网设计的供/回水温度120/60℃，热力管线采用直埋敷设。图2为1号能源站冬季供热流程图。地源热泵1号站位于热源工程主厂房内，站内设置制热量4MW地源热泵+制热量10MW的烟气余热利用热泵。地源热泵2号能源站内设置制热量12MW 的三工况地源热泵机组，见表1。

表1供热系统热源供热能力分析表

1#地源热泵站	2#地源热泵站	燃气锅炉房	烟气余热回收系统	合计
					MW	MW	MW	MW	MW
4	12	87	10	113

可以看到，供热系统各热源供热能力为113MW。

接着再研究在不同降雪强度下融化上述路段需要的热量进行分析，得到表2。

表2道路融雪负荷分析

从表2可以看到，在遇到最不利工况下的极端暴雪(本次设计按 50年一遇大雪考虑)天气，融雪负荷为102.6MW，因此，热源具备给道路融雪的条件。

由于热源为多种能源互补，需考虑加热热源的梯级利用，热源的选择需考虑以下原则：

(1)尽可能优先利用可再生能源和道路周边的余热和废热进行融雪，实现节能减排；

(2)为了缩短极端暴雪天气下道路的融雪时间，热源需要有短时间内快速提高道面下流体温度的能力，此时利用燃气锅炉热源产生的高温水快速融雪；

(3)由于流体加热融雪采用间歇运行的方式，因此在道路不需要融雪时，所有热源系统都可以给周边建筑供暖，提高热源的利用率。

根据道面周边的热源情况以及上述热源选择原则，本项目热源选择方案如下：

(1)首先，选择能源中心内的1号、2号地源热泵站作为道面加热的首位热源，优先利用地源热泵系统和烟气余热系统联合提供的 50/40℃的中低温水作为一次热源，通过在道路附近设置换热站，换取 40/37.7℃低温水给道面加热融雪。1号、2号地源热泵站内浅层地温能和烟气余热可以提供的最大供热能力为26.0MW，可以实现一般性小雪的融雪需求。

当出现一般性中雪情况，地源热泵系统、烟气余热系统以及燃气锅炉热水系统联合提供的60/40℃的中高温水作为一次热源，通过在道路附近设置换热站，换取40/38.3℃低温水给道面加热融雪。

当出现一般性大雪情况，地源热泵系统、烟气余热系统以及燃气锅炉热水系统联合提供的80/40℃的中高温水作为一次热源，通过在道路附近设置换热站，换取40/36.7℃低温水给道面加热融雪。

(2)其次，为了提高极端气候条件下的应急预案能力，当遇到数十年一遇的极端降雪时，可以将一次热源切换至锅炉房提供的 120/60℃的高温水，通过提高加热流体温度，可以迅速提高道路的道面温度，实现快速融雪，提高系统的可靠性。

综上所述，本项目热源可以适用于各种降雪条件(可预报的持续性暴雪、可预报或不可预报的持续性小雪或中雪)的道路融雪，根据降雪大小实现不同温度之间的切换，既充分利用了可再生能源和锅炉烟气余热，同时也通过备用锅炉房的高温热源，提高了系统的保障度。通过上述方法实现能源的梯级利用。

本实用新型所提出的流体加热道路融雪系统因地制宜优先利用地源热泵可再生能源和燃气锅炉的烟气废热作为道面的加热热源，减少化石能源的使用，节能减排，绿色低碳。本方案具有融雪效果好、低碳节能、全生命周期运行成本低、系统简单、对道面施工影响小等优点。根据实际情况合理控制热源组成，实现能源梯级利用，保证可以在不同气候条件进行100％道路融雪。此套方案具有重要的经济效益和社会意义，并且可以为我国当前起步阶段的流体加热道路融雪系统研究提供理论和技术支持。

以上述依据本实用新型的较佳实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，包括：地源热泵系统、锅炉、烟气余热系统、换热器、换热站以及融雪装置，其中地源热泵系统包括地埋管以及地源热泵主机，烟气余热系统包括烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机，锅炉排出的烟气通过管道导入烟气喷淋塔中经过喷淋之后排出；所述锅炉通过换热器与换热站连接、所述地源热泵主机以及所述烟气余热利用热泵主机与所述换热站连接，所述换热站与融雪装置连接。

2.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，所述地源热泵主机包括冷凝器和蒸发器。

3.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，所述烟气余热利用热泵主机包括冷凝器和蒸发器。

4.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，还包括在设置在换热站与所述换热器之间的开关装置。

5.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，还包括在设置在换热站与所述地源热泵主机之间的开关装置，以及设置在换热站与所述烟气余热利用热泵主机之间的开关装置。

6.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，所述地源热泵系统还包括设置在地埋管以及地源热泵主机之间的止回阀，所述烟气余热系统还包括设置在烟气喷淋塔以及烟气余热利用热泵主机之间的止回阀。

7.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，还包括设置在锅炉与换热器之间的止回阀。

8.根据权利要求1所述的能源梯级利用的流体加热道路融雪系统，其特征在于，所述锅炉为燃气锅炉或者燃油锅炉。