CN213510756U - 小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，包括第一汽轮机、第二汽轮机、凝汽器、冷却塔、土壤热泵装置和供热管网，所述第一汽轮机与凝汽器、冷却塔依次管道连接，所述凝汽器与冷却塔之间还设置水冷支路，所述水冷支路与土壤热泵装置管道连接，所述第一汽轮机与第二汽轮机管道连接，所述第二汽轮机与土壤热泵装置传动连接，所述土壤热泵装置与供热管网管道连接具有提高了凝汽器的真空度，增加了发电量，增提升供热能力的有益效果。

Description

小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统

技术领域

本实用新型属于热电厂技术领域，具体涉及一种小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统。

背景技术

地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了约47%的太阳辐射能，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对均衡，这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能成为可能。因此，地热能是蕴藏在地球内部的一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生能源。土壤源热泵充分利用浅层地热能，通过冬季取热、夏季排热，实现冬季制热、夏季制冷的效果，是一种经济、高效、节能的可再生能源利用装置。

电厂冬季和夏季冷却塔的冷却效果有着明显不同。随着夏季环境温度升高，电厂冷却塔的冷却效果降低，严重降低凝汽器的真空度，进而减少发电量，而冬季要依靠汽轮机通过供热管网为用户供热，此时会有供热能力会不足的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统。

小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，包括第一汽轮机、第二汽轮机、凝汽器、冷却塔、土壤热泵装置和供热管网，所述第一汽轮机与凝汽器、冷却塔依次管道连接，所述凝汽器与冷却塔之间还设置水冷支路，所述水冷支路与土壤热泵装置管道连接，所述第一汽轮机与第二汽轮机管道连接，所述第二汽轮机与土壤热泵装置传动连接，所述土壤热泵装置与供热管网管道连接。

所述土壤热泵装置包括压缩机、换向装置、第一换热装置、第二换热装置和地埋管，其中，所述第二汽轮机与压缩机传动连接，所述压缩机通过换向装置依次与第一换热装置、第二换热装置管道连接，所述地埋管与第二换热装置管道连接。

所述水冷支路上设置有冷却水调节阀，所述第一换热装置通过冷却水调节阀与冷却塔管道连接。

所述供热管网上设置有热网回水调节阀和热网供水调节阀，所述第一换热装置通过热网回水调节阀和热网供水调节阀与供热管网管道连接。

所述第一换热装置与第二换热装置之间还设置有膨胀阀，所述第一换热装置通过所述膨胀阀与第二换热装置管道连接。

所述换向装置上设置有第一换向端、第二换向端、第三换向端和第四换向端，所述第一换向端与压缩机的出口管道连接，所述第三换向端与压缩机的入口管道连接，所述第二换向端与第一换热装置管道连接，所述第四换向端与第二换热装置管道连接。

所述第一汽轮机还管道连接有发电机。

本实用新型公开了一种小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，所述系统中设置有第一汽轮机、第二汽轮机、土壤热泵装置和供热管网，其中第一汽轮机为大功率汽轮机与它发电机连接保证正常的发电量，第二汽轮机为小功率汽轮机，第二汽轮机为土壤热泵装置提供动力，驱动土壤热泵装置完成制热循环或制冷循环，在制冷循环过程中，第二换热装置进行放热，并将放出的热量输入值地埋管中，第一换热装置吸收冷水支路中冷却水的热量，使得冷却水温度进一步降低通过循环后，可以为冷却塔补入温度更低的循环冷却水，提高了凝汽器的真空度，增加了发电量，在制热循环过程中，在换向装置的作用下，使得第二换热装置从第埋管中吸收热量，第一换热装置向外放热，此时放出的热量提升热网管道中的水温，提升了供热管网的供热能力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，一种小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，包括第一汽轮机1、第二汽轮机10、凝汽器3、冷却塔4、土壤热泵装置和供热管网，所述第一汽轮机1与凝汽器3、冷却塔4依次管道连接，所述凝汽器3与冷却塔4之间还设置水冷支路7，所述水冷支路7与土壤热泵装置管道连接，所述第一汽轮机1与第二汽轮机10管道连接，所述第二汽轮机10与土壤热泵装置传动连接，所述土壤热泵装置与供热管网管道连接。

在本实施例中，所述第一汽轮机1优选为大功率汽轮机，所述第一汽轮机1与发电机2管道连接，所述第一汽轮机1驱动发电机2转动，发电机2进行发电。汽轮机是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。所述第一汽轮机1在蒸汽作用线旋转驱动发电机转动，所述第一汽轮机1中做功后的蒸汽可以通过第一汽轮机1的排气口排出。

在本实施例中，所述第一汽轮机1与第二汽轮机10之间管道连接，第一汽轮机1中做功后的蒸汽通过管道传输至第二汽轮机10中，由于第二汽轮机10的功率较小，所以第一汽轮机1中做过功的蒸汽进入第二汽轮机10中还具有能力来驱动第二汽轮机10转动，所述第二汽轮机10与土壤热泵装置传动连接，在第二汽轮机10的驱动下，所述土壤热泵装置实现了制热循环或制冷循环。

在本实施例中，所述土壤热泵装置在制热循环中放出的热量与供热管网进行热交换，提升了供热管网的水温，制冷循环中与水冷支路7进行换热，降低了水冷支路7的水温，降温后的水可以循环至凝汽器，最后循环进入冷却塔4中，冷却水温度进一步降低通过循环后，可以为冷却塔补入温度更低的循环冷却水，提高了凝汽器的真空度，增加了发电量。所述冷却塔4是用水作为循环冷却剂，从凝汽器3中吸收热量排放至大气中，以降低冷却塔4中水温的装置；所述冷却塔4是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行。

凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，凝汽器降低汽轮机排气温度和排气压力，在汽轮机排汽口建立并保持高度真空，凝汽器真空过低会严重影响电厂机组的安全经济运行，所述水冷支路7与土壤热泵装置换热后，水温降低，增加了凝汽器的凝汽了，提高了凝汽器的真空度，提高了发电量。

所述土壤热泵装置包括压缩机11、换向装置12、第一换热装置9、第二换热装置18和地埋管19，其中，所述第二汽轮机10与压缩机11传动连接，所述压缩机11通过换向装置12依次与第一换热装置9、第二换热装置18管道连接，所述地埋管19与第二换热装置18管道连接。

所述压缩机11是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷系统的心脏。所述压缩机11吸入低温低压的制冷剂气体，通过第二汽轮机10运转带动活塞对其进行压缩后，向排所述压缩机11排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。

所述水冷支路7上设置有冷却水调节阀6，所述第一换热装置9通过冷却水调节阀6与冷却塔4管道连接，所述供热管网上设置有热网回水调节阀5和热网供水调节阀8，所述第一换热装置9通过热网回水调节阀5和热网供水调节阀8与供热管网管道连接。

所述冷却水调节阀6、热网回水调节阀5、热网供水调节阀8优选为蝶阀，所述蝶阀是一种结构简单的调节阀，蝶阀不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省、安装尺寸小、驱动力矩小、操作简便、迅速，并且还可以同时具有良好的流量调节功能和关闭密封特性。

所述第一换热装置9与第二换热装置18之间还设置有膨胀阀17，所述第一换热装置9通过所述膨胀阀17与第二换热装置18管道连接。

所述膨胀阀17是制冷系统中的一个重要部件，在本实施例中所述膨胀阀17安装于第一换热装置9和第二换热装置18之间。所述膨胀阀17使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后使得制冷剂在蒸发过程中吸收热量达到制冷效果。

所述换向装置12上设置有第一换向端13、第二换向端14、第三换向端15和第四换向端16，所述第一换向端13与压缩机11的出口管道连接，所述第三换向端15与压缩机11的入口管道连接，所述压缩机11的出口管道用于将压缩的气体排出，所述压缩机11的入口管道用于接收蒸发后的制冷气体，通过再次压缩后，从压缩机11的出口管道重新进入制冷或制热循环。所述第二换向端14与第一换热装置9管道连接，所述第四换向端16与第二换热装置18管道连接。

所述换向装置12优选为四通换向电磁阀，所述四通换向电磁阀包括有四个输入或输出端口，四通换向电磁阀的阀芯在处于不同的位置，四通换向电磁阀的四个输入或输出端口处于不同的导通状态。在本实施例中，所述换向装置有两种换向状态，其中，第一种换向状态为，换向装置12中的第一换向端13与第四换向端16导通，第二换向端14与第三换向端15导通；第二种换向状态为第一换向端13与第二换向端14导通，第四换向端16与第三换向端15导通。

所述土壤热泵与热电联产机组耦合功能系统的具体工作过程如下：

在夏季，所述系统工作在制冷模式，此时，打开冷却水调节阀6，关闭热网回水调节阀5和热网供水调节阀8，此时，换向装置12中的第一换向端13与第四换向端16之间导通，换向装置12中的第二换向端14与第三换向端15导通，压缩机11排出的高温高压气体，经过第二换热装置18将气体冷凝为液体，此时第二换热装置18相当于冷凝器，将压缩机11排出的高温高压气体冷凝为液体，气体转换为液体为气液转换过程，第二换热装置18向外放热，放出的热量通过管道释放到地埋管19中，第二换热装置18冷凝后的液体通过膨胀阀17进入至第一换热装置9中，在第一换热装置9中所述冷凝后的液体被蒸发为气体，此时第一换热装置9相当于蒸发器，由于液体转换为气体为吸热过程，所以第一换热装置9中的温度较低，而水冷支路7通过冷却水调节阀6与水冷支路7中的水进行换热，使得水温降低，降低后的水温通过水冷支路7流入至凝汽器3中，提高了凝汽器的真空度，有利于第一汽轮机1将更多蒸汽排入凝汽器3中，增加了发电量，第二换热装置9中蒸发后的气体通过第二换向端14、第三换向端15重新进入压缩机11中进行气体的压缩，为制冷循环提供支撑。

在冬季，所述系统工作在制热模式，此时，关闭冷却水调节阀6，打开热网回水调节阀5和热网供水调节阀8，此时换向装置12中的第一换向端13与第二换向端14导通，第四换向端16与第三换向端15导通，压缩机11排出的高温高压气体，经过第二换向端14进入第一换热装置9中，第一换热装置9将高温高压气体冷凝为液体，此时，第一换热装置9相当于冷凝器，第一换热装置9将气体冷凝为液体为放热过程，放出的热量与供热管网中供热回水进行热交换，使得供热回水的水温提升，提升后的水温通过热网供水调节阀8流入供热管网中进行供热，第一换热装置9中冷凝的液体通过膨胀阀17流入第二换热装置18中，第二换热装置18将冷凝的液体蒸发为气体，此时第二换热装置18相当于蒸发器，液体蒸发为气体的过程为吸热过程，第二换热装置18可以吸收地埋管19中的热量，加快蒸发过程，第二换热装置18中蒸发后的气体通过第四换向端16和第三换向端15重新进入压缩机11中进行气体的压缩，为制热循环提供支撑。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：包括第一汽轮机（1）、第二汽轮机（10）、凝汽器（3）、冷却塔（4）、土壤热泵装置和供热管网，所述第一汽轮机（1）与凝汽器（3）、冷却塔（4）依次管道连接，所述凝汽器（3）与冷却塔（4）之间还设置水冷支路（7），所述水冷支路（7）与土壤热泵装置管道连接，所述第一汽轮机（1）与第二汽轮机（10）管道连接，所述第二汽轮机（10）与土壤热泵装置传动连接，所述土壤热泵装置与供热管网管道连接。

2.根据权利要求1所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述土壤热泵装置包括压缩机（11）、换向装置（12）、第一换热装置（9）、第二换热装置（18）和地埋管（19），其中，所述第二汽轮机（10）与压缩机（11）传动连接，所述压缩机（11）通过换向装置（12）依次与第一换热装置（9）、第二换热装置（18）管道连接，所述地埋管（19）与第二换热装置（18）管道连接。

3.根据权利要求2所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述水冷支路（7）上设置有冷却水调节阀（6），所述第一换热装置（9）通过冷却水调节阀（6）与冷却塔（4）管道连接。

4.根据权利要求2所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述供热管网上设置有热网回水调节阀（5）和热网供水调节阀（8），所述第一换热装置（9）通过热网回水调节阀（5）和热网供水调节阀（8）与供热管网管道连接。

5.根据权利要求2所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述第一换热装置（9）与第二换热装置（18）之间还设置有膨胀阀（17），所述第一换热装置（9）通过所述膨胀阀（17）与第二换热装置（18）管道连接。

6.根据权利要求2所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述换向装置（12）上设置有第一换向端（13）、第二换向端（14）、第三换向端（15）和第四换向端（16），所述第一换向端（13）与压缩机（11）的出口管道连接，所述第三换向端（15）与压缩机（11）的入口管道连接，所述第二换向端（14）与第一换热装置（9）管道连接，所述第四换向端（16）与第二换热装置（18）管道连接。

7.根据权利要求1所述的小汽轮机驱动的土壤源热泵与热电联产机组耦合系统，其特征在于：所述系统中还设置有发电机（2），所述发电机（2）与所述第一汽轮机（1）管道连接。

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