CN215112835U - 一种能量梯级利用的多源互补供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能量梯级利用的多源互补供热系统，包括燃煤蒸汽锅炉、汽轮机、乏汽余热回收机构、一级烟气余热回收机构、二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构、近端网循环机构、远端一级网循环机构、远端网二级循环机构和燃气锅炉，并且公开了一种能量梯级利用的多源互补供热方法，采用上述能量梯级利用的多源互补供热系统，可有效减少热量输送过程中的热损失，降低设备投资，达到优能优用的理想效果；在保证热用户室内温度适宜的基础上实现了能量梯级利用，减少对环境的污染。

Description

一种能量梯级利用的多源互补供热系统

技术领域

本实用新型涉及新能源集中供热技术领域，更具体的说是涉及一种能量梯级利用的多源互补供热系统。

背景技术

目前，大多集中供热系统仅采用单一热源，受限因素多，一旦出现故障没有替代热源，将导致供热系统瘫痪，输出安全性和稳定性较差。并且，传统的供热系统以燃煤为主导燃料，而煤燃烧会带来严重的污染问题，对环境造成不可逆影响。此外，现有的供热系统能源利用率较低，容易造成资源浪费。

为解决上述问题，可将风能、太阳能等清洁能源合理引入集中供热领域，以形成多源互补的供热形式，但由此形成的供热系统设备投资大，且多个热源加热的出水温度很难达到统一，难以保证热网供水温度稳定、且满足供热需求；并且，形成的供热系统仅将几种供热方式简单的连接在一起，能量利用率低，仍旧造成能源利用率低、资源浪费，且环境污染问题无法明显改善。

因此，如何构建高效、清洁、能源利用率高的多源互补供热系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种能量梯级利用的多源互补供热系统及方法，可有效减少热量输送过程中的热损失，降低设备投资，达到优能优用的理想效果；在保证热用户室内温度适宜的基础上实现了能量梯级利用，减少对环境的污染。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种能量梯级利用的多源互补供热系统，包括燃煤蒸汽锅炉、汽轮机、乏汽余热回收机构、一级烟气余热回收机构、二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构、近端网循环机构、远端一级网循环机构、远端二级网循环机构和燃气锅炉；

所述燃煤蒸汽锅炉的高温蒸汽出口连接所述汽轮机，烟气出口通过烟道依次连接所述一级烟气余热回收机构和所述二级烟气余热回收机构；

所述汽轮机驱动连接所述二级烟气余热回收机构；

所述乏汽余热回收机构上游连接所述汽轮机，下游连接所述燃煤蒸汽锅炉；同时，所述乏汽余热回收机构上游连接所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构，下游连接所述远端一级网循环机构；并且所述乏汽余热回收机构上游还通过第一闸阀、第一加压泵和第一补热管连接所述一级烟气余热回收机构；

所述一级烟气余热回收机构上游连接所述近端网循环机构，同时上游还通过第一流量调节阀和第一补热回水管连接所述远端一级网循环机构，下游连接所述近端网循环机构；

所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构上游连接所述远端一级网循环机构，并且下游通过第二流量调节阀和第二补热管连接所述近端网循环机构；

所述近端网循环机构下游通过第二闸阀、第二加压泵和第二补热回水管连接所述远端一级网循环机构；

所述远端一级网循环机构与所述远端二级网循环机构连接、并形成闭合回路；

所述燃气锅炉与所述远端一级网循环机构连接、并形成闭合回路。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型公开的一种能量梯级利用的多源互补供热系统一方面利用一级烟气余热回收机构对近端网回水加热后得到达到供温要求的近端网供水，为近端热用户供热；另一方面，利用二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构对远端一级网循环回水进行初步加热，再利用乏汽余热回收机构对其进一步加热，使得到的远端一级网供水能够达到供温要求，为远端热用户供热。其中依据近端热用户和远端热用户供热过程中损耗不同，采用分网运行方式，有效的减少了热量输送过程中的热损失，降低设备投资，达到优能优用的理想效果；并且，梯级利用了供热系统生产过程中产生的废热、乏汽，减少能量浪费；此外，利用污水余热回收机构提取污水中的低品位热向供热系统补充热量，降低通过煤燃烧提取热量的需求，从而减少燃煤锅炉的污染物排放；同时，二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构采用并联方式连接，若某个装置发生故障后，不会影响整体供热效果，提升了整体供热系统的稳定性。此外，采用补热管道及补热回水管道等装置将两片热网连接，在不同负荷下相互补充热量；同时设置能够快速启停的燃气锅炉在极寒天气下进行补热，确保最大幅度地提升整个供热系统的联动耦合性。

优选的，所述乏汽余热回收机构包括蒸汽管、汽水换热器和冷凝水管；

所述蒸汽管连接所述汽轮机的蒸汽出口和所述汽水换热器的热进水管；

所述汽水换热器的冷出水管通过所述冷凝水管连接所述燃煤蒸汽锅炉的回水管，所述汽水换热器的冷进水管分别与所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构连接，并且所述汽水换热器的冷进水管还通过所述第一闸阀、所述第一加压泵和所述第一补热管连接所述一级烟气余热回收机构，所述汽水换热器的热出水管与所述远端一级网循环机构连接。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型通过蒸汽管、汽水换热器和冷凝水管相互配合可以对汽轮机产生的低温乏汽进行余热回收利用，并将经过初步加热的远端一级网回水进一步加热，从而得到满足供温要求的远端一级网供水。

优选的，所述一级烟气余热回收机构包括一级脱硫水床、一级脱硫浆液循环泵和一级换热器；

所述一级脱硫水床的烟气入口通过所述烟道连接所述燃煤蒸汽锅炉的烟气出口，所述一级脱硫水床的烟气出口通过所述烟道连接所述二级烟气余热回收机构，所述一级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过所述一级脱硫浆液循环泵连接所述一级换热器的热进水管，所述一级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接所述一级换热器的冷出水管；

所述一级换热器的冷进水管连接所述近端网循环机构，且所述一级换热器的冷进水管通过所述第一流量调节阀和所述第一补热回水管连接所述远端一级网循环机构；

所述一级换热器的热出水管连接所述近端网循环机构，同时所述一级换热器的热出水管通过所述第一闸阀、所述第一加压泵和所述第一补热管连接所述汽水换热器的冷进水管。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型通过一级脱硫水床、一级脱硫浆液循环泵、一级换热器和汽水换热器循环泵相互配合，可对烟气进行初步脱硫处理，并且可将燃煤蒸汽锅炉产生的烟气中热量初步回收，从而可以将近端网回水进行加热，得到满足供温要求的近端网供水，为近端热用户供暖，避免能源浪费；并且配合第一流量调节阀、第一补热管、第一闸阀、第一加压泵和第一补热回水管，可以在近端用户过热、远端用户缺热时，将近端网中的热量补充至远端网中，提高系统运行稳定性。

优选的，所述二级烟气余热回收机构包括二级脱硫水床、二级脱硫浆液循环泵、二级换热器、中介水管、中介水循环泵和压缩式热泵；

所述二级脱硫水床的烟气入口通过所述烟道连接所述一级脱硫水床的烟气出口，所述二级脱硫水床的烟气出口通过所述烟道连接烟囱，所述二级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过所述二级脱硫浆液循环泵连接所述二级换热器的热进水管，所述二级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接所述二级换热器的冷出水管；

所述二级换热器的冷进水管通过所述中介水管连接所述压缩式热泵的冷出水管，所述二级换热器的热出水管通过所述中介水循环泵和所述中介水管连接所述压缩式热泵的热进水管；

所述压缩式热泵的冷进水管连接所述远端一级网循环机构，所述压缩式热泵的热出水管连接所述汽水换热器的冷进水管，同时所述压缩式热泵的热出水管通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管连接所述近端网循环机构，且所述压缩式热泵通过所述汽轮机驱动。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型中通过二级脱硫水床、二级脱硫浆液循环泵、二级换热器、中介水管、中介水循环泵和压缩式热泵相互配合，可将烟气进一步脱硫，从而使通过烟囱排出的气体安全环保，避免污染环境，并且对烟气中的热量进一步回收利用，提高能源利用率，节约能源。

优选的，所述污水余热回收机构包括吸收式热泵、污水渠、污水管、抽水泵；

所述吸收式热泵的热进水管通过所述污水管连接所述污水渠，所述吸收式热泵的冷出水管通过所述污水管连接所述污水渠，所述吸收式热泵的冷进水管通过所述抽水泵连接所述远端一级网循环机构，所述吸收式热泵的热出水管连接所述汽水换热器的冷进水管，同时所述吸收式热泵的热出水管通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管连接所述近端网循环机构。

其中，污水渠中的污水源自经污水处理厂初步处理后的生活污水，吸收式热泵的作用从低品味热源中提取热量输送至高高品位热源中，现使用的吸收式污水源热泵污水进水温度约为12℃，退水温度为7℃左右。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型中通过吸收式热泵、污水渠、污水管、抽水泵相互配合，提取污水中的低品位热、并向供热系统补充热量，从而降低通过燃煤提取热量的需求，进而减少燃煤锅炉的污染物排放。

优选的，所述近端网循环机构包括近端网供水管、近端网循环泵、近端热用户和近端网回水管；

所述近端网供水管上游连接所述一级换热器的热出水管，且所述近端网供水管上游通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管分别连接所述压缩式热泵的热出水管和所述吸收式热泵的热出水管；

所述近端网供水管下游通过所述近端网循环泵连接所述近端热用户；

所述近端热用户下游通过所述近端网回水管连接所述一级换热器冷进水管；

同时，所述近端网回水管通过所述第二闸阀、所述第二加压泵和所述第二补热回水管连接所述远端一级网循环机构。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型通过近端网供水管、近端网循环泵、近端热用户和近端网回水管相互配合，可将近端热用户与一级换热器循环连接，从而实现供水循环，并不断利用一级换热器为循环水加热以达到供热要求；并且配合第二流量调节阀、第二补热管、第二闸阀、第二加压泵和第二补热回水管，可以在远端用户过热、近端用户缺热时，将远端网中的热量补充至近端网中，提高系统运行稳定性。

优选的，所述远端一级网循环机构包括热网换热器、远端一级网供水管、远端一级网循环泵和远端一级网回水管；

所述热网换热器的热进水管通过所述远端一级网供水管和所述远端一级网循环泵分别连接所述燃气锅炉的蒸汽出口和所述汽水换热器的热出水管，所述热网换热器的冷出水管通过所述远端一级网回水管分别连接所述燃气锅炉的冷凝水管和所述吸收式热泵的冷回水管；

同时所述远端一级网回水管上游还通过所述第二补热回水管、所述第二加压泵和所述第二闸阀连接所述近端网回水管；

所述热网换热器与所述远端二级网循环机构连接、并形成闭合回路。

优选的，所述远端二级网循环换机构包括远端二级网循环泵、远端二级网供水管、远端热用户和远端二级网回水管；所述远端二级网循环泵上游连接所述热网换热器的热出水管，下游通过所述远端二级网供水管连接所述远端热用户；所述远端热用户通过所述远端二级网回水管连接所述热网换热器的冷进水管。

优选的，所述一级脱硫浆液循环泵、所述二级脱硫浆液循环泵、所述中介水循环泵、所述近端网循环泵、所述远端一级网循环泵和所述远端二级网循环泵选用变频循环泵，可以通过设置变频循环泵功率来控制管流量。

优选的，所述脱硫浆液进水管和所述脱硫浆液出水管采用不锈钢材质，防止脱硫浆液腐蚀管。

本实用新型还提供了一种能量梯级利用的多源互补供热方法，采用上述能量梯级利用的多源互补供热系统，包括如下步骤：

(1)燃煤蒸汽锅炉生成的高压蒸汽输入汽轮机做功后排出低温乏汽，所述低温乏汽经蒸汽管输送至汽水换热器换热，得到冷凝水经冷凝水管回流至燃煤蒸汽锅炉中加热；

(2)燃煤蒸汽锅炉中煤燃烧过程产生的烟气经烟道输送至一级脱硫水床进行一级脱硫处理、并将一级脱硫浆液加热，然后启动一级脱硫浆液循环泵将加热的一级脱硫浆液输送至一级换热器与近端网回水换热后冷却，得到冷却的一级脱硫浆液回流至所述一级脱硫水床，所述一级换热器同时使所述近端网回水升温后形成近端网供水；

(3)开启近端网循环泵使所述近端网供水经近端网供水管输送至近端热用户供热后冷却，形成所述近端网回水经近端网回水管回流至所述一级换热器加热升温；

(4)经过一级脱硫处理后的烟气进入二级脱硫水床进行二级脱硫处理、并将二级脱硫浆液加热，然后启动二级脱硫浆液循环泵将加热的二级脱硫浆液输送至二级换热器与中介水换热，得到冷却的二级脱硫浆液退回至所述二级脱硫水床，所述二级换热器同时使所述中介水升温；并启动中介水循环泵将升温的中介水输送至压缩式热泵与远端一级网回水换热后冷却，冷却的中介水回流至所述二级换热器加热，所述压缩式热泵同时在所述汽轮机的驱动下运行将所述远端一级网回水加热后得到所述初级供水，所述初级供水输送至所述汽水换热器与所述低温乏汽换热；且完全脱硫后的烟气经由烟道输送至烟囱向外排放；

(5)污水渠内污水经污水管输送至吸收式热泵与所述远端一级网回水换热后冷却，冷却的污水经污水管回流至所述污水渠，所述吸收式热泵同时将所述远端一级网回水加热后得到所述初级供水，所述初级供水输送至所述汽水换热器与所述低温乏汽换热；

(6)所述初级供水经所述汽水换热器与所述低温乏汽换热后升温得到远端一级网供水，然后启动远端一级网循环泵经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到所述远端一级网回水经远端一级网回水管分别输送至所述吸收式热泵和所述压缩式热泵加热，所述热网换热器同时将所述远端二级网回水加热后得到远端二级网供水；同时开启远端二级网循环泵将所述远端二级网供水经远端二级网供水管输送至远端热用户供热后冷却，冷却后得到所述远端二级网回水经远端二级网回水管回流至所述热网换热器；

(7)近端用户过热、远端用户缺热时，开启第一闸阀和第一加压泵，通过第一补热管将所述近端网供水输送至所述汽水换热器与所述低温乏汽换热后升温得到所述远端一级网供水，然后经所述远端一级网供水管输送至所述热网换热器与所述远端二级网回水换热，冷却后得到所述远端一级网回水；同时打开第一流量调节阀，通过第一补热回水管使所述远端一级网回水回流至所述一级换热器；

(8)远端用户过热、近端用户缺热时，打开第二流量调节阀，通过第二补热管将所述初级供水输送至所述近端网供水管，同时开启所述近端网循环泵经所述近端网供水管输送至所述近端热用户供热，冷却后形成所述近端网回水；同时打开第二闸阀和第二加压泵，通过所述近端网回水管和第二补热回水管将所述近端网回水输送至所述远端一级网回水管；

(9)热量不足时，开启燃气锅炉将远端一级网回水加热后得到所述远端一级网供水，同时启动远端一级网循环泵使所述远端一级网供水经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管回流至燃气锅炉加热。

优选的，步骤(1)中所述高压蒸汽的压强为3.11～3.96Mpa、温度为 430～480℃，所述低温乏汽的压强为0.12Mpa、温度为190℃；

步骤(2)中所述一级脱硫浆液加热后温度为120～132℃，冷却后所述一级脱硫浆液温度为84～96℃，所述近端网回水温度为32～38℃，所述近端网供水温度为45～50℃；

步骤(4)中所述二级脱硫浆液加热后温度为26～32℃，冷却后所述二级脱硫浆液温度为19～25℃；所述中介水升温后温度为19～20℃，冷却后所述中介水温度为15～16℃；所述远端一级网回水温度为40℃，所述初级供水温度为50～55℃；

步骤(5)中热污水温度为12℃，冷却的污水温度为7℃，所述远端一级网回水温度为40℃，所述初级供水温度为50～55℃；

步骤(6)中所述远端一级网供水温度为90～95℃；

步骤(9)中所述远端一级网供水温度为90～95℃。

上述优选技术方案的有益效果是：本实用新型公开的一种能量梯级利用的多源互补供热方法，操作方法简单、整体调控方便，梯级利用了供热系统生产过程中产生的废热、乏汽，减少能量浪费；同时可提取污水中的低品位热向供热系统中补充热量，减少燃煤燃烧需求量；且各个余热回收装置采用并联方式，若某个装置发生故障后，不会影响整体供热效果，提升了整个系统的稳定性；同时采用分网运行方式，有效的减少了热量输送过程中的热损失，降低设备投资，达到优能优用的理想效果。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种能量梯级利用的多源互补供热系统及方法，具有如下有益效果：

(1)采用燃煤蒸汽锅炉与多种清洁能源相结合的方式供热，增大了热源的供热能力，确保满足热用户的用热需求；

(2)利用一级烟气余热回收机构通过近端网循环机构直接给近端热用户供热，利用二级烟气余热回收机构、乏汽余热回收机构、污水余热回收机构通过远端一级网循环机构和远端二级网循环机构给远端热用户供热，采用分网运行模式，降低设备投资，降低供暖水在输送过程中的能量损耗，确保优能优用；

(3)利用补热管道和补热回水管道等将两片热网连接，在不同负荷下相互补充热量，提升了整个系统的联动耦合性，减少热网失衡的现象

(4)采用燃煤蒸汽锅炉及余热回收装置为基础热源，燃气锅炉作为调峰锅炉，可以使整个系统快速适应天气波动而产生的天气变化；

(5)采用烟气余热回收装置与污水源热泵加热供暖水后再利用乏汽再次提温以达到供热标准的运行模式，实现了能量梯级利用，相比于传统供暖系统节约20％左右燃煤，减少污染物的排放；

(6)二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构之间采用并联方式连接，若某个装置发生故障后，不会影响整体供热效果，提高了供热系统运行的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型实施例1提供的一种能量梯级利用的多源互补供热系统的结构示意图。

在图中：1为燃煤蒸汽锅炉、2为汽轮机、3为燃气锅炉、4为蒸汽管、5 为汽水换热器、6为冷凝水管、7为第一闸阀、8为第一加压泵、9为第一补热管、10为第一流量调节阀、11为第一补热回水管、12为一级脱硫水床、13 为一级脱硫浆液循环泵、14为一级换热器、15为二级脱硫水床、16为二级脱硫浆液循环泵、17为二级换热器、18为中介水管、19为中介水循环泵、20 为压缩式热泵、21为第二流量调节阀、22为第二补热管、23为吸收式热泵、 24为污水渠、25为污水管、26为抽水泵、27为第二闸阀、28为第二加压泵、 29为第二补热回水管、30为近端网供水管、31为近端网循环泵、32为近端热用户、33为近端网回水管、34为热网换热器、35为远端一级网供水管、36 为远端一级网循环泵、37为远端一级网回水管、38为远端二级网循环泵、39 为远端二级网供水管、40为远端热用户、41为远端二级网回水管、42为烟道、 43为烟囱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实用新型实施例1公开了一种能量梯级利用的多源互补供热系统，包括燃煤蒸汽锅炉、汽轮机、乏汽余热回收机构、一级烟气余热回收机构、二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构、近端网循环机构、远端一级网循环机构、远端二级网循环机构和燃气锅炉；

燃煤蒸汽锅炉的高温蒸汽出口连接汽轮机，烟气出口通过烟道依次连接一级烟气余热回收机构和二级烟气余热回收机构；

其中，乏汽余热回收机构包括蒸汽管、汽水换热器和冷凝水管；蒸汽管连接汽轮机的蒸汽出口和汽水换热器的热进水管；汽水换热器的冷出水管通过冷凝水管连接燃煤蒸汽锅炉的回水管，汽水换热器的冷进水管分别与二级烟气余热回收机构和污水余热回收机构连接，并且汽水换热器的冷进水管还通过第一闸阀、第一加压泵和第一补热管连接一级烟气余热回收机构，汽水换热器的热出水管与远端一级网循环机构连接。

并且，一级烟气余热回收机构包括一级脱硫水床、一级脱硫浆液循环泵和一级换热器；一级脱硫水床的烟气入口通过烟道连接燃煤蒸汽锅炉的烟气出口，一级脱硫水床的烟气出口通过烟道连接二级烟气余热回收机构，一级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过一级脱硫浆液循环泵连接一级换热器的热进水管，一级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接一级换热器的冷出水管；一级换热器的冷进水管连接近端网循环机构，且一级换热器的冷进水管通过第一流量调节阀和第一补热回水管连接远端一级网循环机构；一级换热器的热出水管连接近端网循环机构，同时一级换热器的热出水管通过第一闸阀、第一加压泵和第一补热管连接汽水换热器的冷进水管。

此外，二级烟气余热回收机构包括二级脱硫水床、二级脱硫浆液循环泵、二级换热器、中介水管、中介水循环泵和压缩式热泵；二级脱硫水床的烟气入口通过烟道连接一级脱硫水床的烟气出口，二级脱硫水床的烟气出口通过烟道连接烟囱，二级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过二级脱硫浆液循环泵连接二级换热器的热进水管，二级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接二级换热器的冷出水管；二级换热器的冷进水管通过中介水管连接压缩式热泵的冷出水管，二级换热器的热出水管通过中介水循环泵和中介水管连接压缩式热泵的热进水管；压缩式热泵的冷进水管连接远端一级网循环机构，压缩式热泵的热出水管连接汽水换热器的冷进水管，同时压缩式热泵的热出水管通过第二流量调节阀和第二补热管连接近端网循环机构，且压缩式热泵通过汽轮机驱动。

另外，污水余热回收机构包括吸收式热泵、污水渠、污水管、抽水泵；吸收式热泵的热进水管通过污水管连接污水渠，吸收式热泵的冷出水管通过污水管连接污水渠，吸收式热泵的冷进水管通过抽水泵连接远端一级网循环机构，吸收式热泵的热出水管连接汽水换热器的冷进水管，同时吸收式热泵的热出水管通过第二流量调节阀和第二补热管连接近端网循环机构。

其中，污水渠中的污水源自经污水处理厂初步处理后的生活污水，吸收式热泵的作用从低品味热源中提取热量输送至高高品位热源中，现使用的吸收式污水源热泵污水进水温度约为12℃，退水温度为7℃左右。

而且，近端网循环机构包括近端网供水管、近端网循环泵、近端热用户和近端网回水管；近端网供水管上游连接一级换热器的热出水管，且近端网供水管上游通过第二流量调节阀和第二补热管分别连接压缩式热泵的热出水管和吸收式热泵的热出水管；近端网供水管下游通过近端网循环泵连接近端热用户；近端热用户下游通过近端网回水管连接一级换热器冷进水管；同时，近端网回水管通过第二闸阀、第二加压泵和第二补热回水管连接远端一级网循环机构。

再次，远端一级网循环机构包括热网换热器、远端一级网供水管、远端一级网循环泵和远端一级网回水管；热网换热器的热进水管通过远端一级网供水管和远端一级网循环泵分别连接燃气锅炉的蒸汽出口和汽水换热器的热出水管，热网换热器的冷出水管通过远端一级网回水管分别连接燃气锅炉的冷凝水管和吸收式热泵的冷回水管；同时远端一级网回水管上游还通过第二补热回水管、第二加压泵和第二闸阀连接近端网回水管；热网换热器与远端二级网循环机构连接、并形成闭合回路。

最后，远端二级网循环换机构包括远端二级网循环泵、远端二级网供水管、远端热用户和远端二级网回水管；远端二级网循环泵上游连接热网换热器的热出水管，下游通过远端二级网供水管连接远端热用户；远端热用户通过远端二级网回水管连接热网换热器的冷进水管。

为了进一步优化技术方案，一级脱硫浆液循环泵、二级脱硫浆液循环泵、中介水循环泵、近端网循环泵、远端一级网循环泵和远端二级网循环泵选用变频循环泵，可以通过设置变频循环泵功率来控制管流量。

为了进一步优化技术方案，脱硫浆液进水管和脱硫浆液出水管采用不锈钢材质，防止脱硫浆液腐蚀管。

为了进一步的优化技术方案，一级换热器、二级换热器和热网换热器为板式换热器。

运行原理：

首先，燃煤蒸汽锅炉内煤燃烧后将冷凝水加热后生成高压蒸汽，然后输入汽轮机拖动压缩式热泵做功后生成低温乏汽，低温乏汽通过汽轮机的蒸汽出口、经蒸汽管输送至汽水换热器的热进水管，在汽水换热器内换热冷却后得到冷凝水，再通过汽水换热器的冷出水管、经冷凝水管、燃煤蒸汽锅炉的回水管回流至燃煤蒸汽锅炉中继续加热；

其次，燃煤蒸汽锅炉中煤燃烧产生的烟气通过燃煤蒸汽锅炉的烟气出口、经烟道、再通过一级脱硫水床的烟气入口输送至一级脱硫水床进行一级脱硫处理，并同时可将一级脱硫浆液加热；然后启动一级脱硫浆液循环泵，将加热的一级脱硫浆液通过一级脱硫水床的脱硫浆液出水管、一级换热器的热进水管输送至一级换热器与近端网回水换热，得到冷却的一级脱硫浆液经一级换热器的冷出水管、一级脱硫水床的脱硫浆液进水管回流至一级脱硫水床，一级换热器同时使近端网回水升温后形成近端网供水；并同时启动近端网循环泵使近端网供水经近端网供水管输送至近端热用户供热后冷却，形成近端网回水经近端网回水管回流至一级换热器继续加热升温；

更进一步的，经过一级脱硫处理后的烟气进入二级脱硫水床进行二级脱硫处理、并将二级脱硫浆液加热，然后启动二级脱硫浆液循环泵将加热的二级脱硫浆液输送至二级换热器与中介水换热，得到冷却的二级脱硫浆液退回至二级脱硫水床，二级换热器同时使中介水升温；并启动中介水循环泵将升温的中介水输送至压缩式热泵与远端一级网回水换热后冷却，冷却的中介水回流至二级换热器加热，压缩式热泵同时在汽轮机的驱动下运行将远端一级网回水加热后得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；且完全脱硫后的烟气经由烟道输送至烟囱向外排放；

再次，污水渠内污水经污水管输送至吸收式热泵与一级网回水换热后冷却，冷却的污水经污水管回流至污水渠，吸收式热泵同时将一级网回水加热后得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；

更进一步的，初级供水经汽水换热器与低温乏汽换热后升温得到远端一级网供水，然后经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管分别输送至吸收式热泵和压缩式热泵加热，热网换热器同时将远端二级网回水加热后得到远端二级网供水；同时开启远端二级网循环泵将远端二级网供水经远端二级网供水管输送至远端热用户供热后冷却，冷却后得到远端二级网回水经远端二级网回水管回流至热网换热器；

此外，近端用户过热、远端用户缺热时，开启第一闸阀和第一加压泵，通过第一补热管将近端网供水输送至汽水换热器继续加热，得到远端一级网供水，然后经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水；同时打开第一流量调节阀，通过第一补热回水管使远端一级网回水回流至一级换热器；

另外，远端用户过热、近端用户缺热时，打开第二流量调节阀，通过第二补热管将初级供水输送至近端网供水管，在近端网循环泵作用下经近端网供水管输送至近端热用户供热，冷却后形成近端网回水；同时打开第二闸阀和第二加压泵，通过近端网回水管和第二补热回水管将近端网回水输送至远端一级网回水管；

而且，当热量不足时，开启燃气锅炉将远端一级网回水加热后得到远端一级网供水，同时启动远端一级网循环泵使远端一级网供水经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管回流至燃气锅炉加热。

本实用新型公开的一种能量梯级利用的多源互补供热系统一方面利用一级烟气余热回收机构对近端网回水加热后得到达到供温要求的近端网供水，为近端热用户供热；另一方面，利用二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构对远端一级网循环回水进行初步加热，再利用乏汽余热回收机构对其进一步加热，使得到的远端一级网供水能够达到供温要求，为远端热用户供热。其中依据近端热用户和远端热用户供热过程中损耗不同，采用分网运行方式，有效的减少了热量输送过程中的热损失，降低设备投资，达到优能优用的理想效果；并且，梯级利用了供热系统生产过程中产生的废热、乏汽，减少能量浪费；此外，利用污水余热回收机构提取污水中的低品位热向供热系统补充热量，降低通过煤燃烧提取热量的需求，从而减少燃煤锅炉的污染物排放；同时，二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构采用并联方式连接，若某个装置发生故障后，不会影响整体供热效果，提升了整体供热系统的稳定性。此外，采用补热管道及补热回水管道等装置将两片热网连接，在不同负荷下相互补充热量；同时设置能够快速启停的燃气锅炉在极寒天气下进行补热，确保最大幅度地提升整个供热系统的联动耦合性。

实施例2

本实用新型实施例2公开了一种能量梯级利用的多源互补供热方法，采用实施例1公开的能量梯级利用的多源互补供热系统，包括如下步骤：

(1)燃煤蒸汽锅炉生成的高压蒸汽输入汽轮机做功后排出低温乏汽，低温乏汽经蒸汽管输送至汽水换热器换热，得到冷凝水经冷凝水管回流至燃煤蒸汽锅炉中加热；其中，高压蒸汽的压强为3.11～3.96Mpa、温度为430～480℃，低温乏汽的压强为0.12Mpa、温度为190℃

(2)燃煤蒸汽锅炉中煤燃烧过程产生的烟气经烟道输送至一级脱硫水床进行一级脱硫处理、并将一级脱硫浆液加热至120～132℃，然后启动一级脱硫浆液循环泵将加热的一级脱硫浆液输送至一级换热器与近端网回水换热后冷却至84～96℃，得到冷却的一级脱硫浆液回流至一级脱硫水床，一级换热器同时使32～38℃近端网回水升温后形成45～50℃近端网供水；

(3)开启近端网循环泵使近端网供水经近端网供水管输送至近端热用户供热后冷却，形成近端网回水经近端网回水管回流至一级换热器加热升温；

(4)经过一级脱硫处理后的烟气进入二级脱硫水床进行二级脱硫处理、并将二级脱硫浆液加热至26～32℃，然后启动二级脱硫浆液循环泵将加热的二级脱硫浆液输送至二级换热器与中介水换热后冷却至19～25℃，得到冷却的二级脱硫浆液退回至二级脱硫水床，二级换热器同时使中介水升温至19～20℃；并启动中介水循环泵将升温的中介水输送至压缩式热泵与40℃远端一级网回水换热后冷却至15～16℃，冷却的中介水回流至二级换热器加热，压缩式热泵同时在汽轮机的驱动下运行将远端一级网回水加热至50～55℃得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；且完全脱硫后的烟气经由烟道输送至烟囱向外排放；

(5)污水渠内12℃污水经污水管输送至吸收式热泵与一级网回水换热后冷却至7℃，冷却的污水经污水管回流至污水渠，吸收式热泵同时将40℃远端一级网回水加热至50～55℃得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；

(6)初级供水经汽水换热器与低温乏汽换热后升温至90～95℃得到远端一级网供水，然后启动远端一级网循环泵经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管分别输送至吸收式热泵和压缩式热泵加热，热网换热器同时将远端二级网回水加热后得到远端二级网供水；同时开启远端二级网循环泵将远端二级网供水经远端二级网供水管输送至远端热用户供热后冷却，冷却后得到远端二级网回水经远端二级网回水管回流至热网换热器；

(7)近端用户过热、远端用户缺热时，开启第一闸阀和第一加压泵，通过第一补热管将近端网供水输送至汽水换热器继续加热，得到远端一级网供水，然后经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水；同时打开第一流量调节阀，通过第一补热回水管使远端一级网回水回流至一级换热器；

(8)远端用户过热、近端用户缺热时，打开第二流量调节阀，通过第二补热管将初级供水输送至近端网供水管，在近端网循环泵作用下经近端网供水管输送至近端热用户供热，冷却后形成近端网回水；同时打开第二闸阀和第二加压泵，通过近端网回水管和第二补热回水管将近端网回水输送至远端一级网回水管；

(9)热量不足时，开启燃气锅炉将远端一级网回水加热后得到远端一级网供水，同时启动远端一级网循环泵使远端一级网供水经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管回流至燃气锅炉加热。

实施例3

本实用新型实施例3以沈阳某供热公司的供热系统为例，该公司热源 60MW燃煤蒸汽锅炉与20MW燃气锅炉,供暖面积为100万平方米，室内达标温度为18℃，具体公开了一种能量梯级利用的供热方法，包括如下步骤：

(1)燃煤蒸汽锅炉生成的高压蒸汽输入汽轮机做功后排出低温乏汽，低温乏汽经蒸汽管输送至汽水换热器换热，得到冷凝水经冷凝水管回流至燃煤蒸汽锅炉中加热；其中，高压蒸汽的压强为3.12Mpa、温度为480℃，低温乏汽的压强为0.12Mpa、温度为190℃；

(2)燃煤蒸汽锅炉中煤燃烧过程产生的烟气经烟道输送至一级脱硫水床进行一级脱硫处理、并将一级脱硫浆液加热至132℃，然后启动一级脱硫浆液循环泵将加热的一级脱硫浆液输送至一级换热器与近端网回水换热后冷却至 86℃，得到冷却的一级脱硫浆液回流至一级脱硫水床，一级换热器同时使37℃近端网回水升温后形成46℃近端网供水，此时测量近端热用户室内温度达到 24℃；

(3)开启近端网循环泵使近端网供水经近端网供水管输送至近端热用户供热后冷却，形成近端网回水经近端网回水管回流至一级换热器加热升温；

(4)经过一级脱硫处理后的烟气进入二级脱硫水床进行二级脱硫处理、并将二级脱硫浆液加热至32℃，然后启动二级脱硫浆液循环泵将加热的二级脱硫浆液输送至二级换热器与中介水换热后冷却至19℃，得到冷却的二级脱硫浆液退回至二级脱硫水床，二级换热器同时使中介水升温至19℃；并启动中介水循环泵将升温的中介水输送至压缩式热泵与40℃远端一级网回水换热后冷却至15℃，冷却的中介水回流至二级换热器加热，压缩式热泵同时在汽轮机的驱动下运行将远端一级网回水加热至52℃得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；且完全脱硫后的烟气经由烟道输送至烟囱向外排放；

(5)污水渠内12℃污水经污水管输送至吸收式热泵与一级网回水换热后冷却至7℃，冷却的污水经污水管回流至污水渠，吸收式热泵同时将40℃远端一级网回水加热至52℃得到初级供水，初级供水输送至汽水换热器与低温乏汽换热；

(6)初级供水经汽水换热器与低温乏汽换热后升温至93℃得到远端一级网供水，然后启动远端一级网循环泵经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却至40℃得到远端一级网回水经远端一级网回水管分别输送至吸收式热泵和压缩式热泵加热，热网换热器同时将远端二级网回水加热至45℃得到远端二级网供水；同时开启远端二级网循环泵将远端二级网供水经远端二级网供水管输送至远端热用户供热后冷却至35℃，冷却后得到远端二级网回水经远端二级网回水管回流至热网换热器；

(7)近端用户过热、远端用户缺热时，开启第一闸阀和第一加压泵，通过第一补热管将近端网供水输送至汽水换热器继续加热，得到远端一级网供水，然后经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水；同时打开第一流量调节阀，通过第一补热回水管使远端一级网回水回流至一级换热器；

(8)远端用户过热、近端用户缺热时，打开第二流量调节阀，通过第二补热管将初级供水输送至近端网供水管，在近端网循环泵作用下经近端网供水管输送至近端热用户供热，冷却后形成近端网回水；同时打开第二闸阀和第二加压泵，通过近端网回水管和第二补热回水管将近端网回水输送至远端一级网回水管；

(9)热量不足时，开启燃气锅炉将远端一级网回水加热后得到远端一级网供水，同时启动远端一级网循环泵使远端一级网供水经远端一级网供水管输送至热网换热器与远端二级网回水换热，冷却后得到远端一级网回水经远端一级网回水管回流至燃气锅炉加热。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，包括燃煤蒸汽锅炉、汽轮机、乏汽余热回收机构、一级烟气余热回收机构、二级烟气余热回收机构、污水余热回收机构、近端网循环机构、远端一级网循环机构、远端二级网循环机构和燃气锅炉；

所述燃煤蒸汽锅炉的高温蒸汽出口连接所述汽轮机，烟气出口通过烟道依次连接所述一级烟气余热回收机构和所述二级烟气余热回收机构；

所述汽轮机驱动连接所述二级烟气余热回收机构；

所述乏汽余热回收机构上游连接所述汽轮机，下游连接所述燃煤蒸汽锅炉；同时，所述乏汽余热回收机构上游连接所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构，下游连接所述远端一级网循环机构；并且所述乏汽余热回收机构上游还通过第一闸阀、第一加压泵和第一补热管连接所述一级烟气余热回收机构；

所述一级烟气余热回收机构上游连接所述近端网循环机构，同时上游还通过第一流量调节阀和第一补热回水管连接所述远端一级网循环机构，下游连接所述近端网循环机构；

所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构上游连接所述远端一级网循环机构，并且下游通过第二流量调节阀和第二补热管连接所述近端网循环机构；

所述近端网循环机构下游通过第二闸阀、第二加压泵和第二补热回水管连接所述远端一级网循环机构；

所述远端一级网循环机构与所述远端二级网循环机构连接、并形成闭合回路；

所述燃气锅炉与所述远端一级网循环机构连接、并形成闭合回路。

2.根据权利要求1所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述乏汽余热回收机构包括蒸汽管、汽水换热器和冷凝水管；

所述蒸汽管连接所述汽轮机的蒸汽出口和所述汽水换热器的热进水管；

所述汽水换热器的冷出水管通过所述冷凝水管连接所述燃煤蒸汽锅炉的回水管，所述汽水换热器的冷进水管分别与所述二级烟气余热回收机构和所述污水余热回收机构连接，并且所述汽水换热器的冷进水管还通过所述第一闸阀、所述第一加压泵和所述第一补热管连接所述一级烟气余热回收机构，所述汽水换热器的热出水管与所述远端一级网循环机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述一级烟气余热回收机构包括一级脱硫水床、一级脱硫浆液循环泵和一级换热器；

所述一级脱硫水床的烟气入口通过所述烟道连接所述燃煤蒸汽锅炉的烟气出口，所述一级脱硫水床的烟气出口通过所述烟道连接所述二级烟气余热回收机构，所述一级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过所述一级脱硫浆液循环泵连接所述一级换热器的热进水管，所述一级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接所述一级换热器的冷出水管；

所述一级换热器的冷进水管连接所述近端网循环机构，且所述一级换热器的冷进水管通过所述第一流量调节阀和所述第一补热回水管连接所述远端一级网循环机构；

所述一级换热器的热出水管连接所述近端网循环机构，同时所述一级换热器的热出水管通过所述第一闸阀、所述第一加压泵和所述第一补热管连接所述汽水换热器的冷进水管。

4.根据权利要求3所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述二级烟气余热回收机构包括二级脱硫水床、二级脱硫浆液循环泵、二级换热器、中介水管、中介水循环泵和压缩式热泵；

所述二级脱硫水床的烟气入口通过所述烟道连接所述一级脱硫水床的烟气出口，所述二级脱硫水床的烟气出口通过所述烟道连接烟囱，所述二级脱硫水床的脱硫浆液出水管通过所述二级脱硫浆液循环泵连接所述二级换热器的热进水管，所述二级脱硫水床的脱硫浆液进水管连接所述二级换热器的冷出水管；

所述二级换热器的冷进水管通过所述中介水管连接所述压缩式热泵的冷出水管，所述二级换热器的热出水管通过所述中介水循环泵和所述中介水管连接所述压缩式热泵的热进水管；

所述压缩式热泵的冷进水管连接所述远端一级网循环机构，所述压缩式热泵的热出水管连接所述汽水换热器的冷进水管，同时所述压缩式热泵的热出水管通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管连接所述近端网循环机构，且所述压缩式热泵通过所述汽轮机驱动。

5.根据权利要求4所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述污水余热回收机构包括吸收式热泵、污水渠、污水管、抽水泵；

所述吸收式热泵的热进水管通过所述污水管连接所述污水渠，所述吸收式热泵的冷出水管通过所述污水管连接所述污水渠，所述吸收式热泵的冷进水管通过所述抽水泵连接所述远端一级网循环机构，所述吸收式热泵的热出水管连接所述汽水换热器的冷进水管，同时所述吸收式热泵的热出水管通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管连接所述近端网循环机构。

6.根据权利要求5所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述近端网循环机构包括近端网供水管、近端网循环泵、近端热用户和近端网回水管；

所述近端网供水管上游连接所述一级换热器的热出水管，且所述近端网供水管上游通过所述第二流量调节阀和所述第二补热管分别连接所述压缩式热泵的热出水管和所述吸收式热泵的热出水管；

所述近端网供水管下游通过所述近端网循环泵连接所述近端热用户；

所述近端热用户下游通过所述近端网回水管连接所述一级换热器冷进水管；

同时，所述近端网回水管通过所述第二闸阀、所述第二加压泵和所述第二补热回水管连接所述远端一级网循环机构。

7.根据权利要求6所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述远端一级网循环机构包括热网换热器、远端一级网供水管、远端一级网循环泵和远端一级网回水管；

所述热网换热器的热进水管通过所述远端一级网供水管和所述远端一级网循环泵分别连接所述燃气锅炉的蒸汽出口和所述汽水换热器的热出水管，所述热网换热器的冷出水管通过所述远端一级网回水管分别连接所述燃气锅炉的冷凝水管和所述吸收式热泵的冷回水管；

同时所述远端一级网回水管上游还通过所述第二补热回水管、所述第二加压泵和所述第二闸阀连接所述近端网回水管；

所述热网换热器与所述远端二级网循环机构连接、并形成闭合回路。

8.根据权利要求7所述的一种能量梯级利用的多源互补供热系统，其特征在于，所述远端二级网循环换机构包括远端二级网循环泵、远端二级网供水管、远端热用户和远端二级网回水管；所述远端二级网循环泵上游连接所述热网换热器的热出水管，下游通过所述远端二级网供水管连接所述远端热用户；所述远端热用户通过所述远端二级网回水管连接所述热网换热器的冷进水管。

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