WO2021056424A1 - 一种生物质热电联产集成热泵供热系统 - Google Patents

一种生物质热电联产集成热泵供热系统 Download PDF

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Abstract

一种生物质热电联产集成热泵供热系统，包括生物质热电联供系统和热泵系统；所述生物质热电联供系统，通过将生物质能转化为热能，再将热能转化为电能，提供给电网，将至少部分热能转化为电能过程的残余热能通过热网换热器（20）传给热网（25）；所述热泵系统并接于连接所述热网（25）和所述热网换热器（20）的热网管路上，在需要时通过吸收低温热源的热能和由输入电能转化而来的热能加热热网管路内的热网供水来给用户供热。该生物质热电联产集成热泵供热系统在生物质热电联产系统基础上集成热泵系统，采用生物质燃烧来取代传统化石能源的燃烧，能改善能源结构，降低污染物排放；同时解决了生物质燃料不稳定，供热负荷无法调节的问题，提高了系统的效率，保证供热需求。

Description

一种生物质热电联产集成热泵供热系统 技术领域
本发明涉及生物质热电联产领域，更确切地说涉及一种生物质热电联产集成热泵供热系统。
背景技术
近年来，为了有效改善大气环境，各部委先后出台相关政策法规，逐步取消自备燃煤锅炉。京津冀及周边地区实行煤炭总量控制，各地分别削减燃煤利用总量。开发利用洁净新能源是实现大气污染物减排的必然选择。生物质能占世界一次能源消耗的14％，是排在化石能源煤、油、气之后的第四大能源。与其它能源相比，生物质是唯一一种可以提供气体、液体和固体三种形态燃料的能源资源，具有分布广、洁净性及可再生性好等特点。因此，发展生物质能热电联产是一个利国利民，节能减排的首选项目。
但由于生物质燃料的不稳定性，尤其是冬天供热负荷高时，燃料短缺，供热能力不足，无法满足用户的供热需求，极大的影响了生物质热电联产系统的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质热电联产集成热泵供热系统以至少解决目前由于生物质燃料的不稳定性导致无法满足用户的供热需求的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供如下技术方案：
一种生物质热电联产集成热泵供热系统，包括生物质热电联供系统和热泵系统；其中，所述生物质热电联供系统，通过将生物质能转化为热能，再将热能转化为电能，提供给电网，将至少部分热能转化为电能过程的残余热能通过热网换热器传给热网；所述热泵系统并接于连接所述热网和所述热网换热器的热网管路上，在需要时通过吸收低温热源的热能和由输入电能转化而来的热能加热热网管路内的热网供水来给用户供热。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述生物质热电联供系统包括：生物质锅炉、汽轮机、发电机、热网换热器、除氧器、给水泵；其中，
所述生物质锅炉的输出端与所述汽轮机连接，向所述汽轮机输送热能；
所述汽轮机分别与所述发电机、所述热网换热器连接，用于将所述生物质锅炉输出的热能转化为机械能，并将机械能提供给所述发电机，同时将所述汽轮机的排汽输送给所述热网换热器；
所述发电机用于将所述汽轮机传来的机械能转化为电能并输送至电网；
所述除氧器用于去除即将被输送至所述生物质锅炉的给水中的氧；
所述给水泵设置在所述除氧器的给水出口端，用于将所述除氧器输出的给水加压输送给所述生物质锅炉；
所述热网换热器分别与所述汽轮机排汽口和所述热网管路连接，用于将所述汽轮机排汽的热能转换为所述热网供水的热能，为热网供热。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述热网管路包括：与所述热网连通的热网供水管路和热网回水管路，所述热网供水管路用于将经所述热网换热器换热后的热水输送至所述热网，所述热网回水管路用于将来自于热网的水回流至所述热网换热器进行换热；优选地，所述热泵系统包括热泵、第一阀门和第二阀门；所述热泵的输入端和输出端分别通过进出水管连接在所述热网供水管路上，所述热泵输入端与所述热网供水管路之间的进水管上设有所述第一阀门，所述热泵输出端与所述热网供水管路之间的出水管上设有所述第二阀门；优选地，所述热泵采用压缩式热泵。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述热泵安装在靠近所述热网换热器的位置。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述热泵所需电量直接由所述发电机发电供给。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述汽轮机的排汽出口与所述除氧器连接，用于将部分排汽作为所述除氧器的加热介质。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述 汽轮机为背压机；优选地，所述背压机集成快装式背压机；优选地，所述生物质锅炉为采用超低排放的循环流化床锅炉；优选地，所述除氧器为内置式除氧器。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述电网包括内部电网和外部电网，所述内部电网对热电厂内部供电，所述外部电网对社会供电。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述生物质热电联供系统中，所述热网换热器的凝结水输出端与所述除氧器连接；优选地，所述生物质热电联供系统还设有凝结水泵，所述凝结水泵设置在所述热网换热器与所述除氧器之间的管道上，用于将所述汽轮机的排汽在所述热网换热器内完成换热后生成的凝结水输送给所述除氧器。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统，作为一种优选实施方式，所述热网供水管路上还设有热网循环泵，为换热后的热水在所述热网管路中的传输提供动力。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1)本发明通过热泵集成生物质热电联产供热，生物质热电联产系统通过用生物质燃烧来取代传统化石能源的燃烧，能够有效地节约化石燃料，改善能源结构。同时生物质燃烧是一个碳中和的过程，极大的降低了污染物排放，保护了环境。
2)另外本发明在生物质热电联产系统基础上集成热泵系统，解决了生物质燃料不稳定，供热负荷无法调节的问题，提高了系统的效率，保证了供热需求。
3)热泵所需电量直接由汽轮机发电供给，大幅降低了用电成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例提供的一种生物质热电联产集成热泵供热系统示意图；
图中：10-生物质锅炉；11-汽轮机；12-发电机；13-内部电网；14-外部电网；15-凝结水泵；16-除氧器；17-给水泵；20-热网换热器；21-热网循环泵；22-第一阀门；23-热泵；24-第二阀门，25-热网。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
根据本发明的具体实施例，如图1所示，本发明提供一种生物质热电联产集成热泵供热系统，包括生物质热电联供系统和热泵系统；其中，生物质热电联供系统通过将生物质能转化为热能，再将热能转化为电能，提供给电网，将至少部分热能转化为电能过程的残余热能通过热网换热器传给热网；热泵系统并接于连接所述热网和所述热网换热器的热网管路上，在需要时通过吸收低温热源的热能和由输入电能转化而来的热能加热热网供水来给用户供热。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，生物质热电联供系统包括：生物质锅炉10、汽轮机11、发电机12、热网换热器20、除氧器16、给水泵17；其中，生物质锅炉10的输出端与汽轮机11连接，并通过生物质锅炉10输出端向汽轮机11输送热能；汽轮机11还分别与发电机12、热网换热器20连接，汽轮机11用于将生物质锅炉10输出的热能转化为机械能，并将机械能提供给发电机12，汽轮机11的排汽输送至热网换热器20；发电机12用于将汽轮机11传来的机械能转化为电能并输送往电网；除氧器16用于去除即将被输送至生物质锅炉10的给水中的氧；给水泵17设置在除氧器16的给水出口端，用于将除氧器16输送的给水加压输送给生物质 锅炉10；热网换热器20的热源输入端与汽轮机11连接，冷源输入端与热网管路(具体为热网回水管路)连接，用于将汽轮机11排汽的热能转换为热网供水的热能，为热网25供热。
本发明中所述热网管路包括：与热网25连通的热网供水管路和热网回水管路，热网供水管路用于将经热网换热器20换热后的热水输送至热网25，热网回水管路用于将来自于热网25的水回流至热网换热器20进行换热。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，汽轮机11的排汽出口还与除氧器16连接，用于将部分排汽输送至除氧器16作为除氧器16的加热介质。在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，汽轮机11为背压机。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，生物质锅炉10为采用超低排放的循环流化床锅炉，背压机为集成快装式背压机，除氧器16采用除氧效果更好的内置式除氧器，除氧器16的加热介质来自于背压机排汽。循环流化床锅炉通过燃烧生物质燃料，向背压机提供高温高压过热蒸汽，背压机利用这部分蒸汽将热能转化为机械能，并输出部分残余蒸汽，背压机产生的机械能输送给发电机12进行发电，产出电能输送给电网，残余的蒸汽(即排汽)一部分输送给除氧器16作为加热介质，另一部分输送给热网换热器20，在热网换热器20中完成换热后，蒸汽液化为凝结水，输送给除氧器16；除氧器16对凝结水(即冷凝水)除氧后将给水通过给水泵17输送给循环流化床锅炉。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，电网包括内部电网13和外部电网14，内部电网13对热电厂内部供电，包括对热泵系统进行供电，外部电网14对社会供电。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，在生物质热电联供系统中，热网换热器20的冷凝水输出端(又称凝结水输出端)与除氧器16连接；更优选地，生物质热电联供系统还设有凝结水泵15，热网换热器20的热源输入端连接至汽轮机11，热网换热器20的冷凝水输出端通过管道连接至除氧器16，凝结水泵15设置在热网换热器20与除氧器16之间的管道上，汽轮机11的排汽在热网换热器20内完成换热后生成凝结水，通过凝结水泵15输送给除氧器16，在除氧器16内去除氧气后作为 锅炉给水循环使用。
在本发明生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，热网管路上还设有热网循环泵21，为高温热水在热网管路中的传输提供动力。热网换热器20的热网侧设有冷源输入端和热水输出端，热网换热器20的热网侧冷源输入端和热水输出端分别连接热网管路，即分别连接热网回水管路和热网供水管路，热网回水在热网换热器20中与汽轮机排汽进行热交换，温度升高后，高温热水(即热网供水)经热网侧热水输出端输出，通过热网供水管路输送给热网25供热；供热完毕后热网供水温度降低，通过热网回水管路回流至热网侧冷源输入端进入热网换热器20内重新加热，如此循环。更优选地，热网循环泵21设置于热网供水管路上。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，热泵系统包括热泵23、第一阀门22和第二阀门24；热泵23并接于热网供水管路上，热泵23的输入端和输出端分别通过进出水管连接在热网供水管路上，热泵23输入端与热网供水管路之间的进水管上设有第一阀门22，热泵23输出端与热网供水管路之间的出水管上设有第二阀门24。热泵23输入端和输出端均连接在热网供水管路上，当生物质热电联供系统因生物质燃料的不稳定或者热网出现尖峰负荷而对热网25供热不足时，第一阀门22和第二阀门24打开，通过热泵23吸收低温热源的热能和由输入电能转化而来的热能，对热网供水管路中的水进行加热以补充热能。热泵23采用压缩式热泵，热泵23安装在靠近汽轮机供热系统侧，即靠近热网换热器20的位置，有利于优化场地布置，提高综合管理水平。
在上述生物质热电联产集成热泵供热系统的示例性实施例中，作为优选方案，热泵23所需电量直接由发电机12发电供给，降低用电成本。
上述生物质热电联产集成热泵供热系统的适用性强，特别适用我国北方的供热。比如，当冬季来临，生物质燃料短缺，锅炉负荷降低，供热量下降，不能满足用户的供热需求时，开启热泵系统，用背压机组发电通过热泵23转为热能加热热网回水，增加供热量，满足用户供热需求；当生物质燃料足够，用户热负荷也正好适宜时，此时热泵系统可低负荷或者不运行，背压机组多发的电可全部上网，提供发电量；当生物质燃料充足，但是遇到寒冷天气，出现尖峰负荷，背压机排汽经热网换热器20所产生的热量满足不了供热 需求时，此时开启热泵系统，通过背压机发电驱动热泵23加热热网回水以增加供热量，满足热用户尖峰需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，包括生物质热电联供系统和热泵系统；其中，
    所述生物质热电联供系统，通过将生物质能转化为热能，再将热能转化为电能，提供给电网，将至少部分热能转化为电能过程的残余热能通过热网换热器传给热网；
    所述热泵系统并接于连接所述热网和所述热网换热器的热网管路上，在需要时通过吸收低温热源的热能和由输入电能转化而来的热能加热热网管路内的热网供水来给用户供热。
  2. 根据权利要求1所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述生物质热电联供系统包括：生物质锅炉、汽轮机、发电机、热网换热器、除氧器、给水泵；其中，
    所述生物质锅炉的输出端与所述汽轮机连接，向所述汽轮机输送热能；
    所述汽轮机分别与所述发电机、所述热网换热器连接，用于将所述生物质锅炉输出的热能转化为机械能，并将机械能提供给所述发电机，同时将所述汽轮机的排汽输送给所述热网换热器；
    所述发电机用于将所述汽轮机传来的机械能转化为电能并输送至电网；
    所述除氧器用于去除即将被输送至所述生物质锅炉的给水中的氧；
    所述给水泵设置在所述除氧器的给水出口端，用于将所述除氧器输出的给水加压输送给所述生物质锅炉；
    所述热网换热器分别与所述汽轮机排汽口和所述热网管路连接，用于将所述汽轮机排汽的热能转换为所述热网供水的热能，为热网供热。
  3. 根据权利要求2所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述热网管路包括：与所述热网连通的热网供水管路和热网回水管路，所述热网供水管路用于将经所述热网换热器换热后的热水输送至所述热网，所述热网回水管路用于将来自于热网的水回流至所述热网换热器进行换热；优选地，所述热泵系统包括热泵、第一阀门和第二阀门；所述热泵的输入端和输 出端分别通过进出水管连接在所述热网供水管路上，所述热泵输入端与所述热网供水管路之间的进水管上设有所述第一阀门，所述热泵输出端与所述热网供水管路之间的出水管上设有所述第二阀门；优选地，所述热泵采用压缩式热泵。
  4. 根据权利要求3所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述热泵安装在靠近所述热网换热器的位置。
  5. 根据权利要求4所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述热泵所需电量直接由所述发电机发电供给。
  6. 根据权利要求1-5中任一项所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述汽轮机的排汽出口与所述除氧器连接，用于将部分排汽作为所述除氧器的加热介质。
  7. 根据权利要求1-6中任一项所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述汽轮机为背压机；
    优选地，所述背压机集成快装式背压机；
    优选地，所述生物质锅炉为采用超低排放的循环流化床锅炉；
    优选地，所述除氧器为内置式除氧器。
  8. 根据权利要求1-7中任一项所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述电网包括内部电网和外部电网，所述内部电网对热电厂内部供电，所述外部电网对社会供电。
  9. 根据权利要求2-8中任一项所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述生物质热电联供系统中，所述热网换热器的凝结水输出端与所述除氧器连接；
    优选地，所述生物质热电联供系统还设有凝结水泵，所述凝结水泵设置在所述热网换热器与所述除氧器之间的管道上，用于将所述汽轮机的排汽在 所述热网换热器内完成换热后生成的凝结水输送给所述除氧器。
  10. 根据权利要求3-9中任一项所述生物质热电联产集成热泵供热系统，其特征在于，所述热网供水管路上还设有热网循环泵，为换热后的热水在所述热网管路中的传输提供动力。
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