一種節能型儲熱供熱系統的製作方法

2023-08-11 20:17:36

本實用新型涉及電力行業熱電機組綜合利用技術領域，具體涉及一種可用於回收電廠循環水餘熱，進行熱網水蓄、放熱，提高電廠發電、供暖調峰能力以及熱電機組靈活性的節能型儲熱供熱系統。

背景技術：

電力行業是國民經濟的主要能源提供者，對國家經濟發展和人民的生活有非常重要的影響。2000年以來，中國經濟進入高速發展時期，電力短缺態勢嚴重。因此，國家對電力行業一直加大投入，促進其發展，我國電力行業的裝機容量呈現快速增長的態勢。

作為「三北」地區主力電源的火電，燃煤熱電的比例較高，為保證民生供熱需求，熱電聯產還將持續增加。熱電廠在冬季供暖期調峰困難，調峰電源建設條件有限，靈活性電源仍然短缺，無法進行深度調峰。

在冬季供暖工況時，傳統的熱電聯產型火電廠產生的蒸汽在發電後，通過汽輪機直接抽汽由熱網加熱器將一次熱網回水加熱至供暖設計溫度，抽汽在熱網加熱器中放熱，冷凝成液態水後返回鍋爐。同時，汽輪機的乏汽在凝汽器內冷凝成為液態水，經加熱、除氧後返回鍋爐生成蒸汽，汽輪機乏汽在凝汽器冷凝的過程中會釋放大量熱。傳統的系統中，凝汽器冷卻水吸收乏汽冷凝熱，並最終通過冷卻塔將這部分熱量排放到大氣環境中。冷卻水中含有大量的低品位熱能，未能得到有效利用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種結構簡單合理的節能型儲熱供熱系統，該系統可用於回收電廠循環水餘熱，減少能源消耗量。在調峰有餘量的時段，儲存富裕熱量；在調峰困難時段，通過儲熱裝置中的熱量進行供熱，降低供熱強迫出力，實現熱電解耦運行，可以提升火電機組靈活性，有效地提高系統供熱期間的調峰能力，避免調峰期間出現採暖抽汽不足的問題。在機組運行發生突發事件時，蓄熱系統也可以隨時併入熱網運行，保證供暖負荷。符合國家節能減排政策，具有很好社會效益、環境效益和較好的經濟效益。

為實現上述目的，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統包括鍋爐、中高壓缸、低壓缸、凝汽器、透平熱泵、熱網加熱器、冷卻塔、循環水泵、熱網水泵、蓄熱水罐、蒸汽輸入管、熱網加熱器凝水出口、熱網回水管、熱網供水管、蓄熱進水管、蓄熱出水管、第一閥門和第二閥門，所述的鍋爐與中高壓缸連接，中高壓缸與低壓缸連接，鍋爐排出的高溫蒸汽進入中高壓缸和低壓缸做功，低壓缸的出口與凝汽器的乏汽入口連接，低壓缸排出的乏汽通過凝汽器的乏汽入口進入凝汽器並在凝汽器內部放熱冷凝，形成的冷凝水通過凝汽器的凝水出口排出；冷卻塔的冷卻水出水口與凝汽器的入水口連接，凝汽器的出水口與冷卻塔的冷卻水入水口連接；冷卻塔中的冷卻水通過凝汽器的入水口進入凝汽器，進入凝汽器的冷卻水與進入凝汽器內部的乏汽換熱，吸收乏汽冷凝釋放的熱量，吸收熱量後的冷卻水中的一部分通過凝汽器的出水口和冷卻塔的冷卻水入水口進入冷卻塔；循環水泵的入口連接在凝汽器的出水口和冷卻塔的冷卻水入水口之間的管路上；循環水泵的出口與透平熱泵的第一熱源入口連接，透平熱泵的第一熱源出口連接到冷卻塔的冷卻水出水口與凝汽器的入水口之間的管路上；在凝汽器中吸收熱量後的冷卻水中的另一部分通過循環水泵和透平熱泵的第一熱源入口進入透平熱泵，為透平熱泵提供低位熱源；換熱後的水通過透平熱泵的第一熱源出口排出並流入凝汽器的入水口；蒸汽輸入管的一端與鍋爐和中高壓缸之間的主蒸汽管道連接，蒸汽輸入管的另一端與透平熱泵的第二熱源入口連接，由主蒸汽管道抽取的高溫蒸汽通過蒸汽輸入管和透平熱泵的第二熱源入口進入透平熱泵，為透平熱泵提供驅動蒸汽，透平熱泵的第二熱源出口與熱網加熱器的加熱入口連接，驅動蒸汽在透平熱泵中膨脹做功後產生的排氣通過透平熱泵的第二熱源出口和熱網加熱器的加熱入口進入熱網加熱器，排氣在熱網加熱器中放熱後形成的凝水通過熱網加熱器凝水出口排出；熱網回水管與熱網水泵的入口連接，熱網水泵的出口與透平熱泵的一次加熱入口連接，透平熱泵的一次加熱出口與熱網加熱器的二次加熱入口連接，熱網加熱器的二次加熱出口與熱網供水管連接；熱網回水通過熱網回水管、熱網水泵的入口和透平熱泵的一次加熱入口進入透平熱泵，在透平熱泵中被加熱後，通過透平熱泵的一次加熱出口和熱網加熱器的二次加熱入口進入熱網加熱器，在熱網加熱器中被二次加熱，升溫至供水溫度後，通過熱網加熱器的二次加熱出口和熱網供水管流出供熱；蓄熱進水管的一端連接在熱網供水管與熱網加熱器的二次加熱出口之間；蓄熱進水管的另一端與第一閥門的入口連接；第一閥門的出口與蓄熱水罐的入口連接；蓄熱水罐的出口與第二閥門的入口連接，第二閥門的出口通過蓄熱出水管連接到熱網回水管與熱網水泵的入口之間。

優選地，蒸汽輸入管還與中高壓缸的高壓缸連接，由中高壓缸的高壓缸抽取的高溫蒸汽通過蒸汽輸入管和透平熱泵的第二熱源入口進入透平熱泵，為透平熱泵提供驅動蒸汽。

進一步優選地，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統還包括放熱進水管、第三閥門、第四閥門和增壓泵，第三閥門、第四閥門和增壓泵串聯在放熱進水管上，第三閥門的入口連接到蓄熱出水管上，第三閥門的出口連接增壓泵的入口，增壓泵的出口連接第四閥門的入口，第四閥門的出口連接到蓄熱水罐的出口和第二閥門的入口之間的管路上。

進一步優選地，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統還包括第五閥門和放熱出水管，第五閥門串聯在放熱出水管上，第五閥門的入口連接在第一閥門的出口與蓄熱水罐的入口之間的管路上，第五閥門的出口通過放熱出水管與熱網水泵的入口連接。

本實用新型具有如下優點：本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統與現有技術相比，在調峰有餘量的時段，儲存富裕熱量；在調峰困難時段，通過儲熱裝置中的熱量進行供熱，降低供熱強迫出力，實現熱電解耦運行，可以提升火電機組靈活性，有效地提高系統供熱期間的調峰能力，避免調峰期間出現採暖抽汽不足的問題。在機組運行發生突發事件時，蓄熱系統也可以隨時併入熱網運行，保證供暖負荷。符合國家節能減排政策，具有很好社會效益、環境效益和較好的經濟效益。

附圖說明

圖1是本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統的結構示意圖。

具體實施方式

以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。

如圖1所示，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統包括鍋爐1、中高壓缸2、低壓缸3、凝汽器4、透平熱泵5、熱網加熱器6、冷卻塔7、循環水泵8、熱網水泵9、蓄熱水罐10、蒸汽輸入管a、熱網加熱器凝水出口b、熱網回水管c、熱網供水管d、蓄熱進水管e、蓄熱出水管f、第一閥門11和第二閥門12，所述的鍋爐1與中高壓缸2連接，中高壓缸2與低壓缸3連接，鍋爐1排出的高溫蒸汽進入中高壓缸2和低壓缸3做功，低壓缸3的出口與凝汽器4的乏汽入口連接，低壓缸3排出的乏汽通過凝汽器4的乏汽入口進入凝汽器4並在凝汽器4內部放熱冷凝，形成的冷凝水通過凝汽器4的凝水出口排出；冷卻塔7的冷卻水出水口與凝汽器4的入水口連接，凝汽器4的出水口與冷卻塔7的冷卻水入水口連接；冷卻塔7中的冷卻水通過凝汽器4的入水口進入凝汽器4，進入凝汽器4的冷卻水與進入凝汽器4內部的乏汽換熱，吸收乏汽冷凝釋放的熱量，吸收熱量後的冷卻水中的一部分通過凝汽器4的出水口和冷卻塔7的冷卻水入水口進入冷卻塔7；循環水泵8的入口連接在凝汽器4的出水口和冷卻塔7的冷卻水入水口之間的管路上；循環水泵8的出口與透平熱泵5的第一熱源入口連接，透平熱泵5的第一熱源出口連接到冷卻塔7的冷卻水出水口與凝汽器4的入水口之間的管路上；在凝汽器4中吸收熱量後的冷卻水中的另一部分通過循環水泵8和透平熱泵5的第一熱源入口進入透平熱泵5，為透平熱泵5提供低位熱源；換熱後的水通過透平熱泵5的第一熱源出口排出並流入凝汽器4的入水口；蒸汽輸入管a的一端與鍋爐1和中高壓缸2之間的主蒸汽管道連接，蒸汽輸入管a的另一端與透平熱泵5的第二熱源入口連接，由主蒸汽管道抽取的高溫蒸汽通過蒸汽輸入管a和透平熱泵5的第二熱源入口進入透平熱泵5，為透平熱泵5提供驅動蒸汽，透平熱泵5的第二熱源出口與熱網加熱器6的加熱入口連接，驅動蒸汽在透平熱泵5中膨脹做功後產生的排氣通過透平熱泵5的第二熱源出口和熱網加熱器6的加熱入口進入熱網加熱器6，排氣在熱網加熱器6中放熱後形成的凝水通過熱網加熱器凝水出口b排出；熱網回水管c與熱網水泵9的入口連接，熱網水泵9的出口與透平熱泵5的一次加熱入口連接，透平熱泵5的一次加熱出口與熱網加熱器6的二次加熱入口連接，熱網加熱器6的二次加熱出口與熱網供水管d連接；熱網回水通過熱網回水管c、熱網水泵9的入口和透平熱泵5的一次加熱入口進入透平熱泵5，在透平熱泵5中被加熱後，通過透平熱泵5的一次加熱出口和熱網加熱器6的二次加熱入口進入熱網加熱器6，在熱網加熱器6中被二次加熱，升溫至供水溫度後，通過熱網加熱器6的二次加熱出口和熱網供水管d流出供熱；蓄熱進水管e的一端連接在熱網供水管d與熱網加熱器6的二次加熱出口之間；蓄熱進水管e的另一端與第一閥門11的入口連接；第一閥門11的出口與蓄熱水罐10的入口連接；蓄熱水罐10的出口與第二閥門12的入口連接，第二閥門12的出口通過蓄熱出水管f連接到熱網回水管c與熱網水泵9的入口之間。

優選地，蒸汽輸入管a還與中高壓缸2的高壓缸連接，由中高壓缸2的高壓缸抽取的高溫蒸汽通過蒸汽輸入管a和透平熱泵5的第二熱源入口進入透平熱泵5，為透平熱泵5提供驅動蒸汽。

進一步優選地，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統還包括放熱進水管h、第三閥門13、第四閥門14和增壓泵16，第三閥門13、第四閥門14和增壓泵16串聯在放熱進水管h上，第三閥門13的入口連接到蓄熱出水管f上，第三閥門13的出口連接增壓泵16的入口，增壓泵16的出口連接第四閥門14的入口，第四閥門14的出口連接到蓄熱水罐10的出口和第二閥門12的入口之間的管路上。

進一步優選地，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統還包括第五閥門15和放熱出水管i，第五閥門15串聯在放熱出水管i上，第五閥門15的入口連接在第一閥門11的出口與蓄熱水罐10的入口之間的管路上，第五閥門15的出口通過放熱出水管i與熱網水泵9的入口連接。

本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統從主蒸汽或高壓缸抽汽管道上抽取一部分高溫蒸汽，作為透平熱泵機組的驅動蒸汽。驅動蒸汽經過熱泵做功後，排氣在熱網加熱器中進行換熱，冷凝放熱後形成凝水流出，冷凝放出的熱量用於加熱一次熱網回水。透平熱泵以循環冷卻水中的餘熱為低位熱源，加熱一次熱網回水。循環水一部分通過冷卻塔進行冷卻，另一部分通過熱泵進行冷卻，熱網回水依次經過熱泵及熱網加熱器進行兩次換熱，被加熱至供水溫度後流出。

在保證日間機組發電和供暖正常的基礎上，增加抽汽量和進入熱泵的循環水量，額外加熱一部分熱網水，並從供水側引出至蓄熱水罐中進行儲存。在夜間用電量低谷階段，機組進行深度調峰，同時將蓄熱水罐中的熱水直接輸送至熱網供水母管或回水管的熱網循環泵前，經過加熱後再進行供熱。

具體來說，本實用新型所述的節能型儲熱供熱系統能夠實現循環水餘熱回收和熱網水蓄、放熱，下面分別對循環水餘熱回收流程和熱網水蓄、放熱流程進行詳細說明。

循環水餘熱回收流程：

從鍋爐1出來的主蒸汽管道上或中高壓缸2的高壓缸抽取一部分高溫蒸汽，通過蒸汽輸入管a進入透平熱泵5作為驅動蒸汽，膨脹做功後排氣進入熱網加熱器6與熱網水進行換熱，換熱後的凝水由熱網加熱器凝水出口b排出。

在低壓缸3中做功後排出的乏汽進入凝汽器4，被冷卻為凝水後流出。循環冷卻水經過凝汽器4換熱後，一部分循環冷卻水進入冷卻塔7被冷卻，另一部分作為低位熱源經過循環水泵8後，在透平熱泵5中進行換熱。循環冷卻水經過冷卻塔7和透平熱泵5換熱後，分別排出並匯流至凝汽器4進行換熱。

熱網回水經過熱網水泵9後，從熱網回水管c進入透平熱泵5進行一次加熱，然後進入熱網加熱器6進行第二次加熱，升溫至供水溫度後經熱網供水管d流出供熱。

熱網水蓄、放熱流程：

蓄熱流程：關閉增壓泵16和第三閥門13、第四閥門14和第五閥門15，打開第一閥門11和第二閥門12。從熱網供水管d抽出一部分熱網供水，經過蓄熱進水管e進入蓄熱水罐10進行蓄熱，罐中原有的低溫水經過蓄熱出水管f自動流至熱網回水管c，完成蓄熱。

放熱過程：關閉第二閥門12，打開第三閥門13和第四閥門14，運行增壓泵16，通過放熱進水管h將熱網回水引出一部分進入蓄熱水罐10，罐中的熱水自動流出。若罐中熱水溫度達到供水溫度，將第一閥門11打開，關閉第五閥門15，罐中熱水直接經過蓄熱進水管e匯入熱網供水管d進行供熱；若熱水溫度低於供水溫度，則將第一閥門11關閉，打開第五閥門15，罐中熱水經放熱出水管i自動流至熱網水泵9入口，依次通過透平熱泵5和熱網加熱器6加熱至供水溫度後，經過熱網供水管d進行供熱。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本實用新型作了詳盡的描述，但在本實用新型基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實用新型精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本實用新型要求保護的範圍。