一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法
2023-05-21 12:33:36 1
專利名稱：一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法
技術領域：
本發明屬於能源領域，特別涉及一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法。
背景技術：
熱泵機組能夠消耗少量熱量，提取低溫熱源的熱量，從而獲得比消耗的熱量更多的供熱熱量，具有可觀的經濟性。熱泵機組尤其是蒸汽驅動型熱泵機組在熱力發電廠中具有的優勢很多，I.熱泵機組的驅動蒸汽可利用熱力發電廠中汽輪機的抽汽，獲取便捷;
2.電廠凝汽設備具有大量的低溫餘熱，可以作為熱泵機組的優質低溫熱源；3.熱力發電廠帶有大量的熱負荷，能夠滿足熱泵機組的基礎負荷要求。採用熱泵機組進行供熱，可以提取低溫熱源的熱量進行供熱，減少汽輪機的抽汽量，擴大供熱面積，極大提高供熱機組的經濟性。但是熱泵機組供熱具有不可克服的缺陷，即可行的供水溫度不高，難以滿足供熱季嚴寒期的供熱要求，必須增加尖峰熱網加熱器才能保證嚴寒期的供熱溫度要求。但是尖峰加熱器容量大，佔地及投資相應較大，年利用率極低；同時這種熱泵機組與尖峰加熱器的供熱方式，熱泵機組採暖季中大部分時間低負荷運行，餘熱不能得到充分回收，供熱系統熱經濟性很低，節能減排不徹底。傳統的熱電聯產系統簡單，供熱溫度調節範圍大，全供熱季均能夠滿足供熱熱水溫度的要求。但是受到汽輪機最小排汽量的影響，抽汽量最大時仍然有大量的汽輪機排汽進入凝汽設備，浪費大量的餘熱，同時供熱熱負荷也不能擴大。熱泵機組與熱電聯產耦合供熱，能夠發揮各自的特點，用熱泵提取餘熱，擴大供熱面積。同時熱網供水流量和熱負荷可在熱泵機組和熱電聯產加熱器間進行調配，即能實現供水流量和溫度的調節要求，又能保證熱泵帶基礎負荷，將供熱的經濟性最大化。可取消熱泵尖峰加熱器，減小佔地面積，減少投資和運行維護工作量。可實現節能減排最大化。
發明內容
本發明的目的是提出一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法。一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統，其特徵在於，系統由汽輪機、汽輪機凝汽設備、汽輪機循環冷卻設備、蒸汽吸收式熱泵、耦合器、熱網加熱器、兩個二級換熱站以及相應的管路和附屬設備組成；系統組成形式如下:鍋爐I與汽輪機2通過管道相連接，汽輪機2 的排汽連接汽輪機凝汽設備3 ;汽輪機凝汽設備3的循環水出水通過管道連接循環水冷卻設備4和蒸汽收吸式熱泵機組9，循環冷卻設備4和熱泵機組9的循環水回水經由循環水泵14連接到汽輪機凝汽設備3 ;汽輪機2的抽汽通過管道分別連接蒸汽收吸式熱泵機組9 和熱網加熱器5 ;第一二級換熱站6的回水經過熱網回水管道經由第一熱網循環水泵12連接到熱網加熱器5，熱網加熱器5的出水經過管道連接到耦合系統8 ;第二二級換熱站10的回水經過熱網回水管道經由第二熱網循環水泵13連接到熱泵機組9，熱泵機組9的供水出口經過管道連接到耦合系統8 ;耦合系統出水分為兩路，分別連接到第一二級換熱站6和第二二級換熱站10 ;第一二級換熱站6與第一熱用戶7通過管道相連，第二二級換熱站10與第二熱用戶11通過管道相連；流量平衡閥門8-8連接在第一熱網循環水泵12和第二熱網循環水泵13的入口端，對耦合系統的回水流量進行流量平衡。所述耦合系統出水分為兩路供水通道，第一路為加熱器側供水通道，由加熱器側入口閥門8-4、耦合器8-1和加熱器側出口閥門8-5連接成供水通道，並配有加熱器側旁路閥門8-2 ;第二路為熱泵側供水通道，由熱泵側入口閥門8-6、耦合器8-1和熱泵側出口閥門 8-7連接成供水通道，並配有熱泵側旁路閥門8-3。耦合器由第一路入口接管8-1-1、第二路入口接管8-1-3、流體分配區8_1_5、流體混合區8-1-6、第一路出口接管8-1-2和第二路出口接管8-1-4組成。主要完成流體的分配和混合作用，並減少流動阻力、增加混合均勻性。入口接管至少有2路，出口接管至少有 I路。所述耦合系統為與熱網加熱器5連接的加熱器側入口閥門8-4和與熱泵機組連接的熱泵側入口閥門8-6共同連接到耦合系統，並經由耦合系統連接各個二級換熱站，熱網回水管道再連接在第一熱網循環水泵12和第二熱網循環水泵13的入口端構成，入口端設
置流量平衡管道和閥門。一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統的耦合供熱方法，其特徵在於，所述熱泵與熱電聯產耦合供熱系統的耦合供熱是指熱泵系統供熱和傳統熱電聯產供熱的熱網供水首先進入耦合系統，在耦合系統中進行流量和溫度的調整後，再送到熱網進行供熱；耦合供熱方法的具體工作流程如下鍋爐I的蒸汽進入汽輪機2做功；汽輪機2排汽進入凝汽設備3凝結為冷凝水，放出的熱量加熱循環冷卻水，循環冷卻水一部分進入熱泵機組9作為低溫熱源，被熱泵機組9提取熱量後降低了溫度，其餘的循環冷卻水進入冷卻系統4進行降溫，經過熱泵機組9與冷卻系統4降溫後的循環水進行匯合，經過循環水泵14升壓後送入凝汽設備3。汽輪機2的抽汽進入熱網加熱器5，放熱凝結後形成的冷凝水回收，冷凝放出的熱量加熱由第一熱網循環水泵12送來的熱網循環水，加熱後的熱網循環水進入耦合系統8 ;汽輪機2的抽汽進入熱泵機組9作為驅動蒸汽，放出熱量後凝結為水進行回收，熱泵輸出的熱量加熱由第二熱網循環水泵13送來的熱網循環水，被熱泵加熱後的熱網循環水進入耦合系統8 ;第一熱網循環水泵12送入熱網加熱器5進行加熱的水和第二熱網循環水泵13送入熱泵機組9進行加熱的水進行耦合，耦合後流量和溫度滿足供熱要求後，經由熱網管道輸送到各換熱站；有兩路熱網管道，一路送到第一二級換熱站6，另一路送到第二二級換熱站 10 ;第一二級換熱站6將熱量傳送到第一熱用戶7採暖，第二二級換熱站10將熱量傳送到第二熱用戶11採暖。這種方法關鍵特徵是加熱器5和熱泵機組9的供水同時進入耦合系統，兩股流量在耦合系統中重新分配流量並調整溫度後，再送到各個換熱站，使得熱網水流量和熱負荷可以在首站加熱器和熱泵機組間進行調配，回水在耦合系統中設置的回水流量平衡管及其閥門8-8進行流量平衡；一方面保證了全採暖季熱網供水流量和溫度的正常， 另一方面能夠在整個採暖季實現熱泵機組帶基礎負荷，最大化提取餘熱，擴大供熱能力，同時減少加熱器蒸汽用量提高發電能力，實現最大化的經濟性和節能減排。 所述耦合系統由與熱網加熱器5連接的加熱器側入口閥門8-4和與熱泵機組連接的熱泵側入口閥門8-6共同連接到耦合系統，並經由耦合系統連接到各個二級換熱站，熱網回水管道再連接在第一熱網循環水泵12和第二熱網循環水泵13的入口端；回水平衡管對熱網回水進行流量平衡，實現耦合系統對熱網回水的混合與分配功能。本發明的有益效果是本發明有傳統熱電聯產供熱和熱泵供熱兩種供熱方式，通過兩種供熱方式的耦合，能夠發揮兩者的優勢，補償各自不足，實現整個採暖季供熱熱網水流量和熱負荷在熱電聯產加熱器和熱泵機組之間的調配，能夠使熱泵機組帶基礎負荷，熱電聯產帶尖峰負荷，最大化提取發電廠餘熱，滿足供水流量和溫度在全供熱季內的調節要求，可取消熱泵機組的尖峰加熱器，節省佔地面積，節省投資和運行維護工作量；實現能量的梯級利用，提高汽輪機組及其供熱系統的熱經濟性，達到節能減排的效果。
圖I是一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統結構形式示意圖。圖2是簡化耦合系統的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統結構形式示意圖。圖3是耦合器結構示意圖。
具體實施例方式本發明提出一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法。下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發明。實施例I圖I是一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統結構形式示意圖，該系統採用雙熱網供熱的實現形式，包括汽輪機、汽輪機凝汽設備、汽輪機循環冷卻設備、蒸汽吸收式熱泵、熱網加熱器、二級換熱站以及相應的管路和附屬設備組成。鍋爐I與汽輪機2通過管道相連接，汽輪機2的排汽連接汽輪機凝汽設備3 ;汽輪機凝汽設備3的循環水出水通過管道連接循環水冷卻設備4和蒸汽收吸式熱泵機組9，循環冷卻設備4和熱泵機組9的循環水回水經由循環水泵14連接到汽輪機凝汽設備3 ;汽輪機 2的抽汽通過管道分別連接蒸汽收吸式熱泵機組9和熱網加熱器5 ;第一二級換熱站6的回水經過熱網回水管道經由第一熱網循環水泵12連接到熱網加熱器5，熱網加熱器5的出水經過管道連接到耦合系統8 ;第二二級換熱站10的回水經過熱網回水管道經由第二熱網循環水泵13連接到熱泵機組9，熱泵機組9的供水出口經過管道連接到耦合系統8 ;耦合系統出水分為兩路，分別連接到第一二級換熱站6和第二二級換熱站10 ;第一二級換熱站6與第一熱用戶7通過管道相連，第二二級換熱站10與第二熱用戶11通過管道相連；流量平衡閥門8-8連接在第一熱網循環水泵12和第二熱網循環水泵13的入口端，對耦合系統的回水流量進行流量平衡。所述耦合系統出水分為兩路供水通道，第一路為加熱器側供水通道，由加熱器側入口閥門8-4、耦合器8-1和加熱器側出口閥門8-5連接成供水通道，並配有加熱器側旁路閥門8-2 ;第二路為熱泵側供水通道，由熱泵側入口閥門8-6、耦合器8-1和熱泵側出口閥門 8-7連接成供水通道，並配有熱泵側旁路閥門8-3。圖3是耦合器結構示意圖，圖中耦合器由第一路入口接管8-1-1第二路入口接管 8-1-3流體分配區8-1-5流體混合區8-1-6第一路出口接管8_1_2第二路出口接管8_1_4 組成。主要完成流體的分配和混合作用，並減少流動阻力、增加混合均勻性。入口接管可以有2路以上，出口接管可有I路及以上。
實施例2圖2所示是簡化耦合系統的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統結構形式示意圖。該系統採用單熱網供熱的實現形式，包括汽輪機、汽輪機凝汽設備、汽輪機循環冷卻設備、蒸汽吸收式熱泵、熱網加熱器、換熱站以及相應的管路和附屬設備組成。圖中，耦合系統的結構為與熱網加熱器5連接的加熱器側入口閥門8-4和與熱泵機組連接的熱泵側入口閥門8-6 共同連接到耦合系統，並經過耦合系統連接各個二級換熱站，熱網回水管道再連接在第一熱網循環水泵12和第二熱網循環水泵13的入口端；其餘部分與圖I相同。由熱網循環水泵12送來的熱網循環水，加熱後的熱網循環水進入耦合系統8 ;汽輪機2的抽汽進入熱泵機組9作為驅動蒸汽，放出熱量後凝結為水進行回收，熱泵輸出的熱量加熱由熱網循環水泵12送來的熱網循環水，被熱泵加熱後的熱網循環水進入耦合系統 8 ;耦合系統將首站加熱器供水和熱泵供水進行耦合，耦合後流量和溫度滿足供熱要求後， 經由熱網管道送到第一二級級換熱站6，第一二級換熱站6將熱量傳送到第一熱用戶7採暖。當加熱器側入口閥門8-4和熱泵側入口閥門8-6同時打開時，熱泵和熱電聯產供熱可實現耦合供熱；當加熱器側入口閥門8-4打開，並且熱泵側入口閥門8-6關閉時，熱電聯產單獨供熱；當加熱器側入口閥門8-4關閉，並且熱泵側入口閥門8-6打開時，熱泵機組單獨供熱。單一熱網回水可略去回水平衡管道及其閥門。
權利要求
1.一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統，其特徵在於，系統由汽輪機、汽輪機凝汽設備、 汽輪機循環冷卻設備、蒸汽吸收式熱泵、耦合器、熱網加熱器及換熱站通過相應的管路連接組成；具體組成結構如下鍋爐(I)與汽輪機(2)通過管道相連接，汽輪機(2)的排汽連接汽輪機凝汽設備(3);汽輪機凝汽設備(3)的循環水出水通過管道連接循環水冷卻設備(4) 和蒸汽收吸式熱泵機組(9)，循環冷卻設備(4)和熱泵機組(9)的循環水回水經由循環水泵(14)連接到汽輪機凝汽設備(3);汽輪機(2)的抽汽通過管道分別連接蒸汽收吸式熱泵機組(9)和熱網加熱器(5);第一二級換熱站￠)的回水經過熱網回水管道經由第一熱網循環水泵(12)連接到熱網加熱器(5)，熱網加熱器(5)的出水經過管道連接到耦合系統(8);第二二級換熱站(10)的回水經過熱網回水管道經由第二熱網循環水泵(13)連接到熱泵機組(9)，熱泵機組(9)的供水出口經過管道連接到耦合系統(8);耦合系統出水分為兩路，分別連接到二級換熱站(6)和第二二級換熱站(10);第一二級換熱站(6)與第一熱用戶(7)通過管道相連，第二二級換熱站(10)與第二熱用戶(11)通過管道相連；流量平衡閥門(8-8)連接在第一熱網循環水泵(12)和第二熱網循環水泵(13)的入口端，對耦合系統的回水流量進行流量平衡，實現節能減排。
2.根據權利要求I所述熱泵與熱電聯產耦合供熱系統，其特徵在於，所述耦合系統由兩路供水通道組成，第一路為加熱器側供水通道，由加熱器側入口閥門(8-4)、耦合器 (8-1)和加熱器側出口閥門(8-5)連接成供水通道，並配有加熱器側旁路閥門(8-2);第二路為熱泵側供水通道，由熱泵側入口閥門(8-6)、耦合器(8-1)和熱泵側出口閥門(8-7)連接成供水通道，並配有熱泵側旁路閥門(8-3)。耦合器由第一路入口接管(8-1-1)、第二路入口接管(8-1-3)、流體分配區(8-1-5)、流體混合區(8-1-6)、第一路出口接管(8-1-2)和第二路出口接管(8-1-4)組成；主要完成流體的分配和混合作用，並減少流動阻力、增加混合均勻性，入口接管至少有2路，出口接管至少I路。
3.根據權利要求I所述熱泵與熱電聯產耦合供熱系統，其特徵在於，所述耦合系統由與熱網加熱器(5)連接的加熱器側入口閥門(8-4)和與熱泵機組連接的熱泵側入口閥門 (8-6)共同連接到耦合系統，並經由耦合系統連接到各個換熱站，熱網回水管道再連接到第一熱網循環水泵(12)和第二熱網循環水泵(13)的入口端；熱網回水通過回水平衡管平衡流量，實現耦合系統對熱網回水的混合與分配功能。
4.一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統的耦合供熱方法，其特徵在於，所述熱泵與熱電聯產耦合供熱系統的耦合供熱是指熱泵系統供熱和傳統熱電聯產供熱的熱網供水首先進入耦合系統，在耦合系統中進行流量和溫度的調整後，再送到熱網進行供熱；耦合供熱方法的具體工作流程如下鍋爐(I)的蒸汽進入汽輪機(2)做功；汽輪機(2)排汽進入凝汽設備(3)凝結為冷凝水，放出的熱量加熱循環冷卻水，循環冷卻水一部分進入熱泵機組(9)作為低溫熱源，被熱泵機組(9)提取熱量後降低了溫度，其餘的循環冷卻水進入冷卻系統(4)進行降溫，經過熱泵機組(9)與冷卻系統(4)降溫後的循環水進行匯合，經過循環水泵(14) 升壓後送入凝汽設備(3)，汽輪機(2)的抽汽進入熱網加熱器(5)，放熱凝結後形成的冷凝水回收，冷凝放出的熱量加熱由第一熱網循環水泵(12)送來的熱網循環水，加熱後的熱網循環水進入耦合系統(8);汽輪機(2)的抽汽進入熱泵機組(9)作為驅動蒸汽，放出熱量後凝結為水進行回收，熱泵輸出的熱量加熱由第二熱網循環水泵(13)送來的熱網循環水，被熱泵加熱後的熱網循環水進入耦合系統(8);第一熱網循環水泵(12)送入熱網加熱器(5) 進行加熱的水和第二熱網循環水泵(13)送入熱泵機組(9)進行加熱的水進行耦合，耦合後流量和溫度滿足供熱要求後，經由熱網管道輸送到各換熱站；有兩路熱網管道，一路送到第一二級換熱站￠)，另一路送到另外的第二二級換熱站(10);第一二級換熱站(6)將熱量傳送到第一熱用戶(7)採暖，第二二級換熱站(10)將熱量傳送到第二熱用戶(11)採暖; 這種方法關鍵特徵是加熱器(5)和熱泵機組(9)的供水同時進入耦合系統，兩股流量在耦合系統中重新分配流量並調整溫度後，再送到各個換熱站，使得熱網水流量和熱負荷可以在首站加熱器和熱泵機組間進行調配，回水在耦合系統中設置的回水流量平衡管及其閥門 (8-8)進行流量平衡；一方面保證了全採暖季熱網供水流量和溫度的正常，另一方面能夠在整個採暖季實現熱泵機組帶基礎負荷，最大化提取餘熱，擴大供熱能力，同時減少加熱器蒸汽用量提高發電能力，實現節能減排。
5.一種熱泵與熱電聯產耦合供熱系統的耦合供熱方法，其特徵在於，其熱網加熱器(5)的熱網供水從加熱器側入口閥門(8-4)和熱泵機組的熱網供水從熱泵側入口閥門 (8-6)同時進入耦合系統(8)，出水通過熱網管道輸送到各個換熱站，熱網回水通過回水平衡管進行流量平衡；耦合系統內設置耦合器(8-1)，以提高性能，或僅由管道閥門組成，耦合系統具有對熱網回水水流的混合與分配功能，一方面保證了全採暖季熱網供水流量和溫度的正常，另一方面能夠在整個採暖季實現熱泵機組帶基礎負荷，最大化提取餘熱，擴大供熱能力，同時減少加熱器蒸汽用量提高發電能力，實現節能減排。
全文摘要
本發明公開了屬於能源領域的一種節能的熱泵與熱電聯產耦合供熱系統及耦合供熱方法。該系統由汽輪機、汽輪機凝汽設備、汽輪機循環冷卻設備、蒸汽吸收式熱泵、熱網加熱器、耦合器、換熱站以及相應的管路和附屬設備組成。該系統利用熱泵和熱電聯產熱網加熱器加熱熱網循環水，熱泵以電廠循環冷卻水作為低溫熱源，利用汽輪機抽汽為驅動熱源，將循環冷卻水的熱量提取出來，用以加熱熱網循環水；熱泵出水和熱網加熱器出水經由耦合器進行水量和溫度的分配和調整，實現全供熱季供熱溫度和流量的合格。該方法取消尖峰加熱器，減少佔地和投資；能夠保證熱泵帶基礎熱負荷，最大化提取餘熱量，增大供熱能力，最大化熱泵的經濟性，達到節能減排的目的。
文檔編號F24D3/18GK102589035SQ201210067390
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者於剛, 卞雙, 張光, 張永生, 邢長燕, 靳濤, 鞠翠玲 申請人:華北電力大學