一種多廠餘熱聯合利用系統及方法與流程

2024-03-31 00:49:05

本發明涉及餘熱供熱技術領域，尤其涉及一種多廠餘熱聯合利用系統及方法。

背景技術：

近幾年，在國家相關法律政策大力提倡節能環保的大背景下，集中供熱作為一種節約能源、減少環境汙染的供熱方式已經逐步成為了我國城鎮的主要供熱方式，我國各地方城市集中供熱產業也得到了快速發展。我國集中供熱已形成了以熱電聯產為主，集中鍋爐房為輔，其他方式為補充的供熱局面，而其他方式中，常見的一種補充方式為工業冷卻水餘熱供熱。在工業冷卻水餘熱供熱工程中，存在多個工廠聯合供熱的情況，尤其是多廠餘熱聯合供熱，這種情況常見於供熱面積較大，而單個工廠餘熱不足以供應需求熱量的情況。當多廠餘熱聯合供熱時，往往會出現總供熱量按設計熱負荷設計，當實際熱負荷較低時，無法實現連續調節，只能解列部分熱源，而各個熱源廠之間又很難協調，或者由於熱源是工藝冷卻水所以不能切除進而導致總的供熱負荷高於實際需求熱負荷等問題。

為此，構建一種適用於多廠餘熱聯合供熱工程的聯合利用系統及方法，有效解決減負荷下的整體供熱負荷調節問題，具有重要的實用意義。

技術實現要素：

本發明提供一種多廠餘熱聯合利用系統，包括多個餘熱利用子系統和熱源廠外冷卻塔，每個餘熱利用子系統包括相互連通的熱源廠內熱源冷卻裝置和熱源廠內冷卻塔，多個餘熱利用子系統分別位於多個熱源廠內，熱源廠外冷卻塔位於熱源廠外，在每個熱源廠內冷卻塔的出水口設置有熱源廠內循環水泵，在熱源廠外冷卻塔的出水口設置有熱源廠外循環水泵，並且，多個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水進口分別與熱網回水管道連通，且分別與所述熱源廠外冷卻塔的出水口連通；所述多個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口分別與熱網供水管道連通，且分別與所述熱源廠外冷卻塔的進水口連通。

優選地，任一個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口還通過各自的第三連通管與對應的熱源廠內冷卻塔的進水口連通，所述任一個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水進口還通過各自的第四連通管與對應的熱源廠內冷卻塔的出水口連通。

優選地，多個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水進口分別通過各自的第一連通管與冷卻水進水母管連通，冷卻水進水母管與熱網回水管道連通，且冷卻水進水母管還通過第六連通管與熱源廠外冷卻塔的出水口連通；多個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口分別通過各自的第二連通管與冷卻水出水母管連通，冷卻水出水母管與熱網供水管道連通，且冷卻水出水母管還通過第五連通管與所述熱源廠外冷卻塔的進水口連通。

優選地，在所述熱源廠外冷卻塔的冷卻水進口與冷卻水出水母管連通的管路上設置有流量調節閥。

優選地，在所述熱源廠外冷卻塔的冷卻水出口與冷卻水進水母管連通的管路上設置有逆止閥。

優選地，在第一至第六連通管上均設置有控制管路通斷的切換閥，其中，在採暖季，關斷各熱源廠內熱源冷卻裝置的第三連通管、第四連通管上的切換閥，打開各熱源廠內熱源冷卻裝置的第一連通管、第二連通管，以及第五連通管和第六連通管管路上的切換閥，熱網的回水經冷卻水進水母管分別進入各熱源廠內熱源冷卻裝置，對各熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，在各熱源廠內熱源冷卻裝置中經過換熱升溫後的冷卻水匯集到冷卻水出水母管中，由冷卻水出水母管向熱網供應熱水，當用戶側總的熱負荷需求下降時，冷卻水出水母管中的冷卻水分流出一部分進入熱源廠外冷卻塔，在熱源廠外冷卻塔中換熱降溫後，再由熱源廠外循環水泵加壓送至冷卻水進水母管；在非採暖季，打開各熱源廠內熱源冷卻裝置的第三連通管、第四連通管上的切換閥，關斷各熱源廠內熱源冷卻裝置的第一連通管、第二連通管，以及熱源廠外冷卻塔的第五連通管和第六連通管管路上的切換閥，熱源廠內冷卻塔的冷卻水經熱源廠內循環水泵加壓後進入熱源廠內熱源冷卻裝置，對熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，熱源廠內熱源冷卻裝置排出的冷卻水返回熱源廠內冷卻塔。

優選地，在採暖季，聯合利用系統的冷卻水水質採用軟化水，

在非採暖季，聯合利用系統的冷卻水水質採用普通工業水。

優選地，熱網供水管路上設置有熱網循環水泵，所述冷卻水出水母管與熱源廠外冷卻塔的進水口的連通點設置在熱網循環水泵的上遊，熱網的補水點設置在熱網循環水泵入口前。

本發明還提供一種多廠餘熱聯合利用方法，利用以上所述的多廠餘熱聯合利用系統，在採暖季，熱網的回水經冷卻水進水母管分別進入各熱源廠內熱源冷卻裝置，對各臺熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，在各臺熱源廠內熱源冷卻裝置中經過換熱升溫後的冷卻水匯集到冷卻水出水母管中，由冷卻水出水母管向熱網供應熱水，當用戶側總的熱負荷需求下降時，冷卻水出水母管中的冷卻水分流出一部分進入熱源廠外冷卻塔，在熱源廠外冷卻塔中換熱降溫後，再由熱源廠外循環水泵加壓送至冷卻水進水母管；在非採暖季，熱源廠內冷卻塔的冷卻水經熱源廠內循環水泵加壓後進入熱源廠內熱源冷卻裝置，對熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，熱源廠內熱源冷卻裝置排出的冷卻水返回熱源廠內冷卻塔。

優選地，通過調節熱源廠外冷卻塔的進水管路上設置的流量調節閥，控制分流到熱源廠外冷卻塔的冷卻水流量。

附圖說明

通過結合下面附圖對其實施例進行描述，本發明的上述特徵和技術優點將會變得更加清楚和容易理解。

圖1是表示本發明實施例的多廠餘熱聯合利用系統的流程示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發明所述的多廠餘熱聯合利用系統及方法的實施例。本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用於限制權利要求的保護範圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，並且相同的附圖標記表示相同的部分。附圖中各個閥的圖示並未做區分性表示，實際上不同類型的閥的結構和表示符號可能是不同的。附圖中的閥的圖示並不用於限定閥的類型和結構。

一種多廠餘熱聯合利用系統，包括多個餘熱利用子系統和熱源廠外冷卻塔，每個餘熱利用子系統包括相互連通的熱源廠內熱源冷卻裝置、熱源廠內冷卻塔，多個餘熱利用子系統分別位於多個熱源廠內，熱源廠外冷卻塔位於熱源廠外。在熱源廠內冷卻塔的出水口設置有熱源廠內循環水泵，在熱源廠外冷卻塔10的出水口設置有熱源廠外循環水泵15。其中熱源廠內熱源冷卻裝置用於熱源廠內的工藝冷卻，即對熱源廠內生產過程中需降溫的設備採用冷卻水循環冷卻。雖然冷卻水經換熱升溫後溫度較高，但下文中，將整個系統中的循環液體統稱為冷卻水。

下面以圖1為例來說明其具體連接關係。圖1中有1至n個熱源廠，即1#熱源廠、2#熱源廠、……、n#熱源廠(n為大於等於1的自然數)。每個熱源廠內具有熱源廠內熱源冷卻裝置和熱源廠內冷卻塔，具體說，1#熱源廠內具有熱源廠內熱源冷卻裝置1.1、熱源廠內冷卻塔1.2，在熱源廠內冷卻塔1.2的出水口還設置有熱源廠內循環水泵1.3。同樣地，n#熱源廠內具有熱源廠內熱源冷卻裝置n.1、熱源廠內冷卻塔n.2、在熱源廠內冷卻塔n.2的出水口還設置有熱源廠內循環水泵n.3。

熱源廠內熱源冷卻裝置1.1、熱源廠內熱源冷卻裝置2.1直至熱源廠內熱源冷卻裝置n.1的冷卻水進口分別與熱網回水管道連通，且分別與熱源廠外冷卻塔10的出水口連通。這n個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口還分別與熱網供水管道連通，且分別與所述熱源廠外冷卻塔10的進水口連通。任一個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口還與對應的熱源廠內冷卻塔的進水口連通，任一個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水進口還與對應的熱源廠內冷卻塔的出水口連通，例如，熱源廠內熱源冷卻裝置1.1的冷卻水出口通過第三連通管103與熱源廠內冷卻塔1.2的進水口連通，熱源廠內熱源冷卻裝置1.1的冷卻水進口通過第四連通管104與熱源廠內冷卻塔1.2的冷卻水出口連通。其他熱源廠內熱源冷卻裝置和熱源廠內冷卻塔也是同樣的連接關係，在此不再詳述。其中，在各個熱源廠內熱源冷卻裝置的出水口和進水口、各個熱源廠內冷卻塔的出水口和進水口以及熱源廠外冷卻塔10的出水口和進水口都分別設置有控制管路通斷的切換閥。

通過控制各切換閥，可以具有多種聯合利用方法。例如，熱網的回水進入各熱源廠內熱源冷卻裝置，作為熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水源，對各臺熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻。在各臺熱源廠內熱源冷卻裝置中經過換熱升溫後的冷卻水再進入熱網供水管道，向熱網供應熱水。

或者，各熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水還可以進入熱源廠外冷卻塔10，經熱源廠外冷卻塔10冷卻後再返回熱源廠內熱源冷卻裝置。

或者，熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水也可以通過各自的熱源廠內冷卻塔來冷卻熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水。

本實施例將多個熱源廠內熱源冷卻裝置的餘熱聯合用於熱網供熱，並且通過熱源廠外冷卻塔來控制向熱網供應的熱水量。並且，各熱源廠內熱源冷卻裝置還能夠利用各自的熱源廠內冷卻塔來冷卻熱源廠內熱源冷卻裝置。

在一個可選實施例中，可以將各個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水匯集到母管中再向熱網或熱源廠外冷卻塔供應。具體地說，1.1至n.1的n個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水進口分別與冷卻水進水母管9連通，冷卻水進水母管9與熱網回水管道連通，且冷卻水進水母管9還通過第六連通管106與熱源廠外冷卻塔10的出水口連通。1.1至n.1的n個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻水出口分別與冷卻水出水母管8連通，冷卻水出水母管8與熱網供水管道連通，且冷卻水出水母管8還通過第五連通管105與所述熱源廠外冷卻塔10的進水口連通。例如，熱源廠內熱源冷卻裝置1.1的冷卻水出口通過第二連通管102與冷卻水出水母管8連通，熱源廠內熱源冷卻裝置1.1的冷卻水進口通過第一連通管101與冷卻水進水母管9連通。其中，在第一連通管101和第二連通管102上分別具有切換閥1.4和切換閥1.5，在第三連通管103和第四連通管104上分別具有切換閥1.6和切換閥1.7。同樣地，在其他熱源廠內熱源冷卻裝置與冷卻水進水母管9、冷卻水出水母管8、熱源廠內冷卻塔之間的管路上也同樣安裝有控制管路通斷的切換閥，在此不一一列舉。在熱源廠外冷卻塔10的進水口和出水口分別設置有切換閥12和切換閥14。

在一個可選實施例中，在所述第五連通管105的管路上還設置有流量調節閥13，切換閥12用於關斷和連通管路，而流量調節閥13則可以調節管路的流量，從而調節冷卻水出水母管8中的冷卻水進入熱源廠外冷卻塔10的流量。

在一個可選實施例中，在所述第六連通管106的管路上設置有逆止閥11，用於防止冷卻水回流入熱源廠外循環水泵15內。

在一個可選實施例中，每個熱源廠的熱源廠內冷卻塔和熱源廠內循環水泵均為兩臺及以上；熱源廠外冷卻塔和熱源廠外循環水泵均為兩臺及以上，以考慮備用。

在一個可選實施例中，在供熱期，聯合利用系統的冷卻水水質採用軟化水，在非供熱期，聯合利用系統的冷卻水水質採用普通工業水。

在一個可選實施例中，熱網供水管路上設置有熱網循環水泵16，所述冷卻水出水母管8與熱源廠外冷卻塔10的進水口的連通點設置在熱網循環水泵16的上遊，熱網的補水點(未示出)設置在熱網循環水泵入口前。

在一個可選實施例中，熱源廠外冷卻塔10、熱源廠外循環水泵15、軟化水處理及補水設施、熱網循環水泵16可以採用集中或分散式布置，即可以集中建設、共用廠房，也可以分散布置在既有的廠房內。

一種多廠餘熱聯合利用方法，其是採用如上所述的多廠餘熱聯合利用系統，在採暖季，熱負荷較高工況下，開啟各熱源廠內熱源冷卻裝置與冷卻水進水母管9和冷卻水出水母管8之間管路上的切換閥，關閉各熱源廠內熱源冷卻裝置與各自的熱源廠內冷卻塔之間的進水管路和出水管路上的切換閥。例如，對於1#熱源廠，則是開啟第一連通管上的切換閥1.4、第二連通管上的切換閥1.5，關閉第三連通管上的切換閥1.6和第四連通管上的切換閥1.7。以此類推，對於n#熱源廠，開啟熱源廠內熱源冷卻裝置n.1的進水口與冷卻水進水母管9的連通管路上的切換閥n.4，與冷卻水出水母管8之間管路上的切換閥n.5，關閉熱源廠內熱源冷卻裝置n.1的出水口與熱源廠內冷卻塔n.2的進水口之間的切換閥n.6，以及熱源廠內熱源冷卻裝置n.1的進水口與熱源廠內冷卻塔n.2的出水口之間的管路上的切換閥n.7。

熱網的回水經冷卻水進水母管9分別進入各熱源廠內熱源冷卻裝置，對各臺熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，在各臺熱源廠內熱源冷卻裝置中經過換熱升溫後的冷卻水匯集到冷卻水出水母管8中，由冷卻水出水母管8向熱網供應熱水，在熱網中經過換熱降溫後又作為回水回到冷卻水進水母管9中，繼作為冷卻水源對各熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻。

當用戶側總的熱負荷需求下降時，開啟第五連通管105和第六連通管106上切換閥，則冷卻水出水母管8中的冷卻水分流出一部分通過第五連通管105進入熱源廠外冷卻塔10，在熱源廠外冷卻塔10中換熱降溫後進入集水池，然後再由熱源廠外循環水泵15加壓通過第六連通管106送至冷卻水進水母管9。第五連通管105上的流量調節閥13開度可調，可控制分流到熱源廠外冷卻塔內的冷卻水流量，進而控制送至熱網的冷卻水流量，從而在熱源廠內冷卻不受影響的條件下完成對於供熱系統的調節。

在非採暖季，關閉各熱源廠內熱源冷卻裝置與冷卻水進水母管9和冷卻水出水母管8之間管路上的切換閥，關閉第五連通管上的切換閥12，關閉第六連通管上的切換閥14，開啟各熱源廠內熱源冷卻裝置與各自的熱源廠內冷卻塔之間的進水管路和出水管路上的切換閥。熱源廠內冷卻塔的冷卻水經熱源廠內循環水泵加壓後進入熱源廠內熱源冷卻裝置，對熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，熱源廠內熱源冷卻裝置排出的冷卻水返回熱源廠內冷卻塔。例如，熱源廠內冷卻塔1.2的冷卻水經熱源廠內循環水泵1.3加壓後經第四連通管104進入熱源廠內熱源冷卻裝置1.1，對熱源廠內熱源冷卻裝置1.1進行冷卻，熱源廠內熱源冷卻裝置1.1排出的冷卻水經第三連通管103返回熱源廠內冷卻塔。

本發明的多廠餘熱聯合利用系統及方法，具有如下的有益效果：

1)解決了多個工廠餘熱聯合供熱條件下的工藝設備餘熱聯合利用和低負荷調節問題，對各工廠工藝設備的冷卻水餘熱進行回收，且在用熱負荷需求較低時，由於餘熱熱源是工藝冷卻水，不會隨熱用戶側熱負荷的變化而變化，進而導致總的供熱負荷高於實際需求熱負荷，而各餘熱熱源廠又不易協調，導致熱網回水溫度升高，這會給各個熱源廠內熱源冷卻裝置的冷卻效果帶來不利影響，且如果熱量無法釋放，整套管網系統的水溫會不斷上升，直接威脅到工藝的安全生產。本發明在熱源廠內的設備進行工藝冷卻不受影響的條件下完成了對於供熱系統的熱量調節，且由於熱源廠內的工藝設備本身就需要冷卻，因此本發明新增設施並未增加系統能耗，但是卻有效避免了各廠之間的協調難題，保證了整套供熱系統的順利運行。

2)水質方面，本發明將供熱期的多廠餘熱聯合利用系統的冷卻水水質設計為軟化水，這樣可以避免熱源廠內熱源冷卻裝置由於冷卻水溫度高(熱網回水溫度高)帶來的換熱管結垢問題，保護熱源廠內熱源冷卻裝置的安全運行，而且還可以避免熱網和末端(熱用戶)設備的結垢問題，保證其可靠運行；而在非供熱期，各熱源廠通過各自獨立的冷卻塔對熱源廠內熱源冷卻裝置進行冷卻，冷卻水溫較低，一般不存在結垢問題，所以將水質設計為普通工業水，在聯合利用系統中由汽水損失造成的相應補水也可以採用普通工業水，且因為總的水量非常大，導致補水量也較大，採用普通工業水與軟化水相比可大大節約成本。

3)起調節作用的熱源廠外冷卻塔建在廠區外部，可避開汙染源，有利於改善冷卻塔的運行條件，由於冷卻塔與外界大氣接觸，而經過熱源廠外冷卻塔冷卻的水最終會回到供熱管網，因此其運行環境會影響供熱管網內的水質，本發明將調節用的熱源廠外冷卻塔設置在廠區外部，可減輕整套供熱管路水質受到汙染的程度，保證系統的可靠運行。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。