一种大温差集中供热系统.pdf

本发明涉及一种大温差集中供热系统，属于能源领域。该系统由汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、热水吸收式热泵、水-水换热器以及连接管路和附件组成。本发明的主要特征在于：热网供热温差大，较常规热网运行增大约一倍温差，这样会大幅度增加热网的输送能力，同时由于供热回水温度低，无保温和热应力补偿问题，进而可以降低回水管网和整个管网的投资；利用汽轮机排汽预热大热网回水，并利用循环冷却水作为吸收式热泵的低位热源，优点是尽可能大限度地回收了电厂发电过程中产生的余热；在末端采用热水吸收式热泵和水-水换热器组合的方式加热二次网供热热水，增大了大热网的供、回水温差，同时热泵不需要外来能源做驱动力。

权利要求书
1.  一种大温差集中供热系统，其特征在于，所述系统由抽凝式汽轮机(1)、凝汽器(2)、蒸汽吸收式热泵(3)、汽-水换热器(4)、热水吸收式热泵(5)、水-水换热器(6)以及连接管路和附件组成；所述抽凝式汽轮机(1)末级排汽进入凝汽器(2)中加热循环水，被冷却凝结后再返回锅炉加热；由汽轮机(1)抽出的蒸汽进入蒸汽吸收式热泵(3)机组，作为驱动热源回收循环水余热并加热大热网热水，蒸汽凝水返回锅炉加热；循环冷却水进入凝汽器(2)中，被汽轮机(1)排汽加热后送出，进入蒸汽吸收式热泵(3)机组，作为低位热源，放热降温后再返回凝汽器(2)，完成循环；大热网回水返回热电厂，首先进入凝汽器(2)，被汽轮机(2)排汽预热升温，再进入蒸汽吸收式热泵(3)被二次加热后送出；大热网高温供水被输送到末端热力站，首先作为驱动热源进入热水吸收式热泵(5)，放热降温后进入水-水换热器(6)加热二次侧供热热水，降温后再次进入热水吸收式热泵(5)作为低位热源，最终放热降温到大热网回水温度后返回热电厂，完成循环。

2.  根据权利要求1所述的一种大温差集中供热系统，其特征在于，在所述蒸汽吸收式热泵(3)后增加汽-水换热器(4)；由汽轮机(1)抽出的蒸汽分为两路，一路进入蒸汽吸收式热泵(3)机组，作为驱动热源回收循环水余热并加热大热网热水，另一路进入汽-水换热器(4)，直接加热大热网热水，蒸汽凝水返回锅炉加热；蒸汽吸收式热泵(3)出口热水进入汽-水换热器(4)中进行三次加热，加热到所要求的大热网供水温度后送出电厂。

3.  根据权利要求1所述的一种大温差集中供热系统，其特征在于，所述蒸汽吸收式热泵(3)机组采用多级热泵设备相互串联，多级串联的蒸汽吸收式热泵设备选用相同型号的，或者根据运行参数选用不同型号、不同形式的蒸汽型吸收式热泵，如分别选用双效吸收式热泵、单效吸收式热泵、双级吸收式热泵串联加热、逐级提升热水温度的方式；由汽轮机(1)抽出的蒸汽作为驱动热源，凝汽器(2)出口循环水作为低位热源，分别进入各级蒸汽吸收式热泵设备；大热网回水被凝汽器预热升温后，依次顺序通过各级蒸汽吸收式热泵设备被逐级加热后，再进入汽-水换热器(4)中加热或作为大热网供水送出电厂。

4.  根据权利要求1所述的一种大温差集中供热系统，其特征在于，所述凝汽器(2)进出口管道之间增加旁通管，由调节阀调节旁通水量，以控制凝汽器进口的循环水温度，使电厂发电生产不会受到大热网参数变化的影响。

说明书一种大温差集中供热系统
技术领域
本发明属于一种大温差集中供热系统，该种系统较常规的集中供热系统，不但能够大幅增大高温热水的供、回水温差，增加热网输送能力，而且能够有效回收电厂汽轮机排汽余热。
背景技术
随着城市规模的不断发展，城市集中供热面积不断增大，集中供热热源向大型热电厂发展，这些热电厂在供热中存在两个问题，一是抽汽供热能力相对于其发电容量而言偏小，而大量的余热通过汽轮机末端排汽由循环水在冷却塔中排放掉；二是由于这种大型热电厂距离供热负荷中心较远，且供热规模大，热网输送能力成为制约瓶颈，造成热力管网投资大幅度增加。解决热网输送能力的一个有效方法是增加供、回水温差。由于管网材料耐温和热应力等方面的限制，热网供水温度不能过高，同时由于受到二次网用热参数要求的限制，回水温度也无法有更大空间的降低。目前城市集中供热的一次网设计供、回水温度一般为130/70℃。
为了降低热网回水温度，从而为利用电厂汽轮机排汽余热创造条件，宋之平在其申报的专利(96109538.5)中，提出热网在用户侧一次经过高温换热、低温高效散热器和热泵后，温度降到一定水平后回到电厂，在被电厂中汽轮机凝气器和热网加热器一次加热。但是，在用户侧，同时将热网供水依次经过高温换热、低温高效散热器和热泵三个环节，受实际工程条件的制约，系统复杂而难以得到推广应用，尤其是对已有热网。况且热泵需要电等外来能源作为动力驱动，热泵承担的热网热负荷比例过多会造成其外来能源消耗量过大而影响经济性和原本较高的能源利用效率。如果这三个环境缺少任何一个环节，都会较大影响系统效果。不过，如果没有高温换热环节，热网供水温度低，热网远距离输送能力严重受限，难以在大型热电厂集中供热系统中应用；如果缺少低温高效散热器环节，热泵将承担更大份额的热网热量，使热泵容量和投资增加，驱动热泵的外来能耗增加，系统能源综合利用效率和经济性均会严重下降；如果缺少热泵环节，热网回水温度不能降低至回收大型汽机凝气器排热的水平。在热源侧，采用原供热抽汽直接加热汽机凝气器出来的热网水，由于换热温差大，综合能源效率较低。如果采用汽机多级抽汽加热，需要对现有汽机实施改造，电厂一般难以接受。另外重要一点是，在热网温差大的情况下，汽机抽汽供热能力和凝气排热量能力之间无法匹配，也就是说汽机凝气器余热难以得到充分利用。
在电厂汽轮机凝气器余热利用方面，冯太和在其申请的专利(200410092465.0)中提出利用吸收式热泵回收电厂余热工艺。但该工艺中，由于热网回收没有直接回收汽轮机凝气器余热，而完全靠吸收式热泵只能回收该凝气器余热的一部分，大部分余热量仍然排往大气白白浪费掉，系统能源利用效率不高。
发明内容
根据上述问题，本发明提出了一种能够有效回收电厂的汽轮机排汽的余热、较常规集中供热方式进一步增大高温热水供、回水温差的集中供热方式和工艺。
本发明的技术方案是在电厂内部采用凝汽器、蒸汽吸收式热泵和汽-水换热器组合的方式回收电厂余热并逐级加热大热网的供热热水，在末端利用热水吸收式热泵和水-水换热器组合的方式逐级降低大热网的回水温度，增大了高温热水的供、回水温差。系统由汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、热水吸收式热泵、水-水换热器以及连接管路和附件组成。汽轮机末级排汽进入凝汽器中加热循环水，被冷却凝结后再返回锅炉加热；由汽轮机抽出的蒸汽分为两路，一路进入蒸汽吸收式热泵机组，作为驱动热源回收汽轮机凝汽器余热并加热大热网，另一路进入汽-水换热器，直接加热大热网，蒸汽凝水返回锅炉加热；循环冷却水进入凝汽器中，被汽轮机排汽加热后送出，进入蒸汽吸收式热泵机组，作为低位热源，放热降温后再返回凝汽器，完成循环；大热网低温回水返回电厂，首先进入凝汽器，被预热升温后送出，进入蒸汽吸收式热泵机组被二次加热后送出，再进入汽-水换热器中被三次加热，加热到大热网供水温度后送出电厂，大热网高温供水被输送到末端热力站，首先作为驱动热源进入热水型吸收式热泵，放热降温后进入水-水换热器加热二次侧供热热水，降温后再进入热水型吸收式热泵作为低位热源，最终放热降温到大热网回水温度后返回电厂，完成循环。
蒸汽吸收式热泵机组可以采用多级热泵设备相互串联的方式，多级串联的蒸汽吸收式热泵设备可以选用相同型号的，也可以根据运行参数选用不同型号、不同形式的蒸汽型吸收式热泵，如分别选用双效吸收式热泵、单效吸收式热泵、双级吸收式热泵串联加热、逐级提升热水温度的方式。由汽轮机抽出的蒸汽作为驱动热源，凝汽器出口循环水作为低位热源分别进入各级蒸汽吸收式热泵设备；大热网回水被凝汽器预热升温后，依次顺序通过各级蒸汽吸收式热泵设备被逐级加热后，再进入汽-水换热器中加热或直接作为大热网供水送出电厂。
凝汽器进出口管道之间增加旁通管，由调节阀调节旁通水量，可以控制凝汽器进口的循环水温度，使电厂发电生产不会受到大热网参数变化的影响。
本发明的特征主要体现在三个方面：第一，热网供热温差大，较常规热网运行增大约一倍温差，这样会大幅度增加热网的输送能力，同时由于供热回水温度低，无保温和热应力补偿问题，进而可以降低回水管网和整个管网的投资；第二，利用汽轮机排汽预热大热网回水，并利用循环冷却水作为吸收式热泵的低位热源，优点是尽可能大限度地回收了电厂发电过程中产生的余热；第三，在末端采用热水吸收式热泵和水-水换热器组合的方式加热二次网供热热水，优点是可以充分降低大热网的回水温度，增大了大热网的供、回水温差，同时热泵不需要外来能源做驱动力。
附图说明
图1为本发明基本的流程示意图。
图2为本发明采用三级蒸汽吸收式热泵串联加热方式的流程示意图。
图中符号：1-汽轮机；2-凝汽器；3-蒸汽吸收式热泵；3a-一级蒸汽吸收式热泵；3b-二级蒸汽吸收式热泵；3c-三级蒸汽吸收式热泵；4-汽-水换热器；5-热水吸收式热泵；6-水-水换热器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1：基本加热方式。如图1所示，系统由汽轮机1、凝汽器2、蒸汽吸收式热泵3、汽-水换热器4、热水吸收式热泵5、水-水换热器6以及连接管路和附件组成。汽轮机1末级排汽进入凝汽器2中加热循环水，被冷却凝结后再返回锅炉加热；汽轮机1抽出的蒸汽分为两路，一路作为驱动热源进入蒸汽吸收式热泵3，回收循环水余热，并加热大热网，另一路进入汽-水换热器5，直接加热大热网，蒸汽凝水再返回锅炉加热；循环冷却水进入凝汽器1中，被汽轮机排汽加热后送出，作为低位热源进入蒸汽吸收式热泵3，放热降温后再返回凝汽器2，完成循环；大热网低温回水返回电厂后，首先进入凝汽器2，被预热升温后送出，进入蒸汽吸收式热泵3被二次加热后送出，再进入汽-水换热器4中被三次加热，加热到大热网供水温度后送出电厂，大热网高温供水被输送到末端热力站，首先作为驱动热源进入热水吸收式热泵5，放热降温后进入水-水换热器6加热二次侧供热热水，降温后再次进入热水吸收式热泵5作为低位热源，最终放热降温到大热网回水温度后返回电厂，完成循环。
可以看出，本发明在电厂内采用了凝汽器、蒸汽吸收式热泵和汽-水换热器组合加热方式，在末端采用热水吸收式热泵和水-水换热器组合换热的方式，一方面有效回收了电厂发电过程中产生的余热，另一方面使大热网的供、回水温差较常规的集中供热方式有大幅增大。
实施例2：采用三级蒸汽吸收式热泵串联加热方式。如图2所示，系统由汽轮机1、凝汽器2、一级蒸汽吸收式热泵3a、二级蒸汽吸收式热泵3b、三级蒸汽吸收式热泵3c、汽-水换热器4、热水吸收式热泵5、水-水换热器6以及连接管路和附件组成。汽轮机1末级排汽进入凝汽器2中加热循环水，被冷却凝结后再返回锅炉加热；汽轮机1抽出的蒸汽分为两路，一路作为驱动热源分别进入一级蒸汽吸收式热泵3a、二级蒸汽吸收式热泵3b、三级蒸汽吸收式热泵3c，回收循环水余热，并逐级加热大热网，另一路进入汽-水换热器4，直接加热大热网，蒸汽凝水再返回锅炉加热；循环冷却水进入凝汽器1中，被汽轮机排汽加热后送出，作为低位热源分别进入一级蒸汽吸收式热泵3a、二级蒸汽吸收式热泵3b和三级蒸汽吸收式热泵3c，放热降温后再返回凝汽器2，完成循环；大热网低温回水返回电厂后，首先进入凝汽器2，被预热升温后送出，依次通过一级蒸汽吸收式热泵3a、二级蒸汽吸收式热泵3b和三级蒸汽吸收式热泵3c，被逐级加热后送出，再进入汽-水换热器4被三次加热，加热到大热网供水温度后送出电厂，大热网高温供水被输送到末端热力站，首先作为驱动热源进入热水吸收式热泵5，放热降温后进入水-水换热器6加热二次侧供热热水，降温后再次进入热水吸收式热泵5作为低位热源，最终放热降温到大热网回水温度后返回电厂，完成循环。