專利名稱：電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供暖系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域，特別涉及一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)通過電廠熱電聯(lián)產(chǎn)和循環(huán)水熱泵的耦合，擴大了電廠的供熱能力，提高了熱力 發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性。
背景技術(shù)：
通過熱電廠熱電聯(lián)產(chǎn)實現(xiàn)區(qū)域集中供熱能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級利用，是高效環(huán)保的 能源利用方式之一，目前我國在新建電廠時對于具有區(qū)域熱負荷的地方優(yōu)先考慮熱電聯(lián)產(chǎn) 熱電廠。在熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)中，汽輪機可采用抽汽凝汽式和背壓式機組。其中背壓機組發(fā)電 冷源損失全部用于供熱，全廠熱效率幾乎等于鍋爐效率乘管道效率，能源利用率最高。但這 種情況實現(xiàn)的前提是在機組運行是要有足夠的熱負荷，當(dāng)熱負荷小的時候發(fā)電也少，而且 熱電比不易實現(xiàn)調(diào)節(jié)。當(dāng)按冬天條件設(shè)計工況時，夏天機組的效率較低，這樣全年總體運行 效率并不高。抽汽凝汽式機組實質(zhì)是背壓機組和凝汽機組的組合，循環(huán)水帶走大量的冷源 損失，能源利用率比背壓機組低。另外加熱熱網(wǎng)加熱器的抽汽往往從中壓缸等壓力較高的 地方抽汽，這樣在熱網(wǎng)加熱器這個環(huán)節(jié)又增加了作用能力損失。但相比背壓式機組，抽汽凝 汽式機組隨熱電負荷變化進行易于調(diào)節(jié)，全年效率變化沒有背壓式機組那么明顯?？傊?，無 論背壓式機組還是抽汽凝汽式機組在實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱中都有一定的缺陷。熱泵也是一種提供熱能的方式，它是通過消耗少量動力或燃料為代價將無用的低 溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮艿南到y(tǒng)裝置。根據(jù)這些低溫?zé)崮艿牟煌?，可以分為空氣源熱泵?土壤源熱泵、污水源熱泵、地下水源熱泵、地表水源熱泵和工業(yè)廢水熱泵等。但這些熱泵多 數(shù)在溫度較低的氣候條件下其能效比較低，也就是說在每年最冷的時候其供熱效果較差， 這大大的影響了生活的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖系統(tǒng)及方法。一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由汽輪機、蒸 汽壓縮式熱泵、背壓小汽輪機、熱網(wǎng)加熱器以及和附屬設(shè)備，采用相應(yīng)的管路連接組成；系 統(tǒng)組成形式有兩種，第一種形式是汽輪機1的抽汽分別連接一次熱網(wǎng)加熱器6和小汽輪機 3，小汽輪機3排汽連接一次熱網(wǎng)加熱器6，小汽輪機3的主軸和第一類型熱泵5的壓縮機連 接；汽輪機凝汽器2通過管路和循環(huán)泵連接至第一類型熱泵5的蒸發(fā)器，第一類型熱泵系統(tǒng) 5的蒸發(fā)器再和電廠循環(huán)水冷卻設(shè)施4相連；第一類型熱泵5冷凝器、一次熱網(wǎng)加熱器6和 二次熱網(wǎng)加熱器(7、11)組成供熱熱網(wǎng)水回路；第三類型熱泵10并聯(lián)接在該供熱熱網(wǎng)水回 路中；二次熱網(wǎng)加熱器7與第一區(qū)域熱用戶12、第二區(qū)域熱用戶13和第二類型熱泵8高溫 熱匯組成串聯(lián)回路，第二類型熱泵8蒸發(fā)器連接其它低溫?zé)嵩?。所述兩種系統(tǒng)形式的第二種形式是在上述第一類型熱泵5的冷凝器不和一次熱網(wǎng)加熱器6連接，而是將其直接和第三區(qū)域熱用戶14相連形成回路，其余連接與第一種形 式相同。所述第二類型熱泵和第三類型熱泵均選用壓縮式熱泵或吸收式熱泵。一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖方法，其特征在于，所述電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖是利用電廠循環(huán)水作為壓縮式熱泵的低溫?zé)嵩?，熱泵壓縮機利用電 廠做過功的中壓蒸汽驅(qū)動小汽輪機，小汽輪機排汽進入一次熱網(wǎng)加熱器、二次熱網(wǎng)加熱器 加熱熱網(wǎng)水，向區(qū)域熱用戶直接供熱，或在二次熱網(wǎng)中串接第二類型熱泵，第二類型熱泵從 二次網(wǎng)的其它低溫環(huán)境中提取熱量，這樣增強了傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖能力；在一次網(wǎng)的回 水側(cè)設(shè)置第三類型熱泵，它利用一次網(wǎng)回水作為其低溫?zé)嵩聪騾^(qū)域內(nèi)區(qū)域熱用戶供熱，同 時降低了一次網(wǎng)的溫度，這樣既提取了電廠循環(huán)冷卻水中原來被白白排向環(huán)境的熱量，又 降低了熱電聯(lián)產(chǎn)過程中中壓蒸汽的做功能力不足，有利于在電廠內(nèi)進一步加熱，提高了以 電廠汽輪機組為中心的集中供熱系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性；另一方面，通過熱泵在熱網(wǎng)中和一次網(wǎng) 及二次網(wǎng)的耦合，降低一次網(wǎng)的回水溫度，實現(xiàn)從電廠循環(huán)水外的低溫?zé)嵩刺崛崃康墓?能。所述熱泵，在電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中共有三種類型的熱 泵，第一類型的熱泵是在電廠內(nèi)從電廠循環(huán)水中提取熱量的壓縮式熱泵，通過壓縮式熱泵 的運行加熱熱網(wǎng)水的溫度，被加熱的熱網(wǎng)水可以直接供給廠區(qū)內(nèi)或電廠附近的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)局 部區(qū)域集中供暖，或作為熱電聯(lián)產(chǎn)熱網(wǎng)加熱器的給水；第二類型的熱泵是在二次熱網(wǎng)中的 熱泵，在二次熱網(wǎng)中靈活布置，只要有低溫?zé)嵩吹牡胤蕉寄馨惭b，通過這類型的熱泵來提取 熱網(wǎng)水外的低溫?zé)嵩吹臒崃浚坏谌愋偷臒岜檬窃谝淮尉W(wǎng)的回水管路附近的熱泵，通過它 的作用，一方面降低了熱網(wǎng)的回水溫度，方便從電廠中吸收熱量，另一方面進一步獲得較高 的溫度，方便實現(xiàn)局部區(qū)域的供熱。本發(fā)明的有益效果是充分利用凝汽式機組大量的冷源損失，通過電廠循環(huán)水熱泵 和熱電聯(lián)產(chǎn)兩者的協(xié)同作用，克服熱電聯(lián)產(chǎn)和熱泵各自的缺陷，實現(xiàn)區(qū)域集中供暖。


圖1是熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)第一種結(jié)構(gòu)形式示意圖。圖2是圖1的第二種結(jié)構(gòu)形式示意圖。圖中1是電廠發(fā)電汽輪機，2是凝汽器，3是驅(qū)動熱泵的小汽輪機，4是電廠循環(huán)水 冷卻設(shè)施，5是第一類型熱泵系統(tǒng)，6是一次熱網(wǎng)加熱器，7是熱網(wǎng)水換熱器，8是第二類型熱 泵，9是其它低溫?zé)嵩矗?0是第三類型熱泵，11是區(qū)域附近熱網(wǎng)換熱器，12是第一區(qū)域熱用 戶，13第二區(qū)域熱用戶、14是第三區(qū)域熱用戶。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖系統(tǒng)及方法。下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發(fā)明。實施例1蒸汽進入電廠發(fā)電汽輪機1做功，電廠發(fā)電汽輪機1中的排汽進入凝汽器2冷凝 后送給鍋爐給水。冷凝器的循環(huán)冷卻水從電廠循環(huán)水冷卻設(shè)施4提取，循環(huán)水進入冷凝器2參與換熱后溫度升高，高溫的循環(huán)水一部分到電廠循環(huán)水冷卻設(shè)施4去冷卻，另外一部分作為第一類型熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?，它被第一類熱泵系統(tǒng)5吸收熱量后溫度降低，降低溫 度后的水也流入到電廠循環(huán)水冷卻設(shè)施4。在汽輪機1中做過功的一部分蒸汽被抽出，其中 一部分送到一次熱網(wǎng)加熱器6中加熱一次熱網(wǎng)水，提高熱網(wǎng)水的溫度，另一部分作為驅(qū)動 第一類型熱泵5中壓縮機運行的小汽輪機3的進汽，小汽輪機3的排汽被排到一次熱網(wǎng)加 熱器6中加熱熱網(wǎng)水。一次熱網(wǎng)的熱網(wǎng)水回到電廠后首先被第一類型熱泵5加熱，加熱后的熱網(wǎng)水再進 入一次熱網(wǎng)加熱器6進一步加熱。從熱網(wǎng)加熱器出來的熱網(wǎng)水送到廠外的熱網(wǎng)水換熱器7， 通過二次熱網(wǎng)和一次熱網(wǎng)的換熱，第一區(qū)域熱用戶12、第二區(qū)域熱用戶13獲得了一次熱網(wǎng) 的熱量。在沿二次熱網(wǎng)經(jīng)過的管線中，當(dāng)有合適的其它低溫?zé)嵩?時，可以設(shè)置第二類型熱 泵8。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臈l件，第二類型熱泵8可以是吸收式熱泵，也可以是壓縮式熱泵，驅(qū)動可 以是較大型的軸流式壓縮式，也可以是較小型的螺桿式壓縮機，根據(jù)具體的情況可以靈活 設(shè)置，第二類型熱泵8提取的熱量和二次熱網(wǎng)水一起共同為串聯(lián)或并聯(lián)的第一區(qū)域熱用戶 12、第二區(qū)域熱用戶13供熱。當(dāng)熱網(wǎng)水回水距離電廠較近時，其回水溫度較低，可能不能夠 滿足區(qū)域熱用戶的需求，在這些區(qū)域可以設(shè)置第三類型熱泵10，第三類型熱泵10利用熱網(wǎng) 回水作為其低溫?zé)嵩磳崿F(xiàn)在一定區(qū)域的供熱。實施例2實施例2類似實施例1，所不同的是，實施例1第一類型熱泵加熱熱網(wǎng)水后再由熱 網(wǎng)加熱器加熱，然后輸送到二次熱網(wǎng)加熱器7去向用戶供暖，而實施例2中第一類型熱泵對 電廠附近區(qū)域第三區(qū)域熱用戶14實現(xiàn)近距離供暖。實施例2中，一次熱網(wǎng)的熱網(wǎng)水回到電廠后一部分進入第一類型熱泵系統(tǒng)5加熱， 一部分進入一次熱網(wǎng)加熱器6加熱。被第一類型熱泵系統(tǒng)5加熱的熱網(wǎng)水輸送到電廠附近 區(qū)域第三區(qū)域熱用戶14實現(xiàn)近距離供暖，而被一次熱網(wǎng)加熱器6加熱的熱網(wǎng)水實現(xiàn)遠距離供暖。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限 于以上實施例，還可以有許多變形。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具體形式來概述。因此，本 發(fā)明的上述實施方案都只能認為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了 本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未全部指出本發(fā)明的范圍。因此，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書 相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種熱電聯(lián)產(chǎn)耦合熱泵實現(xiàn)區(qū)域冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由汽輪機、蒸汽壓縮式熱泵、背壓小汽輪機、熱網(wǎng)加熱器以及和附屬設(shè)備，采用相應(yīng)的管路連接組成；系統(tǒng)組成形式有兩種，第一種形式是汽輪機(1)的抽汽分別連接一次熱網(wǎng)加熱器(6)和小汽輪機(3)，小汽輪機(3)排汽連接一次熱網(wǎng)加熱器(6)，小汽輪機(3)的主軸和第一類型熱泵(5)的壓縮機連接；汽輪機凝汽器(2)通過管路和循環(huán)泵連接至第一類型熱泵(5)的蒸發(fā)器，第一類型熱泵系統(tǒng)(5)的蒸發(fā)器再和電廠循環(huán)水冷卻設(shè)施(4)相連；第一類型熱泵(5)冷凝器、一次熱網(wǎng)加熱器(6)和二次熱網(wǎng)加熱器(7、11)組成供熱熱網(wǎng)水回路；第三類型熱泵(10)并聯(lián)接在該供熱熱網(wǎng)水回路中；二次熱網(wǎng)加熱器(7)與第一區(qū)域熱用戶(12)、第二區(qū)域熱用戶(13)和第二類型熱泵(8)高溫?zé)釁R組成串聯(lián)回路，第二類型熱泵(8)蒸發(fā)器連接其它低溫?zé)嵩?9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱電聯(lián)產(chǎn)耦合熱泵實現(xiàn)區(qū)域冷熱聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，所述 兩種系統(tǒng)形式的第二種形式是在上述第一類型熱泵(5)的冷凝器不和一次熱網(wǎng)加熱器(6) 連接，而是將其直接和第三區(qū)域熱用戶(14)相連形成回路，其余連接與第一種形式相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖方法，其特征在于，所述 第二類型熱泵和第三類型熱泵均選用壓縮式熱泵或吸收式熱泵。
4.一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖方法，其特征在于，所述電廠循環(huán)水熱泵 耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖是利用電廠循環(huán)水作為壓縮式熱泵的低溫?zé)嵩?，熱泵壓縮機通過電廠 做過功的中壓蒸汽驅(qū)動的小汽輪機來驅(qū)動，小汽輪機排汽進入熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)水；具 體供暖流程是汽輪機(1)排汽進入凝汽器(2)，汽輪機抽汽分別進入一次熱網(wǎng)加熱器(6)和 小汽輪機(3)，小汽輪機(3)的排汽排入一次熱網(wǎng)加熱器(6)，小汽輪機(3)作為第一類型 熱泵(5)的壓縮機的驅(qū)動裝置；凝汽器(2)通過循環(huán)水冷卻設(shè)施(4)的冷卻水來冷卻，冷卻 凝汽器(2)后的一部分循環(huán)水被作為第一類型熱泵(5)的低溫?zé)嵩矗诘谝活愋蜔岜?5) 中放出熱量降溫后也被排放到循環(huán)水冷卻設(shè)施(4)；一次熱網(wǎng)回水首先進入第一類型熱泵 (5)的高溫?zé)釁R吸收其熱量被加熱，然后再進入一次熱網(wǎng)加熱器(6)進一步加熱，成為高溫 的熱網(wǎng)水；熱網(wǎng)水向外輸送，在不同的二次熱網(wǎng)加熱器(7、11)內(nèi)和二次熱網(wǎng)水換熱；二次 熱網(wǎng)水向第一區(qū)域熱用戶(12)、第二區(qū)域熱用戶(13)可以直接供熱，也可以在二次熱網(wǎng)中 串接第二類型熱泵(8)供熱，第二類型熱泵(8)從二次網(wǎng)的其它低溫環(huán)境中提取熱量，這 樣增強了傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖能力；其中第一區(qū)域熱用戶(12)、第二區(qū)域熱用戶(13)采用 串聯(lián)，或并聯(lián)；在一次網(wǎng)的回水側(cè)設(shè)置第三類型熱泵(10)，它利用一次網(wǎng)回水作為其低溫 熱源向區(qū)域內(nèi)第三區(qū)域熱用戶(14)供熱，同時降低了一次網(wǎng)的溫度，這樣既提取了電廠循 環(huán)冷卻水中原來被白白排向環(huán)境的熱量，又降低了熱電聯(lián)產(chǎn)過程中中壓蒸汽的做功能力不 足，有利于在電廠內(nèi)進一步加熱，提高了以電廠汽輪機組為中心的集中供熱系統(tǒng)的熱經(jīng)濟 性；另一方面，通過熱泵在熱網(wǎng)中和一次網(wǎng)及二次網(wǎng)的耦合，降低一次網(wǎng)的回水溫度，實現(xiàn) 從電廠循環(huán)水外的低溫?zé)嵩刺崛崃康墓δ堋?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖方法，其特征在于，所述 熱泵，在電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中共有三種類型的熱泵，第一類型的 熱泵是在電廠內(nèi)從電廠循環(huán)水中提取熱量的壓縮式熱泵，通過壓縮式熱泵的運行加熱熱網(wǎng) 水的溫度，被加熱的熱網(wǎng)水可以直接供給廠區(qū)內(nèi)或電廠附近的區(qū)域的第三區(qū)域熱用戶(14) 實現(xiàn)局部區(qū)域集中供暖，或作為熱電聯(lián)產(chǎn)熱網(wǎng)加熱器的給水滿足第一區(qū)域熱用戶(12)、第二區(qū)域熱用戶(13)；第二類型的熱泵是在二次熱網(wǎng)中的熱泵，在二次熱網(wǎng)中靈活布置，只要有低溫?zé)嵩吹牡胤蕉寄馨惭b，通過這類型的熱泵來提取熱網(wǎng)水外的低溫?zé)嵩吹臒崃?；?三類型的熱泵是在一次網(wǎng)的回水管路附近的熱泵，通過它的作用，一方面降低了熱網(wǎng)的回 水溫度，方便從電廠中吸收熱量，另一方面進一步獲得較高的溫度，方便實現(xiàn)局部區(qū)域第三 區(qū)域熱用戶(14)的供熱。
全文摘要
本發(fā)明屬于能源領(lǐng)域的一種電廠循環(huán)水熱泵耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的供暖系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)由汽輪機、蒸汽壓縮式熱泵、背壓小汽輪機、熱網(wǎng)加熱器以及相應(yīng)的管路和附屬設(shè)備組成。該系統(tǒng)利用電廠循環(huán)水作為熱泵的熱源，熱泵壓縮機通過電廠做過功的中壓蒸汽驅(qū)動小汽輪機驅(qū)動，小汽輪機排汽進入熱網(wǎng)加熱器加熱熱網(wǎng)水。另一方面，通過吸收式熱泵在熱網(wǎng)中和一次網(wǎng)及二次網(wǎng)的耦合，實現(xiàn)從電廠循環(huán)水外的低溫?zé)嵩刺崛崃康墓δ?。本發(fā)明充分利用凝汽式機組大量的冷源損失，通過電廠循環(huán)水熱泵和熱電聯(lián)產(chǎn)兩者的協(xié)同作用，克服熱電聯(lián)產(chǎn)和熱泵各自的缺陷，實現(xiàn)區(qū)域集中供暖。通過這些技術(shù)措施，提高了以汽輪機組電廠為中心的集中供熱系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。
文檔編號F01K17/02GK101839518SQ201010163688
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者于剛, 卞雙, 張光, 張永生, 邢長燕, 鞠翠玲 申請人:華北電力大學(xué)