专利名称：一种节能的热泵与热电联产耦合供热系统及耦合供热方法
技术领域：
本发明属于能源领域，特别涉及一种节能的热泵与热电联产耦合供热系统及耦合供热方法。
背景技术：
热泵机组能够消耗少量热量，提取低温热源的热量，从而获得比消耗的热量更多的供热热量，具有可观的经济性。热泵机组尤其是蒸汽驱动型热泵机组在热力发电厂中具有的优势很多，I.热泵机组的驱动蒸汽可利用热力发电厂中汽轮机的抽汽，获取便捷;
2.电厂凝汽设备具有大量的低温余热，可以作为热泵机组的优质低温热源；3.热力发电厂带有大量的热负荷，能够满足热泵机组的基础负荷要求。采用热泵机组进行供热，可以提取低温热源的热量进行供热，减少汽轮机的抽汽量，扩大供热面积，极大提高供热机组的经济性。但是热泵机组供热具有不可克服的缺陷，即可行的供水温度不高，难以满足供热季严寒期的供热要求，必须增加尖峰热网加热器才能保证严寒期的供热温度要求。但是尖峰加热器容量大，占地及投资相应较大，年利用率极低；同时这种热泵机组与尖峰加热器的供热方式，热泵机组采暖季中大部分时间低负荷运行，余热不能得到充分回收，供热系统热经济性很低，节能减排不彻底。传统的热电联产系统简单，供热温度调节范围大，全供热季均能够满足供热热水温度的要求。但是受到汽轮机最小排汽量的影响，抽汽量最大时仍然有大量的汽轮机排汽进入凝汽设备，浪费大量的余热，同时供热热负荷也不能扩大。热泵机组与热电联产耦合供热，能够发挥各自的特点，用热泵提取余热，扩大供热面积。同时热网供水流量和热负荷可在热泵机组和热电联产加热器间进行调配，即能实现供水流量和温度的调节要求，又能保证热泵带基础负荷，将供热的经济性最大化。可取消热泵尖峰加热器，减小占地面积，减少投资和运行维护工作量。可实现节能减排最大化。
发明内容
本发明的目的是提出一种节能的热泵与热电联产耦合供热系统及耦合供热方法。一种热泵与热电联产耦合供热系统，其特征在于，系统由汽轮机、汽轮机凝汽设备、汽轮机循环冷却设备、蒸汽吸收式热泵、耦合器、热网加热器、两个二级换热站以及相应的管路和附属设备组成；系统组成形式如下:锅炉I与汽轮机2通过管道相连接，汽轮机2 的排汽连接汽轮机凝汽设备3 ;汽轮机凝汽设备3的循环水出水通过管道连接循环水冷却设备4和蒸汽收吸式热泵机组9，循环冷却设备4和热泵机组9的循环水回水经由循环水泵14连接到汽轮机凝汽设备3 ;汽轮机2的抽汽通过管道分别连接蒸汽收吸式热泵机组9 和热网加热器5 ;第一二级换热站6的回水经过热网回水管道经由第一热网循环水泵12连接到热网加热器5，热网加热器5的出水经过管道连接到耦合系统8 ;第二二级换热站10的回水经过热网回水管道经由第二热网循环水泵13连接到热泵机组9，热泵机组9的供水出口经过管道连接到耦合系统8 ;耦合系统出水分为两路，分别连接到第一二级换热站6和第二二级换热站10 ;第一二级换热站6与第一热用户7通过管道相连，第二二级换热站10与第二热用户11通过管道相连；流量平衡阀门8-8连接在第一热网循环水泵12和第二热网循环水泵13的入口端，对耦合系统的回水流量进行流量平衡。所述耦合系统出水分为两路供水通道，第一路为加热器侧供水通道，由加热器侧入口阀门8-4、耦合器8-1和加热器侧出口阀门8-5连接成供水通道，并配有加热器侧旁路阀门8-2 ;第二路为热泵侧供水通道，由热泵侧入口阀门8-6、耦合器8-1和热泵侧出口阀门 8-7连接成供水通道，并配有热泵侧旁路阀门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、流体分配区8_1_5、流体混合区8-1-6、第一路出口接管8-1-2和第二路出口接管8-1-4组成。主要完成流体的分配和混合作用，并减少流动阻力、增加混合均匀性。入口接管至少有2路，出口接管至少有 I路。所述耦合系统为与热网加热器5连接的加热器侧入口阀门8-4和与热泵机组连接的热泵侧入口阀门8-6共同连接到耦合系统，并经由耦合系统连接各个二级换热站，热网回水管道再连接在第一热网循环水泵12和第二热网循环水泵13的入口端构成，入口端设
置流量平衡管道和阀门。一种热泵与热电联产耦合供热系统的耦合供热方法，其特征在于，所述热泵与热电联产耦合供热系统的耦合供热是指热泵系统供热和传统热电联产供热的热网供水首先进入耦合系统，在耦合系统中进行流量和温度的调整后，再送到热网进行供热；耦合供热方法的具体工作流程如下锅炉I的蒸汽进入汽轮机2做功；汽轮机2排汽进入凝汽设备3凝结为冷凝水，放出的热量加热循环冷却水，循环冷却水一部分进入热泵机组9作为低温热源，被热泵机组9提取热量后降低了温度，其余的循环冷却水进入冷却系统4进行降温，经过热泵机组9与冷却系统4降温后的循环水进行汇合，经过循环水泵14升压后送入凝汽设备3。汽轮机2的抽汽进入热网加热器5，放热凝结后形成的冷凝水回收，冷凝放出的热量加热由第一热网循环水泵12送来的热网循环水，加热后的热网循环水进入耦合系统8 ;汽轮机2的抽汽进入热泵机组9作为驱动蒸汽，放出热量后凝结为水进行回收，热泵输出的热量加热由第二热网循环水泵13送来的热网循环水，被热泵加热后的热网循环水进入耦合系统8 ;第一热网循环水泵12送入热网加热器5进行加热的水和第二热网循环水泵13送入热泵机组9进行加热的水进行耦合，耦合后流量和温度满足供热要求后，经由热网管道输送到各换热站；有两路热网管道，一路送到第一二级换热站6，另一路送到第二二级换热站 10 ;第一二级换热站6将热量传送到第一热用户7采暖，第二二级换热站10将热量传送到第二热用户11采暖。这种方法关键特征是加热器5和热泵机组9的供水同时进入耦合系统，两股流量在耦合系统中重新分配流量并调整温度后，再送到各个换热站，使得热网水流量和热负荷可以在首站加热器和热泵机组间进行调配，回水在耦合系统中设置的回水流量平衡管及其阀门8-8进行流量平衡；一方面保证了全采暖季热网供水流量和温度的正常， 另一方面能够在整个采暖季实现热泵机组带基础负荷，最大化提取余热，扩大供热能力，同时减少加热器蒸汽用量提高发电能力，实现最大化的经济性和节能减排。 所述耦合系统由与热网加热器5连接的加热器侧入口阀门8-4和与热泵机组连接的热泵侧入口阀门8-6共同连接到耦合系统，并经由耦合系统连接到各个二级换热站，热网回水管道再连接在第一热网循环水泵12和第二热网循环水泵13的入口端；回水平衡管对热网回水进行流量平衡，实现耦合系统对热网回水的混合与分配功能。本发明的有益效果是本发明有传统热电联产供热和热泵供热两种供热方式，通过两种供热方式的耦合，能够发挥两者的优势，补偿各自不足，实现整个采暖季供热热网水流量和热负荷在热电联产加热器和热泵机组之间的调配，能够使热泵机组带基础负荷，热电联产带尖峰负荷，最大化提取发电厂余热，满足供水流量和温度在全供热季内的调节要求，可取消热泵机组的尖峰加热器，节省占地面积，节省投资和运行维护工作量；实现能量的梯级利用，提高汽轮机组及其供热系统的热经济性，达到节能减排的效果。
图I是一种热泵与热电联产耦合供热系统结构形式示意图。图2是简化耦合系统的热泵与热电联产耦合供热系统结构形式示意图。图3是耦合器结构示意图。
具体实施例方式本发明提出一种节能的热泵与热电联产耦合供热系统及耦合供热方法。下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。实施例I图I是一种热泵与热电联产耦合供热系统结构形式示意图，该系统采用双热网供热的实现形式，包括汽轮机、汽轮机凝汽设备、汽轮机循环冷却设备、蒸汽吸收式热泵、热网加热器、二级换热站以及相应的管路和附属设备组成。锅炉I与汽轮机2通过管道相连接，汽轮机2的排汽连接汽轮机凝汽设备3 ;汽轮机凝汽设备3的循环水出水通过管道连接循环水冷却设备4和蒸汽收吸式热泵机组9，循环冷却设备4和热泵机组9的循环水回水经由循环水泵14连接到汽轮机凝汽设备3 ;汽轮机 2的抽汽通过管道分别连接蒸汽收吸式热泵机组9和热网加热器5 ;第一二级换热站6的回水经过热网回水管道经由第一热网循环水泵12连接到热网加热器5，热网加热器5的出水经过管道连接到耦合系统8 ;第二二级换热站10的回水经过热网回水管道经由第二热网循环水泵13连接到热泵机组9，热泵机组9的供水出口经过管道连接到耦合系统8 ;耦合系统出水分为两路，分别连接到第一二级换热站6和第二二级换热站10 ;第一二级换热站6与第一热用户7通过管道相连，第二二级换热站10与第二热用户11通过管道相连；流量平衡阀门8-8连接在第一热网循环水泵12和第二热网循环水泵13的入口端，对耦合系统的回水流量进行流量平衡。所述耦合系统出水分为两路供水通道，第一路为加热器侧供水通道，由加热器侧入口阀门8-4、耦合器8-1和加热器侧出口阀门8-5连接成供水通道，并配有加热器侧旁路阀门8-2 ;第二路为热泵侧供水通道，由热泵侧入口阀门8-6、耦合器8-1和热泵侧出口阀门 8-7连接成供水通道，并配有热泵侧旁路阀门8-3。图3是耦合器结构示意图，图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流体分配区8-1-5流体混合区8-1-6第一路出口接管8_1_2第二路出口接管8_1_4 组成。主要完成流体的分配和混合作用，并减少流动阻力、增加混合均匀性。入口接管可以有2路以上，出口接管可有I路及以上。
实施例2图2所示是简化耦合系统的热泵与热电联产耦合供热系统结构形式示意图。该系统采用单热网供热的实现形式，包括汽轮机、汽轮机凝汽设备、汽轮机循环冷却设备、蒸汽吸收式热泵、热网加热器、换热站以及相应的管路和附属设备组成。图中，耦合系统的结构为与热网加热器5连接的加热器侧入口阀门8-4和与热泵机组连接的热泵侧入口阀门8-6 共同连接到耦合系统，并经过耦合系统连接各个二级换热站，热网回水管道再连接在第一热网循环水泵12和第二热网循环水泵13的入口端；其余部分与图I相同。由热网循环水泵12送来的热网循环水，加热后的热网循环水进入耦合系统8 ;汽轮机2的抽汽进入热泵机组9作为驱动蒸汽，放出热量后凝结为水进行回收，热泵输出的热量加热由热网循环水泵12送来的热网循环水，被热泵加热后的热网循环水进入耦合系统 8 ;耦合系统将首站加热器供水和热泵供水进行耦合，耦合后流量和温度满足供热要求后， 经由热网管道送到第一二级级换热站6，第一二级换热站6将热量传送到第一热用户7采暖。当加热器侧入口阀门8-4和热泵侧入口阀门8-6同时打开时，热泵和热电联产供热可实现耦合供热；当加热器侧入口阀门8-4打开，并且热泵侧入口阀门8-6关闭时，热电联产单独供热；当加热器侧入口阀门8-4关闭，并且热泵侧入口阀门8-6打开时，热泵机组单独供热。单一热网回水可略去回水平衡管道及其阀门。
权利要求
1.一种热泵与热电联产耦合供热系统，其特征在于，系统由汽轮机、汽轮机凝汽设备、 汽轮机循环冷却设备、蒸汽吸收式热泵、耦合器、热网加热器及换热站通过相应的管路连接组成；具体组成结构如下锅炉(I)与汽轮机(2)通过管道相连接，汽轮机(2)的排汽连接汽轮机凝汽设备(3);汽轮机凝汽设备(3)的循环水出水通过管道连接循环水冷却设备(4) 和蒸汽收吸式热泵机组(9)，循环冷却设备(4)和热泵机组(9)的循环水回水经由循环水泵(14)连接到汽轮机凝汽设备(3);汽轮机(2)的抽汽通过管道分别连接蒸汽收吸式热泵机组(9)和热网加热器(5);第一二级换热站￠)的回水经过热网回水管道经由第一热网循环水泵(12)连接到热网加热器(5)，热网加热器(5)的出水经过管道连接到耦合系统(8);第二二级换热站(10)的回水经过热网回水管道经由第二热网循环水泵(13)连接到热泵机组(9)，热泵机组(9)的供水出口经过管道连接到耦合系统(8);耦合系统出水分为两路，分别连接到二级换热站(6)和第二二级换热站(10);第一二级换热站(6)与第一热用户(7)通过管道相连，第二二级换热站(10)与第二热用户(11)通过管道相连；流量平衡阀门(8-8)连接在第一热网循环水泵(12)和第二热网循环水泵(13)的入口端，对耦合系统的回水流量进行流量平衡，实现节能减排。
2.根据权利要求I所述热泵与热电联产耦合供热系统，其特征在于，所述耦合系统由两路供水通道组成，第一路为加热器侧供水通道，由加热器侧入口阀门(8-4)、耦合器 (8-1)和加热器侧出口阀门(8-5)连接成供水通道，并配有加热器侧旁路阀门(8-2);第二路为热泵侧供水通道，由热泵侧入口阀门(8-6)、耦合器(8-1)和热泵侧出口阀门(8-7)连接成供水通道，并配有热泵侧旁路阀门(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)、流体分配区(8-1-5)、流体混合区(8-1-6)、第一路出口接管(8-1-2)和第二路出口接管(8-1-4)组成；主要完成流体的分配和混合作用，并减少流动阻力、增加混合均匀性，入口接管至少有2路，出口接管至少I路。
3.根据权利要求I所述热泵与热电联产耦合供热系统，其特征在于，所述耦合系统由与热网加热器(5)连接的加热器侧入口阀门(8-4)和与热泵机组连接的热泵侧入口阀门 (8-6)共同连接到耦合系统，并经由耦合系统连接到各个换热站，热网回水管道再连接到第一热网循环水泵(12)和第二热网循环水泵(13)的入口端；热网回水通过回水平衡管平衡流量，实现耦合系统对热网回水的混合与分配功能。
4.一种热泵与热电联产耦合供热系统的耦合供热方法，其特征在于，所述热泵与热电联产耦合供热系统的耦合供热是指热泵系统供热和传统热电联产供热的热网供水首先进入耦合系统，在耦合系统中进行流量和温度的调整后，再送到热网进行供热；耦合供热方法的具体工作流程如下锅炉(I)的蒸汽进入汽轮机(2)做功；汽轮机(2)排汽进入凝汽设备(3)凝结为冷凝水，放出的热量加热循环冷却水，循环冷却水一部分进入热泵机组(9)作为低温热源，被热泵机组(9)提取热量后降低了温度，其余的循环冷却水进入冷却系统(4)进行降温，经过热泵机组(9)与冷却系统(4)降温后的循环水进行汇合，经过循环水泵(14) 升压后送入凝汽设备(3)，汽轮机(2)的抽汽进入热网加热器(5)，放热凝结后形成的冷凝水回收，冷凝放出的热量加热由第一热网循环水泵(12)送来的热网循环水，加热后的热网循环水进入耦合系统(8);汽轮机(2)的抽汽进入热泵机组(9)作为驱动蒸汽，放出热量后凝结为水进行回收，热泵输出的热量加热由第二热网循环水泵(13)送来的热网循环水，被热泵加热后的热网循环水进入耦合系统(8);第一热网循环水泵(12)送入热网加热器(5) 进行加热的水和第二热网循环水泵(13)送入热泵机组(9)进行加热的水进行耦合，耦合后流量和温度满足供热要求后，经由热网管道输送到各换热站；有两路热网管道，一路送到第一二级换热站￠)，另一路送到另外的第二二级换热站(10);第一二级换热站(6)将热量传送到第一热用户(7)采暖，第二二级换热站(10)将热量传送到第二热用户(11)采暖; 这种方法关键特征是加热器(5)和热泵机组(9)的供水同时进入耦合系统，两股流量在耦合系统中重新分配流量并调整温度后，再送到各个换热站，使得热网水流量和热负荷可以在首站加热器和热泵机组间进行调配，回水在耦合系统中设置的回水流量平衡管及其阀门 (8-8)进行流量平衡；一方面保证了全采暖季热网供水流量和温度的正常，另一方面能够在整个采暖季实现热泵机组带基础负荷，最大化提取余热，扩大供热能力，同时减少加热器蒸汽用量提高发电能力，实现节能减排。
5.一种热泵与热电联产耦合供热系统的耦合供热方法，其特征在于，其热网加热器(5)的热网供水从加热器侧入口阀门(8-4)和热泵机组的热网供水从热泵侧入口阀门 (8-6)同时进入耦合系统(8)，出水通过热网管道输送到各个换热站，热网回水通过回水平衡管进行流量平衡；耦合系统内设置耦合器(8-1)，以提高性能，或仅由管道阀门组成，耦合系统具有对热网回水水流的混合与分配功能，一方面保证了全采暖季热网供水流量和温度的正常，另一方面能够在整个采暖季实现热泵机组带基础负荷，最大化提取余热，扩大供热能力，同时减少加热器蒸汽用量提高发电能力，实现节能减排。
全文摘要
本发明公开了属于能源领域的一种节能的热泵与热电联产耦合供热系统及耦合供热方法。该系统由汽轮机、汽轮机凝汽设备、汽轮机循环冷却设备、蒸汽吸收式热泵、热网加热器、耦合器、换热站以及相应的管路和附属设备组成。该系统利用热泵和热电联产热网加热器加热热网循环水，热泵以电厂循环冷却水作为低温热源，利用汽轮机抽汽为驱动热源，将循环冷却水的热量提取出来，用以加热热网循环水；热泵出水和热网加热器出水经由耦合器进行水量和温度的分配和调整，实现全供热季供热温度和流量的合格。该方法取消尖峰加热器，减少占地和投资；能够保证热泵带基础热负荷，最大化提取余热量，增大供热能力，最大化热泵的经济性，达到节能减排的目的。
文档编号F24D3/18GK102589035SQ201210067390
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者于刚, 卞双, 张光, 张永生, 邢长燕, 靳涛, 鞠翠玲 申请人:华北电力大学