一种热泵结合高背压供热的系统的制作方法

本发明涉及一种供热技术，尤其涉及一种热泵结合高背压供热的系统。

背景技术：

随着城市经济建设的迅速发展，人民生活水平的不断提高，城市冬季采暖热负荷的需求也在迅速增长。据统计，近几年城市每年集中供热需求量大于实际供热能力。因此，集中供热需求十分迫切。

目前部分城市供热热源仍为分散锅炉房和家用小煤炉、燃气壁挂炉等。这些小锅炉吨位小，布局散乱，热效率低，“大马拉小车”现象普遍，煤炭资源浪费严重。同时，小型锅炉的配套除尘设备普遍效率低，相当一部分没有正规的除尘器，尤其在采暖季，大气污染严重。随着旧城改造、新城扩建，各地区各自建设分散小锅炉房，重复建设和投资使得能源利用率低，资源不能合理利用、调配。

部分城市虽然已有集中供热，但是集中供热的原料燃煤需求巨大，如果能够回收利用工业余热对供热用水进行预热，则会大大降低原料需求用量，减少运营成本，节能减排。

热电厂锅炉产生的蒸汽驱动汽轮机组发电后，汽轮机排放的乏汽仍含有大量热量。一般情况下，汽轮机排出的乏汽直接排到空冷岛，乏汽中的少部分热量被热电厂循环冷却水利用，大部分热量则以蒸汽的形式散失到大气中，造成能源的巨大浪费。

高背压供热技术与热泵供热技术，都是为了回收汽轮机排汽冷凝热。

高背压供热技术是利用汽轮机组低压缸可以高背压运行的技术特点，排汽直接加热热网循环水，实现蒸汽热量的大部或全部利用，变蒸汽废热为供热热量，汽轮机的冷源损失大幅减少，大幅提高能源利用效率。但由于受供热期背压低、热网回水温度高等因素影响，热网循环水经过凝汽器时并不能有效带走排汽余热，为保障供热负荷，就需要提高汽轮机背压、降低热网循环水回水温度等，从而易造成汽轮机叶片的磨损加剧，需要的热网加热器抽汽量增加。

热泵供热技术是指在采暖季，以凝汽器冷却循环水为蒸发器热源，以蒸汽为驱动热源驱动压缩机做功，热网循环水通过热泵冷凝器吸收热量，从而加热到一定温度，然后再通过热网加热器，用机组抽汽做二级加热。单独通过热泵技术回收排汽余热，需要大量的抽汽作为驱动热源，易造成供热期发电量不足等结果。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有技术的不足，提供一种设计合理、节能高效的热泵与高背压联合供热系统。

本发明采用的方案是：

一种热泵结合高背压供热的系统，包括汽轮机、凝汽器、蒸发器、压缩机、冷凝器、节流装置、热网加热器、空冷岛以及阀门A、B、C、D，来自锅炉的高温高压蒸汽通过蒸汽管道与汽轮机相连，汽轮机的低压缸出口通过设置有阀门B的管道与凝汽器相连，凝汽器出口的凝结水经处理后送往锅炉回水；热网回水通过热网回水管送至蒸发器，蒸发器与凝汽器相连，凝汽器与冷凝器相连，冷凝器与热网加热器相连；汽轮机与空冷岛之间通过设置有阀门C的管道连接，空冷岛出口的凝结水经处理后送回锅炉回水；压缩机与汽轮机通过设置有阀门D的管道相连，压缩机与热网加热器相连；阀门A控制热网回水流股；汽轮机包含至少一台排汽压力范围在7~30kPa的汽轮机，在非供暖期，汽轮机低背压运行，背压范围为7-10kPa，在供暖期，汽轮机高背压运行，背压范围为15-30kPa，背压蒸汽温度为54~70℃。

所述来自锅炉的高温高压蒸汽经蒸汽管道送至汽轮机组带动汽轮机运转发电，汽轮机排汽经凝汽器或空冷岛冷却后变为饱和凝结水，饱和凝结水经处理后送往锅炉回水。

所述的汽轮机与凝汽器、空冷岛之间通过设置有阀门的管道进行切换连接。

所述的汽轮机乏汽在采暖期选用凝汽器由热网循环水与之进行换热，在非采暖期选用直接空冷岛冷却。

所述的热网回水（热网循环水）通过热网回水管送至热泵蒸发器，蒸发器与凝汽器相连，凝汽器与热泵冷凝器相连，冷凝器与热网加热器相连。

所述的供热过程为热网回水首先经过热泵蒸发器，被蒸发器吸收部分热量做功，降低回水温度，由蒸发器出来的热网回水送至汽轮机凝汽器进行第一次加热，吸收汽轮机乏汽热量后温度提高，后送回热泵冷凝器，经热泵冷凝器第二次加热后送至热网加热器进行第三次加热，最终经由一次管网、二次换热站、二次网送至热用户。

所述的热泵机组包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流装置。其原理为逆卡诺循环过程。

所述的热泵压缩机通过设置有阀门的管道与汽轮机高中压气缸相连，压缩机排汽与热网加热器相连。

所述的热泵压缩机选用汽轮机高中压抽汽蒸汽为驱动，压缩机排汽作为热网加热器热源对热网循环水进行加热。

所述的热网回水温度为50~60℃，热网供水温度为100~130℃。

所述的热网回水经由热泵蒸发器换热后温度降为35~45℃，经由凝汽器第一次加热后温度升至为50~60℃，经由热泵冷凝器第二次换热后温度升至为70~80℃。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1，热泵蒸发器吸收供热回水热量造成的能量损失经由背压凝汽器换热后得到弥补。本方法仅消耗汽轮机抽汽供热泵压缩机驱动热源使用，不消耗循环冷却水，该方法对热量进行了重新整合，原料消耗明显降低。

2，与目前市场上常用的高背压供热技术相比，在供暖期，通过降低进入凝汽器的回水温度，降低汽轮机排汽压力，排汽压力在15~30kPa，背压较低，从而减少汽轮机低压缸叶片的磨损，降低设备折旧损失，机组运行更加长久稳定。

3，在供暖期，高背压改造后部分抽汽供热改为乏汽供热，产生了一部分电量，同时，由于低压缸流量增加，低压缸效率增加较多，发电量增加。

4，热泵结合高背压技术可以减少相同发电量、供热量情况下的煤耗，从而减少燃煤烟气，整体上更加的环保节能高效，经济可行。

5，所述技术方案同时具有热泵技术及高背压技术的各自优点。

附图说明

图1是本发明的结果流程示意图。

其中包括汽轮机1、凝汽器2、蒸发器3、压缩机4、冷凝器5、节流装置6、热网加热器7、空冷岛8以及阀门A、B、C、D。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，该实施例包括汽轮机1、凝汽器2、蒸发器3、压缩机4、冷凝器5、节流装置6、热网加热器7、空冷岛8以及阀门A、B、C、D。

来自锅炉的高温高压蒸汽通过蒸汽管道与汽轮机1相连，汽轮机1的低压缸出口通过设置有阀门B的管道与凝汽器2相连，凝汽器2出口的凝结水经处理后送往锅炉回水；热网回水通过热网回水管送至蒸发器3，蒸发器3与凝汽器2相连，凝汽器2与冷凝器5相连，冷凝器5与热网加热器7相连；蒸发器3与压缩机4、冷凝器5、节流装置6相连成热泵循环机组；汽轮机1与空冷岛8之间通过设置有阀门C的管道连接，空冷岛8出口的凝结水经处理后送回锅炉回水；压缩机4与汽轮机1通过设置有阀门D的管道相连，压缩机4与热网加热器7相连；阀门A控制热网回水流股。

在采暖期，利用高背压结合热泵技术供热，具体操作步骤如下：

首先，建立凝汽器2的真空系统；其次，热网循环水进入凝汽器2，凝汽器2产生一定压力；再次，调整空冷岛8风机的转速，调整排汽装置的背压，让其同凝汽器2的背压接近且高于凝汽器的背压，打开阀门B，凝汽器开始进部分蒸汽；最后，根据循环水出水温度调整背压值及凝汽器进汽量，关闭阀门C，空冷岛8退出运行。由于热网循环水温度较高，利用乏汽加热会将主机背压提高，相对于机组正常背压7～10kPa是高背压。

同时，打开阀门D，热泵压缩机4由汽轮机1高中压抽汽蒸汽为驱动，压缩机4排汽作为热网加热器7热源对热网循环水进行加热。

热网循环水量为1000t/h，热网回水温度为52℃，经过蒸发器3后温度降为35℃，后送至凝汽器2进行第一次加热，换热后温度升为52℃，再经冷凝器5进行第二次加热，换热后温度升为77℃，最后经热网加热器7进行第三次加热，换热后温度升为100℃，最终经供热管网送至用户。

以热网循环水流量1000 t/h计，热网循环水、凝汽器、热泵机组、热网加热器之间的温度和热负荷平衡关系如表1所示。

表1 热负荷平衡表

本供热系统采暖期背压20kPa，背压较小，对汽轮机叶片磨损大大减少，发电量增加，煤耗降低；仅消耗汽轮机抽汽41t/h供热泵压缩机驱动热源使用，不消耗循环冷却水，利用热泵结合高背压技术回收汽轮机乏汽余热19767KW，可将1000t/h的热网回水由52℃加热至100℃供集中供热使用，总供热量55813KW，以50W/m²算，可供热111.6万m²。

以全年供热天数150天计算，年回收余热量25.618万GJ，余热收益435.5万元，设备投资成本1744.14万元，设备投资回收期4年。

在非采暖期，只开启阀门C，关闭阀门A、B、D，热网循环水退出运行，汽轮机组恢复正常运行。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。