一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统及方法与流程

本发明涉及到热电厂余热利用技术领域，尤其涉及到一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统及方法。

背景技术：

热电厂余热利用技术已得到了广泛的利用，通过回收利用热电厂余热，可有效地降低电力企业生产能耗，提高电厂能源综合利用水平。

热泵技术因其具有高效节能环保的特性，已经引起国家和地方政府的高度重视。随着热泵技术的日趋成熟和快速发展，其较多应用于我国北方地区，热电厂排出大量的蒸汽，蒸汽驱动水源热泵机组回收热电厂余热，将回收的余热用于供暖。但是，在我国南方地区，由于因气候条件影响，南方地区供热需求少、供冷需求大，但是由于南方地区热电厂大多没有富裕的蒸汽提供驱动热泵机组，因此，热泵技术未能在南方区域得到有效利用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明涉及一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统及方法，解决了现有技术中热泵技术在南方区域利用率低、回收的余热不能用于制冷的问题。

(二)发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于电驱动热泵机组的余热利用系统及方法，具体技术方案如下：

一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统，包括控制中心和与控制中心通讯连接的电厂循环水系统、电驱动水源热泵机组和终端换热装置；

电厂循环水系统和电驱动水源热泵机组通过管路首尾连接，以构成第一循环回路；

终端换热装置与电驱动水源热泵机组通过管路首尾连接，以构成第二循环回路；

电驱动水源热泵机组包括第一换热装置和第二换热装置，第一换热装置和第二换热装置通过切换装置切换，切换装置与控制中心通讯连接；其中，

切换装置通过控制中心的控制可选择地将第一换热装置连入第二循环回路并且将第二换热装置连入第一循环回路，或者将第二换热装置连入第二循环回路并且将第一换热装置连入第一循环回路。

进一步，切换装置包括第一桥式管路和第二桥式管路；

第一桥式管路连接在电驱动水源热泵机组的第一端，第二桥式管路连接在电驱动水源热泵机组的第二端；

第一端为余热水的供水端，第二端为余热水的回水端。

进一步，第一桥式管路的两端分别连接有余热水供水管和终端换热装置进水管；

第一桥式管路通过余热水供水管与电厂循环水系统连接，通过终端换热装置进水管与终端换热装置连接；

第二桥式管路两端分别连接有余热水回水管和终端换热装置回水管；

第二桥式管路通过余热水回水管与电厂循环水系统连接，通过终端换热装置回水管与终端换热装置连接。

进一步，第一桥式管路包括并联的第一管路和第二管路，第二桥式管路包括并联的第三管路和第四管路；

第一管路、第二管路、第三管路和第四管路的两端分别设置有电动闸阀，电动闸阀与控制中心通讯连接；

第一换热装置的两端分别与第一管路和第三管路连通，第二换热装置的两端分别与第二管路和第四管路连通。

进一步，电厂循环水系统包括机组和冷却塔，冷却塔、循环水进水管、机组和循环水回水管依次首尾连接；

余热水供水管与循环水进水管连通；

余热水回水管包括第一余热水回水管和第二余热水回水管，第一余热水回水管与循环水回水管连通，第二余热水回水管与冷却塔连通。

进一步，余热水供水管与循环水进水管的连接侧、第一余热水回水管和循环水回水管的连接侧、第二余热水回水管和冷却塔的连接侧分别设置有电动蝶阀；

电动蝶阀与控制中心通讯连接。

进一步，终端换热装置回水管上设置有第一自动反冲洗过滤器，第一自动反冲洗过滤器和终端换热装置间还依次设置有第一温度传感器和流量传感器；

余热水供水管上设置有第二自动反冲洗过滤器，余热水供水管和电动蝶阀间设置有第二温度传感器；

第一自动反冲洗过滤器、第二自动反冲洗过滤器、第一温度传感器、第二温度传感器和电动蝶阀均与控制中心通讯连接。

进一步，还包括一次泵和二次泵；

一次泵设置在终端换热装置回水管上，二次泵设置在终端换热装置进水管上；

第一自动反冲洗过滤器和一次泵间还设置有定压装置；

定压装置与控制中心通讯连接。

进一步，电驱动水源热泵机组为整体式装置，还包括压缩机；第一换热装置为冷凝器，第二换热装置为蒸发器。

本发明中，基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统进行的余热利用方法：

供热期：

切换装置通过控制中心的控制将第一换热装置连入第二循环回路并且将第二换热装置连入第一循环回路；

余热水由电厂循环水系统输送给第二换热装置，经第二换热装置降温后回流至电厂循环水系统；

终端换热装置循环水通过一次泵由终端换热装置输送给第一换热装置，经第一换热装置升温后由二次泵泵入终端换热装置；

制冷期：

切换装置通过控制中心的控制将第二换热装置连入第二循环回路并且将第一换热装置连入第一循环回路；

余热水由电厂循环水系统输送给第一换热装置，经第一换热装置(29)升温后回流至电厂循环水系统；

终端换热装置循环水通过一次泵由终端换热装置泵入第二换热装置，经第二换热装置降温后由二次泵泵入终端换热装置。

(三)有益效果

采用本发明一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统及方法，有效的解决了现有技术的不足。

本发明中，水源热泵机组选用的是电驱动水源热泵机组，电力驱动代替蒸汽驱动，可广泛适用于我国南方地区。电驱动水源热泵机组和热电厂循环水系统通过管路连通构成第一循环回路，终端换热装置与电驱动水源热泵机组通过管路连通构成第二循环回路。电驱动水源热泵机组包括第一换热装置和第二换热装置，控制中心通过控制切换装置实现第一换热装置和第二换热装置的自动切换。供暖期时，通过切换装置将第二换热装置自动切入第一循环回路，将第一换热装置自动切入第二循环回路，第二循环回路中的低温回水吸收第一循环回路中的余热水的热量，升温后回流至终端换热装置实现供暖。制冷期时，通过切换装置将第一换热装置自动切入第一循环回路，将第二换热装置自动切入第二循环回路，第一循环回路中的余热水吸收第二循环回路中高温回水的热量，将降温后的终端换热装置循环水泵入终端换热装置，进而实现制冷的目的。兼具制冷和制热效果，且实现了自动控制，应用范围更广。

本发明中，切换装置选用的桥式回路，桥式回路为并联的管路，在管路的两端设置电动闸阀，通过控制中心控制电动闸阀启动或关闭，以使与管路连通的第以换热装置或第二换热装置加入第一循环回路或第二循环回路，进而实现制冷期和供暖期的切换，以实现通过电驱动水源热泵机组实现供暖期供暖，制冷期制冷的目的。且切换装置结构简单，便于控制。

本发明中，在余热水的供水管和终端换热装置的回水管上分别设置自动反冲洗过滤器，用于过滤水中的杂质，防止杂质阻塞管路。

本发明中，在终端换热装置的回水管上设置定压装置，当压力小于设定值时，通过定压装置向终端换热装置的回水管补充水，以使压力达到设定值。当压力大于设定值时，通过定压装置泄压，以使压力达到设定值，以使整个换热系统的压力恒定不变，防止设备突然启停造成系统压力不稳定。

附图说明

图1：具体实施方式中基于电驱动水源热泵机组余热利用系统的示意图；

【附图标记说明】

a、第一桥式管路；b、第二桥式管路；1、电驱动水源热泵机组；2、一次泵；3、二次泵；4、定压装置；5、终端换热装置；6、余热水供水管；7、第一余热水回水管；8、第二余热水回水管；9、冷却塔；10、循环水进水管；11、循环水回水管；12、终端换热装置回水管；13、终端换热装置进水管；14/15/16/17/18/19/20/21、电动闸阀；22/23/24、电动蝶阀；25、第一自动反冲洗过滤器；26、第一温度传感器；27、流量传感器；28、机组；29、第一换热装置；30、第二换热装置；31、第一管路；32、第二管路；33、第三管路；34、第四管路；35、控制中心；36、循环水泵；37、第二自动反冲洗过滤器；38、第二温度传感器；39、集水器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参见图1，本实施例提供一种基于电驱动水源热泵机组的余热利用系统，包括控制中心35和与控制中心35通讯连接的电厂循环水系统、电驱动水源热泵机组1和终端换热装置5。

具体地，电厂循环水系统、余热水供水管6、电驱动水源热泵机组1和余热水回水管7依次首尾连接，以构成第一循环回路。终端换热装置5、终端换热装置回水管12、电驱动水源热泵机组1和终端换热装置进水管13依次首尾连接，以构成第二循环回路。其中，电驱动水源热泵机组1包括第一换热装置29和第二换热装置30，第一换热装置29和第二换热装置30通过切换装置切换，控制中心35控制切换装置动作，以使第一换热装置29和第二换热装置30切入不同的循环回路。在供暖期时，控制中心35控制切换装置将第一换热装置29连入第二循环回路、将第二换热装置30连入第一循环回路。电厂的余热水由电厂循环水系统输送给第二换热装置30，经第二换热装置30降温后回流至电厂循环水系统，释放出的热量传给第一换热装置29。终端换热装置5循环水通过一次泵2从终端换热装置5泵入第一换热装置29，终端换热装置5循环水吸收第一换热装置29的热量后升温，并由二次泵3泵入终端换热装置5，终端换热装置5设置在厂区或居民区，终端换热装置5中的高温循环水与厂区和居民区的室内空气进行热交换，进而实现了为厂区或居民区供暖。在制冷期时，控制中心35控制切换装置将第二换热装置30连入第二循环回路、将第一换热装置29连入第一循环回路。对应地，终端换热装置5的高温循环水通过一次泵2从终端换热装置5泵入第二换热装置30，经第二换热装置30降温后通过二次泵3泵入终端换热装置5，终端换热装置5中的低温循环水与厂区或居民区的室内空气进行热交换，吸收空气中的热量，进而起到降温的作用，实现了为厂区或居民区制冷的目的。本实施例中，选用电驱动水源热泵机组1，电力驱动代替蒸汽驱动，可广泛适用于我国南方地区，解决了南方地区热电厂的余热得不到有效利用的问题。电驱动水源热泵机组1通过切换装置实现制热模式和制冷模式的切换，在夏季实现制冷，在冬季实现供暖，以适应不同季节的需求。且控制中心35控制切换装置动作，实现了自动控制，自动化程度高，适用范围更广。

进一步，本实施例中的切换装置包括第一桥式管路a和第二桥式管路b。第一桥式管路a连接在电驱动水源热泵机组1的第一端，第二桥式管路b连接在电驱动水源热泵机组1的第二端。其中第一端为电驱动水源热泵机组1的余热水供水端，第二端为电驱动水源热泵机组2的余热水回水端。第一桥式管路b的一端通过余热水供水管6与电厂循环水系统连通，另一端通过终端换热装置进水管13与终端换热装置5连通。第二桥式管路b的一端通过余热水回水管与电厂循环水系统连通，另一端通过终端换热装置回水管12与终端换热装置5连通。

具体地，第一桥式管路a包括并联的第一管路31和第二管路32，第二桥式管路b包括并联的第三管路33和第四管路34。第一管路31的两端分别设置有控制阀14和控制阀15，第二管路32的两端分别设置有控制阀16和控制阀17，第三管路33的两端分别设置有控制阀18和控制阀19，第四管路34的两端分别设置有控制阀20和控制阀21。所有的控制阀与控制中心35通讯连接。第二换热装置30的两端分别与第一管路31和第三管路33连通，第一换热装置29的两端分别与第二管路32和第四管路34连通。本实施例中的控制阀优选电动闸阀，由控制中心35控制电动闸阀的开启和关闭，以使第一换热装置29和第二换热装置30连入不同的循环回路。切换装置结构简单，且便于控制。

本实施例中的电厂循环水系统包括机组28和冷却塔9，冷却塔9、循环水进水管10、机组28和循环水回水管11依次首尾连接构成循环水回路，对机组28进行冷却。其中，余热水供水管6与循环水进水管10连通，循环水进水管10上设置有循环水泵36，循环水通过循环水泵36泵入余热水供水管6。余热水回水管包括第一余热水回水管7和第二余热水回水管8，第一余热水回水管7与循环水回水管11连通，第二余热水回水管8与冷却塔9连通。余热水供水管6与循环水进水管10的连接侧设置有电动蝶阀22，第一余热水回水管7与循环水回水管11的连接侧设置有电动蝶阀23，第二余热水回水管8与冷却水塔的连接侧设置有电动蝶阀24。所有电动蝶阀与控制中心35通讯连接，由控制中心35控制电动蝶阀的开启和关闭。当循环水泵扬程足够时，控制中心35控制电动蝶阀23开启，控制电动蝶阀24关闭，余热水回水管中的余热水回流至循环水回水管11。当循环水泵扬程不足时，控制中心35控制电动蝶阀23关闭，控制电动蝶阀24开启，余热水回水管中的余热水回流至冷却水塔集水池。

进一步，终端换热装置回水管12上设置有第一自动反冲洗过滤器25，第一自动反冲洗过滤器25和终端换热装置5间还依次设置有第一温度传感器26和流量传感器27。余热水供水管6设置有第二自动反冲洗过滤器37，余热水供水管6和电动蝶阀间设置有第二温度传感器38。第一自动反冲洗过滤器25、第二自动反冲洗过滤器37、第一温度传感器26、第二温度传感器38和电动蝶阀与控制中心35通讯连接。第二自动反冲洗过滤器37用于过滤余热水供水管6中的杂质，第一自动反冲洗过滤器25用于过滤终端换热装置回水管12中的杂质，防止杂质堵塞余热水供水管6和终端换热装置回水管12，便于后期维护。

进一步，本实施例中的第一自动反冲洗过滤器25和一次泵2间还设置有定压装置4，定压装置4与控制中心35通讯连接。定压装置4用于设定余热利用系统的压力，具体压力值则根据厂区和生活区的具体情况进行设定。由于换热系统的水温度变化引起体积膨胀及收缩、设备突然启停等导致系统压力不恒定，影响使用效果。定压装置4具有排气功能和补水功能，当压力大于设定值时，管路中气体经排气阀排出，终端换热装置5回水管中水排入罐体内进行减压，使终端换热装置5中压力为设定值。当压力小于设定值时，由定压泵从自动管体内抽水补充，使压力达到设定。进而使终端换热装置5中的压力恒定。

本实施例中的电驱动水源热泵机组1是以水为热源或冷源的可进行制冷和制热的设备，集第一换热装置29、压缩机和第二换热装置30为一体的一体式设备，第一换热装置29为冷凝器，第二换热装置30为蒸发器，兼具制冷和制热功能。具体工作原理为：

在制冷模式时，高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器，向水中排放热量而冷却成高压液体，并使水温升高。到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，同时吸收空气的(水)的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。

在供热模式时，高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体，到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。供热环境需要的热水在冷凝器中获得。

本实施例中的终端换热装置5为铺设在厂区办公楼或居民区居民楼室内的管路，管路盘曲铺设在室内地面或墙面，管路中的水与室内空气进行热交换，进而实现供暖和制冷的目的。对应地，管路的终端设置有集水器39，集水器39中的水通过一次泵2泵入电驱动水源热泵机组1。

采用本实施例所述的基于电驱动热泵机组的余热利用系统的制暖和制冷的具体工作工程为：

夏季制冷工况时，当原循环水泵36扬程足够时，通过控制中心35打开电动闸阀15、16、19、20及电动蝶阀22、23，关闭电动闸阀14、17、18、21及电动蝶阀24，终端换热装置5中的循环水汇集到集水器39，再由一次泵22加压进入到电驱动水源热泵机组1，终端换热装置5循环水经过电驱动热泵机组1换热降温后再由二次泵33泵入到终端换热装置5，从而达到提供冷源制冷效果。此时，余热水供水来自于主机循环水进水管10，余热水经过电驱动热泵机组1吸热升温后，通过第一余热水回水管7进入到主机循环水回水管11。当循环水泵36扬程不足时，关闭电动蝶阀23，打开电动蝶阀24，余热水通过第二余热水回水管8直接进入到冷却塔9的下端集水池。

冬季制热工况时，通过控制中心35打开电动闸阀14、17、18、21及电动蝶阀22、24，关闭电动闸阀15、16、19、20及电动蝶阀23。集水器37中终端换热装置5循环水由一次泵22加压进入到电驱动水源热泵机组1，终端换热装置5循环水经过电驱动热泵机组1吸热升温后再由二次泵33泵入到终端换热装置5，从而达到提供热源制热效果。此时，余热水供水来自于主机循环水进水管10，余热水经过电驱动水源热泵机组1换热降温后，通过余热水回水管7直接进入到冷却塔9下端集水池。

采用本实施例所述的电驱动水源热泵机组余热利用系统，夏季可提供12℃/7℃冷源，冬季提供48℃/53℃热源。夏季运行工况，电驱动水源热泵机组1余热水入口温度为33℃，取自电厂循环水系统，当循环水泵36扬程足够时，余热水通过第一余热水回水管7接至循环水回水管11，回水温度约38℃。当循环水泵36扬程不足时，余热水经余热水回水管8回流至冷却塔9的下端集水池。冬季运行工况，电驱水源动热泵机组1的余热水入口温度22℃，经电驱动水源热泵机组1降温后回流至冷却塔9下集水池，回水温度约12℃。电驱动水源热泵机组1利用大量低品位能源，通过较小代价提升其能源品位，满足人们生活生产的需求。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都涵盖在本发明的保护范围内。