一种耦合大温差热泵的低真空供热系统及运行方法与流程

本发明涉及一种耦合大温差热泵的低真空供热系统及运行方法，属于热电联产节能技术领域。

背景技术：

随着国内对雾霾治理的不断深入，发展集中供热，关停供热小锅炉越来越成为政府和民间的共识。发展城市集中供热就需要有稳定的热源，因此对现有纯凝机组或供热机组进行供热改造或供热能力提升，挖掘和释放供热潜力，就成了一个行之有效的方法。热电厂汽轮机排入低压缸的蒸汽做功后，进入凝汽器形成冷凝热，冷凝热通常占其一次能源总输入热的30%以上，该部分热量一般通过凉水塔或空冷岛直接排入大气，形成巨大的冷端损失。这部分热量的特点是集中但是品位较低，长期以来难以找到好的直接利用方法。另外，随着国家经济社会发展、城镇化进程的加快和人民生活水平的改善，居民供热越来越受到重视，2016年全国城市集中供热面积已达到73.9亿平方米；为满足居民的供热需求，如何在现有供热管网的基础上，提升管网的输送能力，则是迫在眉睫。

当前，提升管网输送能力有效的技术手段是大温差供热技术，已有的技术措施主要为以下两种：一是申请号为201110195467.2的专利“一种利用热泵技术提高集中供热管网供热能力的供热系统”，其系统的主要特点是（1）在靠近热源的换热站设置吸收式热泵机组，利用一次网供水驱动热泵回水一次网回水的余热来加热靠近热源的二次网水，为靠近热源的热用户供热；（2）在驱动热泵之后得到降温的一次网水，再输送至常规换热站来加热离热源较远的二次网水，为离热源较远的热用户供热；（3）通过二次网水与一次网回水先进行换热，使得一次网回水温度降低，降温后的一次网回水再作为低温热源进入吸收式热泵，一次网回水的温度得到进一步降低，从而实现对一次网回水的余热进行充分回收，实现大温差供热。二是申请号为200810101065.x的专利“一种大温差集中供热系统”，其系统的主要特点是（1）在热源侧，利用蒸汽型吸收式热泵回收热电厂的低温循环水余热，减少热电厂的冷端损失；（2）在二次网侧，热水吸收式热泵与水水换热器为串联连接，且二次网供水温度无法通过改变进入热水吸收式热泵或水水换热器的二次网水流量来进行调节。

以上两种技术措施存在的不足是：（1）在靠近热源处设置吸收式热泵机组，实现大温差供热，而在离热源较远的换热站，就无法有效采用大温差供热；（2）利用蒸汽吸收式热泵回收热电厂循环水余热的方式，投资较大，远高于直接低真空供热的方式，（3）在二次网侧，热水吸收式热泵与水水换热器为串联连接，二次网供水温度无法通过调节流量来进行调节。本发明主要针对以上三点技术不足而进行创新，发明创造了一种耦合大温差热泵的低真空供热系统及运行方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠，实现耦合大温差热泵的低真空供热系统及运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种耦合大温差热泵的低真空供热系统，其特征在于：包括汽轮机、凝汽器、冷却塔、热网换热器、疏水换热器和二次换热站；所述二次换热站包括大温差热泵和水水换热器；所述汽轮机的排汽口与凝汽器连接，所述凝汽器通过循环供水管和循环回水管与冷却塔连接，且在循环供水管和循环回水管上分别安装有第二阀门和第三阀门，所述热网换热器的蒸汽进口通过采暖抽汽管与汽轮机的采暖抽汽口连接，且在采暖抽汽管上安装有第一阀门，所述热网换热器的疏水出口通过第一疏水管与疏水换热器的疏水进口连接，所述疏水换热器的疏水出口与第二疏水管连接；一次网回水管的一端与水水换热器的一次网水出口连接，所述一次网回水管的另一端与第三阀门的循环水出口连接，且在一次网回水管上沿着水流动方向依次安装有大温差热泵和疏水换热器；一次网供水管的一端与水水换热器的一次网水进口连接，所述一次网供水管的另一端与第二阀门的循环水进口连接，且在一次网供水管上沿着水流动方向依次安装有热网换热器和大温差热泵；所述二次网回水管通过二次网回水a支管和二次网回水b支管分别与水水换热器和大温差热泵连接，且在二次网回水a支管和二次网回水b支管上分别安装有第十七阀门和第十八阀门，所述水水换热器的二次网水出口通过二次网供水a支管和二次网供水b支管分别与第十八阀门的热网水出口和二次网供水管连接，且在二次网供水a支管和二次网供水b支管上分别安装有第十六阀门和第十九阀门，所述二次网供水管的二次网水进口与大温差热泵连接。

进一步而言，所述疏水换热器的一次网回水侧设置有第一回水旁路，且在疏水换热器的一次网回水进口、一次网回水出口和第一回水旁路上分别安装有第八阀门、第七阀门和第九阀门；疏水换热器的疏水侧设置有第一疏水旁路，且在疏水换热器的疏水进口和第一疏水旁路上分别安装有第二十二阀门和第二十一阀门。

进一步而言，所述第七阀门的一次网回水进口通过第三供水旁路与第二阀门的循环水进口连接，且在第三供水旁路上安装有第二十阀门。

进一步而言，所述大温差热泵的一次网回水侧设置有第二回水旁路，且在大温差热泵的一次网回水进口、一次网回水出口和第二回水旁路上分别安装有第十四阀门、第十三阀门和第十五阀门。

进一步而言，所述热网换热器的一次网供水侧设置有第一供水旁路，且在热网换热器的一次网供水进口、一次网供水出口和第一供水旁路上分别安装有第四阀门、第五阀门和第六阀门。

进一步而言，所述大温差热泵的一次网供水侧设置有第二供水旁路，且在大温差热泵的一次网供水进口、一次网供水出口和第二供水旁路上分别安装有第十阀门、第十一阀门和第十二阀门。

进一步而言，所述大温差热泵利用一次网供水作为驱动热源，以一次网回水为低温热源，回收一次网回水的余热，来加热二次网水，实现大温差供热。

进一步而言，所述热网换热器的热网疏水经过疏水换热器二次换热后，温度得到进一步降低，二次换热降温后的热网疏水通过第二疏水管输送至汽轮机的低压回热系统。

上述的耦合大温差热泵的低真空供热系统的运行方法如下：

在非采暖季时，只开启第二阀门和第三阀门，汽轮机处于纯凝工况运行，循环水在凝汽器内加热后输送至冷却塔进行冷却，冷却后的循环水再返回至凝汽器被加热；

在采暖季初期和末期时，只开启第六阀门、第九阀门、第十二阀门、第十五阀门、第十七阀门和第十九阀门，汽轮机处于背压工况运行；一次网水在凝汽器内被加热后输送至二次换热站的水水换热器，对二次网水进行加热，然后加热后的二次网水输送至热用户进行供热；

在采暖季高寒期时，只开启第一阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门、第十阀门、第十一阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十六阀门、第十七阀门和第二十二阀门，疏水换热器、凝汽器和热网换热器为串联连接，汽轮机处于背压工况运行，大温差热泵投入运行，大温差热泵和水水换热器为串联连接，一次网回水在疏水换热器进行初级加热，再进入凝汽器进行二次加热，之后进入热网换热器进行三次加热，最后通过一次网供水管输送至二次换热站；一次网供水首先作为大温差热泵的驱动热源进行一次降温，然后再进入水水换热器进行二次降温，之后作为低温热源再进入大温差热泵进行三次降温，最后通过一次网回水管返回至热电厂；由二次网回水管输送的二次网回水首先在水水换热器进行初级加热，再进入大温差热泵进行二次加热，之后通过二次网供水管输送至热用户进行供热。

进一步而言，在采暖季高寒期时，还可以通过开启并调节第九阀门和第二十一阀门的开度，并调节第八阀门和第二十二阀门的开度，调节进入疏水换热器内的疏水流量和一次网回水流量，从而对进入凝汽器的一次网回水温度进行调节；

在采暖季高寒期时，若一次网回水的温度高于规定值，此时关闭第七阀门，开启第九阀门和第二十阀门，疏水换热器与凝汽器变为并联，之后再与热网换热器串联，一次网回水在疏水换热器和凝汽器分别进行初级加热后，再同时进入热网换热器进行二次加热；

在采暖季高寒期时，通过开启并调节第十七阀门、第十八阀门、第十六阀门和第十九阀门的开度，调节进入大温差热泵和水水换热器的二次网回水流量，从而对二次网供水的温度进行调节；

在采暖季高寒期时，若热用户所需的二次网供水温度低于规定值，此时关闭第十六阀门，开启第十八阀门和第十九阀门，大温差热泵和水水换热器变为并联连接，二次网回水分两路同时进入大温差热泵和水水换热器进行加热，加热后的二次网水进行混合后通过二次网供水管输送至热用户进行供热；此时通过调节第十七阀门和第十八阀门的开度，改变进入大温差热泵和水水换热器的二次网水流量，从而对二次网供水的温度进行调节。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本发明设计合理，结构简单，性能可靠，在低真空供热系统中耦合大温差热泵，降低了工程初投资，实现了火电厂低温余热的有效回收，同时提升了供热管网的输送能力；（2）本发明通过疏水换热器与凝汽器串、并联的切换连接，有效控制了进入凝汽器的一次网回水温度，改善了凝汽器的传热性能；（3）本发明通过二次网侧大温差热泵与水水换热器串、并联的切换连接，实现对二次网供水温度的调节，改善热用户的供热质量；（4）本发明基于能量梯级利用的原理，合理设计耦合系统，实现对一次网水和二次网水的梯级升温加热，有效减少了换热过程的不可逆损失，具有较高的实际运用价值。

附图说明

图1是本实施例中耦合大温差热泵的低真空供热系统的示意图。

图2是本实施例中采暖季初末期背压工况运行时的低真空供热系统结构示意图。

图3是本实施例中一次网侧疏水换热器与凝汽器并联连接的结构示意图。

图4是本实施例中一次网侧疏水换热器与凝汽器串联连接的结构示意图。

图5是本实施例中二次网侧大温差热泵与水水换热器并联连接的结构示意图。

图6是本实施例中二次网侧大温差热泵与水水换热器串联连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中的耦合大温差热泵的低真空供热系统，它包括：汽轮机1、凝汽器2、冷却塔3、热网换热器4、疏水换热器5和二次换热站6，二次换热站6包括：大温差热泵61和水水换热器62；汽轮机1的排汽口与凝汽器2连接，凝汽器3通过循环供水管12和循环回水管13与冷却塔3连接，且在循环供水管12和循环回水管13分别安装有第二阀门32和第三阀门33，热网换热器4的蒸汽进口通过采暖抽汽管11与汽轮机1的采暖抽汽口连接，且在采暖抽汽管11上安装有第一阀门31，热网换热器4的疏水出口通过第一疏水管20与疏水换热器5的疏水进口连接，疏水换热器5的疏水出口与第二疏水管21连接，疏水换热器5的疏水侧设置有第一疏水旁路29，且在疏水换热器5的疏水进口和第一疏水旁路29上分别安装有第二十二阀门52和第二十一阀门51，一次网回水管14的一端与水水换热器62的一次网水出口连接，一次网回水管14的另一端与第三阀门33的循环水出口连接，且在一次网回水管14上沿着水流动方向依次安装有大温差热泵61和疏水换热器5，疏水换热器5的一次网回水侧设置有第一回水旁路15，且在疏水换热器5的一次网回水进口、一次网回水出口和第一回水旁路15上分别安装有第八阀门38、第七阀门37和第九阀门39，第七阀门37的一次网回水进口通过第三供水旁路28与第二阀门32的循环水进口连接，且在第三供水旁路28上安装有第二十阀门50，大温差热泵61的一次网回水侧设置有第二回水旁路16，且在大温差热泵61的一次网回水进口、一次网回水出口和第二回水旁路16上分别安装有第十四阀门44、第十三阀门43和第十五阀门45，一次网供水管17的一端与水水换热器62的一次网水进口连接，一次网供水管17的另一端与第二阀门32的循环水进口连接，且在一次网供水管17上沿着水流动方向依次安装有热网换热器4和大温差热泵61，热网换热器4的一次网供水侧设置有第一供水旁路18，且在热网换热器4的一次网供水进口、一次网供水出口和第一供水旁路18上分别安装有第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36，大温差热泵61的一次网供水侧设置有第二供水旁路19，且在大温差热泵61的一次网供水进口、一次网供水出口和第二供水旁路19上分别安装有第十阀门40、第十一阀门41和第十二阀门42，二次网回水管22通过二次网回水a支管23和二次网回水b支管24分别与水水换热器62和大温差热泵61连接，且在二次网回水a支管23和二次网回水b支管24上分别安装有第十七阀门47和第十八阀门48，水水换热器62的二次网水出口通过二次网供水a支管25和二次网供水b支管26分别与第十八阀门48的热网水出口和二次网供水管27连接，且在二次网供水a支管25和二次网供水b支管26上分别安装有第十六阀门46和第十九阀门49，二次网供水管27的二次网水进口与大温差热泵61连接。

在本实施例中，大温差热泵61利用一次网供水作为驱动热源，以一次网回水为低温热源，回收一次网回水的余热，来加热二次网水，实现大温差供热。

在本实施例中，热网换热器4的热网疏水经过疏水换热器5二次换热后，温度得到进一步降低，二次换热降温后的热网疏水通过第二疏水管21输送至汽轮机1的低压回热系统。

参见图2-图6，上述的耦合大温差热泵的低真空供热系统的运行方法如下：

在非采暖季时，只开启第二阀门32和第三阀门33，汽轮机1处于纯凝工况运行，循环水在凝汽器2内加热后输送至冷却塔3进行冷却，冷却后的循环水再返回至凝汽器2被加热；

在采暖季初期和末期时，只开启第六阀门36、第九阀门39、第十二阀门42、第十五阀门45、第十七阀门47和第十九阀门49，汽轮机1处于背压工况运行；一次网水在凝汽器2内被加热后输送至二次换热站6的水水换热器62，对二次网水进行加热，然后加热后的二次网水输送至热用户进行供热；

在采暖季高寒期时，只开启第一阀门31、第四阀门34、第五阀门35、第七阀门37、第八阀门38、第十阀门40、第十一阀门41、第十三阀门43、第十四阀门44、第十六阀门46、第十七阀门47和第二十二阀门52，疏水换热器5、凝汽器2和热网换热器4为串联连接，汽轮机1处于背压工况运行，大温差热泵61投入运行，大温差热泵61和水水换热器62为串联连接，一次网回水在疏水换热器5进行初级加热，再进入凝汽器2进行二次加热，之后进入热网换热器4进行三次加热，最后通过一次网供水管17输送至二次换热站6；一次网供水首先作为大温差热泵61的驱动热源进行一次降温，然后再进入水水换热器62进行二次降温，之后作为低温热源再进入大温差热泵62进行三次降温，最后通过一次网回水管14返回至热电厂；由二次网回水管22输送的二次网回水首先在水水换热器62进行初级加热，再进入大温差热泵61进行二次加热，之后通过二次网供水管27输送至热用户进行供热。

在采暖季高寒期时，还可以通过开启并调节第九阀门39和第二十一阀门51的开度，并调节第八阀门38和第二十二阀门52的开度，调节进入疏水换热器5内的疏水流量和一次网回水流量，从而对进入凝汽器2的一次网回水温度进行调节；

若一次网回水的温度高于规定值，此时关闭第七阀门37，开启第九阀门39和第二十阀门50，疏水换热器5与凝汽器2变为并联，之后再与热网换热器4串联，一次网回水在疏水换热器5和凝汽器2分别进行初级加热后，再同时进入热网换热器4进行二次加热；

在采暖季高寒期时，还可以通过开启并调节第十七阀门47、第十八阀门48、第十六阀门46和第十九阀门49的开度，调节进入大温差热泵61和水水换热器62的二次网回水流量，从而对二次网供水的温度进行调节；

若热用户所需的二次网供水温度低于规定值，此时关闭第十六阀门46，开启第十八阀门48和第十九阀门49，大温差热泵61和水水换热器62变为并联连接，二次网回水分两路同时进入大温差热泵61和水水换热器62进行加热，加热后的二次网水进行混合后通过二次网供水管27输送至热用户进行供热；此时通过调节第十七阀门47和第十八阀门48的开度，改变进入大温差热泵61和水水换热器62的二次网水流量，从而对二次网供水的温度进行调节。

在本实施例的具体运行方法中，在对流经各设备的一次网供回水、二次网供回水的流量进行调节时，主要是通过dcs系统远程传输阀门的开度信号，来对各个阀门的开度进行调节，以实现对流量的调节。

在本实施例的具体运行方法中，在对进入凝汽器2的一次网回水温度和供给热用户的二次网供水温度进行调节时，主要通过改变阀门的开度来实现的，具体措施包括：一是改变流经各设备的流体流量，二是改变系统的连接方式。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。