一种多能源大温差区域供冷装置的制作方法

本发明涉及区域能源冷热电三联供技术领域，尤其是涉及一种多能源大温差区域供冷装置。

背景技术：

区域供冷是利用集中设置的大型供冷站向一定范围内的需冷单位提供冷冻水的供冷方式。它与自来水、电力、煤气一样，是一项公共事业，是城市的基础设施之一，由于其在节能减排、环境保护及运行管理等方面的优势，使其在欧美等国家和地区得到了广泛的发展。而在近年来，我国北京、广州、上海、重庆、绍兴等城市也有许多区域供冷系统相继投入使用，满足了人们对生活品质日益提高的要求。区域供冷(能源)系统是发达国家中发达地区的标志。

冷热电三联供是指以天然气为燃料实现集中供电、供冷、供热。具体流程为燃气发电设备产生电力供电，系统发电后排出的余热通过余热回收利用设备(余热锅炉或者吸收式制冷机组等)向用户供热、供冷。冷热电三联供是对能源的梯级利用，可大大提高整个系统的一次能源利用率，同时解决电厂余热排放问题，整个系统经济收益及效率均相应增加。

区域供冷主要的缺点是冷水输送距离增加所带来的三个问题：输送能耗高；管网投资大；管网的冷损失多。输送能耗及管网投资与供回水量有关，管网冷损失与供回水温差有关，供回水量与供回水温差乘积即为供冷量。因而提高供回水温差，减少供回水量成为解决冷水输送能耗高与管网投资大的主要方法，同时输送能耗的减少可进一步扩大供冷半径，提高供冷量，提升经济效益。

冷热电三联供所采取的常用供冷主机是以蒸汽轮机抽气为驱动热源驱动蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组，供冷温度一般为7℃-12℃。但是这种供冷方式存在以下问题：由于溴化锂制冷机组本身特性的限制，冷水的最低供水温度只能达到7℃。不能实现大温差供冷及低温送风，集中供冷的距离限制较大，另外，因为供冷的温差较小仅为5℃(7℃-12℃)，所以要求供冷管网的管径较大，管网初投资较大。吸收式机组自身效率较低。

区域供冷常结合冰蓄冷及水蓄冷技术，利用双工况制冷主机，白天供冷，夜间制冰或冷水。利用电力的峰谷价差，提升经济效益，同时削峰填谷，缓解电网容量。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种减少输送水量及能耗，提升能源一次利用效率，减少冷站用电，可靠性高的多能源大温差区域供冷装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种多能源大温差区域供冷装置，包括供冷站、输送管网及用户端；用户端包含多个用户，所述供冷站通过所述输送管网连接用户端；所述供冷站包括制冷系统、蓄能系统、分水器和集水器；制冷系统主要由机载吸收式冷水机组、机载离心式冷水机组、第一吸收式冷水机组、离心式冷水机组、第二吸收式冷水机组、双工况离心式冷水机组、双工况供冷板换组成；蓄能系统主要由水蓄冷系统与冰蓄冷系统组成；水蓄冷系统包含蓄水池及蓄水供冷板换；冰蓄冷系统包含蓄冰池及融冰供冷板换；

所述机载吸收式冷水机组和机载离心式冷水机组串联连接，机载吸收式冷水机组进口通过阀门分别与蓄水池和集水器冷冻水回水管连接，机载离心式冷水机组出口通过阀门分别与蓄水池和分水器冷冻水供水管连接；蓄水池进口通过阀门分别与机载离心式冷水机组出口和蓄水供冷板换冷端出口连接，蓄水池出口通过阀门分别与机载吸收式冷水机组进口和蓄水供冷板换冷端进口连接；

所述第一吸收式冷水机组和离心式冷水机组串联连接，第一吸收式冷水机组进口连接集水器冷冻水回水管，离心式冷水机组出口连接分水器冷冻水供水管；

所述第二吸收式冷水机组和双工况离心式冷水机组通过双工况供冷板换连接；第二吸收式冷水机组进口连接集水器冷冻水回水管，出口连接双工况供冷板换热端进口；双工况离心式冷水机组进口通过阀门分别与双工况供冷板换冷端出口和蓄冰池制冷剂回水管连接，出口通过阀门分别与双工况供冷板换冷端进口和蓄冰池制冷剂供水管连接；双工况供冷板换热端入口通过阀门分别与第二吸收式冷水机组出口和集水器冷冻水回水管连接，热端出口与分水器冷冻水供水管连接；蓄冰池通过融冰供冷板换与分水器及集水器连接；分水器和集水器分别与外管网连通。

为进一步实现本发明目的，优选地，所述机载吸收式冷水机组、第一吸收式冷水机组和第二吸收式冷水机组选用蒸汽吸收式冷水机组。

优选地，所述机载离心式冷水机组及离心式冷水机组选用YKKCK4H95CWG、YKR4R2K45DJG、YKZSZQK75DLG型冷水机组。

优选地，所述双工况离心式冷水机组是一种通过改变压缩机压比运行制冷或制冰工况的离心式冷水机组。

优选地，所述双工况供冷板换、蓄水供冷板换及融冰供冷板换为冷水板式换热器。

优选地，所述蓄水池为保温蓄水槽。

优选地，所述蓄冰池为布置有蓄冰盘管的保温蓄冰槽。

优选地，所述分水器及集水器都为冷冻水流量分配和会集装置。

本发明一种多能源大温差区域供冷装置制冷站集中制备冷冻水，并通过区域管网向用户端供应冷冻水；区域冷站可利用自然冷源、电厂余热及电力进行制冷并结合蓄冷技术；冷站、用户侧通过各自板换与输送管网隔开，冰蓄冷系统利用融冰板换与管网隔开，水蓄冷系统利用蓄水板换与管网隔开，上述系统均为闭式系统。冷站制冷系统主要由三个子系统组成，包括串联工作的吸收式冷水机组与蓄冷系统、串联工作的机载吸收式冷水机组与离心式冷水机组、双工况离心式冷水机组、蓄水系统。

系统运行时，吸收式冷水机组与冰蓄冷系统串联，位于上游，利于机组高效率稳定运行，融冰板换位于吸收式冷水机组下游将冷冻水供水温度尽量拉低，以增大供回水温差。双工况冷水机组也可以通过板换直接向外网供冷。为保障蒸汽管网不间断安全运行，减少输水及补偿器动作，设置机载吸收式冷水机组及串联电制冷机组各一台，以实现大温差供冷，同时单独设机载二级水泵，利于降低运行能耗。

供冷方案可总结为：(1)吸收式制冷机与电制冷机串联供冷；(2)蓄水供冷；(3)双工况主机的蓄冰、融冰供冷；(4)吸收式制冷机与双工况主机串联供冷。四种供冷工艺为并联运行，既可独立供冷也可联合供冷。

系统运行工况为：(1)工况一：机载吸收式制冷机+机载电制冷机串联蓄水或供冷工况；(2)工况二：蓄水池取水供冷工况；(3)工况三：电制冷机供冷工况；(4)工况四：吸收式制冷机+双工况电制冷机串联供冷工况；(5)工况五：双工况电制冷机供冷工况；(6)工况六：双工况电制冷机蓄冰工况；(7)工况七：融冰工况。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)本发明多能源大温差区域供冷系统可充分利用多种能源，可应用余热制冷，实现能源梯级利用，提升一次能源利用率；

2)本发明可提供更低的冷冻水供水温度，拉大供回水温差，减少冷冻水输送量，从而降低输送能耗及管道管径，增加供冷半径。

3)本发明可增大供回水温差，减少输送水量及能耗；

4)本发明用蒸汽替代电制冷，减少冷站用电，降低城市电网供电压力；

5)本发明可利用电、蒸汽及蓄能多种能源保障，提高系统可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种多能源大温差区域供冷装置的整体结构示意图；

图2为图1所示的大温差制冷机组供冷系统的结构示意图。

图中示出：供冷站 1、输送管网 2、用户端 3、第一用户 31、第二用户 32、第n用户 3n、机载吸收式冷水机组 11、机载离心式冷水机组 12、第一吸收式冷水机组 21、离心式冷水机组 22、第二吸收式冷水机组 41、双工况离心式冷水机组 42、双工况供冷板换 43、蓄水池 51、蓄水供冷板换 52、蓄冰池 61、融冰供冷板换 62、分水器 71、集水器 72。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面将结合附图对本发明做进一步的说明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种多能源大温差区域供冷装置包括供冷站1、输送管网2及用户端3。供冷站1主要包括制冷系统11及蓄能系统12；用户端包含多个用户，分别为第一用户31、第二用户32、…第n用户3n；所述供冷站1生产的冷水通过所述输送管网2送至用户端3。

如图2所示，供冷站1包括制冷系统11、蓄能系统12、分水器71和集水器72；制冷系统主要由机载吸收式冷水机组11、机载离心式冷水机组12、第一吸收式冷水机组21、离心式冷水机组22、第二吸收式冷水机组41、双工况离心式冷水机组42、双工况供冷板换43组成；蓄能系统主要由水蓄冷系统与冰蓄冷系统组成，水蓄冷系统包含蓄水池51及蓄水供冷板换52；冰蓄冷系统包含蓄冰池61及融冰供冷板换62；

机载吸收式冷水机组11和机载离心式冷水机组12串联连接，机载吸收式冷水机组11进口通过阀门分别与蓄水池51和集水器72冷冻水回水管连接，机载离心式冷水机组12出口通过阀门分别与蓄水池51和分水器71冷冻水供水管连接；蓄水池51进口通过阀门分别与机载离心式冷水机组12出口和蓄水供冷板换52冷端出口连接，蓄水池51出口通过阀门分别与机载吸收式冷水机组11进口和蓄水供冷板换52冷端进口连接；

第一吸收式冷水机组21和离心式冷水机组22串联连接，第一吸收式冷水机组21进口连接集水器72冷冻水回水管，离心式冷水机组22出口连接分水器71冷冻水供水管；

第二吸收式冷水机组41和双工况离心式冷水机组42通过双工况供冷板换43连接；第二吸收式冷水机组41进口连接集水器72冷冻水回水管，出口连接双工况供冷板换43热端进口；双工况离心式冷水机组42进口通过阀门分别与双工况供冷板换43冷端出口和蓄冰池61制冷剂回水管连接，出口通过阀门分别与双工况供冷板换43冷端进口和蓄冰池61制冷剂供水管连接；双工况供冷板换43热端入口通过阀门分别与第二吸收式冷水机组41出口和集水器72冷冻水回水管连接，热端出口与分水器71冷冻水供水管连接；蓄冰池61通过融冰供冷板换62与分水器71及集水器72连接，向外融冰供冷；

分水器71和集水器72分别与外管网连通；分水器71通过冷冻水二级泵将制冷系统及蓄能系统所生产的冷冻水输送至供冷管网向外供冷，集水器72将冷冻水回水收集后分配至冷站制冷系统及蓄能系统，完成供冷循环。

图2中Vf、Vg、Vo、Vq、Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vi、Vh、Vl和Vm都表示阀门。

系统运行时，串联运行的机载吸收式冷水机组11与机载离心式冷水机组12，可将12℃冷冻水回水降温至3℃，具体是上游机载吸收式冷水机组11将12℃水温降低至7.5℃，串联的下游机载离心式冷水机组12进一步将7.5℃水温降低至3℃，3℃低温冷冻水可输送至分水器71直接供冷或输送至蓄水池51进行蓄冷水，供冷与蓄水工况经阀门切换，白天负荷高峰可运行供冷工况，夜间低负荷可运行蓄水工况。

离心式冷水机组22可与第一吸收式冷水机组21串联制备3℃冷冻水运行大温差供冷工况，串联供冷时上游吸收式冷水机组21将12℃水温降低至7.5℃，下游离心式冷水机组22进一步将7.5℃水温降低至3℃；离心式冷水机组22也可独自运行12℃降温至3℃大温差制冷供冷工况，串联供冷与直接制冷工况通过阀门切换，蒸汽来源充足时可运行串联供冷工况，谷电价时可运行直接制冷工况。

双工况离心式冷水机组42可通过阀门组切换空调工况及制冰工况，载冷剂为乙二醇水溶液，以满足制冰工况时低温运行要求。运行空调制冷工况时，载冷剂工作温度为6.5℃/1.5℃，此时，低温载冷剂输送至双工况供冷板换43作为冷端冷源，用以冷却双工况供冷板换43热端冷冻水，双工况供冷板换43热端冷冻水既可以是由第二吸收式冷水机组41提供的7.5℃冷水，也可是由集水器72直接提供的12℃冷冻水回水，此冷冻水来源由阀门切换。上游吸收式冷水机组41通过双工况供冷板换43连接下游双工况离心式冷水机组42，联合运行大温差制冷工况应为高负荷下主要运行工况。双工况离心式冷水机组42运行制冰工况时，制冷剂工作温度为-1.7℃/-5.6℃，低温制冷剂输送至蓄冰池61蓄冰，制冰工况应在夜间低负荷时进行。

负荷高峰时，水蓄冷系统的蓄水池51可通过蓄水供冷板换52进行供冷，蓄水池51冷水工作温度为4℃/12℃，蓄水池的蓄冷与供冷工况通过阀门切换；冰蓄冷系统的蓄冰池61可通过融冰供冷板换62进行供冷，蓄冰池61供冷冷水工作温度为1.5℃/6.5℃。

机载吸收式冷水机组11、第一吸收式冷水机组21和第二吸收式冷水机组41选用蒸汽吸收式冷水机组，三者结构相同，机载限定是使用方式不同而已。具体可用双良节能系统股份有限公司制造的SXZ4-317(12/7.5)(32/37)H2M2(11)、SXZ4-703(12/7.5)(32/37)H2M2(21)、SXZ4-844(12/7.5)(32/37)H2M2(41)三种型号，其制冷量分别为900RT、2000RT及2400RT。蒸汽吸收式冷水机组是一种不用电能，直接以热源为动力，制取冷水及温水的中央空调设备。吸收式冷水机组由蒸发器、吸收器、冷凝器、一只或多只发生器、一只或多只溶液热交换器以及内部连接管道和附件构成，以溴化锂或氨水等溶液为吸收剂，以水为制冷剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。其利用的热源既可以是燃油、燃气、蒸汽，也可以是各种高温排气、热水，甚至太阳能等余热和废热作为热源。在一台制冷机上可以同时利用多种热源。机组工作时，蒸发器内，低温冷剂水吸收来自冷媒水的热量，使冷媒水温度降低，制备出所需冷冻水；同时，冷剂水蒸发成冷剂蒸汽。吸收器内，溴化锂浓溶液吸收蒸发器内冷剂蒸汽后变成稀溶液。稀溶液在溶液泵的作用下，经过溶液热交换器的加热升温后，最后送至发生器内进行加热。发生器内，稀溶液通过高温热源的加热，成为高温浓溶液；同时产生大量的高温冷剂蒸汽。浓溶液经溶液热交换器与吸收器来的稀溶液换热后，进入吸收器。同时，产生的冷剂蒸汽进入冷凝器内被冷却，成为低温冷剂水。冷剂水经降压节流后进入蒸发器，这样就完成一个制冷循环。

机载离心式冷水机组12及离心式冷水机组22为离心式冷水机组，具体可用约克中央空调公司制造的YKKCK4H95CWG(12)、YKR4R2K45DJG(22)、YKZSZQK75DLG(42)三种型号，其制冷量分别为900RT、2000RT及2400RT，其中YKZSZQK75DLG(42)为双工况离心式冷水机组。离心式冷水机组制冷循环主要包括压缩机、冷凝器、节流装置以及蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件通过内部连接管道和附件构成循环；离心式冷水机组利用电作为动力源，制冷剂在蒸发器内蒸发吸收载冷剂的热量进行制冷，蒸发吸热后的湿蒸汽被压缩机压缩成高温高压气体，经水冷冷凝器冷凝后变成液体，经膨胀阀节流进入蒸发器再循环。在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此吸收热量将冷冻水温度降低，从而制取冷冻水供空调末端使用。而冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出。双工况离心式冷水机组42是一种通过改变压缩机压比从而运行制冷或制冰工况的离心式冷水机组，两种工况下，制冷剂进出口温度不同。

双工况供冷板换43、蓄水供冷板换52及融冰供冷板换62为冷水板式换热器，三者结构相同，换热介质有所不同；蓄水供冷板换52为水—水换热，双工况供冷板换43及融冰供冷板换62均为水—乙二醇溶液换热。具体可选用阿法拉伐技术有限公司制造的TL35-BFG(43)、MX25-BFGS(52)、T35-PFG(62)三种型号，其换热量分别为1000RT、2000RT及2400RT。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。

蓄水池51为钢筋混凝土建造的具有防水保温措施的蓄水槽，本实施方式中利用自然分层蓄冷技术储存夜间机载冷水机组制备的低温冷冻水供白天使用，蓄冷量为1000RT/h。自然分层蓄冷利用水的物理特性，使温度为4～6℃的冷水聚集在蓄水池下部，而10～18℃的热水自然地聚集在蓄水池上部，从而实现冷热水自然分层。

蓄冰池61为布置有蓄冰盘管的具有防水保温措施的蓄冰槽，本实施方式采用外融冰技术，通过蓄冰盘管外水的结冰与融冰过程实现蓄冰与供冷，蓄冰量为4000RT/h。冰蓄冷是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量，其利用了水的相变热，因而效率较高。

分水器71及集水器72为冷冻水流量分配和会集装置，设备均为定制压力容器。分水器是将多路低温冷冻水进水汇集后分散为几路输出供应冷冻水供水的设备，而集水器是将多路高温冷冻水进水汇集起来在几路输出供应冷冻水回水的设备。结构由主管、分路支管、排污口、排气口、压力表、温度计等组成直径较大的筒体上装有人孔或手孔，材质由碳钢板卷制，或无缝钢管制作而成，能承受一定压力，属于压力容器类专业制造，外表面做防腐或保温处理。

本发明实现大温差供冷主要方式有以下七种：

(1)机载吸收式冷水机组11与机载离心式冷水机组12串联运行供冷，上游吸收式冷水机组11将12℃冷冻水回水降低至7.5℃，下游离心式冷水机组12继续将7.5℃冷水降低至3℃，机载的目的是为满足系统最小负荷设置；

(2)第一吸收式冷水机组21与离心式冷水机组22串联运行供冷，上游的第一吸收式冷水机组21将12℃冷冻水回水降低至7.5℃，下游离心式冷水机组22继续将7.5℃冷水降低至3℃，目的在于使系统使用能源多样化，提升了系统可靠性；

(3)第二吸收式冷水机组41与双工况离心式冷水机组42串联运行，通过双工况供冷板换43进行供冷。第二吸收式冷水机组41将12℃冷冻水回水降低至7.5℃，双工况离心式冷水机组42运行制冷工况，提供1.5℃/6.5℃低温载冷剂，通过双工况供冷板换43继续将7.5℃冷冻水回水降低至3℃；

(4)水蓄冷系统蓄水池51经蓄水供冷板换52将12℃冷冻水回水降低至4℃进行供冷；

(5)离心式冷水机组22直接运行3℃/12℃制冷工况进行供冷；

(6)双工况离心式冷水机组42运行制冷工况，经双工况供冷板换43直接冷却12℃冷冻水回水，制取3℃冷冻水供水进行供冷；

(7)融冰供冷板换62直接将12℃回水降温至3℃。

以上制冷系统及蓄能系统运行过程中，大温差工作温度为3℃/12℃，考虑冷站内部及管网冷损失等因素，最终可实现管网输送至用户侧时4℃/12℃的大温差区域供冷。

在本实施例中，最大尖峰供冷能力8.1万kW(2.1万RT)，多能源大温差区域供冷装置配置中，机载吸收式冷水机组11与机载离心式冷水机组21串联供冷系统、第一吸收式冷水机组21与离心式冷水机组22串联供冷系统、第二吸收式制冷机组41与双工况冷水机组42串联供冷系统、水蓄冷系统(包含蓄水池51及蓄水供冷板换52)、冰蓄冷系统(包含蓄冰池61及融冰供冷板换62)，各供冷系统供冷量占比分别为4.76％、14.29％、57.14％、4.76％及19.05％。输送管网采用三路总供冷水管管径为DN900的枝状管网，服务建筑面积约340万平方米。

可以看出，本发明实施例的多能源大温差区域供冷装置，可充分利用电厂蒸汽余热及蓄能系统，同时减少电制冷机组工作温差，提升系统效率。在结合蓄能系统利用多样能源同时，加大输送供回水温差，极大提升了制冷距离，且工艺较为简单，实现较为容易，并且可以有效减少冷冻水输送系统的输配能耗，降低冷冻水系统的补给水量，减少水资源的消耗，同时可以降低冷冻水附属系统的规模。蓄能系统可进一步削峰填谷，减少市政电力负荷，同时利用峰谷电价，提升经济性。

本发明的多能源大温差区域供冷装置，可充分利用多种能源，提升一次能源利用率，并可提供更低的冷冻水供水温度，拉大供回水温差，减少冷冻水输送量，从而降低输送能耗及管道管径，同时可以降低冷冻水附属系统的规模，增加供冷半径。

实施方式不能理解为是对权利要求的限制；凡是利用本说明书及附图内容所做的等效结构、流程提取或等效流程变换，均包括在本发明保护范围之内。