本发明涉及一种多源耦合热泵余热利用系统，属于能源行业技术领域。
背景技术：
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。尽管我国能源行业迅速发展，但仍和发达国家有较大差距，我国能源结构仍以煤炭等化石能源为主。我国大中城市的供热以热电联产的大型煤电机组为主，中小城市则为分散锅炉房。热电联产可以提高煤炭利用率，降低煤炭燃烧对环境的污染。燃煤电厂一般采用抽汽供热，但是这种供热方式会产生大量低温冷却水，经冷却塔降温后继续回到凝汽器吸收热量。冷却塔处的热量直接散失到环境，能量损失较大，如果将这部分低品位热源进行有效利用将大幅提高燃煤机组的供热能力。类似的低品位热源还有很多，包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿空压机散热、煤矿供热锅炉等。在我国煤炭资源受限、电力紧缺的情况下，吸收式热泵系统将比传统锅炉和压缩式热泵具有更高的经济性和环保性。吸收式热泵可以实现热量从低温热源向高温热源传递，从而提高能源利用率。美国b.c.l.公司和a.c.公司较早的开展了吸收式热泵系统应用，将其用于回收炼油厂、造纸厂废蒸汽余热，取得了较好的效果。随后，日本建立了多套吸收式热泵装置用于石化企业废热回收，不仅减少了热量损失而且取得了可观的经济效益。我国已经基本掌握了吸收式热泵技术，但是其应用还不广泛。本专利一种多源耦合热泵余热利用系统，以矿区余热源为对象，对吸收式热泵系统进行计算，说明了机组性能参数的影响因素。建立余热回收利用的系统，为多源耦合吸收式热泵余热利用提供技术参考。
现有方法主要存在以下问题：
（1）传统燃煤锅炉效率偏低，大量低品位余热无法得到利用。
（2）在我国能源结构仍以煤炭等化石能源为主。我国大中城市的供热以热电联产的大型煤电机组为主，中小城市则为分散锅炉房。热电联产可以提高煤炭利用率，降低煤炭燃烧对环境的污染。燃煤电厂一般采用抽汽供热，但是这种供热方式会产生大量低温冷却水，经冷却塔降温后继续回到凝汽器吸收热量。冷却塔处的热量直接散失到环境，能量损失较大。
（3）现有将吸收式热泵用于热电联产集中供热，将一次网的回水温度控制在20℃以下，不仅提高了一次网回水温差，同时提高管网输送能力；有将6×30mw吸收式热泵用于回收循环水热量，其可向144万m2的建筑供热；有将煤矿供热锅炉拆除，利用水源热泵回收矿井回风、矿井排水、奥灰水等处的余热，实现了矿区多种余热源耦合供热，但是其应用还不广泛。
技术实现要素：
本发明一种多源耦合热泵余热利用系统，也是一种吸收余热利用优化方法。对于煤矿企业生产中会产生大量废热，主要包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、瓦斯发电机组余热资源、煤矿井下岩石蓄热等。而系统性能系数影响因素包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。通过构建多源耦合吸收式热泵系统实现了矿区余热再利用。以矿区余热源为对象，提出了多源耦合吸收式热泵余热利用系统。建立了余热回收过程，可为多源耦合热泵余热利用提供参考。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案过程来实现：
如图1所示，本发明一种多源耦合热泵余热利用系统，提出了一种吸收式热泵余热利用优化方法。对于瓦斯电站发电机组余热资源，通过板式换热器，将废热储存到蓄热池里；同时瓦斯电站发电机组余热资源，通过驱动热源，传递至吸收式热泵储存。
其二，对于煤矿企业生产中会产生大量废热，主要包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热。而矿井回风中的废热可通过喷淋式换热器，将余热储存到蓄热池里；而矿井排水中的废热可通过板式换热器，将余热储存到蓄热池里；同样煤矿井下岩石蓄热可通过高承压换热器，将余热储存到蓄热池里。
其三，这些低品位热源：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热、瓦斯电站发电机组余热资源，均将余热储存于储热池内。储热池内的热量可通过传输设备传至吸收式热泵。
其四，吸收式热泵中的热量转化成一定温度和热量的水。通过有效的控制，传输设备，将这些加工处理过的热源，即一定温度和热量的水通过热水供水输送至建筑热负荷、井口热负荷、洗浴热负荷。达到余热利用。
其五，同时建筑热负荷、井口热负荷、洗浴热负荷消耗使用，仍有带余热的热水可再利用，通过有效的控制，传输设备可将余热的热水通过热水回水送至吸收式热泵再次使用，充分有效的节约利用能源。
通过构建多源耦合吸收式热泵余热利用系统，实现了矿区余热再利用，是提高经济性、节约燃料的一条优化及重要途径。
附图说明
图1多源耦合热泵余热利用系统；
图2驱动热源温度对性能系数的影响；
图3循环水出口温度对性能系数的影响
图4热水回水温度对性能系数的影响
图5热水供水温度对性能系数的影响
具体实施方式
1.多源耦合热泵余热利用系统，以吸收式热泵余热利用为对象，得到各因素对系统性能的影响。计算过程中采用了质量守恒方程、能量守恒方程。得出矿区可利用的余热热源，不同热源的供热过程，得到多源耦合热泵余热利用系统。为矿区及其他工业构建多源耦合吸收式热泵余热利用系统提供技术参考。
2.系统性能系数影响因素，包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。对吸收式热泵系统进行计算，明确了系统性能系数的影响因素，得出多源耦合吸收式热泵系统最佳工作参数。
本发明所采用的技术方案具体实施是：
1.多源耦合吸收式热泵系统
首先：矿区采暖循环水由4台10mw燃煤锅炉供给。一次网经锅炉流出至热力站，供水温度为80℃，回水温度为65℃；二次网连接热力站和热用户，供水温度为55℃，回水温度为40℃。矿区所需的热负荷主要包括：厂区采暖的建筑热负荷、井口防冻热负荷和浴室洗浴热负荷。
第二步：由《城镇热力管网设计规范》中的数据得，计算出该矿区厂区采暖热负荷为17.52mw，井口防冻热负荷8.97mw，浴室洗浴热负荷3.26mw，矿区合计热负荷29.75mw。由数据可知，该矿区采暖负荷最大，主要是大空间厂房密闭条件差。
第三步：矿区可用的余热资源包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、瓦斯发电机组余热资源、煤矿井下岩石蓄热。矿井回风扩散塔出口温度约为20℃，风流量约为430m3/s，风流量及温度稳定，可靠性较高。矿井排水温度约为22℃，排水流量为280m3/h。瓦斯发电机组余热资源包括尾气余热和循环冷却水余热。瓦斯发电尾气约为550℃，每小时可产生146℃蒸汽400kg。瓦斯发电冷却水温度约为65℃，流量为300m3/h。煤矿井下岩石温度常年在25℃左右，且导热系数较高，对地表环境影响较小。
第四步：将上述各种余热作为吸收式热泵热源。在每个热源处安装换热器，将各个换热器出口汇至蓄热池作为吸收式热泵热源。多源耦合热泵余热利用系统见图1。吸收式热泵系统包括吸收段、发生段、蒸发段、冷凝段等，供水温度为55℃，回水温度为45℃。
第五步：根据吸收式热泵性能要求，其高品位热能不应低于21.25mw。瓦斯电站产汽量为400kg/h，蒸汽温度为146℃，对应的饱和蒸汽焓值为2741kj/kg，同温下的饱和水焓值为615kj/kg，可为驱动热源供热量远大于吸收式热泵需求量。因此，矿区合计热负荷由瓦斯电站提供21.25mw高品位热能，矿井回风、矿井排水、瓦斯电站冷却水、煤矿井下岩石等提供8.5mw。
第六步：以吸收式热泵为对象，及各因素对系统性能的影响。计算过程中采用了质量守恒方程、能量守恒方程等。吸收式热泵性能系数(cop)计算式如下：
式中，qc——冷凝器热负荷，mw；
qa——吸收器热负荷，mw；
qg——发生器热负荷，mw。
2系统性能系数影响因素
系统性能系数影响因素，包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。
首先：驱动热源温度变化范围为140℃～160℃，计算过程中采用单一变量法，循环水出口水温取20℃，热水供水温度为55℃，热水回水温度为45℃，计算结果见图2。
第二步：由图2可知，随着驱动热源温度不断增加，吸收式热泵性能系数也开始增加，当达到148℃后趋于稳定，cop最大值为1.63。驱动热源温度上升后，工质饱和温度增加，溴化锂溶液浓度增加。从计算结果看，驱动热源最佳温度为148℃，如果驱动热源温度过高时，可以采用减压器降低其温度，以提高驱动效率。
第三步：循环水出口温度变化范围为16℃～24℃，计算过程中采用单一变量法，驱动热源温度取148℃，热水供水温度为55℃，热水回水温度为45℃。图3给出了循环水出口温度对吸收式热泵性能系数的影响。
从图3可知，cop随循环水出口温度的增加而变大，当循环水出口温度大于19.5℃时，cop趋于稳定，最大值约为1.65。因此，循环水出口最佳温度为19.5℃。
第四步：热水回水温度等于冷却水进口温度，热水回水温度变化范围为40℃～50℃，计算过程中采用单一变量法，循环水出口水温取19.8℃，驱动热源温度取148℃，热水供水温度为55℃，计算结果见图4。
由图4可知，当热水回水温度小于45.5℃时，cop值基本温度在1.63，但当热水回水温度大于45.5℃后，cop值开始迅速下降。这主要是由于热水回水温度上升后，吸收器溶液出口温度升高，蒸汽压力一定时，产气量下降，最终引起cop下降。因此，热水回水最佳温度为45.5℃。
第五步：热水供水温度变化范围为50℃～60℃，计算过程中采用单一变量法，循环水出口水温取19.8℃，驱动热源温度取148℃，热水回水温度为45.5℃，计算结果见图5。
由图5可知，随着热水供水温度增加，cop值先趋于平缓，当热水供水温度达到56℃后，cop值迅速下降。这主要由于热水供水温度增加，冷凝压力增加而蒸汽压力不变，溴化锂溶液浓度下降，导致系统性能系数下降。因此，热水供水最佳温度为56℃。
总之，随着热源温度和循环水出口温度增加，热泵性能系数逐渐增加，性能系数cop至1.6后趋于平缓；供回水温度增加，热泵性能系数下降。以cop为对象，得出多源耦合吸收式热泵系统最佳工作参数，驱动热源温度为148℃，循环水出口温度为19.5℃，热水回水温度为45.5℃，热水供水温度为56℃。