一種熱泵結合高背壓供熱的系統的制作方法

本發明涉及一種供熱技術，尤其涉及一種熱泵結合高背壓供熱的系統。

背景技術：

隨著城市經濟建設的迅速發展，人民生活水平的不斷提高，城市冬季采暖熱負荷的需求也在迅速增長。據統計，近幾年城市每年集中供熱需求量大于實際供熱能力。因此，集中供熱需求十分迫切。

目前部分城市供熱熱源仍為分散鍋爐房和家用小煤爐、燃氣壁掛爐等。這些小鍋爐噸位小，布局散亂，熱效率低，“大馬拉小車”現象普遍，煤炭資源浪費嚴重。同時，小型鍋爐的配套除塵設備普遍效率低，相當一部分沒有正規的除塵器，尤其在采暖季，大氣污染嚴重。隨著舊城改造、新城擴建，各地區各自建設分散小鍋爐房，重復建設和投資使得能源利用率低，資源不能合理利用、調配。

部分城市雖然已有集中供熱，但是集中供熱的原料燃煤需求巨大，如果能夠回收利用工業余熱對供熱用水進行預熱，則會大大降低原料需求用量，減少運營成本，節能減排。

熱電廠鍋爐產生的蒸汽驅動汽輪機組發電后，汽輪機排放的乏汽仍含有大量熱量。一般情況下，汽輪機排出的乏汽直接排到空冷島，乏汽中的少部分熱量被熱電廠循環冷卻水利用，大部分熱量則以蒸汽的形式散失到大氣中，造成能源的巨大浪費。

高背壓供熱技術與熱泵供熱技術，都是為了回收汽輪機排汽冷凝熱。

高背壓供熱技術是利用汽輪機組低壓缸可以高背壓運行的技術特點，排汽直接加熱熱網循環水，實現蒸汽熱量的大部或全部利用，變蒸汽廢熱為供熱熱量，汽輪機的冷源損失大幅減少，大幅提高能源利用效率。但由于受供熱期背壓低、熱網回水溫度高等因素影響，熱網循環水經過凝汽器時并不能有效帶走排汽余熱，為保障供熱負荷，就需要提高汽輪機背壓、降低熱網循環水回水溫度等，從而易造成汽輪機葉片的磨損加劇，需要的熱網加熱器抽汽量增加。

熱泵供熱技術是指在采暖季，以凝汽器冷卻循環水為蒸發器熱源，以蒸汽為驅動熱源驅動壓縮機做功，熱網循環水通過熱泵冷凝器吸收熱量，從而加熱到一定溫度，然后再通過熱網加熱器，用機組抽汽做二級加熱。單獨通過熱泵技術回收排汽余熱，需要大量的抽汽作為驅動熱源，易造成供熱期發電量不足等結果。

技術實現要素：

本發明就是為了解決現有技術的不足，提供一種設計合理、節能高效的熱泵與高背壓聯合供熱系統。

本發明采用的方案是：

一種熱泵結合高背壓供熱的系統，包括汽輪機、凝汽器、蒸發器、壓縮機、冷凝器、節流裝置、熱網加熱器、空冷島以及閥門A、B、C、D，來自鍋爐的高溫高壓蒸汽通過蒸汽管道與汽輪機相連，汽輪機的低壓缸出口通過設置有閥門B的管道與凝汽器相連，凝汽器出口的凝結水經處理后送往鍋爐回水；熱網回水通過熱網回水管送至蒸發器，蒸發器與凝汽器相連，凝汽器與冷凝器相連，冷凝器與熱網加熱器相連；汽輪機與空冷島之間通過設置有閥門C的管道連接，空冷島出口的凝結水經處理后送回鍋爐回水；壓縮機與汽輪機通過設置有閥門D的管道相連，壓縮機與熱網加熱器相連；閥門A控制熱網回水流股；汽輪機包含至少一臺排汽壓力范圍在7~30kPa的汽輪機，在非供暖期，汽輪機低背壓運行，背壓范圍為7-10kPa，在供暖期，汽輪機高背壓運行，背壓范圍為15-30kPa，背壓蒸汽溫度為54~70℃。

所述來自鍋爐的高溫高壓蒸汽經蒸汽管道送至汽輪機組帶動汽輪機運轉發電，汽輪機排汽經凝汽器或空冷島冷卻后變為飽和凝結水，飽和凝結水經處理后送往鍋爐回水。

所述的汽輪機與凝汽器、空冷島之間通過設置有閥門的管道進行切換連接。

所述的汽輪機乏汽在采暖期選用凝汽器由熱網循環水與之進行換熱，在非采暖期選用直接空冷島冷卻。

所述的熱網回水（熱網循環水）通過熱網回水管送至熱泵蒸發器，蒸發器與凝汽器相連，凝汽器與熱泵冷凝器相連，冷凝器與熱網加熱器相連。

所述的供熱過程為熱網回水首先經過熱泵蒸發器，被蒸發器吸收部分熱量做功，降低回水溫度，由蒸發器出來的熱網回水送至汽輪機凝汽器進行第一次加熱，吸收汽輪機乏汽熱量后溫度提高，后送回熱泵冷凝器，經熱泵冷凝器第二次加熱后送至熱網加熱器進行第三次加熱，最終經由一次管網、二次換熱站、二次網送至熱用戶。

所述的熱泵機組包括蒸發器、壓縮機、冷凝器以及節流裝置。其原理為逆卡諾循環過程。

所述的熱泵壓縮機通過設置有閥門的管道與汽輪機高中壓氣缸相連，壓縮機排汽與熱網加熱器相連。

所述的熱泵壓縮機選用汽輪機高中壓抽汽蒸汽為驅動，壓縮機排汽作為熱網加熱器熱源對熱網循環水進行加熱。

所述的熱網回水溫度為50~60℃，熱網供水溫度為100~130℃。

所述的熱網回水經由熱泵蒸發器換熱后溫度降為35~45℃，經由凝汽器第一次加熱后溫度升至為50~60℃，經由熱泵冷凝器第二次換熱后溫度升至為70~80℃。

由于采用了上述技術方案，本發明取得的技術進步是：

1，熱泵蒸發器吸收供熱回水熱量造成的能量損失經由背壓凝汽器換熱后得到彌補。本方法僅消耗汽輪機抽汽供熱泵壓縮機驅動熱源使用，不消耗循環冷卻水，該方法對熱量進行了重新整合，原料消耗明顯降低。

2，與目前市場上常用的高背壓供熱技術相比，在供暖期，通過降低進入凝汽器的回水溫度，降低汽輪機排汽壓力，排汽壓力在15~30kPa，背壓較低，從而減少汽輪機低壓缸葉片的磨損，降低設備折舊損失，機組運行更加長久穩定。

3，在供暖期，高背壓改造后部分抽汽供熱改為乏汽供熱，產生了一部分電量，同時，由于低壓缸流量增加，低壓缸效率增加較多，發電量增加。

4，熱泵結合高背壓技術可以減少相同發電量、供熱量情況下的煤耗，從而減少燃煤煙氣，整體上更加的環保節能高效，經濟可行。

5，所述技術方案同時具有熱泵技術及高背壓技術的各自優點。

附圖說明

圖1是本發明的結果流程示意圖。

其中包括汽輪機1、凝汽器2、蒸發器3、壓縮機4、冷凝器5、節流裝置6、熱網加熱器7、空冷島8以及閥門A、B、C、D。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步詳細說明：

如圖1所示，該實施例包括汽輪機1、凝汽器2、蒸發器3、壓縮機4、冷凝器5、節流裝置6、熱網加熱器7、空冷島8以及閥門A、B、C、D。

來自鍋爐的高溫高壓蒸汽通過蒸汽管道與汽輪機1相連，汽輪機1的低壓缸出口通過設置有閥門B的管道與凝汽器2相連，凝汽器2出口的凝結水經處理后送往鍋爐回水；熱網回水通過熱網回水管送至蒸發器3，蒸發器3與凝汽器2相連，凝汽器2與冷凝器5相連，冷凝器5與熱網加熱器7相連；蒸發器3與壓縮機4、冷凝器5、節流裝置6相連成熱泵循環機組；汽輪機1與空冷島8之間通過設置有閥門C的管道連接，空冷島8出口的凝結水經處理后送回鍋爐回水；壓縮機4與汽輪機1通過設置有閥門D的管道相連，壓縮機4與熱網加熱器7相連；閥門A控制熱網回水流股。

在采暖期，利用高背壓結合熱泵技術供熱，具體操作步驟如下：

首先，建立凝汽器2的真空系統；其次，熱網循環水進入凝汽器2，凝汽器2產生一定壓力；再次，調整空冷島8風機的轉速，調整排汽裝置的背壓，讓其同凝汽器2的背壓接近且高于凝汽器的背壓，打開閥門B，凝汽器開始進部分蒸汽；最后，根據循環水出水溫度調整背壓值及凝汽器進汽量，關閉閥門C，空冷島8退出運行。由于熱網循環水溫度較高，利用乏汽加熱會將主機背壓提高，相對于機組正常背壓7～10kPa是高背壓。

同時，打開閥門D，熱泵壓縮機4由汽輪機1高中壓抽汽蒸汽為驅動，壓縮機4排汽作為熱網加熱器7熱源對熱網循環水進行加熱。

熱網循環水量為1000t/h，熱網回水溫度為52℃，經過蒸發器3后溫度降為35℃，后送至凝汽器2進行第一次加熱，換熱后溫度升為52℃，再經冷凝器5進行第二次加熱，換熱后溫度升為77℃，最后經熱網加熱器7進行第三次加熱，換熱后溫度升為100℃，最終經供熱管網送至用戶。

以熱網循環水流量1000 t/h計，熱網循環水、凝汽器、熱泵機組、熱網加熱器之間的溫度和熱負荷平衡關系如表1所示。

表1 熱負荷平衡表

本供熱系統采暖期背壓20kPa，背壓較小，對汽輪機葉片磨損大大減少，發電量增加，煤耗降低；僅消耗汽輪機抽汽41t/h供熱泵壓縮機驅動熱源使用，不消耗循環冷卻水，利用熱泵結合高背壓技術回收汽輪機乏汽余熱19767KW，可將1000t/h的熱網回水由52℃加熱至100℃供集中供熱使用，總供熱量55813KW，以50W/m²算，可供熱111.6萬m²。

以全年供熱天數150天計算，年回收余熱量25.618萬GJ，余熱收益435.5萬元，設備投資成本1744.14萬元，設備投資回收期4年。

在非采暖期，只開啟閥門C，關閉閥門A、B、D，熱網循環水退出運行，汽輪機組恢復正常運行。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式，故凡依本發明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。