一种隔压站集中布置式大温差供热系统

技术领域

本发明属于供热能源的技术领域，具体的说，涉及一种隔压站集中布置式大温差供热系统。

背景技术

随着城市建设速度飞速增长，同时为了满足节能减排的环保要求，新建热源离供热区域越来越远，供热半径越来越大，因而隔压站的应用日益增多。城市供热管网口径已经达到DN1400，若要继续增大管径来提高管网输送能力，会增加诸多困难，以致无法实现。因而采取利用现有管网，增大供回水温差的方法来提高管网输运能力，以达到增加供热量，这种方式越来越多的被应用到现在的城市长距离供热工程中。而大温差长距离供热工程具有能供热管线长、高差大等特点，为了克服供热区域内地势高差过大带来的设备安全隐患而在系统主管网上设置隔压站等安全措施，避免了一次网直供系统因整个系统高差太大，当系统定压满足系统充水高度时，会导致系统地处热用户和设备承压不足，当系统定压满足地处设备承压时，又可能出现系统高处住不满水的现象。而隔压站的端差会影响至热用户的热网循环水温度，尤其对于大温差余热利用工程，隔压站的设置影响整个体统的经济性。

当前大温差供热系统主要有以下几种：

1)热源端用户端均采用吸收式热泵大温差供热系统：该系统在热源端设置蒸汽吸收式热泵以及常规换热器，利用汽轮机排汽预热热网回水，并利用循环冷却水作为吸收式热泵的低位热源，利用部分抽汽热源驱动吸收式热泵加热热网循环水，回收电厂发电余热。在用户端采用热水吸收式热泵和水水换热器组合的方式加热二次网供热热水，增大热网的供、回水温差，同时用户侧热泵不需要外来能源做驱动力。该技术优点是回收了部分电厂余热，末端热泵不需要外来能源驱动。缺点是用户端均需布置吸收式热泵，实施难度较大，投资高。

2)热源端高背压用户端吸收式热泵大温差供热系统：该系统在热源端设置高背压凝汽器，利用汽轮机低压缸排汽对热网循环水进行初级加热，再利用中排抽汽对热网循环水进行二级加热，实现能源梯级利用，尽可能的利用电厂发电余热。在用户端采用热水吸收式热泵和水水换热器组合的方式加热二次网供热热水，增大热网的供、回水温差，同时用户侧热泵不需要外来能源做驱动力。该技术优点是电厂余热利用率较高，末端热泵不需要外来能源驱动。缺点是热源端对回水温度要求较高，回水温度高影响经济性，且要求发电机组以热定电，机组灵活性较差，用户侧实施难度大，投资较高。

申请号：200810101065X中国发明专利公布了一种大温差集中供热系统，该发明公开了一种大温差集中供热系统，该系统由汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、以及连接管路和附件组成。该发明的主要特征在于：热网供热温差大，较常规热网运行增大约一倍温差，这样会大幅度增加热网的输送能力，同时由于供热回水温度低，无保温和热应力补偿问题，进而可以降低回水管网和整个管网的投资；利用汽轮机排汽预热大热网回水，并利用循环水作为吸收式热泵的低位热源，优点是尽可能大限度地回收了电厂发电过程中产生的余热；在末端采用热水吸收式热泵和水-水换热器组合的方式加热二次网供热热水，增大了大热网的供、回水温度，同时热泵不需要外来热源做驱动力。该发明是最常见的大温差供热系统，但并未涉及隔压站，而且在末端用户处均设置吸收式热泵，实施困难大，造价高。

申请号：2016103142249中国发明专利公布了一种一网大温差供热的系统与方法，在供热系统上游的一网水供水管路和一网水回水管路之间并联安装自驱动热泵，在供热系统下游的一网水供水管路和一网水回水管路之间并联安装多个向用户供热的换热站；供热系统上游的一组自驱动热泵对应供热系统下游的多个换热站。该发明借助自驱动热泵有效增大一网水供、回水温差，极大提高了热网系统的供热能力，节能降耗，同时有效解决了换热站因空间或其他原因无法安装大温差换热机组，从而无法实现一网水低温回水的问题。该发明虽然客服了在用户末端设置热泵的弊端，但该发明并未涉及隔压站也没有和隔压站系统结合以克服隔压站对大温差供热系统带来的影响，而且该发明所用热泵为自驱动热泵，有较高的应用条件。

申请号：2016107635989中国发明专利公布了一种电驱热泵大温差余热回收供热机组，包括一级换热站和二级换热站，一级换热站由回水加热器、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器、相串联的多个一级电驱热泵和尖峰加热器组成，二级换热站由板式换热器和相串联的三级电驱热泵组成，一次网回水依次经过回水加热器、相串联的多个二级电驱热泵、凝水换热器、相串联的多个一级电驱热泵、尖峰加热器后形成一次网供水，一次网供水进入二级换热站的板式换热器中加热二次网回水，板式换热器中放热后的一次网供水依次进入相串联不同热泵工质、不同热泵循环系统的三级电驱热泵，充分放热减温后的作为一次网回水重新进入回水加热器；二次网回水分为两路，分别进入板式换热器、三级电驱热泵吸热升温，升温后汇合作为二次网供水输出到热用户。该发明采用多级电驱热泵提高供热温差，增加热网输运能力，但并未涉及隔压站也没有和隔压站系统结合以克服隔压站对大温差供热系统带来的影响。

发明内容

本发明提供一种隔压站集中布置式大温差供热系统，用以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种隔压站集中布置式大温差供热系统，包括热电厂和多个隔压站集中布置单元，热电厂通过一次网热网循环水供水管道和一次网热网循环水回水管道连接，各隔压站集中布置单元的进口管道和出口管道分别与一次网热网循环水供水管道和一次网热网循环水回水管道连接。

进一步的，所述隔压站集中布置单元包括隔压站和压缩式热泵，隔压站的换热器的进口和出口分别与一次网热网循环水供水管道和一次网热网循环水回水管道连通，隔压站后一次网热网循环水供水管道和隔压站后一次网热网循环水回水管道分别与隔压站连接，且于隔压站后一次网热网循环水供水管道和隔压站后一次网热网循环水回水管道之间设置有多个并联的用热单元，所述压缩式热泵的蒸发器的进口和出口分别与隔压站的换热器的进口处的连通管路连接，且于连通管路上并位于压缩式热泵的蒸发器的进口和出口之间安装有第一调节阀，压缩式热泵的冷凝器的进口和出口分别与隔压站后一次网热网循环水回水管道连通，且于隔压站后一次网热网循环水回水管道上并位于压缩式热泵的冷凝器的进口和出口之间安装有第二调节阀。

进一步的，所述用热单元包括分别与隔压站后一次网热网循环水供水管道和隔压站后一次网热网循环水回水管道连接的板式换热器，所述板式换热器通过管路供热于热用户。

进一步的，所述热用户并联有一旁通管，于所述旁通管上安装有热网循环水旁路门。

进一步的，于所述压缩式热泵的蒸发器进口与隔压站的换热器进口处连通的管路上经热泵启动补水泵连通有热泵启动水箱，热泵启动补水泵的出口管上安装有热泵启动补水调节阀。

进一步的，所述隔压站后一次网热网循环水供水管道和隔压站后一次网热网循环水回水管道之间连通有隔压站后一次网热网循环水旁路，于所述隔压站后一次网热网循环水旁路上安装有隔压站后一次网热网循环水旁路截止阀。

进一步的，于所述隔压站后一次网热网循环水供水管道上安装有隔压站后一次网热网循环水泵。

进一步的，于所述隔压站集中布置单元的进口管道上安装有隔压站一次管网调节阀。

进一步的，于一次网热网循环水供水管道和一次网热网循环水回水管道之间连通有一次管网旁路，于所述一次管网旁路上安装有一次管网旁路截止阀。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明采用了隔压站集中布置单元，无需在所有用户端设置热泵，相比在用户端设置热泵占地少，造价相对较低；且隔压站集中布置单元，可有效抵消隔压站换热端差对热网循环水温差的影响；同时，隔压站集中布置单元可使热泵效率COP可达到4.5～7，效率较高，而且可以根据系统布置地条件多样性选取驱动方式；并且本发明适合长距离大温差供热系统采用的隔压站。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例的结构布置图。

标注部件：101-热电厂；102-隔压站；103-压缩式热泵驱动设备；104-热泵启动水箱；105-热泵启动补水泵；106-压缩式热泵；107-隔压站后一次网热网循环水泵；108-热用户一板式换热器；109-热用户一；110-热用户二板式换热器；111-热用户二；112-热用户三板式换热器；113-热用户三；201-一号隔压站一次管网调节阀；202-二号隔压站一次管网调节阀；203-一次管网旁路截止阀；204-第一调节阀；205-第二调节阀；206-热泵启动补水调节阀；207-隔压站后一次网热网循环水旁路截止阀；208-热用户一热网循环水旁路门；209-热用户二热网循环水旁路门；210-热用户三热网循环水旁路门；301-一次网热网循环水供水管道；302-一次网热网循环水回水管道；303-隔压站后一次网热网循环水供水管道；304-隔压站后一次网热网循环水回水管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种隔压站集中布置式大温差供热系统，如图1所示，包括热电厂101和多个隔压站102集中布置单元，热电厂101通过一次网热网循环水供水管道301和一次网热网循环水回水管道302连接，各隔压站102集中布置单元的进口管道和出口管道分别与一次网热网循环水供水管道301和一次网热网循环水回水管道302连接。其中，隔压站102集中布置单元包括隔压站102和压缩式热泵106，隔压站102的换热器的进口和出口分别与一次网热网循环水供水管道301和一次网热网循环水回水管道302连通，隔压站后一次网热网循环水供水管道303和隔压站后一次网热网循环水回水管道304分别与隔压站102连接，且在隔压站后一次网热网循环水供水管道303和隔压站后一次网热网循环水回水管道304之间设置有多个并联的用热单元，压缩式热泵106的蒸发器的进口和出口分别与隔压站102的换热器的进口处的连通管路连接，且在连通管路上并位于压缩式热泵106的蒸发器的进口和出口之间安装有第一调节阀204，压缩式热泵106的冷凝器的进口和出口分别与隔压站后一次网热网循环水回水管道304连通，且在隔压站后一次网热网循环水回水管道304上并位于压缩式热泵106的冷凝器的进口和出口之间安装有第二调节阀205。本实施例压缩式热泵106经压缩式热泵驱动设备103驱动而运行。

作为本发明一个优选的实施例，用热单元包括分别与隔压站后一次网热网循环水供水管道303和隔压站后一次网热网循环水回水管道304连接的板式换热器，板式换热器通过管路供热于热用户。其中，本实施例以三个热用户为例，热用户一板式换热器108实现对热用户一109进行换热，热用户二板式换热器110实现对热用户二111换热，热用户三板式换热器112实现对热用户三113进行换热。每个热用户并联有一旁通管，在每个旁通管上分别安装有热用户一热网循环水旁路门208、热用户二热网循环水旁路门209及热用户三热网循环水旁路门210。本实施例在压缩式热泵106的蒸发器进口与隔压站102的换热器进口处连通的管路上经热泵启动补水泵105连通有热泵启动水箱104，热泵启动补水泵105的出口管上安装有热泵启动补水调节阀206。本实施例隔压站后一次网热网循环水供水管道303和隔压站后一次网热网循环水回水管道304之间连通有隔压站102后一次网热网循环水旁路，在隔压站102后一次网热网循环水旁路上安装有隔压站后一次网热网循环水旁路截止阀207。并且在隔压站后一次网热网循环水供水管道303上安装有隔压站后一次网热网循环水泵107。

作为本发明一个优选的实施例，在隔压站102集中布置单元的进口管道上安装有隔压站102一次管网调节阀，本实施例以采用两个隔压站102集中布置单元为例，在这两个隔压站102集中布置单元的进口管道上分别安装有一号隔压站一次管网调节阀201和二号隔压站一次管网调节阀202。在一次网热网循环水供水管道301和一次网热网循环水回水管道302之间连通有一次管网旁路，在该一次管网旁路上安装有一次管网旁路截止阀203。

本发明的技术方案是在隔压站102设置压缩式热泵106，将隔压站102一次管网侧回水引入压缩式热泵106蒸发器冷却，将隔压站102后一次网回水引至压缩式热泵106冷凝器加热，后送至隔压站102后一次网供水混合，以达到降低至热电厂101的一次网总回水温度的目的，同时增加隔压站102后热网输运功率。

本发明系统流程如下：

1)、隔压站102前一次网侧系统流程：自热电厂101加热的热网循环水供水从一次网热网循环水供水管道301流至隔压站102进入隔压站102换热器换热后分两路，一路回至一次热网循环水回水管道；一路至压缩式热泵106的蒸发器继续放热，被压缩式热泵106的蒸发器吸热的热网循环水流至一次热网循环水回水管道混合流至热电厂101；流至其他隔压站102的隔压站102前一次网侧循环水流程与上述流程相同。

2)、隔压站102后一次网侧系统流程：自热用户换热的隔压站102后一次热网循环水回水从隔压站后一次网热网循环水回水管道304流至隔压站102附近分两路，一路至压缩式热泵106的冷凝器吸热，被压缩式热泵106的冷凝器加热的热网循环水流至隔压站后一次网热网循环水供水管道303；一路进入隔压站102的换热器换热，被隔压站102的换热器加热后的热网循环水流至隔压站后一次网热网循环水供水管道303与被压缩式热泵106加热的循环水混合供至各热用户。流至其他隔压站102的隔压站102后一次网侧循环水流程与上述流程相同。

3)、二次站侧系统流程：自隔压站后一次网热网循环水供水管道303来的隔压站102后一次热网循环水供水流至热用户板式换热器加热二次网循环水后流至隔压站后一次网热网循环水回水管道304，以此循环；自热用户一109放热的二次网热网循环水回水流至热用户一板式换热器108被一次网循环水加热后供至热用户，以此循环。热用户一热网循环水旁路门208可在热用户设备故障时旁路二次网热网循环水。流至其他热用户的二次网热网循环水流程与上述流程相同。

4)、压缩式热泵106蒸发器启动系统流程：当本发明所述系统启动运行时，由于热用户侧投运的延迟性等因素，致使隔压站102换热器至压缩式热泵106蒸发器的一次网热网循环水回水温度可能高于50℃，此时需启动热泵启动补水泵105，开启热泵启动补水调节阀206，将热泵启动水箱104的冷水补充至至压缩式热泵106蒸发器的一次网热网循环水回水，将一次网热网循环水回水温度降至50℃以下。

本发明调节方法：

本发明系统调节目标及手段，在压缩式热泵106温度压头满足热用户供热要求的前提下，COP取最大值。

压缩式热泵106效率

式中：COP为压缩式热泵106效率；q

压缩式热泵106温度压头：

ΔT＝t

式中：t

压缩式热泵106效率与温度压头关系式：

COP＝0.0001×ΔT

本系统调节手段，通过调节以下本发明所述系统中设备可调节压缩式热泵106效率以及其热负荷：

提高隔压站后一次网热网循环水泵107频率可增加隔压站102后一次网热网循环水流量；

增大第二调节阀205开度可增加进入压缩式热泵106冷凝器循环水流量；

增大第一调节阀204开度可增加进入压缩式热泵106蒸发器循环水流量；

本发明的特征主要体现在以下四个方面：

第一、隔压站102集中布置单元，实现热网大温差运行，增加热网输运能力；

第二、系统应用后，可使得隔压站102前热网回水温度低于隔压站102后热网回水温度，克服隔压站102的换热提高一次网回水温度的影响，尤其对于大温差余热利用工程，本发明系统的设置可提高整个系统的经济性；

第三、本发明所述系统中压缩式热泵驱动设备103可以为变频电机、燃气轮机或背压式汽轮机等驱动设备，若为燃气轮机其尾部烟气可用来进一步加热压缩式热泵106冷凝器加热的热网循环水然后送至热用户，若为背压式汽轮机其排汽可用来进一步加热压缩式热泵106冷凝器加热的热网循环水然后送至热用户。

第四、本发明所述系统启动运行时，若隔压站102换热器至压缩式热泵106蒸发器的一次网热网循环水回水温度高于50℃，则启动热泵启动补水泵105，开启热泵启动补水调节阀206，将热泵启动水箱104的冷水补充至至压缩式热泵106蒸发器的一次网热网循环水回水，将一次网热网循环水回水温度降至50℃以下。

优选的实施例：

某热电厂1012台330MW抽凝是汽轮机组，其中一台机组已经进行高背压供热改造，电厂向距电厂30km外的某市供热，一次热网管线长30km，两地高差130m，中间设有隔压站102，隔压站102设置有5台换热器，隔压站102前管径DN1000，隔压站102后管径DN1200，目前管线运行隔压站102前供水温度120℃，回水温度50℃，最大热网循环水量8000t/h，隔压站102后供水温度115℃，回水温度45℃，隔压站102前后侧回水温差5℃，输热功率653.3MW。由于城镇化进程加快，该市需增加约116MW供热热负荷，要求对热网系统进行改造。

根据本发明所述系统进行改造，在隔压站1025台换热器前后相应设置5台电驱压缩式热泵106，单台电驱压缩式热泵106功率23.27MW，驱动电机输出功率4.6MW，在每台隔压站102换热器一次网回水管道设置一次管网调节阀，将一次网热网循环水回水引至电驱压缩式热泵106蒸发器，蒸发器换热后的循环水接至一次网热网循环水回水管道302；在每台隔压站102换热器后一次网热网循环水回水管道302上设置压缩式热泵106调节阀，将隔压站102换热器后一次网热网循环水回水引至电驱压缩式热泵106冷凝器，冷却器换热后的循环水接至隔压站后一次网热网循环水供水管道303。每台电驱压缩式热泵106设置热泵启动水箱104，热泵启动补水泵105和热泵启动补水调节阀206以及相应的管道。

改造后每台隔压站102换热器至电驱压缩式热泵106蒸发器的隔压站102前一次网热网循环水回水流量约800t/h，入口温度50℃，出口温度30℃，至电驱压缩式热泵106冷凝器的隔压站102后一次网热网循环水回水流量约800t/h，入口温度45℃，出口温度70℃，电驱压缩式热泵106COP为5，温度压头40，电驱压缩式热泵106各出水与原循环水混合后，至热电厂101一次网热网循环水回水温度40℃，至用户侧隔压站102后一次网热网循环水供水温度100℃，改造后管网总输热功率769.7MW，比改造前增加116.3MW，满足热负荷增加需求。改造后隔压站102前至热电厂101一次网热网循环水回水温度40℃低于隔压站102后一次网热网循环水回水温度45℃，隔压站102前后侧回水温差-5℃，改造后至热电厂101一次网热网循环水回水温度40℃可大幅增加热电厂101余热利用比例。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。