循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统及调节方法与流程

1.本发明涉及采暖供热技术领域，特别是一种循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统及调节方法。


背景技术：

2.随着我国城镇化水平的快速发展，使得城市对采暖需求不断增加，尤其是在我国北方，集中供热面积逐年增加，基于不同的供热需求和我国电力市场的多元化发展，热电联产机组在燃煤机组中的比重越来越大。
3.虽然热电联产机组在运行过程中利用汽轮机级间抽汽进行供热本身就是一种节能降耗的方式，但其中仍存在能量利用不合理的地方，大多数供热机组利用五段抽汽进行供热，通常供热蒸汽压力0.5mpa左右，温度240℃左右，采用中低压缸连通管打孔抽汽供热的蒸汽压力要更高，而热网水所需温度仅为110℃左右，如此高品质的蒸汽与热网水进行换热造成了很大的不可逆换热损失，尤其是损失了高品质蒸汽中具有做功能力的那一部分，不符合能量梯级利用的原则。此外，对于燃煤电厂，其蕴含着大量的低温余热，通常这部分余热都被散失到环境中去，这其中最为显著的就是电厂通过冷却塔将汽轮机排汽的余热排放的环境中，该余热数量巨大，占机组总能量的30％以上，并且此部分余热以循环水为介质，输出较为稳定，如果将此部分余热进行回收，不仅可以提高电厂能源综合利用率，还可以提升机组的供热能力，是一种两全其美的方式，目前很多电厂以经利用成熟的热泵技术将循环水中的余热进行回收利用并且起到了很好的效果。
4.而且供热机组在运行中存在两个最主要的问题：一、供热蒸汽能量利用不合理，其中的高品质能量如何进行回收再利用；二、如何回收循环水余热进行供热。目前还没有一种系统和方法能够同时解决以上两个问题。


技术实现要素：

5.本发明需要解决的技术问题是提供一种循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统及调节方法，实现循环水低品位余热回收和供热蒸汽高品质能量回收利用的双重效果，提高供热机组运行经济性。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
7.循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，包括串联连接分别用于对热网水进行分级加热的抽汽供热子系统、蒸汽余压利用子系统和循环水热泵子系统以及用于对加热后的热网水进行用热的末端用户子系统；所述抽汽供热子系统包括汽轮机的高压缸、中压缸和低压缸，中压缸的采暖抽汽管道上连接有用于对热网水进行加热的热网加热器，热网加热器通过热网供水管道连接在末端用户子系统上；所述热网加热器的进汽管道上设置有用于调节进汽流量的热网加热器进汽调节阀；所述蒸汽余压利用子系统和循环水热泵子系统的进汽管道均连接在中压缸的采暖抽汽管道上。
8.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述中压缸与低压缸连通的管
道上设置有用于调整供热蒸汽流量的供热蝶阀，中压缸的采暖抽汽管道上设置有用于调节供热蒸汽压力的抽汽调节阀。
9.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，其特征在于：所述蒸汽余压利用子系统包括连接在中压缸采暖抽汽管道上的动力装置和与热网加热器串联连接用于对热网水进行加热的乏汽加热器，动力装置上连接有用于做功的负载装置，动力装置的排汽端连接在乏汽加热器的进汽端。
10.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述动力装置的进汽管道上设置有用于调整动力装置进汽流量的动力装置进汽调节阀；所述乏汽加热器上并联设置有用于调节进入乏汽加热器中热网水流量的乏汽加热器旁路调节阀。
11.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述动力装置为低压汽轮机或膨胀机，负载装置为发电机或热网循环泵。
12.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述循环水热泵子系统包括连接在中压缸采暖抽汽管道上用于对热网水进行加热的热泵机组、连接在低压缸的排汽管道上的凝汽器以及通过循环水出口管道和进口管道连接在凝汽器上用于为热泵机组提供低温热源的冷却塔。
13.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述热泵机组的进汽管道上设置有用于调节热泵机组进汽流量的热泵机组进汽调节阀，热泵机组的进水旁路上设置有用于调节进入热泵机组中热网水流量的热泵旁路调节阀，循环水出口管道和进口管道上分别设置有用于调节循环水进水流量和出水流量的循环水出口调节阀和循环水进口调节阀。
14.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统，所述末端用户子系统包括用于将热网供水提供给用户的换热站和用热的热用户。
15.循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热的调节方法，所述调节方法采用上述任一项所述的循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统实现，具体包括以下步骤：
16.a.设定供热蒸汽在循环水热泵子系统中分配流量为q1；供热蒸汽在蒸汽余压利用子系统中分配流量为q2；供热蒸汽在抽汽供热子系统中分配流量为q3；
17.b.在采暖初期和末期，根据热网水流量和外网供热量需求，循环水供热子系统和蒸汽余压利用子系统投入运行，同时根据热网水流量确定热泵机组开启的台数；
18.b1.通过调节热网加热器进汽调节阀和动力装置进汽调节阀调整供热蒸汽压力使其满足热泵机组驱动热源压力，同时调整热泵机组进汽调节阀使供热蒸汽优先满足热泵机组所需驱动热源流量，分配热泵机组流量q1；
19.b2.供热蒸汽流量分配满足q1后，剩余供热蒸汽流量优先分配蒸汽余压利用子系统中动力装置所需流量，并分配流量q2；
20.c.在采暖中期，根据热网水流量和外网供热量需求，此时热泵机组尽可能在额定工况下运行，供热蒸汽流量分配优先满足q1，剩余供热蒸汽流量分配依次为q2、q3，乏汽加热器中的热网水流量可保持额定流量与最大流量之间运行；
21.d.当供热蒸汽流量分配q1与q2不满足循环水热泵子系统和蒸汽余压利用子系统任一流量需求时，循环水热泵子系统与蒸汽余压利用子系统均不投入运行；
22.e.当循环水热泵子系统和蒸汽余压利用子系统任一系统发生故障时，热网水均经旁路通过。
23.上述循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热的调节方法，其特征在于：步骤b2中在分配流量q2时存在以下几种情况：
24.b21.若分配完q2之后流量有剩余，则剩余供热蒸汽全部分配抽汽供热系统中的热网加热器；
25.b22.若分配到蒸汽余压利用系统中动力装置的流量q2不能满足动力装置50％的出力工况，则关闭动力装置进汽调节阀，蒸汽余压利用系统不投入使用；
26.b23.若分配到动力装置中的流量q2能够使动力装置满足50％以上出力工况，则蒸汽余压利用系统投入运行。
27.由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
28.本发明增设吸收式热泵机组和动力装置分别对循环水余热和采暖抽汽中高品质能量进行回收利用，二者联合供热，对热网水进行逐级加热，实现了循环水低品位余热回收和供热蒸汽高品质能量回收做功的双重功效，提高了供热机组运行的经济性。
附图说明
29.图1为本发明的结构示意图；
30.其中：1.高压缸、2.中压缸、3.低压缸、4.抽汽调节阀、5.供热蝶阀、6.热网加热器、7.热网加热器进汽调节阀、8.动力装置进汽调节阀、9.动力装置、10.负载装置、11.乏汽加热器、12.乏汽加热器旁路调节阀、13.热泵机组进汽调节阀、14.热泵机组、15.热泵旁路调节阀、16.凝汽器、17.冷却塔、18.循环水出口调节阀、19.循环水进口调节阀、20.换热站、21.热用户。
具体实施方式
31.下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
32.循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统及调节方法，其结构如图1所示，包括串联连接的抽汽供热子系统、蒸汽余压利用子系统、循环水热泵子系统和末端用户子系统。抽汽供热子系统、蒸汽余压利用子系统和循环水热泵子系统用来对热网水进行分级加热，末端用户子系统用来对加热后的热网水进行用热。
33.抽汽供热子系统包括汽轮机的高压缸1、中压缸2、低压缸3和热网加热器6，高压缸1、中压缸2和低压缸3串联连接在采暖抽汽管道上，用来抽取蒸汽，高压缸1抽取的是主蒸汽，中压缸2抽取的是再热蒸汽，热网加热器6连接在中压缸2的采暖抽汽管道上，用来对热网水进行加热，热网加热器6通过热网供水管道连接在末端用户子系统上。
34.中压缸2与低压缸3连通的管道上设置有供热蝶阀5，用来调整供热蒸汽流量，中压缸2的采暖抽汽管道上设置有抽汽调节阀4，用来调节供热蒸汽的压力，热网加热器6的进汽管道上设置有热网加热器进汽调节阀7，用来调整热网加热器的进汽流量。本发明中的热网加热器6的数量和连接形式不限于附图中的热网加热器的数量和连接形式，可根据实际需求增加和减少。
35.蒸汽余压利用子系统和循环水热泵子系统的进汽管道均连接在中压缸2的采暖抽汽管道上。
36.蒸汽余压利用子系统包括动力装置9、负载装置10和乏汽加热器11。动力装置9连
接在中压缸2的采暖抽汽管道上，负载装置10连接在动力装置9上，乏汽加热器11与热网加热器6串联，乏汽加热器的进汽端连接在动力装置9的排汽端，利用蒸汽对热网水进行加热。蒸汽进入动力装置9中拖动负载装置10做功，动力装置9做功后的乏汽进入乏汽加热器11，对进入乏汽加热器内的热网水进行加热。
37.动力装置9的进汽管道上设置有动力装置进汽调节阀8，用来调整动力装置的进汽流量，乏汽加热器11上并联设置有乏汽加热器旁路调节阀12，用来调节进入乏汽加热器中热网水的流量。
38.动力装置9为低压汽轮机或膨胀机，负载装置10为发电机或热网循环泵，动力装置乏汽进入乏汽加热器加热热网水。
39.循环水热泵子系统包括热泵机组14、凝汽器16和冷却塔17。热泵机组14连接在中压缸2的采暖抽汽管道上，用来对热网水进行加热，凝汽器16连接在低压缸3的排汽管道上，冷却塔17通过循环水出口管道和进口管道连接在凝汽器16上，用来给热泵机组14提供低温热源，热泵机组14的低温热源端连接在循环水出口管道和进口管道上。
40.热泵机组14的进汽管道上设置有热泵机组进汽调节阀13，用来调节热泵机组的进汽流量，热泵机组14的进水旁路上设置有热泵旁路调节阀15，用来调节进入热泵机组中热网水的流量，循环水进水管道和出水管道上分别设置有循环水出口调节阀18和循环水进口调节阀19，分别用来调节循环水的进水流量和出水流量。
41.热泵机组14为吸收式热泵，驱动热源为供热蒸汽，低温热源为电厂循环水。
42.末端用户子系统包括换热站20和热用户21，换热站20将加热后的热网供水提供给热用户21。
43.循环水热泵子系统、蒸汽余压利用子系统及抽汽供热子系统三个子系统串联连接，来自换热站20的热网水依次经过热泵机组14，乏汽加热器11，热网加热器6，实现了对热网水的三级加热。
44.本发明中热网水的加热流程为：来自换热站的热网水回到电厂后，先通过热泵机组进行第一级加热，被热泵机组加热后的热网水进入乏汽换热器，被动力装置的乏汽进行第二级加热，从乏汽加热器出来的热网水进入热网加热器被供热蒸汽进行第三级加热，达到热网供水所需温度后，进入换热站，供热用户使用。
45.本发明中的供热蒸汽换热流程为：来自汽轮机中压缸的供热蒸汽分为三路，分别同时进入循环水热泵子系统、蒸汽余压利用子系统和抽汽供热子系统，在循环水热泵子系统中供热蒸汽作为驱动蒸汽进入热泵机组中，回收循环水余热并对热网水进行第一级加热；在蒸汽余压利用子系统中，供热蒸汽先进入动力装置中拖动负载装置做功，动力装置做功后的乏汽进入乏汽加热器，对经热泵机组加热后的热网水进行第二级加热；在抽汽供热子系统中，供热蒸汽直接进入热网加热器中，对来自于乏汽加热器中温度较高的热网水进行第三级加热。
46.循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热的调节方法，采用循环水热泵联合蒸汽余压利用分级加热系统实现，具体包括以下步骤：
47.a.设定供热蒸汽在循环水热泵子系统中分配流量为q1；供热蒸汽在蒸汽余压利用子系统中分配流量为q2；供热蒸汽在抽汽供热子系统中分配流量为q3。
48.b.在采暖初期和末期，根据热网水流量和外网供热量需求，循环水供热子系统和
蒸汽余压利用子系统投入运行，同时根据热网水流量确定热泵机组开启的台数。
49.b1.通过调节热网加热器进汽调节阀和动力装置进汽调节阀调整供热蒸汽压力使其满足热泵机组驱动热源压力，同时调整热泵机组进汽调节阀使供热蒸汽优先满足热泵机组所需驱动热源流量，分配热泵机组流量q1。
50.b2.供热蒸汽流量分配满足q1后，剩余供热蒸汽流量优先分配蒸汽余压利用子系统中动力装置所需流量，并分配流量q2。
51.在分配流量q2的过程中存在以下几种情况：
52.b21.若分配完q2之后流量有剩余，则剩余供热蒸汽全部分配抽汽供热系统中的热网加热器；
53.b22.若分配到蒸汽余压利用系统中动力装置的流量q2不能满足动力装置50％的出力工况，则关闭动力装置进汽调节阀，蒸汽余压利用系统不投入使用；
54.b23.若分配到动力装置中的流量q2能够使动力装置满足50％以上出力工况，则蒸汽余压利用系统投入运行。
55.c.在采暖中期，根据热网水流量和外网供热量需求，此时热泵机组尽可能在额定工况下运行，供热蒸汽流量分配优先满足q1，剩余供热蒸汽流量分配依次为q2、q3，乏汽加热器中的热网水流量可保持额定流量与最大流量之间运行。
56.d.当供热蒸汽流量分配q1与q2不满足循环水热泵子系统和蒸汽余压利用子系统任一流量需求时，循环水热泵子系统与蒸汽余压利用子系统均不投入运行。
57.e.当循环水热泵子系统和蒸汽余压利用子系统任一系统发生故障时，热网水均经旁路通过。
58.本发明中，供热蒸汽的流量分配优先顺序一次为循环水热泵子系统、蒸汽余压利用子系统和抽汽供热子系统，循环水热泵机组和蒸汽余压动力装置联合供热，对供热蒸汽进行深度利用，同时实现了低品位循环水余热回收供热和供热蒸汽高品质能量回收做功的双重效果。