一种小温差梯级换热成套集成装置的制作方法

1.本实用新型属于区域能源集中供冷供热领域，该装置采用模块化设计、集中式生产、预拼装与现场组装组合的方式，旨在提高换热利用效率、减少换热温差损失、提升系统运行能效，同时发挥成套集成装置优势，本实用新型具体为一种小温差梯级换热的成套集成装置。


背景技术：

2.目前，伴随着气候不断变化和人民对生活舒适性品质的追求，冬季取暖已不仅仅存在于我国北方地区，近年来我国南方地区如贵州、广西、重庆、成都等地陆续出现了集中供暖。新型集中供暖在南方地区不同于传统的北方地区，特别是热源类型和系统形式发生了较大变化，传统北方地区供暖以热电厂、锅炉房(以燃煤或燃气为主)、工业余热等作为热源类型，系统一般采取大温差小流量的运行方式，充分利用有效的能源，降低运输能耗，提高系统输配效率。
3.近来，随着国家对环保的大力整治以及环保政策的不断推进，使得新型环保能源类型出现在集中供冷供热领域，如地热能，空气源、地源、水源热泵等。为落实国家对节能环保要求，我国南方地区集中供热由于无法利用大型燃煤锅炉，而且燃气/油资源比较稀少，同时当地缺少集中供热管网等基础设施；另一方面考虑到南方地区的水资源比较充裕，在南方城市新建集中供能系统时为避免大面积市政施工，围绕负荷中心建设区域能源站，发展集中式区域能源系统，不仅满足当地供热的基本需求，而且提供夏季供冷，适应南方气候条件，达到一网两用的效果。另外，区域能源系统将大型管网进行小型化设计，节省了初投资，实现了系统的有效数据监测与设备调控。随着大数据、云计算、信息化等领先技术的发展，对于区域能源冷热供应系统在当前数据通信技术成熟的条件下已经实现了相互之间的远程访问与调控，为区域能源系统运行管理提供了新的管理手段和工具。
4.新建区域能源系统以集中式的热泵、分散式的换热站为主要供能形式，其中在能源站设置水源热泵，利用江水、河水或市政污水作为一次能源，通过热泵装置提升能量达到满足用户的需求。一个区域能源站配置多台大型电动压缩式热泵，热泵按照设计参数要求选型，不同运行阶段投入不同的台数，热泵本身具备无极调节的功能，满足单台运行条件下的调控要求。由于热泵系统供热运行温度不像锅炉、热电厂首站那样，主要以低温为主，实际运行温度在50℃及其以下，根据电动压缩式热泵本身的特性，供热一次网设计运行温度为45℃/37℃，二次网设计温度为43℃/35℃(供冷亦是同等小温差)，因此一次网运行温度决定了换热站间供系统的换热温差，由于用户末端在温度低的条件下无法满足用热需求，这就决定了间供换热系统在热泵为热源的条件下需进行小温差换热，此外在供冷模式下的换热温差与供热模式下的换热温差相同。小温差换热系统以设计温度和换热量为依据进行换热器的选型，计算出相应换热器面积。
5.本实用新型装置采用寻优设计、复核精准选型、车间工业化生产的方式，将整体换热装置细分为若干个功能模块，采用装配式拼装方法，在集成设计方面不仅满足高质量的
生产要求，而且采用功能模块组合方式增加了换热装置的灵活性；在装配方面各功能模块连接紧凑，节省占地面积；在实施方面降低了施工难度、缩短了实施周期。本集成装置能够实现工业化批量生产，智能化组合运行，不仅降低了建设投资，而且增加了系统的调节性，降低了运行能耗，提升了换热能效。


技术实现要素：

6.本实用新型在于设计一种小温差梯级换热成套集成装置，本装置由4个不同的功能模块组成，集调控、换热、循环于一体，实现系统设计、集中生产、灵活装配多项功能的综合应用。
7.本设计一方面考虑到本装置所应用的小温差系统，由于换热温差小、在同样换热量的调节下选型换热面积大，单台大面积换热器不仅尺寸加大，而且随着换热装机面积的增加会出现换热效果差、热交换不充分等衰减问题，为此在小温差换热条件下选择梯级热交换的形式，从而减少换热损失，提升换热能效。另一方面考虑到系统运行的负荷变化和运行调控，通过调控一次流量的方法实现目标温度的质调节，同时还在二次侧以水泵的频率和台数控制实现二次循环水的量调节，与一次的质调节相互兼容且独立控制。
8.为达到上述目标，特此设计了一种小温差梯级换热成套集成装置，一次供水管1在一级换热器5的一次进水管上设置一次电动阀a7，在一级换热器5的一次侧的旁通管路上设一次电动阀b8，一次水经过一次电动阀8或一级换热器5后通过二级换热器6，在二级换热器6一次侧的旁通管路上设置一次电动阀c9，一次水经过二级换热器6或一次电动阀c9后进入一次回水管2，完成一次水的循环换热过程；在二次回水管4上设有二次循环水泵a13和二次循环水泵b14，二级换热器6的二次进水口设二次电动阀a10，二次水经过二次电动阀a10后进入二级换热器6，在二级换热器6的旁通管路上设有二次电动阀b11，二次水经过6或二次电动阀b11后通过一级换热器5的二次进水管进入一级换热器5，在一级换热器5的旁通管上设有二次电动阀c12，二次水经过一级换热器5或二次电动阀c12后最终通过二次供水管3对外供给，完成二次水的循环换热过程。
9.本装置主要包括4个功能模块(分别为一次调控模块a、梯级换热模块b、二次调控模块c、循环泵组模块d)，具体包含六个电动阀、两台梯级换热器、两台循环水泵。其中一次调控模块a(包括一次电动阀a7、一次电动阀b8、一次电动阀c9)和二次调控模块c(二次电动阀a10、二次电动阀b11、二次电动阀c12)主要解决一次网运行期间水路系统的调配和切换，满足不同负荷的变化需求，适应不同的工况条件。类似的，在同等负荷条件下，能够进行水力分配，从而调整每台梯级换热器的进出水流量，实现水力条件的最优控制；梯级换热模块b(一级换热器5和二级换热器6)以提升换热效率为主，具体通过设立一级换热器5和二级换热器6来实现，此设计在同样换热面积条件下增加了一次与二次介质的接触时间，提高了充分热交换的机遇，同时梯级换热的设置在部分负荷时等价于增加了换热面积，提升了综合换热能效，保证了换热效果。循环泵组模块d(二次循环水泵a13和二次循环水泵b14)能够实现二次网流量的调控，依据压差或单位平米综合流量控制二次循环水泵的频率或台数，实现系统的量调节。
10.本装置与目前现有的技术相比，首先将换热设计为梯级热交换，提升了系统换热能效；其次通过一次与二次的调控能够实现水力分配的优化，减少了系统水力损失，优化了
系统的水力特性；循环泵组的独立控制实现了系统量调节与质调节的独立控制，调控方式互不影响；此外成套集成装置采取集中生产、组合拼装的方式，不仅保证了整体质量，而且紧凑型的工业化设计使得本装置节省占地面积，提高现场作业效率。本装置从设计、实施以及运行多方面出发，综合考虑系统特性与设备装配的调控，最终实现系统的高效管控。
附图说明
11.图1是一种小温差梯级换热成套集成装置构成图，图中表示如下：
12.a—一次调控模块；b—梯级换热模块；
13.c—二次调控模块；d—循环泵组模块；
14.1—一次供水管；2—一次回水管；
15.3—二次供水管；4—二次回水管；
16.5—一级换热器；6—二级换热器；
17.7、一次电动阀a，8、一次电动阀b，9—一次电动阀c；10、二次电动阀a，
18.11、二次电动阀b，12—二次电动阀c；
19.13、二次循环水泵a，14—二次循环水泵b。
具体实施方式
20.下述结合附图1对本实用新型进行描述：
21.本实用新型装置为一种小温差梯级换热成套集成装置，通过梯级换热器寻优选型、一次与二次电动阀控制、二次循环水泵频率与台数联控，共同集成高效换热的调控装置，适用于换热温差小、占地空间小、施工周期短、信息化运行调控等区域能源供应系统，从而实现管理的智能化，提升监管效益。
22.本装置以小温差为特点、以成套集成为优势、以高效运行为目标，主要包括一次调控模块a(含3个电动阀)、梯级换热模块b(含两级换热器)、二次调控模块c(含3个电动阀)、循环泵组模块d(含2台二次循环水泵)。
23.一次管路设有一次调控模块a，与梯级换热模块b的一次侧连接，一次管路上的第一台电动阀位于一级换热器5的进口，第二台与一级换热器5并联，作为其旁通管路电动阀，第三台位于二级换热器6的旁通管路上；二次管路回水设有循环泵组模块d，循环水泵可根据需要进行台数和频率控制，二次调控模块c与与梯级换热模块b的二次侧连接，二次管路上第一台和第二台电动阀位于二级换热器6的进口及其旁通管路上的，第三台位于一级换热器5的旁通管路上。
24.具体步骤如下：
25.首先，供能系统安装完毕，初期试运行调试期间，将电动阀1和4关闭，其余的电动阀均打开，开启1台二次循环水泵13或14进行冷态运行，其中二次管网以二次循环水泵为源动力进行管路循环，一次管网水循环在试运行时不流经梯级换热器模块b，直至试运行稳定且合格后正式投入运行。
26.其次，随着系统正式运行，一级换热器5和二级换热器6投入使用，由于两级换热器设计为等温差等面积梯级换热，在初期负荷较低时，末端用户的冷热需求较小，这时利用一级换热器5进行热交换，此时关闭8、10、12阀，开启7、9、11阀，通过7阀调节二次侧供水温度
(利用二级换热器6同理)。在一台换热器满足不了需求时，增加换热器台数以适应负荷增加的需求，在两级换热器使用时，关闭8、9、11、12阀，开启7、10阀，通过7阀调节二次侧目标温度。
27.再次，在特殊情况下维护换热器时，可保证另一台换热器正常运行，如维修一级换热器5时，一次侧关闭7、9阀、开启8阀，二次侧关闭11阀，开启10、12阀；维修一级换热器6时，一次侧关闭8阀、开启7、9阀，二次侧关闭10、12阀，开启11阀。
28.最后，本装置实现流量的有效调控，在运行期间通过控制水泵运行来实现，优先控制水泵的频率，满足不同需求下的流量调节，当一台循环水泵满足不了需求时，通过台数控制来补充欠缺的流量，系统实现变流量调控的同时依据流量的变化满足系统冷热需求变化。
29.本设计的成套集成装置主要解决区域供能系统从设计到运行的不同阶段所涉及的高效换热与集成装配的问题，通过换热系统的梯级热交换降低了换热器的水力损失，充分利用了换热面积，避免了小温差换热在大面积配置条件下的换热面积损失，同时减少了换热设备型号尺寸，为集成装置的实施提供了基础保障。
30.在集成装配上采用工厂生产预组装的方式，整体换热装置分为若干个装配功能模块，分批达到安装现场后直接进行拼装作业，不仅保证了装配质量和精度，减少了施工作业时间，集成装置占地面积小，节省现场空间，各功能模块保证了系统的集成度与完整度。
31.另一方面，通过本实用新型装置的使用，区域能源供能系统在不同运行时段进行有效调控，通过调节换热面积实现不同需求的换热量，通过水泵来实现系统的量调节。梯级换热成套集成装置在运行中不但实现质(温度)调节还有效的匹配量(流量)调节的需要，有助于系统调控运行的综合性改进。