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CN110926049B - 一种热电联产低温供暖工艺及系统 - Google Patents

一种热电联产低温供暖工艺及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热电联产低温供暖工艺及系统，通过热电厂排气热量实现热网低温回水加热，热电厂排气热量与热网低温回水进行热交换，热交换后的热网低温回水依次经减压、气液分离产生低温液体水和低压蒸汽；所述低温液体水经增压后通过热网返回热电厂进行循环吸热，所述低压蒸汽增压后与热网低温回水进行热交换转变为过冷水，部分所述过冷水经加压后进行气液分离循环补充低压蒸汽。本发明提供了一种可替代目前高成本热电联产供暖工艺的经济可行的方案。

Description

一种热电联产低温供暖工艺及系统
技术领域
本发明涉及余热综合利用，具体涉及一种热电联产低温供暖工艺及系统。
背景技术
近年来，北方地区因地制宜有序推进地热供暖、生物质供暖、太阳能供暖、天然气供暖、电供暖、工业余热供暖、清洁燃煤集中供暖，“煤改气”等。在众多的采暖技术中，热电联产无论从能源利用率还是经济性上均比其他采暖方式优势明显，且大型热电厂环保设施齐全，是优先推广的供暖方式。从能源转换角度来看，热电联产考虑到城市供暖需求，供水温度通常在90℃左右，甚至更高（如长输管线供热），而汽轮机利用高温蒸汽膨胀做功，产生的动力用于发电，理想工况下，凝汽式汽轮机排气压力约为5KPa，对应饱和温度为32.88℃，该温度对应的蒸汽在凝汽器中被循环水冷却后，通过冷却塔将热量排放到大气。热电联产是利用背压机组，设置背压式汽轮机排气压力对应的饱和温度高于90℃，来加热热网循环水，这样原本排入大气的热量被用于供暖，提高了系统热效率。
目前市场上存在燃气吸收式热泵用于供暖，cop约为1.8左右，但是，燃气吸收式热泵投资成本高。市场需要一种低成本供热方式降低热网回水温度，提高燃气利用效率的供暖方式。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于：提供一种热电联产低温供暖工艺及系统，主要解决当前热电联产供暖系统投资高，成本高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
本发明提供一种热电联产低温供暖工艺，本工艺通过热电厂排气热量实现热网低温回水加热，热电厂排气热量与热网低温回水进行热交换，热交换后的热网低温回水依次经减压、气液分离产生低温液体水和低压蒸汽；所述低温液体水经增压后通过热网返回热电厂进行循环吸热，所述低压蒸汽增压后与热网低温回水进行热交换转变为过冷水，部分所述过冷水经加压后进行气液分离循环补充低压蒸汽。
优选的，热电厂包括多级蒸汽动力系统，多级蒸汽动力系统通过串联组合、并联组合以及串并联组合中的一种实现热网低温回水的多级加热，所述多级至少包括一级。
同时，本发明还提供一种热电联产低温供暖系统，本系统通过热电厂排气热量实现热网低温回水加热，包括热网低温回水热交换单元Ⅰ和二级热网低温回水热交换单元Ⅱ；
所述热网低温回水热交换单元Ⅰ用于将热电厂排气热量与热网低温回水进行热交换，热交换后的热网低温回水依次经减压装置、气液分离装置产生低温液体水和低压蒸汽，所述低温液体水经增压后通过热网返回热电厂进行循环吸热；
所述二级热网低温回水热交换单元Ⅱ用于将热网低温回水热交换单元Ⅰ产生的所述低压蒸汽经喷射器后与热网低温回水进行热交换转变为过冷水，部分所述过冷水经加压后循环进入气液分离装置补充低压蒸汽。
更进一步，剩余部分过冷水经加热装置后产生喷射器所需工作蒸汽。
可选的，所述减压装置包括膨胀阀、减压阀、膨胀器、调节阀中的一种。
可选的，所述气液分离装置包括膨胀器、膨胀罐或扩容器中的一种。
可选的，所述加热装置包括燃气锅炉、电加热装置或煤气加热装置中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供了一种可替代目前高成本热电联产供暖工艺的经济可行的方案，利用了水在低压下汽水分离实现温度降低，通过换热降低回水温度的方式。采用低成本燃气锅炉、膨胀器、喷射器，替代吸收式方案、压缩式方案复杂、昂贵的系统，能够有效降低设备投资成本，实现综合成本优于吸收式方案和压缩式方案。
附图说明
图1为本发明系统原理示意图。
图2为本发明不带附图标号的系统原理示意简图。
图中各标号的含义为：
1—汽轮机，2—凝汽器，3—循环泵，4—热用户换热器，5—节流阀Ⅰ，6—扩容器，7—水泵Ⅰ，8—节流阀Ⅱ，9—燃气锅炉，10—水泵Ⅱ，11—调节阀，12—换热器，13—喷射器。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明所述热电联产，是指同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。
同时，本发明所述热网，即热力管网，又称热力管道，从锅炉房、直燃机房、供热中心等出发，从热源通往建筑物热力入口的供热管道。多个供热管道形成管网或热网。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图1-2所示，本实施例提供一种热电联产低温供暖系统，本系统通过热电厂排气热量实现热网低温回水加热，包括热网低温回水热交换单元Ⅰ和二级热网低温回水热交换单元Ⅱ；
所述热网低温回水热交换单元Ⅰ用于将热电厂排气热量与热网低温回水进行热交换，热交换后的热网低温回水依次经减压装置、气液分离装置产生低温液体水和低压蒸汽，所述低温液体水经增压后通过热网返回热电厂进行循环吸热；
所述二级热网低温回水热交换单元Ⅱ用于将热网低温回水热交换单元Ⅰ产生的所述低压蒸汽经喷射器后与热网低温回水进行热交换转变为过冷水，部分所述过冷水经加压后循环进入气液分离装置补充低压蒸汽。
更进一步，剩余部分过冷水经加热装置后产生喷射器所需工作蒸汽。
可选的，所述减压装置包括膨胀阀、减压阀、膨胀器、调节阀中的一种。
可选的，所述气液分离装置包括膨胀器、膨胀罐或扩容器中的一种。
可选的，所述加热装置包括燃气锅炉、电加热装置或煤气加热装置中的一种。
本发明系统的工作过程是：
热电厂汽轮机1排气在凝汽器2中进行冷却，汽轮机排气变成冷凝水后再次返回锅炉，进入下一轮发电循环，汽轮机排气热量传递到热网循环水中，循环热水通过供热管网输送到终端热用户换热站，图1中选线框内设备及管路均为与终端热用户换热站内。低温热水在热用户换热器4处与用户二次网进行热量交换。换热后的回水通过节流阀5降压到5KPa左右进入扩容器6。回水在扩容器6中分离成气液两相。5KPa低温液体水经过水泵7增压，水压提升到热网设定值进入热网回水，回水通过热电厂循环泵3返回汽轮机凝汽器2吸热进入下一轮循环。5KPa低压蒸汽作为引射蒸汽进入喷射器13。喷射器13驱动蒸汽来自燃气锅炉，引射蒸汽来自扩容器6，混合蒸汽温度设定高于供热热网供水温度，混合蒸汽在换热器12中加热热网回水，冷凝成过冷水。换热器12排出的冷凝水分两路，一路用经过节流阀8加压进入扩容器6，用于补充扩容器6排出的低压蒸汽；一路作为锅炉给水制喷射器13所需工作蒸汽。
上述热用户换热器4也可以采用一次网热水直接供热用户，释放热量，无二次网。
所述节流阀5、8为节流减压功能，类似膨胀阀、减压阀、膨胀器、调节阀、自力式调压阀等减压装置均可实现此功能，也属于本申请保护范畴。
所述扩容器6为气液两相分离装置，类似膨胀器、膨胀罐等容器均可实现此功能，也属于本申请保护范畴。
所述燃气锅炉9直接产生蒸汽作为喷射器驱动热源，也可以采用热水锅炉，产出的高压热水经过扩容器产生蒸汽作为喷射器驱动热源，也属于本专利保护范畴。
所述加热装置，类似其他加热方式如电加热、各种煤气加热均是实现加热功能，也属于本申请保护范畴。
所述如图2所示，热电厂侧多台汽轮机串并联时，热网回水逐级加热，实现热能利用效率最大，也属于本申请保护范畴。
所述热电厂侧多台汽轮机并联或串并联组合实现热网回水加热，也属于本申请保护范畴。
效果评价：
如下表所示，将本实施例的方案与吸收式方案和压缩式方案进行对比，以回收1MW热量的低温回水为例，核算了不同方案的经济性。引射方案利用了水在低压下汽水分离实现温度降低，而非吸收式方案和压缩式方案通过制取温度更低的工质，并通过换热降低回水温度的方式。由于引射方案采用低成本燃气锅炉、膨胀器、喷射器，替代吸收式方案、压缩式方案复杂、昂贵的系统，能够有效降低设备投资成本，实现综合成本优于吸收式方案和压缩式方案。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种热电联产低温供暖系统，本系统按照热电联产低温供暖工艺通过热电厂排气热量实现热网低温回水加热，其特征在于，包括热网低温回水热交换单元Ⅰ和二级热网低温回水热交换单元Ⅱ；
所述热电厂包括多级蒸汽动力系统，多级蒸汽动力系统通过串联组合、并联组合以及串并联组合中的一种实现热网低温回水的多级加热，所述多级至少包括一级；
所述热网低温回水热交换单元Ⅰ用于将热电厂排气热量与热网低温回水进行热交换，热交换后的热网低温回水依次经减压装置、气液分离装置产生低温液体水和低压蒸汽，所述低温液体水经增压后通过热网返回热电厂进行循环吸热；
所述二级热网低温回水热交换单元Ⅱ用于将热网低温回水热交换单元Ⅰ产生的所述低压蒸汽经喷射器后与热网低温回水进行热交换转变为过冷水，部分所述过冷水经加压后循环进入气液分离装置补充低压蒸汽。
2.如权利要求1所述热电联产低温供暖系统，其特征在于，剩余部分过冷水经加热装置后产生喷射器所需工作蒸汽。
3.如权利要求1或2所述热电联产低温供暖系统，其特征在于，所述减压装置包括膨胀阀、减压阀、膨胀器、调节阀中的一种。
4.如权利要求1或2所述热电联产低温供暖系统，其特征在于，所述气液分离装置包括膨胀器、膨胀罐或扩容器中的一种。
5.如权利要求2所述热电联产低温供暖系统，其特征在于，所述加热装置包括燃气锅炉、电加热装置或煤气加热装置中的一种。
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