本發(fā)明涉及一種供熱技術(shù)，尤其涉及一種熱泵結(jié)合高背壓供熱的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，城市冬季采暖熱負(fù)荷的需求也在迅速增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近幾年城市每年集中供熱需求量大于實(shí)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?xì)獗趻鞝t等。這些小鍋爐噸位小，布局散亂，熱效率低，“大馬拉小車”現(xiàn)象普遍，煤炭資源浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)，小型鍋爐的配套除塵設(shè)備普遍效率低，相當(dāng)一部分沒有正規(guī)的除塵器，尤其在采暖季，大氣污染嚴(yán)重。隨著舊城改造、新城擴(kuò)建，各地區(qū)各自建設(shè)分散小鍋爐房，重復(fù)建設(shè)和投資使得能源利用率低，資源不能合理利用、調(diào)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(yè)余熱對供熱用水進(jìn)行預(yù)熱，則會(huì)大大降低原料需求用量，減少運(yùn)營成本，節(jié)能減排。

熱電廠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電后，汽輪機(jī)排放的乏汽仍含有大量熱量。一般情況下，汽輪機(jī)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(huán)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(fèi)。

高背壓供熱技術(shù)與熱泵供熱技術(shù)，都是為了回收汽輪機(jī)排汽冷凝熱。

高背壓供熱技術(shù)是利用汽輪機(jī)組低壓缸可以高背壓運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)，排汽直接加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，實(shí)現(xiàn)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(jī)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(wǎng)回水溫度高等因素影響，熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)過凝汽器時(shí)并不能有效帶走排汽余熱，為保障供熱負(fù)荷，就需要提高汽輪機(jī)背壓、降低熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度等，從而易造成汽輪機(jī)葉片的磨損加劇，需要的熱網(wǎng)加熱器抽汽量增加。

熱泵供熱技術(shù)是指在采暖季，以凝汽器冷卻循環(huán)水為蒸發(fā)器熱源，以蒸汽為驅(qū)動(dòng)熱源驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功，熱網(wǎng)循環(huán)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(wǎng)加熱器，用機(jī)組抽汽做二級加熱。單獨(dú)通過熱泵技術(shù)回收排汽余熱，需要大量的抽汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，易造成供熱期發(fā)電量不足等結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、節(jié)能高效的熱泵與高背壓聯(lián)合供熱系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的方案是：

一種熱泵結(jié)合高背壓供熱的系統(tǒng)，包括汽輪機(jī)、凝汽器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、熱網(wǎng)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(jī)相連，汽輪機(jī)的低壓缸出口通過設(shè)置有閥門B的管道與凝汽器相連，凝汽器出口的凝結(jié)水經(jīng)處理后送往鍋爐回水；熱網(wǎng)回水通過熱網(wǎng)回水管送至蒸發(fā)器，蒸發(fā)器與凝汽器相連，凝汽器與冷凝器相連，冷凝器與熱網(wǎng)加熱器相連；汽輪機(jī)與空冷島之間通過設(shè)置有閥門C的管道連接，空冷島出口的凝結(jié)水經(jīng)處理后送回鍋爐回水；壓縮機(jī)與汽輪機(jī)通過設(shè)置有閥門D的管道相連，壓縮機(jī)與熱網(wǎng)加熱器相連；閥門A控制熱網(wǎng)回水流股；汽輪機(jī)包含至少一臺排汽壓力范圍在7~30kPa的汽輪機(jī)，在非供暖期，汽輪機(jī)低背壓運(yùn)行，背壓范圍為7-10kPa，在供暖期，汽輪機(jī)高背壓運(yùn)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(jīng)蒸汽管道送至汽輪機(jī)組帶動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，汽輪機(jī)排汽經(jīng)凝汽器或空冷島冷卻后變?yōu)轱柡湍Y(jié)水，飽和凝結(jié)水經(jīng)處理后送往鍋爐回水。

所述的汽輪機(jī)與凝汽器、空冷島之間通過設(shè)置有閥門的管道進(jìn)行切換連接。

所述的汽輪機(jī)乏汽在采暖期選用凝汽器由熱網(wǎng)循環(huán)水與之進(jìn)行換熱，在非采暖期選用直接空冷島冷卻。

所述的熱網(wǎng)回水（熱網(wǎng)循環(huán)水）通過熱網(wǎng)回水管送至熱泵蒸發(fā)器，蒸發(fā)器與凝汽器相連，凝汽器與熱泵冷凝器相連，冷凝器與熱網(wǎng)加熱器相連。

所述的供熱過程為熱網(wǎng)回水首先經(jīng)過熱泵蒸發(fā)器，被蒸發(fā)器吸收部分熱量做功，降低回水溫度，由蒸發(fā)器出來的熱網(wǎng)回水送至汽輪機(jī)凝汽器進(jìn)行第一次加熱，吸收汽輪機(jī)乏汽熱量后溫度提高，后送回?zé)岜美淠?，?jīng)熱泵冷凝器第二次加熱后送至熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行第三次加熱，最終經(jīng)由一次管網(wǎng)、二次換熱站、二次網(wǎng)送至熱用戶。

所述的熱泵機(jī)組包括蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器以及節(jié)流裝置。其原理為逆卡諾循環(huán)過程。

所述的熱泵壓縮機(jī)通過設(shè)置有閥門的管道與汽輪機(jī)高中壓氣缸相連，壓縮機(jī)排汽與熱網(wǎng)加熱器相連。

所述的熱泵壓縮機(jī)選用汽輪機(jī)高中壓抽汽蒸汽為驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)排汽作為熱網(wǎng)加熱器熱源對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱。

所述的熱網(wǎng)回水溫度為50~60℃，熱網(wǎng)供水溫度為100~130℃。

所述的熱網(wǎng)回水經(jīng)由熱泵蒸發(fā)器換熱后溫度降為35~45℃，經(jīng)由凝汽器第一次加熱后溫度升至為50~60℃，經(jīng)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(shù)方案，本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是：

1，熱泵蒸發(fā)器吸收供熱回水熱量造成的能量損失經(jīng)由背壓凝汽器換熱后得到彌補(bǔ)。本方法僅消耗汽輪機(jī)抽汽供熱泵壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)熱源使用，不消耗循環(huán)冷卻水，該方法對熱量進(jìn)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(shù)相比，在供暖期，通過降低進(jìn)入凝汽器的回水溫度，降低汽輪機(jī)排汽壓力，排汽壓力在15~30kPa，背壓較低，從而減少汽輪機(jī)低壓缸葉片的磨損，降低設(shè)備折舊損失，機(jī)組運(yùn)行更加長久穩(wěn)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(chǎn)生了一部分電量，同時(shí)，由于低壓缸流量增加，低壓缸效率增加較多，發(fā)電量增加。

4，熱泵結(jié)合高背壓技術(shù)可以減少相同發(fā)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(huán)保節(jié)能高效，經(jīng)濟(jì)可行。

5，所述技術(shù)方案同時(shí)具有熱泵技術(shù)及高背壓技術(shù)的各自優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)果流程示意圖。

其中包括汽輪機(jī)1、凝汽器2、蒸發(fā)器3、壓縮機(jī)4、冷凝器5、節(jié)流裝置6、熱網(wǎng)加熱器7、空冷島8以及閥門A、B、C、D。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖1所示，該實(shí)施例包括汽輪機(jī)1、凝汽器2、蒸發(fā)器3、壓縮機(jī)4、冷凝器5、節(jié)流裝置6、熱網(wǎng)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(jī)1相連，汽輪機(jī)1的低壓缸出口通過設(shè)置有閥門B的管道與凝汽器2相連，凝汽器2出口的凝結(jié)水經(jīng)處理后送往鍋爐回水；熱網(wǎng)回水通過熱網(wǎng)回水管送至蒸發(fā)器3，蒸發(fā)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(wǎng)加熱器7相連；蒸發(fā)器3與壓縮機(jī)4、冷凝器5、節(jié)流裝置6相連成熱泵循環(huán)機(jī)組；汽輪機(jī)1與空冷島8之間通過設(shè)置有閥門C的管道連接，空冷島8出口的凝結(jié)水經(jīng)處理后送回鍋爐回水；壓縮機(jī)4與汽輪機(jī)1通過設(shè)置有閥門D的管道相連，壓縮機(jī)4與熱網(wǎng)加熱器7相連；閥門A控制熱網(wǎng)回水流股。

在采暖期，利用高背壓結(jié)合熱泵技術(shù)供熱，具體操作步驟如下：

首先，建立凝汽器2的真空系統(tǒng)；其次，熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)入凝汽器2，凝汽器2產(chǎn)生一定壓力；再次，調(diào)整空冷島8風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)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(jìn)部分蒸汽；最后，根據(jù)循環(huán)水出水溫度調(diào)整背壓值及凝汽器進(jìn)汽量，關(guān)閉閥門C，空冷島8退出運(yùn)行。由于熱網(wǎng)循環(huán)水溫度較高，利用乏汽加熱會(huì)將主機(jī)背壓提高，相對于機(jī)組正常背壓7～10kPa是高背壓。

同時(shí)，打開閥門D，熱泵壓縮機(jī)4由汽輪機(jī)1高中壓抽汽蒸汽為驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)4排汽作為熱網(wǎng)加熱器7熱源對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行加熱。

熱網(wǎng)循環(huán)水量為1000t/h，熱網(wǎng)回水溫度為52℃，經(jīng)過蒸發(fā)器3后溫度降為35℃，后送至凝汽器2進(jìn)行第一次加熱，換熱后溫度升為52℃，再經(jīng)冷凝器5進(jìn)行第二次加熱，換熱后溫度升為77℃，最后經(jīng)熱網(wǎng)加熱器7進(jìn)行第三次加熱，換熱后溫度升為100℃，最終經(jīng)供熱管網(wǎng)送至用戶。

以熱網(wǎng)循環(huán)水流量1000 t/h計(jì)，熱網(wǎng)循環(huán)水、凝汽器、熱泵機(jī)組、熱網(wǎng)加熱器之間的溫度和熱負(fù)荷平衡關(guān)系如表1所示。

表1 熱負(fù)荷平衡表

本供熱系統(tǒng)采暖期背壓20kPa，背壓較小，對汽輪機(jī)葉片磨損大大減少，發(fā)電量增加，煤耗降低；僅消耗汽輪機(jī)抽汽41t/h供熱泵壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)熱源使用，不消耗循環(huán)冷卻水，利用熱泵結(jié)合高背壓技術(shù)回收汽輪機(jī)乏汽余熱19767KW，可將1000t/h的熱網(wǎng)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(shù)150天計(jì)算，年回收余熱量25.618萬GJ，余熱收益435.5萬元，設(shè)備投資成本1744.14萬元，設(shè)備投資回收期4年。

在非采暖期，只開啟閥門C，關(guān)閉閥門A、B、D，熱網(wǎng)循環(huán)水退出運(yùn)行，汽輪機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

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