[发明专利]压缩式热泵和水加热装置相结合的供热机组及其供热方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源领域,公开了一种利用电能驱动压缩式热泵回收电厂冷却汽轮机排汽的循环水中包含的余热，并经过水加热装置进一步提升温度满足供热需要的压缩式热泵和水加热装置相结合的供热机组及其供热方法。

背景技术

电厂汽轮机排汽中蕴含大量热量，为建立发电热力循环的冷源，必须通过循环水把热量输送至冷却塔排放到大气中，或通过空气冷却装置排放到大气中，占电厂输入热量30%以上的低品位余热被白白浪费。以330MW供热机组为例，采暖期内可回收热量126MW，可增加供热面积252万平米方，且可减少冷却塔飘水损失，节约大量水资源。

由于电厂普遍存在抽汽能力不足的问题，所以使用蒸汽驱动的吸收式热泵和压缩式热泵只能有限回收电厂循环水余热。

供暖期夜间温度低，供热尖峰时段与电网低负荷时段相重合。热电厂在保证供热和机组安全运行的前提下才可以参加调峰，从而必须大负荷发电，导致电网接纳其它电量的能力急剧下降。夜间又是风电资源情况好的时段，风力发电却无法上网，产生了热电满发风电放弃发电的矛盾，产生了清洁能源白白浪费又燃烧煤炭供热的矛盾局面。

专利号为200810101065.X的中国发明专利公开了一种大温差集中供热系统，该系统包括汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、热水吸收式热泵、水-水换热器以及连接管路和附件。低温供热管网回水返回电厂后，首先进入凝汽器，被预热升温后送出，进入蒸汽驱动吸收式热泵二次加热后送出，再进入汽-水换热器中第三次加热并送出电厂供热。汽轮机未级排汽进入凝汽器中，加热循环水，预热低温热网回水；汽轮机抽汽一路作为驱动热源进入蒸汽吸收式热泵，二次加热热网回水；汽轮机另一路抽汽进入汽-水换热器，第三次加热热网回水。该专利不但系统复杂，同时变更了电厂的热力系统；两个系统之间相互影响，操作流程复杂；回收余热需要电厂抽汽，第三次加热热网回水也需要电厂抽汽，回收余热有限。所以，局限性较大。

专利号为200910076073.8的中国发明专利公开了一种压缩式热泵供热系统以及供热方法，该系统包括压缩机、热水箱、节流阀、蓄热箱、集热板、四通阀和空气换热器。它是结合空气源和太阳能两种低温热源集热方式为供热热水进行加热，不能回收电厂余热，且结构复杂，只适用于小面积供热，受气温和阳光影响较大，因此，局限性较大。上述两种现有技术不仅结构及操作复杂，回收热量能力受限制，且没有考虑到使用冬季供暖时期风电弃风电量以节约能源。

鉴于此，需要设计一种在经济节能环保的基础上可操作性强的完整的基于回收电厂余热的供热机组及其供热方法。在供暖期，以冷却电厂汽轮机排汽的循环水为热源，利用电能驱动压缩式热泵保证供热基本负荷，在夜间和极寒时间，用电加热装置或电厂抽汽保证尖峰负荷，从而最大程度上消纳低谷电量，或消纳大量蒸汽降低电厂发电负荷，客观上消纳风电弃风电量，从而扩大电厂集中供热能力，提高电厂经济和社会效益。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种压缩式热泵和水加热装置相结合的供热机组及其供热方法。采用压缩式热泵回收冷却电厂汽轮机排汽的循环水中的低品位热量，并对供热水进行一次加热，再通过水加热装置将供热水二次加热至最终供热所需温度，供热机组结构及操作流程简单便捷，易于实现，且加热速度快，供热成本低，经济、节能又环保。电厂汽轮机排汽中蕴含大量的低品位热量，为建立发电热力循环的冷源，必须通过循环水把热量输送至冷却塔排放到大气中，或通过空气冷却装置排放到大气中，占电厂输入热量30%以上的低品位余热被白白浪费。

以330MW供热机组为例，设计排汽焓值，2557.4kj/kg，凝水焓值，130.1kj/kg，单台汽轮机余热量：

Q=G×（h_排-h_凝）

=187.8÷3600×1000×（  2557.4-130.1）÷1000=126MW 

Q---余热量，MW 

G----最大抽汽量时，乏汽量，t/h 

h_排排汽焓值，kj/kg 

h_凝凝水焓值，kj/kg 

安装4台40MW，总功率160MW的压缩式热泵回收汽轮机余热，热泵能效系数4，热泵电机功率4×10MW。汽轮机凝汽器排出的27℃循环水进入热泵，被冷却到18℃返回凝汽器。50℃的热网回水进入热泵，被加热到80℃。