[发明专利]利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统和方法

说明书

本发明公开了利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统和方法，涉及提供乏汽的汽轮机组、回收乏汽余热的凝汽器、排放过剩余热的冷却塔/空冷岛、用于热网换热的热网加热器及水‑水换热器、提取土壤蓄热量的热电双驱机组、土壤换热器以及循环水泵。具体供热方法为：冬季一次网回水由热网加热器加热成高温热水和电力共同驱动热电双驱机组，提取土壤蓄存的热量供热。夏季将土壤低温回水引入电厂，通过凝汽器回收汽轮机乏汽余热，升温后再送入热力站土壤换热器与土壤换热，蓄存热量。其优点是：一方面通过跨季节蓄热提高了电厂供热能力，另一方面降低冬季系统耗电量和夏季对发电量的影响，此外由于利用既有集中管网实现补热，大幅降低系统投资。

技术领域

本发明属于电厂乏汽余热利用领域，具体涉及利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统和方法。

背景技术

土壤源热泵技术比较成熟，应用条件要求全年冷、热负荷尽量均衡，因此主要用于夏热冬冷地区。而对于寒冷地区及严寒地区，冬季热负荷需求远大于夏季冷负荷需求，土壤源热泵技术应用受到限制。这些地区热电联产机组较多，常规的热电联产方式也面临供热能力不足的问题。电厂蕴含丰富的汽轮机乏汽余热资源，若将夏季汽轮机排放的乏汽余热蓄存至土壤中，则可有效实现系统补热以平衡冬季用热需求，使得该地区应用土壤源热泵技术成为可能。同时，通过回收利用乏汽余热，电厂的供热能力也将得到大幅提升。

常规的土壤源热泵技术冬季采用电动压缩式热泵提取土壤蓄热量，耗电量较大。太阳能-土壤源热泵联合运行的系统，夏季通过太阳能集热器为土壤补热，虽然能避免全年热失衡的问题，但系统投资较大、占地面积大，且天气不佳的情况下系统耗电量还会进一步增加，系统运行费用仍然较高。而若热力站采用高温热水和电力作为驱动力的热电双驱机组提取土壤蓄热量，其能效高于电动压缩式热泵，从而降低系统运行成本。在夏季，利用土壤换热后的低温回水冷却乏汽，增大了机组的发电能力，同时通过回收乏汽余热，利用既有集中供热管网实现土壤补热大幅降低了系统投资，可使得系统供热能力、供热能效、供热经济性等方面均有显著提升。

发明内容

为解决常规土壤源热泵应用条件受限、电厂供热能力不足、系统耗电量大、夏季影响发电量大、系统投资大、占地面积大等技术问题，本发明提出将电厂乏汽余热利用和土壤跨季节蓄热有机结合，提供一种适用于寒冷或严寒地区的热电联产供热新方法。该方法以热电双驱机组(含吸收式热泵模块和压缩式热泵模块)替代传统电动压缩式热泵，提取土壤蓄存热量加热二次网热网水，供热能力得到大幅提高。降低了冬季供热的耗电量，夏季利用既有集中热网引入低温回水回收电厂汽轮机乏汽余热，一方面增加了机组发电能力，另一方面节约了系统投资。全年系统整体运行能效得到大幅提升。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热方法，该方法在夏季利用既有集中供热管网将汽轮机组排放的乏汽余热送至热力站并蓄存于土壤，在冬季由热电双驱机组提取夏季蓄存于土壤的热量来供热，具体包括以下流程：

1)在冬季供热工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组抽汽引入热网加热器加热热网水，抽汽放热后凝结水返回电厂原凝结水系统；汽轮机组乏汽进入凝汽器凝结并释放热量，由冷却塔散至环境中，乏汽凝结水返回电厂原凝结水系统；

对于热网水系统，一次网回水返回电厂由热网加热器加热成高温热水后送至热力站，高温热水驱动热电双驱机组的吸收式热泵模块提取土壤在夏季蓄存的热量加热二次网回水，然后再与水-水换热器换热降温后返回电厂；二次网回水依次经过热电双驱机组的吸收式热泵模块、水-水换热器逐级升温后供给用户；

对于循环水系统，循环水与土壤换热升温后，由循环水泵送入热电双驱机组的吸收式热泵模块降温，之后再返回到土壤继续换热，如此反复循环；

2)在夏季余热回收工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组乏汽进入凝汽器凝结并释放热量加热一次网回水，乏汽凝结水返回电厂原凝结水系统；