CN208804908U - 一种利用电厂循环水废热制冷供热*** - Google Patents

一种利用电厂循环水废热制冷供热*** Download PDF

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龙仕军
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Abstract

本实用新型涉及一种制冷供热***，尤其是涉及一种利用电厂循环水废热制冷供热***。该制冷供热***，包括水源热泵机组，通过采用水源热泵机组技术提升低品位的电厂循环水废热实现冬季空调供暖，兼顾夏季空调制冷，满足厂区内冬、夏季冷热需求，有效节约其他高品位能源；同时，为了保证***运行的可靠性，耦合冷却塔塔池水源作为备用冷热源，在发电机组停机的情况下保证制冷供热***正常运行。

Description

一种利用电厂循环水废热制冷供热***
技术领域
本发明涉及一种制冷供热***，尤其是涉及一种利用电厂循环水废热制冷供热***。
背景技术
热泵就是利用外部能源从低位热源(如空气、水、岩土等)向高位热源转移的制热装置，通常讲就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷***或是用作供热的制冷机称为热泵。
根据逆卡诺制冷循环原理，压缩机将从蒸发器来的低压制冷剂蒸气进行压缩，变成高温高压的蒸气后进入冷凝器，收到冷却剂(空气或水等介质)的冷却放出热量Φk并凝结成高压液体；在经过膨胀阀节流后变成低温低压的气液两相流进入蒸发器，在蒸发器内进行气化吸收热量得到所要求的低温和所需要的冷量Φ0；如此完成一个完整的循环。
热泵循环就是利用外部能源从低位热源(如空气、水、土壤等)向高位热源转移的制热装置，即以冷凝器放出的热量Φk来供热的制冷***或是用作供热的制冷机被称为热泵。从热力学或工作原理角度可知，热泵循环就是制冷循环。
根据国家标准《水(地)源热泵机组(GB/T19409-2013)》规定要求：使用容积式制冷压缩机的地表水式(含污水)机组正常工作制冷时，冷源的温度范围为10～40℃；制热时，热源的温度范围为5～30℃。使用离心式制冷压缩机的地表水式(含污水)机组正常工作制冷时，冷源的温度范围为15～35℃；制热时，热源的温度范围为10～30℃。
电厂凝汽器通过电厂冷却塔的二次循环水进行冷却，电厂冷却塔年平均出水温度(凝汽器入口冷却水温)22.33℃，冷却塔进水温度(凝汽器出口冷却水温)32.33℃。
夏季(5～9月)电厂冷却塔出水的温度范围为25.7～30.3℃，平均温度约为28.2℃，因此，在夏季汽轮发电机组正常运行时，水源热泵机组均可获得28℃左右的冷却水。
冬季(11～2月)电厂冷却塔出水的温度范围为11.7～16.7℃，平均温度约为13.68℃，经过汽轮机凝汽器温升按约10℃计，那么，进入冷却塔的水温约为23.68℃。因此，在冬季汽轮发电机组正常运行时，水源热泵机组可利用24℃左右的温水制热。由此可见，电厂循环水是非常理想的冷热源，利用水源热泵技术从电厂循环水中提取废热能够有效满足冬季供暖需求，同时也能满足夏季制冷需求。
电厂主要存在的热源为锅炉房生产的蒸汽，其主要作用是驱动汽轮机做功发电。对于厂区内供暖需求通常做法是设置汽水换热器，利用蒸汽换热后获取供暖热水。蒸汽属于高品质的热源，直接用来供暖，效率较低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种利用电厂循环水废热并耦合塔池的水源热泵制冷供热***及控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：包括水源热泵机组，汽机凝汽器循环水供水母管、电动阀X3、冷却水泵、电动阀C和水源热泵机组内的冷凝器进水口依次通过水管相连，冷凝器的出水口、电动阀D、电动阀X4和汽机凝汽器循环水回水母管通过水管依次相连，水源热泵机组内的蒸发器进水口、电动阀A、用户侧水管、电动阀B和蒸发器出水口依次通过水管相连；
汽机凝汽器循环水回水母管、电动阀Y3、加热泵、电动阀E和水源热泵机组内的蒸发器进水口依次通过水管相连，蒸发器出水口、电动阀F、电动阀Y4和电厂冷却塔塔池依次通过水管相连，水源热泵机组内的冷凝器进水口、电动阀G、用户侧水管、电动阀H和冷凝器出水口依次通过水管相连。
作为优选，所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4开启，冷却水泵启动，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4关闭，加热泵停止运转，冷却水泵从汽机凝汽器循环水供水母管取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器内吸收热量升温后再返回至汽机凝汽器循环水回水母管，同时，蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵停止运转，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4开启，加热泵启动，加热泵从汽机凝汽器循环水回水母管取水，送至水源热泵机组蒸发器内，在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
进一步的，所述电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵、电动阀C和冷凝器的进水口通过管道依次相连；所述电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵、电动阀E和蒸发器的进水口通过管道依次相连。
更进一步的，所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D和电动阀Y4开启，潜水泵启动，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器内吸收热量升温后再返回至电厂冷却塔塔池，同时，蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H和电动阀Y4开启，潜水泵启动，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组蒸发器内，在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
更进一步的，所述水管形成的循环管路上设有温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述温度传感器、流量传感器、压力传感器、冷却泵、热泵和潜水泵均通过控制线与PLC控制器相连。
更进一步的，所述水管的进水口、出水口、拐弯处和连接处均设有手动阀。
一种利用电厂循环水废热制冷供热***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、发电机组正常运行情况下，夏季制冷时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4开启，冷却水泵启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4关闭，加热泵和潜水泵停止运转，冷却水泵从汽机凝汽器循环水供水母管取水，送至水源热泵机组冷凝器内，低温水在冷凝器内吸收热量升温后再返回至汽机凝汽器循环水回水母管，同时，在蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
(b)、冬季制热时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和潜水泵停止运转，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4开启，加热泵启动，加热泵从汽机凝汽器循环水回水母管取水，送至水源热泵机组蒸发器内，高温水在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
作为优选，所述利用电厂循环水废热制冷供热***的控制方法，还包括以下步骤：
(a)、发电机组停运情况下，夏季制冷时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D和电动阀Y4开启，潜水泵启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器内吸收热量升温后再返回至电厂冷却塔塔池，同时，蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
(b)、冬季制热时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H和电动阀Y4开启，潜水泵启动，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组蒸发器内，在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
本发明取得的有益效果是：采用热泵技术，从电厂循环水中吸收其废热实现冬季供暖的目的，同时满足夏季制冷需求；并耦合冷却塔塔池水源作为备用冷热源，在机组停机的情况下保证制冷供热***正常运行。
现有电厂主要存在的热源为锅炉房生产的蒸汽，其主要作用是驱动汽轮机做功发电。对于厂区内供暖需求通常做法是设置汽水换热器，利用蒸汽换热后获取供暖热水。蒸汽属于高品质的热源，直接用来供暖，效率较低。因此，本发明根据热泵循环原理，通过采用水源热泵机组技术提升低品位的电厂循环水废热实现冬季空调供暖，兼顾夏季空调制冷，满足厂区内冬、夏季冷热需求，有效节约其他高品位能源；同时，为了保证***运行的可靠性，耦合冷却塔塔池水源作为备用冷热源，在发电机组停机的情况下保证制冷供热***正常运行。
附图说明
图1为本发明的运行原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种利用电厂循环水废热制冷供热***，包括水源热泵机组1，水源热泵机组1内部设有冷凝器11和蒸发器12，低温水经过冷凝器11升温，吸收热量，使用户侧的循环供水管道内的水经蒸发器12后降温，起到夏天制冷的作用；高温水经过蒸发器12降温，释放热量，使用户侧的循环供水管道内的水经冷凝器11后升温，起到冬天制热的作用。水源热泵机组1既可以作为制冷***，又可以作为制热***。
根据国家标准《水(地)源热泵机组(GB/T19409-2013)》规定要求：使用容积式制冷压缩机的地表水式(含污水)机组正常工作制冷时，冷源的温度范围为10～40℃；制热时，热源的温度范围为5～30℃。使用离心式制冷压缩机的地表水式(含污水)机组正常工作制冷时，冷源的温度范围为15～35℃；制热时，热源的温度范围为10～30℃。
本发明使用的电厂汽机凝汽器，通过电厂冷却塔的二次循环水进行冷却，电厂冷却塔年平均出水温度(凝汽器入口冷却水温)22.33℃，冷却塔进水温度(凝汽器出口冷却水温)32.33℃。
夏季(5～9月)电厂冷却塔出水的温度范围为25.7～30.3℃，平均温度约为28.2℃，因此，在夏季汽轮发电机组正常运行时，水源热泵机组均可获得28℃左右的冷却水。
冬季(11～2月)电厂冷却塔出水的温度范围为11.7～16.7℃，平均温度约为13.68℃，经过汽轮机凝汽器温升按约10℃计，那么，进入冷却塔的水温约为23.68℃。因此，在冬季汽轮发电机组正常运行时，水源热泵机组可利用24℃左右的温水制热。
由此可见，电厂循环水是非常理想的冷热源，利用水源热泵技术从电厂循环水中提取废热能够有效满足冬季供暖需求，同时也能满足夏季制冷需求。
本发明采用两组(#1电厂汽机凝汽器和#2电厂汽机凝汽器)同时使用，汽机凝汽器循环水供水母管、电动阀X3、冷却水泵2、电动阀C和水源热泵机组1内的冷凝器11进水口依次通过水管相连，冷凝器11的出水口、电动阀D、电动阀X4和汽机凝汽器循环水回水母管通过水管依次相连，水源热泵机组1内的蒸发器12进水口、电动阀A、用户侧水管、电动阀B和蒸发器12出水口依次通过水管相连；汽机凝汽器循环水回水母管、电动阀Y3、加热泵3、电动阀E和水源热泵机组1内的蒸发器12进水口依次通过水管相连，蒸发器12出水口、电动阀F、电动阀Y4和电厂冷却塔塔池依次通过水管相连，水源热泵机组1内的冷凝器11进水口、电动阀G、用户侧水管、电动阀H和冷凝器11出水口依次通过水管相连。
水源热泵机组1进出口电动阀门工作状态：
夏季制冷工况:开启阀门A,B,C,D；关闭阀门E,F,G,H；
冬季制热工况:开启阀门E,F,G,H；关闭阀门A,B,C,D。
汽机凝汽器循环水供水母管出水口处设有手动阀X1和手动阀X2，汽机凝汽器循环水回水母管进水口处设有手动阀Y1和手动阀Y2。
在发电机组正常运行情况下，水源热泵机组1所需冷却(热)水由冷却水泵2或加热泵3(均采用离心水泵)加压后提供。在夏季，电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4开启，冷却水泵2启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4关闭，加热泵3停止运转，冷却水泵2从汽机凝汽器循环水供水母管取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器11内吸收热量升温后再返回至汽机凝汽器循环水回水母管，同时，蒸发器12产生的冷冻水供用户侧使用。
在冬季，电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2停止运转，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4开启，加热泵3启动，加热泵3从汽机凝汽器循环水回水母管取水，送至水源热泵机组蒸发器12内，在蒸发器12内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器11产生的热水供用户侧使用。
在发电机组停运情况下，水源热泵空调***以电厂冷却塔塔池底部的水源作为冷(热)源，向水源热泵机组1提供夏季运行所需的冷却水或冬季所需的热水，水源热泵机组1所需冷却(热)水由潜水泵4加压后提供。电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵4、电动阀C和冷凝器11的进水口通过管道依次相连；电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵、电动阀E和冷凝器11的进水口通过管道依次相连。
在夏季，电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D和电动阀Y4开启，潜水泵4启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2和加热泵3均停止运转，潜水泵4从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组1的冷凝器11内，在冷凝器11内吸收热量升温后再返回至电厂冷却塔塔池，同时，蒸发器12产生的冷冻水供用户侧使用。
在冬季，电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2和加热泵3均停止运转，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H和电动阀Y4开启，潜水泵4启动，潜水泵4从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组1的蒸发器12内，在蒸发器12内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器11产生的热水供用户侧使用。
在水管形成的循环管路上设有温度传感器TT、流量传感器FT和压力传感器PT，温度传感器TT、流量传感器FT、压力传感器PT、冷却泵2、热泵3和潜水泵4均通过控制线与PLC控制器相连，对循环管路形成自动化控制。在循环管路上还设有必要的压力表PI、温度计T、管接头、单向阀、全自动过滤器5和电子水处理仪6。在每段水管的进水口、出水口、拐弯处和连接处均设有手动阀，便于检修、安装和拆换。
本发明的一种利用电厂循环水废热制冷供热***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、发电机组正常运行情况下，夏季制冷时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4开启，冷却水泵2启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4关闭，加热泵3和潜水泵4停止运转，冷却水泵2从汽机凝汽器循环水供水母管取水，送至水源热泵机组冷凝器11内，低温水在冷凝器11内吸收热量升温后再返回至汽机凝汽器循环水回水母管，同时，在蒸发器12产生的冷冻水供用户侧使用；
(b)、发电机组正常运行情况下，冬季制热时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2和潜水泵4停止运转，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4开启，加热泵3启动，加热泵3从汽机凝汽器循环水回水母管取水，送至水源热泵机组蒸发器12内，高温水在蒸发器12内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器11产生的热水供用户侧使用。
(c)、发电机组停运情况下，夏季制冷时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D和电动阀Y4开启，潜水泵4启动，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2和加热泵3均停止运转，潜水泵4从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组冷凝器11内，在冷凝器11内吸收热量升温后再返回至电厂冷却塔塔池，同时，蒸发器12产生的冷冻水供用户侧使用；
(d)、发电机组停运情况下，冬季制热时：电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵2和加热泵3均停止运转，电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H和电动阀Y4开启，潜水泵4启动，潜水泵4从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组蒸发器12内，在蒸发器12内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器11产生的热水供用户侧使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：包括水源热泵机组，汽机凝汽器循环水供水母管、电动阀X3、冷却水泵、电动阀C和水源热泵机组内的冷凝器进水口依次通过水管相连，冷凝器的出水口、电动阀D、电动阀X4和汽机凝汽器循环水回水母管通过水管依次相连。水源热泵机组内的蒸发器出水口、电动阀B、用户侧水管、电动阀A和蒸发器进水口依次通过水管相连；
汽机凝汽器循环水回水母管、电动阀Y3、加热泵、电动阀E和水源热泵机组内的蒸发器进水口依次通过水管相连，蒸发器出水口、电动阀F、电动阀Y4和电厂冷却塔塔池依次通过水管相连，水源热泵机组内的冷凝器出水口、电动阀G、用户侧水管、电动阀H和冷凝器进水口依次通过水管相连。
2.根据权利要求1所述的利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4开启，冷却水泵启动，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4关闭，加热泵停止运转，冷却水泵从汽机凝汽器循环水供水母管取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器内吸收热量升温后再返回至汽机凝汽器循环水回水母管，同时，蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵停止运转，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3和电动阀Y4开启，加热泵启动，加热泵从汽机凝汽器循环水回水母管取水，送至水源热泵机组蒸发器内，在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
3.根据权利要求1或2所述的利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：所述电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵、电动阀C 和冷凝器的进水口通过管道依次相连；所述电厂冷却塔塔池的取水口、潜水泵、电动阀E和蒸发器的进水口通过管道依次相连。
4.根据权利要求3所述的利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D和电动阀Y4开启，潜水泵启动，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组冷凝器内，在冷凝器内吸收热量升温后再返回至电厂冷却塔塔池，同时，蒸发器产生的冷冻水供用户侧使用；
所述电动阀A、电动阀B、电动阀C、电动阀D、电动阀Y3、电动阀X3和电动阀X4关闭，冷却水泵和加热泵均停止运转，所述电动阀E、电动阀F、电动阀G、电动阀H和电动阀Y4开启，潜水泵启动，潜水泵从电厂冷却塔塔池取水，送至水源热泵机组蒸发器内，在蒸发器内释放热量降温后，再返回至电厂冷却塔塔池，同时，冷凝器产生的热水供用户侧使用。
5.根据权利要求4所述的利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：所述水管形成的循环管路上设有温度传感器、流量传感器和压力传感器，所述温度传感器、流量传感器、压力传感器、冷却水泵、加热泵和潜水泵均通过控制线与PLC控制器相连。
6.根据权利要求4所述的利用电厂循环水废热制冷供热***，其特征在于：所述水管的进水口、出水口、拐弯处和连接处均设有手动阀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113758068A (zh) * 2021-08-03 2021-12-07 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 一种基于电厂循环水的空调***及其运行方法
CN115111812A (zh) * 2022-07-06 2022-09-27 西安安备特安防科技有限公司 一种矿井注氮多级增效降温***
CN115493221A (zh) * 2022-11-16 2022-12-20 国网（天津）综合能源服务有限公司 一种半导体厂节能改造用集中式冷热源***及方法

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