本發(fā)明涉及供熱工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站。

背景技術(shù)：

隨著城市的不斷發(fā)展和擴(kuò)大，城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)的供熱面積逐年增加，圖1示出一個(gè)城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)，是將電廠或鍋爐房等熱源1產(chǎn)生的高溫水，經(jīng)一次網(wǎng)供水管2輸送到各用戶供熱站4，該用戶供熱站4為常規(guī)的利用換熱器提取一次網(wǎng)供水熱量的常規(guī)供熱站。高溫水經(jīng)一次網(wǎng)進(jìn)水管2、熱交換器進(jìn)水管15連至熱交換器6的一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口，進(jìn)行熱交換后，從熱交換器的一次網(wǎng)側(cè)出口，經(jīng)熱交換器一次網(wǎng)回水管16通過一次網(wǎng)回水管3返回到熱源1，加熱后再進(jìn)行循環(huán)；在二次網(wǎng)側(cè)，由熱交換器6將經(jīng)熱交換升溫的水從熱交換器的二次網(wǎng)側(cè)出口經(jīng)熱交換器二次網(wǎng)供水管17輸送到用戶終端散熱器8的進(jìn)水口，并由用戶終端散熱器8的出水口通過熱交換器二次網(wǎng)回水管18及二次網(wǎng)循環(huán)泵51返回?zé)峤粨Q器6的二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口，再進(jìn)行熱交換升溫，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中供熱。

但目前很多供熱系統(tǒng)的供熱面積接近了其最大供熱能力，難以進(jìn)一步增加供熱面積，如何進(jìn)一步挖掘供熱潛力是供熱單位面臨的問題。

供熱系統(tǒng)的實(shí)際供熱能力等于定壓比熱容、循環(huán)流量與供回水溫差三者的乘積，即q＝cp*qm*△t。在供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，最大供熱能力是按照最大循環(huán)流量與最大供回水溫差進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在實(shí)際運(yùn)行中，隨著熱用戶的增加，供熱系統(tǒng)通過增加循環(huán)流量來(lái)增加供熱量，當(dāng)達(dá)到最大循環(huán)流量時(shí)，受到管道、水泵等設(shè)備容量限制，就無(wú)法繼續(xù)增加循環(huán)流量了。由于換熱設(shè)備的換熱能力和供熱系統(tǒng)運(yùn)行方式的限制，供回水溫差維持不變，設(shè)計(jì)的最大供回水溫差為60℃，但實(shí)際運(yùn)行的供回水溫差通常在50℃左右，低于最大供回水溫差。因此，當(dāng)供熱系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行流量達(dá)到最大循環(huán)流量時(shí)，供熱系統(tǒng)的實(shí)際供熱量就達(dá)到最大值了，但由于供回水溫差小于最大供回水溫差設(shè)計(jì)值，造成供熱系統(tǒng)的實(shí)際最大供熱量小于設(shè)計(jì)最大供熱量，熱源的供熱能力不能充分發(fā)揮，制約供熱企業(yè)的發(fā)展。為此，如何針對(duì)一次網(wǎng)循環(huán)水流量已達(dá)到管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)，而一次網(wǎng)運(yùn)行供回水溫差小于設(shè)計(jì)參數(shù)，熱源供熱能力未能完全發(fā)揮的情況，對(duì)這種已“滿負(fù)荷”管網(wǎng)，解決在不增加管網(wǎng)流量、不改變其他熱用戶運(yùn)行參數(shù)的情況下，進(jìn)一步提高熱源的供熱輸出的問題，成為業(yè)界關(guān)注問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)上述問題，提供一種利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站，通過提高供熱系統(tǒng)的供回水溫差，充分發(fā)揮熱源供熱能力，實(shí)現(xiàn)在不增加管網(wǎng)流量、不改變其他熱用戶運(yùn)行參數(shù)的情況下，進(jìn)一步提高熱源的供熱輸出的效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：將供熱系統(tǒng)以一次網(wǎng)回水作為熱泵一次網(wǎng)側(cè)熱源，從中提取熱量加熱二次網(wǎng)循環(huán)水為用戶供熱，在實(shí)現(xiàn)用戶供熱需求的同時(shí)，降低一次網(wǎng)回水溫度，拉大一次網(wǎng)供回水溫差，從而，在不增加管網(wǎng)流量、不改變其他熱用戶運(yùn)行參數(shù)的情況下，進(jìn)一步提高熱源的供熱輸出。

具體技術(shù)方案為：

一種利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站，其特征在于設(shè)置一熱泵，所述熱泵的二次網(wǎng)側(cè)出口通過熱泵二次網(wǎng)供水管連接用戶終端散熱器的進(jìn)水口，所述熱泵的二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口通過熱泵二次網(wǎng)回水管連接用戶終端散熱器的出水口；熱泵的一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口通過熱泵一次網(wǎng)供水管連接一次網(wǎng)回水管，熱泵的一次網(wǎng)側(cè)出口通過熱泵一次網(wǎng)回水管連接在一次網(wǎng)回水管上位于熱泵一次網(wǎng)供水管與一次網(wǎng)回水管的連接點(diǎn)的下游位置。

在所述熱泵一次網(wǎng)回水管上設(shè)置熱泵一次網(wǎng)回水加壓泵。

在所述熱泵二次網(wǎng)回水管上設(shè)置熱泵二次網(wǎng)循環(huán)泵。

本發(fā)明的有益效果是：提供一種利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站，與現(xiàn)有技術(shù)比，通過提高供熱系統(tǒng)的供回水溫差，充分發(fā)揮熱源供熱能力，達(dá)到在不增加管網(wǎng)流量、不改變其他熱用戶運(yùn)行參數(shù)的情況下，進(jìn)一步提高熱源的供熱輸出的效果，使熱源供熱能力未能完全發(fā)揮的“滿負(fù)荷”管網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大供熱規(guī)模。從而提高現(xiàn)有資源的利用，節(jié)約能源，降低投資成本，提高供熱部門的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1是常規(guī)集中供熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及在圖1所示的常規(guī)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。

圖中：

1熱源，2一次網(wǎng)供水管，3一次網(wǎng)回水管，4利用熱交換器提取一次網(wǎng)供水熱量的常規(guī)供熱站，51熱交換器二次網(wǎng)循環(huán)泵，52熱泵二次網(wǎng)循環(huán)泵，6熱交換器，7利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站，8用戶終端散熱器,9熱泵一次網(wǎng)回水加壓泵,10熱泵，11熱泵一次網(wǎng)側(cè)回水管,12熱泵一次網(wǎng)側(cè)供水管,13熱泵二次網(wǎng)側(cè)出口,14熱泵二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口,15熱交換器一次網(wǎng)側(cè)供水管,16熱交換器一次網(wǎng)側(cè)回水管,17熱交換器二次網(wǎng)側(cè)供水管,18熱交換器二次網(wǎng)側(cè)回水管,19熱泵一次網(wǎng)側(cè)出口,20熱泵一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口，21熱泵二次網(wǎng)側(cè)供水管,22熱泵二次網(wǎng)側(cè)回水管,23熱泵一次網(wǎng)供水管與一次網(wǎng)回水管的連接點(diǎn),24熱泵一次網(wǎng)回水管與一次網(wǎng)回水管的連接點(diǎn)。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

圖2示出了本發(fā)明提供的利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站的結(jié)構(gòu)及在圖1所示的常規(guī)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。

圖中示出一種利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站7，其特征在于設(shè)置了一熱泵10，所述熱泵10的二次網(wǎng)側(cè)出口13通過熱泵二次網(wǎng)側(cè)供水管21連接用戶終端散熱器8的進(jìn)水口，所述熱泵10的二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口14通過熱泵的二次網(wǎng)回水管22連接用戶終端散熱器8的出水口；熱泵10的一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口20通過熱泵一次網(wǎng)進(jìn)水管12連接一次網(wǎng)回水管3，熱泵的一次網(wǎng)側(cè)出口19通過熱泵一次網(wǎng)回水管11連接在一次網(wǎng)回水管3上位于熱泵一次網(wǎng)進(jìn)水管12與一次網(wǎng)回水管3的連接點(diǎn)23的下游位置，如圖中的熱泵一次網(wǎng)回水管11與一次網(wǎng)回水管的連接點(diǎn)24。

在上述熱泵一次網(wǎng)回水管11上設(shè)置熱泵一次網(wǎng)回水加壓泵9。

在上述熱泵二次網(wǎng)回水管22上設(shè)置熱泵二次網(wǎng)循環(huán)泵52。

上述利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站進(jìn)行供熱的運(yùn)行過程如下：

⑴.熱泵一次網(wǎng)側(cè):

①?gòu)囊淮尉W(wǎng)回水管3抽取部分回水，通過熱泵10一次網(wǎng)供水管12連至熱泵的一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口20，進(jìn)入熱泵的蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中作為熱源放熱給熱泵工作工質(zhì)；

②一次網(wǎng)回水在熱泵內(nèi)降溫后，從熱泵一次網(wǎng)側(cè)出口19通過熱泵一次網(wǎng)回水管11由熱泵一次網(wǎng)回水加壓泵9送回一次網(wǎng)回水管3，與一次網(wǎng)回水混合后輸回?zé)嵩?。

⑵.熱泵二次網(wǎng)側(cè):

①熱泵二次網(wǎng)中的用戶終端散熱器8的降溫后的二次網(wǎng)回水，從用戶終端散熱器出水口，由熱泵二次網(wǎng)循環(huán)泵52加壓后，通過熱泵二次網(wǎng)回水管22從熱泵二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口14進(jìn)入熱泵的冷凝器，在冷凝器中吸收熱泵工作工質(zhì)所放出的熱量；

②升溫后的用戶終端散熱器回水，由熱泵二次網(wǎng)側(cè)出口13經(jīng)熱泵二次網(wǎng)供水管21接入用戶終端散熱器8的進(jìn)水口；在用戶終端散熱器降溫，如此往復(fù)循環(huán)。

為滿足系統(tǒng)運(yùn)行，熱泵一次網(wǎng)加壓泵的揚(yáng)程，需要克服所經(jīng)流程中管道的沿程損失、局部損失和設(shè)備內(nèi)損失，同時(shí)應(yīng)保證與一次網(wǎng)回水混合后不會(huì)導(dǎo)致一次網(wǎng)回水逆流。循環(huán)泵的揚(yáng)程依據(jù)混水處的壓力值控制，如運(yùn)行壓力值高于設(shè)計(jì)值則降低循環(huán)泵揚(yáng)程，如運(yùn)行壓力值低于設(shè)計(jì)值則增加循環(huán)泵揚(yáng)程。

該供熱系統(tǒng)的計(jì)算過程及原理如下：

①根據(jù)用戶側(cè)供熱面積f和用戶側(cè)熱指標(biāo)q，確定用戶側(cè)熱負(fù)荷q：

q＝f*q(1)

用戶側(cè)熱負(fù)荷即為熱泵供熱量q。

②根據(jù)熱泵的一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度t11和其二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口/出口溫度t21/t22，比熱容cp,計(jì)算得出熱泵二次網(wǎng)側(cè)循環(huán)水量m2：

m2＝q/cp/(t22-t21)(2)

③確定熱泵選型，并由熱泵設(shè)備廠家提供熱泵的制熱系數(shù)cop值和熱泵一次網(wǎng)側(cè)出水口溫度t12，根據(jù)制熱系數(shù)cop值和熱泵供熱量q，計(jì)算得出熱泵一次網(wǎng)側(cè)吸熱量q1：

q1＝(cop-1)q/cop(3)

之后,確定熱泵一次網(wǎng)側(cè)的一次網(wǎng)回水利用量m1：

m1＝q1/cp/(t11-t12)(4)

④計(jì)算熱泵的驅(qū)動(dòng)用能q2：

q2＝q/cop(5)

依據(jù)驅(qū)動(dòng)用能q2和熱泵驅(qū)動(dòng)方式，得出電耗量、燃?xì)夂牧炕驘岷牧俊?/p>

⑤由一次網(wǎng)總循環(huán)水量m，一次網(wǎng)供/回水溫度t01/t11，計(jì)算得出熱泵將一次網(wǎng)側(cè)出口輸至回水管網(wǎng)混合后一次網(wǎng)回水溫度t11’：

t11’＝[m1t12+(m-m1)t11]/m(6)

⑥回水溫度t11’的降低使得管網(wǎng)供熱能力增加，增熱比率為η：

η＝(t11-t11’)/(t01-t11)*100％(7)

⑦當(dāng)一次網(wǎng)供回水溫差拉大至設(shè)計(jì)參數(shù)△t時(shí)，管網(wǎng)可增加供熱面積f增：

f增＝f*[△t-(t01-t11)]/(t11-t11’)(8)

上述公式(1)-(8)中的符號(hào)的定義及單位如下：

f-用戶側(cè)供熱面積，㎡；

q-用戶側(cè)熱指標(biāo)，w/㎡；

q-用戶側(cè)熱負(fù)荷及熱泵供熱量，w；

q1-熱泵一次網(wǎng)側(cè)吸熱量，w；

q2-熱泵驅(qū)動(dòng)用能，w；

t01-一次網(wǎng)供水溫度，℃；

t11-一次網(wǎng)回水溫度也即熱泵一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度，℃；

t11’-熱泵將一次網(wǎng)側(cè)出水輸至回水管網(wǎng)混合后一次網(wǎng)回水溫度，℃；

t12-熱泵一次網(wǎng)側(cè)出口溫度，℃；

t21-熱泵二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度，℃；

t22-熱泵二次網(wǎng)側(cè)出口溫度，℃；

cop-熱泵的制熱系數(shù)；

cp–定壓比熱容，j/(kg*℃)；

m-一次網(wǎng)總循環(huán)水量，m³/s；

m1-熱泵一次網(wǎng)側(cè)的一次網(wǎng)回水利用量，m³/s；

m2-熱泵的二次網(wǎng)側(cè)循環(huán)水量，m³/s；

η-增熱比率；

△t-一次網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫差，℃；

f增-管網(wǎng)可增加供熱面積，㎡。

具體應(yīng)用實(shí)例

以天津市某熱電聯(lián)產(chǎn)管網(wǎng)為例，對(duì)利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站進(jìn)行應(yīng)用。該熱電聯(lián)產(chǎn)管網(wǎng)設(shè)計(jì)供熱能力即總供熱量q0＝700mw，總供熱面積f0＝1300萬(wàn)m²，設(shè)計(jì)供回水溫差＝t01-t11＝60℃，設(shè)計(jì)一次網(wǎng)總循環(huán)水量m＝10000t/h。經(jīng)過多年的發(fā)展，實(shí)際運(yùn)行管網(wǎng)最大流量達(dá)到10000t/h，實(shí)際供/回水溫度為100℃/55℃，供回水溫差為45℃，僅為設(shè)計(jì)值的75％，尚有25％的供熱能力沒有得到利用。

該管網(wǎng)有一新的熱用戶申請(qǐng)用熱，供熱面積f＝47萬(wàn)m²，熱負(fù)荷為32.9mw，年用熱量為25.33萬(wàn)gj。由于管網(wǎng)無(wú)法進(jìn)一步增加流量，按照傳統(tǒng)的供熱模式，無(wú)法為該用戶供熱。因此，在上述熱電聯(lián)產(chǎn)管網(wǎng)中增設(shè)圖2所示的利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站7解決該新熱用戶供熱。

根據(jù)上述計(jì)算過程進(jìn)行計(jì)算：

①用戶側(cè)熱負(fù)荷即熱泵供熱量q＝32.9mw。

②熱泵一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度t11＝55℃，二次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度t21＝60℃，出口溫度t22＝80℃，比熱容cp＝4186.8j/(kg*℃)。由此得出二次網(wǎng)側(cè)循環(huán)水量m2＝q/cp/(t22-t21)＝1414.7t/h。

③本例選用燃?xì)馕帐綗岜?，其制熱系?shù)cop＝1.7，熱泵一次網(wǎng)側(cè)出口溫度為t12＝20℃；熱泵一次網(wǎng)側(cè)吸熱量q1＝(cop-1)q/cop＝13.5mw，一次網(wǎng)回水利用量m1＝q1/cp/(t11-t12)＝332.9t/h；

④燃?xì)馕帐綗岜眯枰尿?qū)動(dòng)用能q2＝q/cop＝19.4mw，即燃?xì)夂牧繛?/p>

1997.7m³/h；

⑤燃?xì)馕帐綗岜脤⑵湟淮尉W(wǎng)側(cè)出水輸至一次網(wǎng)回水管混合后一次網(wǎng)回

水溫度

t11’＝[m1t12+(m-m1)t11]/m＝53.7℃；

⑥增熱比率η＝(t11-t11’)/(t01-t11)*100％＝2.9％；

⑦利用燃?xì)馕帐綗岜脤⒁淮尉W(wǎng)供回水溫差拉大至設(shè)計(jì)參數(shù)△t＝60℃時(shí)，管網(wǎng)可增加供熱面積f增＝f*[△t-(t01-t11)]/(t11-t11’)＝542.3萬(wàn)m²；

根據(jù)上述實(shí)際運(yùn)算，對(duì)于該新熱用戶，通過新增的“利用熱泵提取一次網(wǎng)回水熱量的供熱站7”可繼續(xù)由上述天津市某熱電聯(lián)產(chǎn)管網(wǎng)供熱。

本實(shí)施例中，熱泵10采用了市售型號(hào)為bz1200xi-r1的燃?xì)馕帐綗岜?；熱泵一次網(wǎng)加壓泵9采用了型號(hào)為tp200-150/4的加壓泵；熱泵二次網(wǎng)循環(huán)泵52采用了型號(hào)為tp250-370/4的循環(huán)泵。

該項(xiàng)目采用燃?xì)馕帐綗岜锰崛∫淮尉W(wǎng)回水熱量用于用戶采暖用熱，在額定工況下運(yùn)行時(shí)，熱泵利用一次網(wǎng)回水最大流量為332.9t/h，其一次網(wǎng)側(cè)吸熱量13.5mw，其一次網(wǎng)側(cè)進(jìn)口溫度為55℃，一次網(wǎng)側(cè)出口溫度為20℃，一次網(wǎng)側(cè)出水輸至一次網(wǎng)回水管道3混合后一次網(wǎng)回水溫度降至53.7℃，與一次網(wǎng)原回水溫度55℃比降低約1.3℃，即增加管網(wǎng)輸熱能力約2.9％。從一次網(wǎng)回水中年吸熱量10.4萬(wàn)gj，年燃?xì)夂牧?2萬(wàn)立方米，對(duì)熱用戶年供熱量達(dá)25萬(wàn)gj。通過實(shí)施該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率8.16％，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率6.3％。采用本發(fā)明，如將剩余25％的供熱能力全部利用，可增加供熱面積約542.3萬(wàn)m²。顯著提高現(xiàn)有資源的利用，降低投資成本，提高供熱部門經(jīng)濟(jì)效益。

以上所述，僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。