一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统技术方案

一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统，包括汽轮机组、凝汽器、冷却塔/空冷岛、热网加热器及水‑水换热器、热电双驱机组、土壤换热器、循环水泵，以及连接上述各设备以实现土壤蓄取乏汽余热的蒸汽系统、热网水系统和循环水系统。采用本系统的供热方法为：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。

A heat pump heating system using the waste heat of exhaust steam from the power plant across the season

A seasonal energy storage heat pump heating system for power plant waste heat of exhaust steam by soil, including steam turbine, condenser, cooling tower, heater / air cooling island and water water heat exchanger, thermoelectric double drive unit, soil heat exchanger, a circulating water pump, and connecting each device to achieve storage in soil the waste heat of exhaust steam from steam systems, heating water system and circulating water system. The heating method of this system is as follows: Winter primary network return water is heated by heating network heater, high temperature hot water and electric power CO drive dual power drive unit, and the heat stored in soil is extracted. In summer, the soil low-temperature backwater is introduced into the power plant, and the exhaust steam heat of the steam turbine is recovered through the condenser. After heating up, it is sent to the heat exchanger of the heating station and the soil heat exchanger to store heat. The advantage is: on the one hand, through the seasonal thermal storage, the heating capacity of the power plant is increased, and on the other hand, the power consumption in the winter and the impact of the summer on the power generation capacity are reduced. In addition, the central heating network is used to make up the heat, which greatly reduces the investment of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统
本专利技术属于电厂乏汽余热利用领域，具体涉及一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术提出将电厂乏汽余热利用和土壤跨季节蓄热有机结合，提供一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统。该系统以热电双驱机组(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，本专利技术所采取的技术方案是：一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统，包括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、加热一次网回水的热网加热器、提取土壤蓄热量的热电双驱机组、热网换热的水-水换热器、与土壤换热的土壤换热器以及循环水泵，以及连接上述各设备以实现土壤蓄取乏汽余热的蒸汽系统、热网水系统和循环水系统，其中：1)在冬季供热工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组抽汽经管道与热网加热器抽汽入口连接，抽汽凝结水经过与热网加热器抽汽凝结水出口连接的管道返回电厂原凝结水系统；汽轮机组乏汽经管道与凝汽器乏汽入口连接，乏汽凝结水经过与凝汽器乏汽凝结水出口连接的管道返回电厂原凝结水系统；对于热网水系统，一次网回水管道依次连接后接至热网加热器热水入口，热网加热器热水出口依次经管道连接至热电双驱机组吸收式热泵模块发生器入口，热电双驱机组吸收式热泵模块发生器出口经管道与水-水换热器一次侧热水入口连接，水-水换热器一次侧热水出口经管道连接至一次网回水管道，其中，在管道P2、P4、P5、P7、P9中分别设置阀门V1、V4、V5、V7、V8，在管道P3和管道P6之间连接有旁通管道P23，旁通管道P23中设置阀门V12，二次网回水管道与热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器入口连接，热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器出口经管道连接热电双驱机组吸收式热泵模块吸收器入口，热电双驱机组吸收式热泵模块冷凝器出口与水-水换热器二次侧热水入口连接，水-水换热器二次侧热水出口连接二次网供水管道；所述阀门V1、V4、V5、V7、V8均打开，阀门V12关闭；对于循环水系统，土壤换热器出口依次通过管道P14、P10连接热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器入口，热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口有两种连接方式，一种是热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口通过管道P11连接热电双驱机组压缩式热泵模块蒸发器入口，热电双驱机组压缩式热泵模块蒸发器出口依次经管道P12、P13连接土壤换热器入口；另一种是直接通过管道P12、P13连接土壤换热器入口；其中，在管道P10上设置阀门V9，在管道P12中设置阀门V10，在管道P13中设置为循环水系统提供动力的循环水泵8,所述阀门V9、V10均打开；2)在夏季余热回收工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组乏汽经管道与凝汽器乏汽入口连接，乏汽凝结水经过与凝汽器乏汽凝结水出口连接的管道返回电厂原凝结水系统；对于热网水系统，一次网回水管道P1依次经阀门V2和管道连接凝汽器热网水入口，凝汽器热网水出口依次经管道、阀门V3连接一次网回水管道P3，一次网回水管道P3依次经旁通管道P23、管道P6、P24、管道P13连接至土壤换热器入口前的管道上，土壤换热器出口经管道P14、P25连接至一次网回水管道P1，管道P24中设置阀门V6，管道P25中设置阀门V11，其中阀门V2、V3、V6、V11、V12均打开，阀门V1、V4、V5、V7、V8、V9、V10均关闭。进一步的，汽轮机组可以是一组、两组或者多组，每组均对应设置一台凝汽器及一台热网加热器，且汽轮机组可以是湿冷机组或间接空冷机组。进一步的，对湿冷或间接空冷机组，在凝汽器的热网水入口管上设有冷却水出水管道，在凝汽器的热网水出口管上设有冷却水进水管道，并分别设有用于调节系统回收余热量的阀门；对空冷机组，在凝汽器的乏汽进口管上设有乏汽管道，乏汽管道上设有用于调节系统回收余热量的阀门。进一步的，在循环水系统中，循环水与土壤换热的土壤换热器采用多组串联形式。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1.本专利技术克服了寒冷或严寒地区冬夏取存热量不平衡的问题，将汽轮机组乏汽余热用于土壤跨季节蓄热，将乏汽余热利用技术与土壤源热泵技术有机结合，实现了多种清洁能源互补。2.通过回收汽轮机组乏汽余热，实现了冬季电厂供热能力的大幅提升。3.利用热电双驱机组提取土壤蓄存热量，降低了系统耗电量，运行成本降低，供热能效得到进一步提升。4.通过引入低温回水冷却汽轮机组乏汽，提高了夏季电厂发电能力。5.利用既有集中供热管网实现夏季土壤补热，相比传统土壤源热泵系统，投资大幅降低且占地少。附图说明图1为本专利技术一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统流程图(湿冷或间接空冷系统)；图2为本专利技术一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统流程图(直接空冷系统)；图3为本专利技术一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统流程图(不含压缩式热泵模块)；其中：1.汽轮机组，2.凝汽器，3.冷却塔/空冷岛，4.热网加热器，5.热电双驱机组，6.水-水换热器，7.土壤换热器，8.循环水泵，21.凝汽器热网水入口，22.凝汽器热网水出口，23.凝汽器乏汽入口，24.凝汽器乏汽凝结水出口，41.热网加热器热水入口，42.热网加热器热水出口，43.热网加热器抽汽入口，44.热网加热器抽汽凝结水出口，51.热电双驱机组吸收式热泵模块发生器入口，52.热电双驱机组吸收式热泵模块发生器出口，53.热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器入口，54.热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口，55.热电双驱机组压缩式热泵模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统，其特征在于：包括提供乏汽的汽轮机组(1)、回收乏汽余热的凝汽器(2)、排放过剩余热的冷却塔/空冷岛(3)、加热一次网回水的热网加热器(4)、提取土壤蓄热量的热电双驱机组(5)、热网换热的水‑水换热器(6)、与土壤换热的土壤换热器(7)以及循环水泵(8)，以及连接上述各设备以实现土壤蓄取乏汽余热的蒸汽系统、热网水系统和循环水系统，其中：1)在冬季供热工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组(1)抽汽经管道与热网加热器抽汽入口(43)连接，抽汽凝结水经过与热网加热器抽汽凝结水出口(44)连接的管道返回电厂原凝结水系统；汽轮机组乏汽经管道与凝汽器乏汽入口(23)连接，乏汽凝结水经过与凝汽器乏汽凝结水出口(24)连接的管道返回电厂原凝结水系统；对于热网水系统，一次网回水管道(P1)、(P2)、(P3)、(P4)依次连接后接至热网加热器热水入口(41)，热网加热器热水出口(42)依次经管道(P5)、(P6)、(P7)连接至热电双驱机组吸收式热泵模块发生器入口(51)，热电双驱机组吸收式热泵模块发生器出口(52)经管道(P8)与水‑水换热器一次侧热水入口(61)连接，水‑水换热器一次侧热水出口(62)经管道(P9)连接至一次网回水管道(P1)，其中，在管道(P2)、(P4)、(P5)、(P7)、(P9)中分别设置阀门(V1)、(V4)、(V5)、(V7)、(V8)，在管道(P3)和管道(P6)之间连接有旁通管道(P23)，旁通管道(P23)中设置阀门(V12)，二次网回水管道与热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器入口(57)连接，热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器出口(58)经管道连接热电双驱机组吸收式热泵模块吸收器入口(59)，热电双驱机组吸收式热泵模块冷凝器出口(60)与水‑水换热器二次侧热水入口(63)连接，水‑水换热器二次侧热水出口(64)连接二次网供水管道；所述阀门(V1)、(V4)、(V5)、(V7)、(V8)均打开，阀门(V12)关闭；对于循环水系统，土壤换热器出口(72)依次通过管道(P14)(P10)连接热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器入口(53)，热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口(54)有两种连接方式，一种是热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口(54)通过管道(P11)连接热电双驱机组压缩式热泵模块蒸发器入口(55)，热电双驱机组压缩式热泵模块蒸发器出口(56)依次经管道(P12)、(P13)连接土壤换热器入口(71)；另一种是直接通过管道(P12)、(P13)连接土壤换热器入口(71)；其中，在管道(P10)上设置阀门(V9)，在管道(P12)中设置阀门(V10)，在管道(P13)中设置为循环水系统提供动力的循环水泵(8)，所述阀门(V9)、(V10)均打开；2)在夏季余热回收工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组乏汽经管道与凝汽器乏汽入口(23)连接，乏汽凝结水经过与凝汽器乏汽凝结水出口(24)连接的管道返回电厂原凝结水系统；对于热网水系统，一次网回水管道(P1)依次经阀门(V2)和管道连接凝汽器热网水入口(21)，凝汽器热网水出口(22)依次经管道、阀门(V3)连接一次网回水管道(P3)，一次网回水管道(P3)依次经旁通管道(P23)、管道(P6)、(P24)、管道(P13)连接至土壤换热器入口(71)前的管道上，土壤换热器出口(72)经管道(P14)、(P25)连接至一次网回水管道(P1)，管道(P24)中设置阀门(V6)，管道(P25)中设置阀门(V11)，其中阀门(V2)、(V3)、(V6)、(V11)、(V12)均打开，阀门(V1)、(V4)、(V5)、(V7)、(V8)、(V9)、(V10)均关闭。...

【技术特征摘要】
1.一种利用土壤跨季节蓄取电厂乏汽余热的热泵供热系统，其特征在于：包括提供乏汽的汽轮机组(1)、回收乏汽余热的凝汽器(2)、排放过剩余热的冷却塔/空冷岛(3)、加热一次网回水的热网加热器(4)、提取土壤蓄热量的热电双驱机组(5)、热网换热的水-水换热器(6)、与土壤换热的土壤换热器(7)以及循环水泵(8)，以及连接上述各设备以实现土壤蓄取乏汽余热的蒸汽系统、热网水系统和循环水系统，其中：1)在冬季供热工况下，对于蒸汽系统，汽轮机组(1)抽汽经管道与热网加热器抽汽入口(43)连接，抽汽凝结水经过与热网加热器抽汽凝结水出口(44)连接的管道返回电厂原凝结水系统；汽轮机组乏汽经管道与凝汽器乏汽入口(23)连接，乏汽凝结水经过与凝汽器乏汽凝结水出口(24)连接的管道返回电厂原凝结水系统；对于热网水系统，一次网回水管道(P1)、(P2)、(P3)、(P4)依次连接后接至热网加热器热水入口(41)，热网加热器热水出口(42)依次经管道(P5)、(P6)、(P7)连接至热电双驱机组吸收式热泵模块发生器入口(51)，热电双驱机组吸收式热泵模块发生器出口(52)经管道(P8)与水-水换热器一次侧热水入口(61)连接，水-水换热器一次侧热水出口(62)经管道(P9)连接至一次网回水管道(P1)，其中，在管道(P2)、(P4)、(P5)、(P7)、(P9)中分别设置阀门(V1)、(V4)、(V5)、(V7)、(V8)，在管道(P3)和管道(P6)之间连接有旁通管道(P23)，旁通管道(P23)中设置阀门(V12)，二次网回水管道与热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器入口(57)连接，热电双驱机组压缩式热泵模块冷凝器出口(58)经管道连接热电双驱机组吸收式热泵模块吸收器入口(59)，热电双驱机组吸收式热泵模块冷凝器出口(60)与水-水换热器二次侧热水入口(63)连接，水-水换热器二次侧热水出口(64)连接二次网供水管道；所述阀门(V1)、(V4)、(V5)、(V7)、(V8)均打开，阀门(V12)关闭；对于循环水系统，土壤换热器出口(72)依次通过管道(P14)(P10)连接热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器入口(53)，热电双驱机组吸收式热泵模块蒸发器出口(54)有两种连接方式，一种是热电双驱机...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文涛，李岩，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：河北,13