一种多源耦合热泵余热利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多源耦合热泵余热利用系统，其特征在于：煤矿企业生产中会产生大量废热，主要包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、瓦斯电站发电机组余热资源、煤矿井下岩石蓄热等。系统性能系数影响因素包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。得出矿区可利用的余热热源，不同热源的供热过程，得到多源耦合热泵余热利用系统，实现矿区余热再利用。通过其各影响因素，得出多源耦合热泵余热利用系统最佳工作参数，驱动热源温度为148℃，循环水出口温度为19.5℃，热水回水温度为45.5℃，热水供水温度为56℃。通过构建多源耦合热泵余热利用系统，是提高经济性、节约燃料的一条有效途径，为矿区及其他工业构建多源耦合吸收式热泵余热利用系统提供技术参考。

A multi source coupled heat pump waste heat utilization system

The invention discloses a multi source coupled heat pump waste heat utilization system, which is characterized by a large amount of waste heat produced in the production of coal mine enterprises, mainly including waste heat resources in mine air return, waste heat resources in mine drainage, waste heat resources of gas power plant generator set, and rock heat storage under well of coal mine. The influencing factors of system performance coefficient include driving heat source temperature, circulating water outlet temperature, hot water backwater temperature and hot water supply temperature. It is concluded that the waste heat source can be used in the mining area, and the heating process of different heat sources can get the multi-source coupled heat pump waste heat utilization system, so as to realize the reuse of the waste heat in the mining area. Through the influence factors, the optimum working parameters of the multi source coupled heat pump waste heat utilization system are obtained. The driving heat source temperature is 148 C, the circulation water outlet temperature is 19.5, the hot water return temperature is 45.5, and the hot water supply temperature is 56. By building a multi source coupled heat pump waste heat utilization system, it is an effective way to improve the economy and save fuel. It provides a technical reference for the construction of a multi source coupled absorption heat pump waste heat utilization system for mining areas and other industries.

【技术实现步骤摘要】
一种多源耦合热泵余热利用系统
本专利技术涉及一种多源耦合热泵余热利用系统，属于能源行业

技术介绍
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。尽管我国能源行业迅速发展，但仍和发达国家有较大差距，我国能源结构仍以煤炭等化石能源为主。我国大中城市的供热以热电联产的大型煤电机组为主，中小城市则为分散锅炉房。热电联产可以提高煤炭利用率，降低煤炭燃烧对环境的污染。燃煤电厂一般采用抽汽供热，但是这种供热方式会产生大量低温冷却水，经冷却塔降温后继续回到凝汽器吸收热量。冷却塔处的热量直接散失到环境，能量损失较大，如果将这部分低品位热源进行有效利用将大幅提高燃煤机组的供热能力。类似的低品位热源还有很多，包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿空压机散热、煤矿供热锅炉等。在我国煤炭资源受限、电力紧缺的情况下，吸收式热泵系统将比传统锅炉和压缩式热泵具有更高的经济性和环保性。吸收式热泵可以实现热量从低温热源向高温热源传递，从而提高能源利用率。美国B.C.L.公司和A.C.公司较早的开展了吸收式热泵系统应用，将其用于回收炼油厂、造纸厂废蒸汽余热，取得了较好的效果。随后，日本建立了多套吸收式热泵装置用于石化企业废热回收，不仅减少了热量损失而且取得了可观的经济效益。我国已经基本掌握了吸收式热泵技术，但是其应用还不广泛。本专利一种多源耦合热泵余热利用系统，以矿区余热源为对象，对吸收式热泵系统进行计算，说明了机组性能参数的影响因素。建立余热回收利用的系统，为多源耦合吸收式热泵余热利用提供技术参考。现有方法主要存在以下问题：（1）传统燃煤锅炉效率偏低，大量低品位余热无法得到利用。（2）在我国能源结构仍以煤炭等化石能源为主。我国大中城市的供热以热电联产的大型煤电机组为主，中小城市则为分散锅炉房。热电联产可以提高煤炭利用率，降低煤炭燃烧对环境的污染。燃煤电厂一般采用抽汽供热，但是这种供热方式会产生大量低温冷却水，经冷却塔降温后继续回到凝汽器吸收热量。冷却塔处的热量直接散失到环境，能量损失较大。（3）现有将吸收式热泵用于热电联产集中供热，将一次网的回水温度控制在20℃以下，不仅提高了一次网回水温差，同时提高管网输送能力；有将6×30MW吸收式热泵用于回收循环水热量，其可向144万m2的建筑供热；有将煤矿供热锅炉拆除，利用水源热泵回收矿井回风、矿井排水、奥灰水等处的余热，实现了矿区多种余热源耦合供热，但是其应用还不广泛。
技术实现思路
本专利技术一种多源耦合热泵余热利用系统，也是一种吸收余热利用优化方法。对于煤矿企业生产中会产生大量废热，主要包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、瓦斯发电机组余热资源、煤矿井下岩石蓄热等。而系统性能系数影响因素包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。通过构建多源耦合吸收式热泵系统实现了矿区余热再利用。以矿区余热源为对象，提出了多源耦合吸收式热泵余热利用系统。建立了余热回收过程，可为多源耦合热泵余热利用提供参考。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案过程来实现：如图1所示，本专利技术一种多源耦合热泵余热利用系统，提出了一种吸收式热泵余热利用优化方法。对于瓦斯电站发电机组余热资源，通过板式换热器，将废热储存到蓄热池里；同时瓦斯电站发电机组余热资源，通过驱动热源，传递至吸收式热泵储存。其二，对于煤矿企业生产中会产生大量废热，主要包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热。而矿井回风中的废热可通过喷淋式换热器，将余热储存到蓄热池里；而矿井排水中的废热可通过板式换热器，将余热储存到蓄热池里；同样煤矿井下岩石蓄热可通过高承压换热器，将余热储存到蓄热池里。其三，这些低品位热源：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热、瓦斯电站发电机组余热资源，均将余热储存于储热池内。储热池内的热量可通过传输设备传至吸收式热泵。其四，吸收式热泵中的热量转化成一定温度和热量的水。通过有效的控制，传输设备，将这些加工处理过的热源，即一定温度和热量的水通过热水供水输送至建筑热负荷、井口热负荷、洗浴热负荷。达到余热利用。其五，同时建筑热负荷、井口热负荷、洗浴热负荷消耗使用，仍有带余热的热水可再利用，通过有效的控制，传输设备可将余热的热水通过热水回水送至吸收式热泵再次使用，充分有效的节约利用能源。通过构建多源耦合吸收式热泵余热利用系统，实现了矿区余热再利用，是提高经济性、节约燃料的一条优化及重要途径。附图说明图1多源耦合热泵余热利用系统；图2驱动热源温度对性能系数的影响；图3循环水出口温度对性能系数的影响图4热水回水温度对性能系数的影响图5热水供水温度对性能系数的影响具体实施方式1.多源耦合热泵余热利用系统，以吸收式热泵余热利用为对象，得到各因素对系统性能的影响。计算过程中采用了质量守恒方程、能量守恒方程。得出矿区可利用的余热热源，不同热源的供热过程，得到多源耦合热泵余热利用系统。为矿区及其他工业构建多源耦合吸收式热泵余热利用系统提供技术参考。2.系统性能系数影响因素，包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度。对吸收式热泵系统进行计算，明确了系统性能系数的影响因素，得出多源耦合吸收式热泵系统最佳工作参数。本专利技术所采用的技术方案具体实施是：1.多源耦合吸收式热泵系统首先：矿区采暖循环水由4台10MW燃煤锅炉供给。一次网经锅炉流出至热力站，供水温度为80℃，回水温度为65℃；二次网连接热力站和热用户，供水温度为55℃，回水温度为40℃。矿区所需的热负荷主要包括：厂区采暖的建筑热负荷、井口防冻热负荷和浴室洗浴热负荷。第二步：由《城镇热力管网设计规范》中的数据得，计算出该矿区厂区采暖热负荷为17.52MW，井口防冻热负荷8.97MW，浴室洗浴热负荷3.26MW，矿区合计热负荷29.75MW。由数据可知，该矿区采暖负荷最大，主要是大空间厂房密闭条件差。第三步：矿区可用的余热资源包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、瓦斯发电机组余热资源、煤矿井下岩石蓄热。矿井回风扩散塔出口温度约为20℃，风流量约为430m3/s，风流量及温度稳定，可靠性较高。矿井排水温度约为22℃，排水流量为280m3/h。瓦斯发电机组余热资源包括尾气余热和循环冷却水余热。瓦斯发电尾气约为550℃，每小时可产生146℃蒸汽400kg。瓦斯发电冷却水温度约为65℃，流量为300m3/h。煤矿井下岩石温度常年在25℃左右，且导热系数较高，对地表环境影响较小。第四步：将上述各种余热作为吸收式热泵热源。在每个热源处安装换热器，将各个换热器出口汇至蓄热池作为吸收式热泵热源。多源耦合热泵余热利用系统见图1。吸收式热泵系统包括吸收段、发生段、蒸发段、冷凝段等，供水温度为55℃，回水温度为45℃。第五步：根据吸收式热泵性能要求，其高品位热能不应低于21.25MW。瓦斯电站产汽量为400kg/h，蒸汽温度为146℃，对应的饱和蒸汽焓值为2741kJ/kg，同温下的饱和水焓值为615kJ/kg，可为驱动热源供热量远大于吸收式热泵需求量。因此，矿区合计热负荷由瓦斯电站提供21.25MW高品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多源耦合热泵余热利用系统，其特征在于：通过矿区可利用的余热热源，包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热、瓦斯电站发电机组余热资源，以及系统性能影响因素，包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度；得出矿区可利用余热的负荷循环供热需求路径，通过不同热源的供热过程，设计总结出多源耦合热泵余热利用系统；实现矿区余热再利用，是提高经济性、节约燃料的一条有效途径。

【技术特征摘要】
1.一种多源耦合热泵余热利用系统，其特征在于：通过矿区可利用的余热热源，包括：矿井回风中的废热资源、矿井排水中的废热资源、煤矿井下岩石蓄热、瓦斯电站发电机组余热资源，以及系统性能影响因素，包括：驱动热源温度、循环水出口温度、热水回水温度、热水供水温度；得出矿区可利用余热的负荷循环供热需求路径，通过不同热源的供热过程，设计总结出多源耦合热泵余热利用系统；实现矿区余热再...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋新甫，吕盼，周专，张增强，关洪浩，余中平，高蕊，徐龙秀，辛超山，高明，许叶林，陈伟伟，刘涌，胡晓花，陈万喜，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司经济技术研究院，上海博英信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65