结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统及其控制方法，该系统包括：汽轮机、区域供暖热交换器、热水驱动式吸收式热泵；上述热水驱动式吸收式热泵包括：蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、以及包括两个区域供暖水流量调节装置。根据本发明专利技术的系统，包括了能将热泵系统和原有的热电联产系统进行完全结合的控制系统，能够稳定维持热电联产系统的发电输出、区域供暖流量、区域供暖供应温度；并且由于其设计为能够回收作为低温热能的排气气体水分冷凝潜热、装置冷却热、变压过程中的放热、燃料电池冷却热等，而在此过程中不需要消耗额外的电力或蒸高温蒸汽，因而能够最大限度增大发电效率及热回收效率。

【技术实现步骤摘要】
结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统及控制方法
本专利技术涉及了一种结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统及其控制方法。
技术介绍
该部分中描述的内容仅是提供本专利技术相关的背景信息，而并非构成现有技术。区域供暖系统是指，在特定区域内的住宅、商场等建筑不会各自配备供暖设备，而是通过区域内的大型热电联产设施集中生产区域供热所需的热水(95～120℃)，并通过热输送管输送到各建筑物的系统。此类区域供暖系统首先通过燃烧化石燃料驱动燃气涡轮及蒸汽涡轮发电机生产电力，并将发电过程中的余热蒸汽通过热交换器生产区域供暖水。这种同时生产电力和热量的系统虽然一次能源利用效率较高，但还是有约20％的热量因温度低而无法使用。为了将这种低温未利用热量利用起来以此进一步提高热电联产供应区域供暖的一次能源效率，需要额外的配备热泵并消耗额外的电力来实现。
技术实现思路
对图1所示的现有技术的热电联产(Cogeneration)系统进行描述，来自区域的区域供暖回水进入区域供暖热交换器，利用汽轮机ST的抽汽蒸气以及尾气进行对区域供暖回水进行加热，并最终供应到区域。如上所述，化石燃料拥有的一次能源热量除了转换为电和热的能源以外，还是有约20％左右的低温热能(放热、排气气体热、旋转体摩擦、变压损失等)将无法被利用，最终排放到大气。而现有的技术是，为了将这种低温的外部未利用热量回收到区域供暖系统，使用电力驱动的热泵以消耗额外电力为代价加大共热量，因而存电力消耗过大的问题。因此，本专利技术的目的在于提供一种结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统及其控制方法，克服上述的现有技术问题、通过在热电联产模式中高效回收外部未利用热量来使区域供暖一次能源效率最大化。一种结合了高效率热泵系统的热电联产区域供暖生产系统，包括：汽轮机，利用发电余热锅炉产生的高温蒸汽进行发电；区域供暖热交换器，利用上述汽轮机的抽气蒸汽及排气蒸汽热供应区域供暖水的换热器；从外部系统回收未利用热量的热水驱动式吸收式热泵，从上述区域供暖热交换器供应的区域供暖高温水的至少一部分驱动热泵，利用循环于所述热水驱动式吸收式热泵的内部的吸收剂对区域供暖回水的至少一部分进行升温，使所述区域供暖热交换器的入口水温上升；上述热水驱动式吸收式热泵包括：蒸发器,利用冷剂水蒸发吸收热量回收外部未利用热量；吸收器,接收区域供暖回水,并利用热泵内部溴化锂吸收剂吸收蒸发器产生制冷剂蒸汽时产生的热量对区域供暖回水进行1次加热；发生器,从上述区域供暖热交换器出口接收高温的区域供暖供水并用其加热上述吸收器中吸收了制冷剂蒸汽的溴化锂稀溶液,将稀溶液分离为水蒸气和溴化锂浓溶液；冷凝器,接收吸收器出口的集中供暖回水,与上述发生器产生的水蒸气热交换,对区域供暖回水进行2次加热,同时将水蒸气冷凝为液体冷剂水,此冷剂水进入上述蒸发器再进行蒸发吸热,以此循环；以及包括两个区域供暖水流量调节装置,上述两个流量调节装置一个配置于所述吸收器的入口,控制进入热泵升温的区域供暖回水流量；另一个配置于上述区域供暖热交换器的出口,控制热泵的运行负荷以控制外部未利用能源的回收量。需要说明的是，本专利技术的研发课题编码为2018201060010B，研发主管部门是韩国产业通商资源部，研究管理机关是韩国能源技术评价院，并且研究项目名称为能源需求管理核心技术，研究课题名称是Cascade热利用区域冷热供应优化技术开发，主管部门为首尔能源公司，研发周期为2018年5月11日至2021年12月31日。本专利技术附加的技术方案将在以下的说明中进行部分说明，可从该说明中较简明得理解本专利技术。前述的一般说明及以下的详细说明仅是为了对本专利技术进行说明，而并非是限制另附的权利要求书中记载的本专利技术的保护范围。根据本专利技术的结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统，由于其设计为能够回收作为低温热能的排气气体水分冷凝潜热、装置冷却热、变压过程中的放热、燃料电池冷却热等，而在此过程中不需要消耗额外的电力或蒸高温蒸汽，因而能够最大限度增大发电效率及热回收效率。本专利技术中的结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统，包括了能将热泵系统和原有的热电联产系统进行完全结合的控制系统，能够稳定维持热电联产系统的发电输出、区域供暖流量、区域供暖供应温度。附图说明图1，现有区域供暖生产系统概念图。图2，本专利技术中说明的结合了高效热泵的区域供暖生产系统。图3，本专利技术中说明的结合了高效热泵的区域供暖生产系统结构。图4，本专利技术中说明的结合高效率热泵的区域供暖系统综合温度控制系统的框图。附图标记的说明100：结合了高效热泵的区域供暖生产系统；200：汽轮机；300：区域供暖热交换器；400：吸收式热泵；600：综合温度控制系统具体系统构成方式以下内容将参照附图对本专利技术的具体系统结构进行说明.但系统中的一些功能或者组成部分的细节部分对本次专利技术的说明产生不必要的误解时，会予以省略。。图1是现有区域供暖生产系统的概念图。图1说明了现有的热电联产电厂供应区域供热的生产流程概念图图2是本专利技术中说明的结合了高效热泵的区域供暖生产流程的概念图图3是本专利技术中说明的结合了高效热泵的区域供暖生产系统的结构概念图如图2及图3中所示，本专利技术的结合了高效率热泵的区域供暖系统100包括了：汽轮机200、区域供暖热交换器300、吸收式热泵400。余热锅炉可以将燃气涡轮的排气热能生产出蒸汽，为后述的汽轮机200供应高温高压蒸汽。汽轮机200是利用高温、高压的蒸汽来转动叶轮进行发电的发电装置。高温、高压的蒸汽热能转换为动能转动汽轮机200的叶轮发电后，相对低温、低压状态的蒸汽通过汽轮机蒸汽出口排出。可以从汽轮机200的中间段进行抽汽和利用汽轮机200蒸汽出口的低压蒸汽余热作为区域供暖热源实现热电联产。区域供暖热交换器300是利用汽轮机200的中间段抽汽和汽轮机200蒸汽出口的低压蒸汽加热区域供暖水的设备。通过与汽轮机200的蒸汽进行热交换，区域供暖水低温回水将被升温成为区域供暖水高温供水，以满足区域内的制热及卫生热水需求。吸收式热泵400起到在区域供暖水通过区域供暖热交换机300之前经由的中间通道的作用，在区域中被收回的低温的区域供暖水在通过吸收式热泵400的吸收器420的过程中，利用溴化锂溶液进行第一次升温，并利用吸收式热泵400的冷凝器440的制冷剂蒸汽进行第二次升温。此时，在升温的总热量中包含有将吸收式热泵400的蒸发器410中原先因制冷剂蒸发而无法使用的低温的未使用热能进行回收的热量，以及向后述的吸收式热泵400的再生器430供应的高温的区域供暖水的热量。利用吸收式热泵400的吸收器420及冷凝器440进行升温的区域供暖水将被区域供暖热交换机300加热为高温的区域供暖水。被加热的高温的区域供暖水在通过吸收式热泵400的再生器430的过程中加热再生器430内部的溴化锂溶液，从而再生制冷剂蒸汽。在高温的区域供暖水向吸收式热泵400的再生器430提供一部分热量的情况下，也能够使供应的区域供暖高温水的出口温度保持与运行吸收式热泵400之前相同。吸收式热泵400可以包括：蒸发器410、吸收器420、再生器430以及冷凝器440。蒸发器410可以接收后述的未使用的热量。吸收器420可以接收被收回的区域供暖低温水，并可以对区域供暖低温水进行第一次加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统，其特征在于，包括：汽轮机，利用发电余热锅炉产生的高温蒸汽进行发电；区域供暖热交换器，利用上述汽轮机的抽气蒸汽及排气蒸汽热供应区域供暖水的换热器；从外部系统回收未利用热量的热水驱动式吸收式热泵，从上述区域供暖热交换器供应的区域供暖高温水的至少一部分驱动热泵，利用循环于所述热水驱动式吸收式热泵的内部的吸收剂对区域供暖回水的至少一部分进行升温，使所述区域供暖热交换器的入口水温上升；上述热水驱动式吸收式热泵包括：蒸发器,利用冷剂水蒸发吸收热量回收外部未利用热量；吸收器,接收区域供暖回水,并利用热泵内部溴化锂吸收剂吸收蒸发器产生制冷剂蒸汽时产生的热量对区域供暖回水进行1次加热；发生器,从上述区域供暖热交换器出口接收高温的区域供暖供水并用其加热上述吸收器中吸收了制冷剂蒸汽的溴化锂稀溶液,将稀溶液分离为水蒸气和溴化锂浓溶液；冷凝器,接收吸收器出口的集中供暖回水,与上述发生器产生的水蒸气热交换,对区域供暖回水进行2次加热,同时将水蒸气冷凝为液体冷剂水,此冷剂水进入上述蒸发器再进行蒸发吸热,以此循环；以及包括两个区域供暖水流量调节装置，上述两个流量调节装置一个配置于所述吸收器的入口,控制进入热泵升温的区域供暖回水流量；另一个配置于上述区域供暖热交换器的出口,控制热泵的运行负荷以控制外部未利用能源的回收量。...

【技术特征摘要】
2017.11.30 KR 10-2017-01635541.一种结合了热泵系统的热电联产区域供暖生产系统，其特征在于，包括：汽轮机，利用发电余热锅炉产生的高温蒸汽进行发电；区域供暖热交换器，利用上述汽轮机的抽气蒸汽及排气蒸汽热供应区域供暖水的换热器；从外部系统回收未利用热量的热水驱动式吸收式热泵，从上述区域供暖热交换器供应的区域供暖高温水的至少一部分驱动热泵，利用循环于所述热水驱动式吸收式热泵的内部的吸收剂对区域供暖回水的至少一部分进行升温，使所述区域供暖热交换器的入口水温上升；上述热水驱动式吸收式热泵包括：蒸发器,利用冷剂水蒸发吸收热量回收外部未利用热量；吸收器,接收区域供暖回水,并利用热泵内部溴化锂吸收剂吸收蒸发器产生制冷剂蒸汽时产生的热量对区域供暖回水进行1次加热；发生器,从上述区域供暖热交换器出口接收高温的区域供暖供水并用其加热上述吸收器中吸收了制冷剂蒸汽的溴化锂稀溶液,将稀溶液分离为水蒸气和溴化锂浓溶液；冷凝器,接收吸收器出口的集中供暖回水,与上述发生器产生的水蒸气热交换,对区域供暖回水进行2次加热,同时将水蒸气冷凝为液体冷剂水,此冷剂水进入上述蒸发器再进行蒸发吸热,以此循环；以及包括两个区域供暖水流量调节装置，上述两个流量调节装置一个配置于所述吸收器的入口,控制进入热泵升温的区域供暖回水流量；另一个配置于上述区域供暖热交换器的出口,控制热泵的运行负荷以控制外部未利用能源的回收量。2.根据权利要求1所述的热电联产区域供暖生产系统，其特征在于，上述由吸收式热泵从外部回收的未利用热量包括(a)从燃料的燃烧过程中发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元虎，朴元泳，安洲川，朴贤星，
申请(专利权)人：GS电力株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR