基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统及其调控方法技术方案

本发明专利技术公开了基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统及其调控方法，涉及废热回收技术领域，在供热期间，通过空冷循环水废热回收装置或第二凝汽器将空冷循环水热量转移至供暖循环水；并且烟气废热回收装置以及锅炉排污扩容废热回收装置正常运转，实现低温废热梯级加热回收，然后供暖循环水经过长距离输送送水管输送至矿区供暖侧，从而依次为用户设施、防冻散热末端、调峰热泵机组供热，实现低温供暖循环水热量梯级利用。环水热量梯级利用。环水热量梯级利用。

【技术实现步骤摘要】
基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统及其调控方法


[0001]本专利技术涉及废热回收
，具体是基于电厂废热实现矿区碳中和供暖 的系统及其调控方法。

技术介绍

[0002]对于工矿企业，解决非生产工艺用热的一般性建筑采暖需求，利用自身或 周边的废热资源供暖，是实现工矿企业供暖系统碳中和运行的有效途径。
[0003]以地下开采矿井为例，矿区在供暖方面的需求主要有三类：1.地面井筒防 冻需求(冬季)；2.地面建筑采暖需求(冬季)；3.地面洗浴热水加热需求(全 年)。
[0004]目前，在安徽、山东、河南、河北等中部地区，可以利用矿井生产过程中 产生的矿井排水、矿井回风、瓦斯发电等余热全部或部分的解决上述供暖需求。 而在山西、陕西、内蒙、甘肃、东北、青海、新疆等西部、北部严寒地区的矿 区采暖，自身的余热资源不足以满足上述需求，需要通过燃气锅炉、大吨位的 燃煤锅炉(根据国家环保政策40吨以下采暖锅炉逐渐淘汰停用)，甚至使用电 锅炉来解决。每年需要直接或间接消耗大量的化石燃料，排放大量的温室气体。
[0005]另一方面，在上述地区的矿区周边往往会建设采用间接空冷冷却的大中型 发电厂，即便部分煤矿企业通过投资供暖管道直接从电厂购买蒸汽或热水的方 式解决供暖需求，每年的运行和维护费用达到1000万以上，且电厂对外输出蒸 汽或高温热水影响(减少)了发电量，相当于间接的增加排放碳排放。
[0006]即使在现有清洁供暖技术中，采用热泵技术回收矿井自身余热(矿井回风、 矿井排水等)进行供暖，亦需要消耗相当于供热量1/3左右的电能，电能的使 用也等同于间接的增加了碳排放。
[0007]此外，根据热力发电厂朗肯循环的要求，发电厂需要将超过一半的热量通 过空冷塔以废热的形式排放至大气中。间接空冷系统冬季运行时为了避免空冷 散热器冻裂，进入散热器的水温一般控制在45℃以上。在矿区采用低温供暖技 术，45℃的热水即能够满足建筑采暖、洗浴热水加热和井筒防冻的需求。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统及其 调控方法，以缓解现有矿区供暖技术中存在运行费用高，直接或间接碳排放量 大的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于电厂废热实现矿区碳中 和供暖的系统，其特征在于：包括电厂废热供给设备、电厂汽轮机乏汽废热回 收设备、烟气废热回收装置以及锅炉排污扩容废热回收装置；其中，所述电厂 废热供给设备能够为所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备、烟气废热回收装置、 锅炉排污扩容废热回收装置提供废热；
[0010]所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为空冷循环水废热回收装置或第二凝汽 器；
[0011]所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备的输出端与烟气废热回收装置的输入端 相连
接，所述烟气废热回收装置的输出端与锅炉排污扩容废热回收装置的输入 端相连接，所述锅炉排污扩容废热回收装置的输出端与供暖循环水泵的进口相 连接，所述供暖循环水泵的出口通过长距离输送送水管与用户设施的进口相连， 所述用户设施的出口连接井口防冻散热末端的输入端，所述井口防冻散热末端 的输出端连接至调峰热泵机组的蒸发器输入端，调峰热泵机组的蒸发器输出端 与矿区供暖回水管道连接，所述矿区供暖回水管道通过长距离输送回水管与电 厂汽轮机乏汽废热回收设备的输入端连接，从而构成一完整循环供暖系统。
[0012]进一步，作为优选，当所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为空冷循环水废 热回收装置时，所述电厂废热供给设备至少包括设置在电厂侧的凝汽器，所述 凝汽器能够将部分热量转移至空冷循环水，空冷循环水通过空冷散热器以及空 冷塔进行散热；
[0013]或者，空冷循环水通过空冷循环水废热回收装置将部分热量转移给供暖循 环水，且所述空冷循环水废热回收装置串联在烟气废热回收装置远离锅炉排污 扩容废热回收装置的一侧。
[0014]进一步，作为优选，当所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为第二凝汽器时， 所述电厂废热供给设备至少包括设置在电厂侧的凝汽器，所述凝汽器和第二凝 汽器并联设置，所述凝汽器能够将部分热量转移至空冷循环水，空冷循环水通 过空冷散热器以及空冷塔进行散热；
[0015]所述第二凝汽器能够将部分热量转移至供暖循环水。
[0016]进一步，作为优选，所述电厂废热供给设备还包括设置在电厂侧的锅炉， 所述锅炉还能够为烟气废热回收装置提供高温烟气，在烟气废热回收装置中烟 气将热量传递给供暖循环水；所述锅炉能够为锅炉排污扩容废热回收装置提供 高温排污扩容蒸汽，在锅炉排污扩容废热回收装置中排污扩容蒸汽将热量传递 给供暖循环水。
[0017]进一步，作为优选，所述用户设施包括设置在矿区供暖侧的供暖建筑低温 散热末端和洗浴热水箱盘管式热末端，其中，长距离输送送水管的出口与矿区 供暖水管道的进口相连，矿区供暖水管道的出口并联供暖建筑低温散热末端和 洗浴热水箱盘管式热末端。
[0018]进一步，作为优选，自供暖建筑低温散热末端与洗浴热水箱盘管式热末端 的回水，经自来水预热装置与井口防冻散热末端相连，所述自来水预热装置的 自来水侧出水管连接洗浴热水箱的补水口。
[0019]进一步，作为优选，所述空冷循环水废热回收装置的电厂侧的输入和输出 端分别装有阀门一、阀门二，用于非供暖季切断与电厂侧的空冷循环水的联系， 以及在供暖季根据矿区热负荷调节进入空冷循环水废热回收装置的流量。
[0020]进一步，作为优选，所述烟气废热回收装置的供热侧输入、输出端之间安 装有旁通管路和控制调节阀一；锅炉排污扩容废热回收装置供热侧输入、输出 端之间安装有旁通管路和控制调节阀二。
[0021]进一步，作为优选，矿区供暖侧的所述供暖建筑低温散热末端、洗浴热水 箱盘管式热末端、自来水预热装置、井口防冻散热末端以及调峰热泵机组的数 量均为一或者均为并联设置的多个；
[0022]电厂侧的所述空冷循环水废热回收装置、烟气废热回收装置、锅炉排污扩 容废热回收装置的数量均为一或者均为并联设置的多个。
[0023]基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统的调控方法，其特征在于：包括： 在供热期间，通过空冷循环水废热回收装置或第二凝汽器将空冷循环水热量转 移至供暖循环水；并且烟气废热回收装置以及锅炉排污扩容废热回收装置正常 运转，实现低温废热梯级加热回收，然后供暖循环水经过长距离输送送水管输 送至矿区供暖侧，从而依次为用户设施、防冻散热末端、调峰热泵机组供热， 实现低温供暖循环水热量梯级利用；供暖初期、供暖后期和常规供暖期，阀门 一全部打开，根据室外天气温度调节阀门二、控制调节阀一及控制调节阀二的 开启度，根据空冷循环水废热回收装置或第二凝汽器进口端的压力调节供暖循 环水泵的转速。极端供暖期，阀门一、阀门二全部打开，控制调节阀一及控制 调节阀二全部关闭，供暖循环水泵工频运行。
[0024]调峰热泵机组供暖初期、供暖后期和常规供暖天气停止运行，极端天气启 动运行。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统，其特征在于：包括电厂废热供给设备、电厂汽轮机乏汽废热回收设备、烟气废热回收装置(2)以及锅炉排污扩容废热回收装置(3)；其中，所述电厂废热供给设备能够为所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备、烟气废热回收装置(2)、锅炉排污扩容废热回收装置(3)提供废热；所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为空冷循环水废热回收装置(1)或第二凝汽器(12
‑3‑
2)；所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备的输出端与烟气废热回收装置(2)的输入端相连接，所述烟气废热回收装置(2)的输出端与锅炉排污扩容废热回收装置(3)的输入端相连接，所述锅炉排污扩容废热回收装置(3)的输出端与供暖循环水泵(4)的进口相连接，所述供暖循环水泵(4)的出口通过长距离输送送水管(13)与用户设施的进口相连，所述用户设施的出口连接井口防冻散热末端(8)的输入端，所述井口防冻散热末端(8)的输出端连接至调峰热泵机组(9)的蒸发器输入端，调峰热泵机组(9)的蒸发器输出端与矿区供暖回水管道连接，所述矿区供暖回水管道通过长距离输送回水管(14)与电厂汽轮机乏汽废热回收设备的输入端连接，从而构成一完整循环供暖系统。2.根据权利要求1所述的基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统，其特征在于：当所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为空冷循环水废热回收装置(1)时，所述电厂废热供给设备至少包括设置在电厂侧的凝汽器(12
‑
3)，所述凝汽器(12
‑
3)能够将部分热量转移至空冷循环水，空冷循环水通过空冷散热器(12
‑
4)以及空冷塔(12
‑
5)进行散热；或者，空冷循环水通过空冷循环水废热回收装置(1)将部分热量转移给供暖循环水，且所述空冷循环水废热回收装置(1)串联在烟气废热回收装置(2)远离锅炉排污扩容废热回收装置的一侧。3.根据权利要求1所述的基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统，其特征在于：当所述电厂汽轮机乏汽废热回收设备为第二凝汽器(12
‑3‑
2)时，所述电厂废热供给设备至少包括设置在电厂侧的凝汽器(12
‑
3)，所述凝汽器(12
‑
3)和第二凝汽器(12
‑3‑
2)并联设置，所述凝汽器(12
‑
3)能够将部分热量转移至空冷循环水，空冷循环水通过空冷散热器(12
‑
4)以及空冷塔(12
‑
5)进行散热；所述第二凝汽器(12
‑3‑
2)能够将部分热量转移至供暖循环水。4.根据权利要求1所述的基于电厂废热实现矿区碳中和供暖的系统，其特征在于：所述电厂废热供给设备还包括设置在电厂侧的锅炉(12
‑
1)，所述锅炉(12
‑
1)还...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓彦，
申请(专利权)人：北京中矿节源节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：