一种大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可用于大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，属于分布式供能系统中蒸汽压缩式热泵系统领域。通过设计三重复叠式热泵供热系统，然后再利用第一级循环泵和第三级循环泵再配合第三级第三流量阀和第一级流量控制阀来控制每级循环水的流量，从而使其达到各级热泵进出口水温达到预设值或者给定值。通过本实施例所述的大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，来实现梯次加热一次网供热热水，从而降低一次网水的平均吸热温差，提高热电厂的供热效率同时缓解热电耦合矛盾。

A multi-stage coupled heat pump heating system with large capacity and gradient heating

【技术实现步骤摘要】
一种大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统
本专利技术涉及一种可用于大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，属于分布式供能系统中蒸汽压缩式热泵系统领域。
技术介绍
随着我国城市化进程的不断推进，尤其在我国的北方城市，冬季采暖负荷越来越大，对供热负荷要求也进一步提高，城市供热系统容量限制成为了局限。为了满足不断上升的供暖需求，满足新生住房的供热负荷需求，需要对旧有的供热系统进行扩容，但城市供热系统复杂，改造工程量大、工期长，难以满足快速增长的供能需求。此外，大量补充性的供热方式如区域锅炉房等普遍存在能量利用率不高和污染排放大等问题。目前普遍的供热方式之一是利用热电厂抽汽加热一次网回水供热，虽然热电联产方式实现了能量的梯级利用，系统热效率已经能达到80％，但这种方法直接将温度压力较高的高品位热量用于热网水的加热，仍然存在不小的不可逆损失，而且由于抽汽的影响，汽轮机的内效率会有一定程度的降低。抽气供热的另外一个显著问题是热电耦合效应显著，不利于电网的调峰控制。近年来，太阳能和风能等新能源的快速崛起更加剧了这一矛盾。由于电网首先需要消纳新能源发出的电能，因此火电厂的调峰任务将更加艰巨，这种矛盾在北方冬季供暖期有越来越激化的趋势。对于有多台机组的火电厂，通过汽轮机改造使其排气背压逐渐升高，并利用不同温度的排汽冷凝余热梯次加热一次网回水可以有效降低供热温度，减少温差不可逆损失。我国古交市至太原市的长距离供热即采用此技术，相对于传统火电厂的抽汽加热，具有显著的节能效果。但此技术方案存在两个主要的问题：首先，仅适用于存在多台机组的火电厂，且在供热期间多台机组必须同时运行；其次，汽轮机高背压改造后，热电耦合的情况会更加严重。此外，吸收型热泵技术也用于供热，但在冬季供热高峰期，运行经济性往往不如直接采用抽气供热，且采用溴化锂热泵系统运行和维护成本高，阻碍了该技术在供热方面的应用。单级压缩式热泵也可以利用汽轮机排汽余热加热一次网回水，但由于温差较大，往往供热系数较低且压比较大，不能采用大容量的离心式压缩机，供热容量受到了限制。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种新型大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，解决了现有技术供热效率低，单机热泵压比高无法利用大容量离心式压缩机的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例提供了一种大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，包括第一级蒸发换热器、第一级压缩机、第一级循环泵、第一级流量控制阀、第一级前冷凝换热器、第一级后冷凝换热器、第一级膨胀阀、第二级第一流量阀、第二级前冷凝换热器、第二级膨胀阀、第二级冷凝换热器、第二级压缩机、第二级第二流量阀、第二级第三流量阀、第二级后冷凝换热器、第三级第一流量阀、第三级第二流量阀、第三级冷凝换热器、第三级膨胀阀、第三级蒸发换热器、第三级压缩机、第三级循环泵、第三级第三流量阀、抽气加热器和第二级第四流量调节阀；循环水入水管和循环水出水管分别连接在第一级蒸发换热器的入水口和出水口；第一级压缩机一端与第一级蒸发换热器的换热出水口连接，另一端与第一级前冷凝换热器的换热入水口连接；第一级前冷凝换热器的换热出水口与第一级后冷凝换热器的换热入水口连接；第一级后冷凝换热器的换热出水口与第一级膨胀阀的入口端连接，第一级膨胀阀的出口端与第一级蒸发换热器的换热入水口连接；循环水入水管同时通过第一级循环泵和第一级流量控制阀与第一级前冷凝换热器的入水口连接，第一级前冷凝换热器的出水口同时连接第二级第一流量阀的一端、第二级冷凝换热器的入水口以及通过第二级第四流量调节阀与第三级蒸发换热器的出水口连通；一次网水入口与第一级后冷凝换热器的入水口连通，第一级后冷凝换热器的出水口与第二级后冷凝换热器的入水口连通；第二级第一流量阀的另一端与第二级前冷凝换热器的进水口连接；第二级前冷凝换热器的出水口通过第三级循环泵和第三级第三流量阀与第三级蒸发换热器的入水口连通；第二级冷凝换热器的出水口与循环水出水管连接；第二级后冷凝换热器的出水口与通过第三级第二流量阀与第三级冷凝换热器的入水口连通，同时通过第三级第一流量阀与抽气加热器的入水口连接；第二级前冷凝换热器的换热入水口通过第二级第二流量阀和第二级压缩机与第二级冷凝换热器的换热出水口连接；第二级第三流量阀的一端与第二级压缩机的出水口连通后另一端与第二级前冷凝换热器的换热出水口及第二级后冷凝换热器的换热入水口连接；第二级后冷凝换热器的换热出水口通过第二级膨胀阀与第二级冷凝换热器的换热入水口连接；第三级冷凝换热器的出水口与抽气加热器的入水口连接，抽气加热器的出水口作为一次网水出口；第三级冷凝换热器的换热入水口通过第三级压缩机与第三级蒸发换热器的换热出水口连接，第三级冷凝换热器的换热出水口通过第三级膨胀阀与第三级蒸发换热器的换热热水口连通。进一步的，第一级蒸发换热器吸收一部分循环水的热量，通过第一级热泵系统的第一级前冷凝换热器加热第一部分循环水；第一级热泵系统的第一级后冷凝换热器将一次网水的温度由t1加热至t2；第三级热泵系统的循环水与第一部分循环水混合后作为第二级热泵系统的热源；第二级第四流量调节阀用于调节进入第二级热泵系统的第二级冷凝换热器的循环水流量；第二级热泵循环水被第二级前冷凝换热器加热并经过第三级循环泵和第三级第三流量阀进入第三级热泵系统的第三级蒸发换热器；第二级第二流量阀和第二级第三流量阀用于控制第三级蒸发换热器循环水入口温度；第二级第一流量阀、第三级第三流量阀和第二级第四流量调节阀共同调节进入第三级蒸发换热器的流量；一次网水经第二级热泵加热系统的第二级后冷凝换热器被加热至t3；第三级热泵系统通过第三级冷凝换热器将一次网水的温度进一步提高至t4。进一步的，第三级第一流量阀和第三级第二流量阀用于调整t4的温度，通过抽气加热器将一次网水的温度由t4进一步提高至供热温度。进一步的，所述大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，在一次网回水温度小于等于预设值时，通过三级热泵系统加热实现各级热泵进出口水温达到给定值；使用三级热泵加热，利用图中的两个泵配合第三级第三流量阀和第一级流量控制阀控制每级循环水的流量，以实现各级热泵进出口水温达到给定值；采用三级热泵系统加热时，第三级第二流量阀、第二级第一流量阀、第二级第四流量调节阀和第二级第二流量阀打开，第三级第一流量阀和第二级第三流量阀关闭。进一步的，在一次网回水温度大于预设值时，通过两级热泵系统进行加热本专利技术相比现有技术的有益效果是：1、多级热泵耦合梯次增温供热，降低了平均供热温度，提高了供热效率；2、降低了单级热泵的压比，有利于采用大容量的离心式压缩机；3、可以应用于大容量热泵供热系统；4、更加便于利用蒸汽或烟气的低温余热。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，这些附图所直接得到的技术方案也应属于本专利技术的保护范围。图1是本专利技术实施例的结构图。附图标记说明：1、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，其特征在于：包括第一级蒸发换热器、第一级压缩机、第一级循环泵、第一级流量控制阀、第一级前冷凝换热器、第一级后冷凝换热器、第一级膨胀阀、第二级第一流量阀、第二级前冷凝换热器、第二级膨胀阀、第二级冷凝换热器、第二级压缩机、第二级第二流量阀、第二级第三流量阀、第二级后冷凝换热器、第三级第一流量阀、第三级第二流量阀、第三级冷凝换热器、第三级膨胀阀、第三级蒸发换热器、第三级压缩机、第三级循环泵、第三级第三流量阀、抽气加热器和第二级第四流量调节阀；/n循环水入水管和循环水出水管分别连接在第一级蒸发换热器的入水口和出水口；第一级压缩机一端与第一级蒸发换热器的换热出水口连接，另一端与第一级前冷凝换热器的换热入水口连接；第一级前冷凝换热器的换热出水口与第一级后冷凝换热器的换热入水口连接；第一级后冷凝换热器的换热出水口与第一级膨胀阀的入口端连接，第一级膨胀阀的出口端与第一级蒸发换热器的换热入水口连接；循环水入水管同时通过第一级循环泵和第一级流量控制阀与第一级前冷凝换热器的入水口连接，第一级前冷凝换热器的出水口同时连接第二级第一流量阀的一端、第二级冷凝换热器的入水口以及通过第二级第四流量调节阀与第三级蒸发换热器的出水口连通；一次网水入口与第一级后冷凝换热器的入水口连通，第一级后冷凝换热器的出水口与第二级后冷凝换热器的入水口连通；第二级第一流量阀的另一端与第二级前冷凝换热器的进水口连接；第二级前冷凝换热器的出水口通过第三级循环泵和第三级第三流量阀与第三级蒸发换热器的入水口连通；第二级冷凝换热器的出水口与循环水出水管连接；第二级后冷凝换热器的出水口与通过第三级第二流量阀与第三级冷凝换热器的入水口连通，同时通过第三级第一流量阀与抽气加热器的入水口连接；第二级前冷凝换热器的换热入水口通过第二级第二流量阀和第二级压缩机与第二级冷凝换热器的换热出水口连接；第二级第三流量阀的一端与第二级压缩机的出水口连通后另一端与第二级前冷凝换热器的换热出水口及第二级后冷凝换热器的换热入水口连接；第二级后冷凝换热器的换热出水口通过第二级膨胀阀与第二级冷凝换热器的换热入水口连接；第三级冷凝换热器的出水口与抽气加热器的入水口连接，抽气加热器的出水口作为一次网水出口；第三级冷凝换热器的换热入水口通过第三级压缩机与第三级蒸发换热器的换热出水口连接，第三级冷凝换热器的换热出水口通过第三级膨胀阀与第三级蒸发换热器的换热热水口连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大容量梯度增温型多级耦合热泵供热系统，其特征在于：包括第一级蒸发换热器、第一级压缩机、第一级循环泵、第一级流量控制阀、第一级前冷凝换热器、第一级后冷凝换热器、第一级膨胀阀、第二级第一流量阀、第二级前冷凝换热器、第二级膨胀阀、第二级冷凝换热器、第二级压缩机、第二级第二流量阀、第二级第三流量阀、第二级后冷凝换热器、第三级第一流量阀、第三级第二流量阀、第三级冷凝换热器、第三级膨胀阀、第三级蒸发换热器、第三级压缩机、第三级循环泵、第三级第三流量阀、抽气加热器和第二级第四流量调节阀；
循环水入水管和循环水出水管分别连接在第一级蒸发换热器的入水口和出水口；第一级压缩机一端与第一级蒸发换热器的换热出水口连接，另一端与第一级前冷凝换热器的换热入水口连接；第一级前冷凝换热器的换热出水口与第一级后冷凝换热器的换热入水口连接；第一级后冷凝换热器的换热出水口与第一级膨胀阀的入口端连接，第一级膨胀阀的出口端与第一级蒸发换热器的换热入水口连接；循环水入水管同时通过第一级循环泵和第一级流量控制阀与第一级前冷凝换热器的入水口连接，第一级前冷凝换热器的出水口同时连接第二级第一流量阀的一端、第二级冷凝换热器的入水口以及通过第二级第四流量调节阀与第三级蒸发换热器的出水口连通；一次网水入口与第一级后冷凝换热器的入水口连通，第一级后冷凝换热器的出水口与第二级后冷凝换热器的入水口连通；第二级第一流量阀的另一端与第二级前冷凝换热器的进水口连接；第二级前冷凝换热器的出水口通过第三级循环泵和第三级第三流量阀与第三级蒸发换热器的入水口连通；第二级冷凝换热器的出水口与循环水出水管连接；第二级后冷凝换热器的出水口与通过第三级第二流量阀与第三级冷凝换热器的入水口连通，同时通过第三级第一流量阀与抽气加热器的入水口连接；第二级前冷凝换热器的换热入水口通过第二级第二流量阀和第二级压缩机与第二级冷凝换热器的换热出水口连接；第二级第三流量阀的一端与第二级压缩机的出水口连通后另一端与第二级前冷凝换热器的换热出水口及第二级后冷凝换热器的换热入水口连接；第二级后冷凝换热器的换热出水口通过第二级膨胀阀与第二级冷凝换热器的换热入水口连接；第三级冷凝换热器的出水口与抽气加热器的入水口连接，抽气加热器的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿鹏鹏，梁波，雷平飞，柴新元，杨吉丰，杨娟香，王怀忠，马素霞，赵贯甲，
申请(专利权)人：山西省工业设备安装集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14