利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)及方法
【專利摘要】利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔、鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器、冷卻塔集水池、集水池換熱器、地埋管換熱器、增大管徑冷卻水管路、冷卻水管蛇形管線換熱管、熱泵機組、系統(tǒng)控制器、切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2、地埋管分水器、地埋管集水器和換熱系統(tǒng)循環(huán)泵。本發(fā)明包括利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的方法。本發(fā)明能有效利用電廠冷卻水余熱，可提高熱泵機組和電廠冷卻塔運行效率。
【專利說明】利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱，經(jīng)過電力做功，輸出能用的高品位熱能的設(shè)備。目前，我國主要利用三種熱泵技術(shù)，分別是水源熱泵、地源熱泵、以及空氣源熱泵。
[0003]水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源，進行轉(zhuǎn)換的空調(diào)技術(shù)，水源包括地下水熱泵、地表水(江、河、湖、海)熱泵、生活污水、工業(yè)用水等。地源熱泵是利用淺層地能進行供熱制冷的高效節(jié)能環(huán)保的新型空調(diào)技術(shù)。地源熱泵是利用地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，通過深埋于建筑物周圍或底板下的管路系統(tǒng)，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，使地下巖土體與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。
[0004]為提高水源和地源熱泵的初投資和運行效率，一個重要的方法就是利用現(xiàn)有資源開發(fā)低成本高效的復合式熱泵熱源系統(tǒng)。
[0005]CN103363723A于2013年10月23日公開了一種使地埋管換熱器排熱和取熱平衡的主動恢復系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)在地埋管換熱器換熱方面主要利用土壤內(nèi)埋管和新風機組進行換熱。
[0006]CN201803527U于2011年04月20日公開了一種地源熱泵冷卻水系統(tǒng)，包括集水器、分水器、連接于集水器和分水器之間的若干個地埋管、連接于集水器和分水器之間的地源熱泵機組以及與該地源熱泵機組串聯(lián)的一循環(huán)水泵，還包括一閉式冷卻塔，該閉式冷卻塔的一端與所述的集水器相連，另一端與所述的分水器相連，該系統(tǒng)主要用于調(diào)節(jié)對地下散冷量和散熱量的平衡，避免地下溫度的上升。
[0007]然而，現(xiàn)有文獻中從電廠冷卻水系統(tǒng)提取余熱作為復合式熱泵系統(tǒng)熱源的方法未見有關(guān)報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)利用尺寸巨大、換熱條件良好的電廠冷卻塔鋼筋混凝土側(cè)壁和集水池，以及電廠大流量、大管徑的冷卻水管路進行換熱，能有效利用電廠冷卻水余熱，可提高熱泵機組和電廠冷卻塔運行效率。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明之利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)，包括電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔、鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器、冷卻塔集水池、集水池換熱器、地埋管換熱器、增大管徑冷卻水管路、冷卻水管蛇形管線換熱管、熱泵機組、系統(tǒng)控制器、切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2、地埋管分水器、地埋管集水器和換熱系統(tǒng)循環(huán)泵；所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器的一端通過水管路與切換閥門A1相連，所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器的另一端通過管路與集水池換熱器的一端相連，所述集水池換熱器的另一端通過水管路與切換閥門A2相連，所述切換閥門A1通過水管路分別與換熱系統(tǒng)循環(huán)泵、地埋管集水器相連，所述換熱系統(tǒng)循環(huán)泵通過水管路與熱泵機組相連，所述切換閥門A2通過水管路分別與地埋管分水器、熱泵機組相連，所述地埋管分水器通過水管路與切換閥門B1相連，所述切換閥門B1通過水管路與地埋管換熱器相連，所述地埋管換熱器通過水管路與切換閥門B2相連，所述切換閥門B2通過水管路與地埋管集水器相連，所述地埋管分水器通過水管路與切換閥門C1相連，所述切換閥門C1通過水管路與冷卻水管蛇形管線換熱管相連,所述冷卻水管蛇形管線換熱管通過水管路與切換閥門C2相連，所述切換閥門C2通過水管路與地埋管集水器，所述冷卻水管蛇形管線換熱管安裝在增大管徑冷卻水管路中，所述增大管徑冷卻水管路通過水管路接至電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔上；所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與切換閥門A1相連的管路、集水池換熱器與切換閥門A2相連的管路上分別設(shè)有冷卻塔換熱器溫度傳感器，所述冷卻水管蛇形管線換熱管與切換閥門C1、切換閥門C2相連的管路上分別設(shè)有冷卻水管換熱器溫度傳感器，所述地埋管換熱器與切換閥門B1、切換閥門B2相連的管路上分別設(shè)有地埋管換熱器溫度傳感器，所述系統(tǒng)控制器通過控制線路分別與各個溫度傳感器、換熱系統(tǒng)循環(huán)泵以及熱泵機組相連。
[0010]本發(fā)明之利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的方法，是利用電廠冷卻塔側(cè)壁、集水池以及電廠冷卻水管路換熱，具體步驟如下:
在熱泵機組工作時，通過地埋管換熱器溫度傳感器測量地埋管換熱器供回水溫度，并使用冷卻塔換熱器溫度傳感器測量鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器供回水溫度；
熱泵機組供熱時，當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度大于15°C且回水溫度大于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門A1、切換閥門A2，關(guān)閉切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，電廠冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供熱；當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度超出適宜的范圍時，即供水溫度小于15°C且回水溫度小于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供熱；
熱泵機組供冷時，當?shù)芈窆軗Q熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度小于33°C且回水溫度小于38°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門C1、切換閥門C，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供冷。
[0011]進一步，系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)控制器采集冷卻塔換熱器溫度傳感器和地埋管換熱器溫度傳感器的溫度信號，當冷卻塔換熱器溫度傳感器的回水溫度低于9°c或地埋管換熱器溫度傳感器的回水溫度超出38°C時，可控制系統(tǒng)停機保護。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
1、初期投資低:本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)可利用現(xiàn)有的電廠冷卻塔系統(tǒng)和冷水管系統(tǒng)進行改造，直接從電廠冷卻水當中提取余熱，并從電廠冷卻塔壁面吸熱，在供熱為主的地區(qū)可顯著減少地埋管換熱器的容量，減少地埋管或地下水源熱泵打井的成本，從而可顯著減少系統(tǒng)的初投資；
2、提高系統(tǒng)運行效率，節(jié)約能耗:本發(fā)明可在供熱為主的地區(qū)供應采暖熱水或生活熱水，從電廠冷卻水當中提取余熱(電廠冷卻水的回水溫度可達25 V左右，高于地下土壤溫度)，可顯著提高熱泵機組冷蒸發(fā)器進水溫度，從而有效提高地源熱泵機組和系統(tǒng)的運行效率，獲得很好的節(jié)能效果；
3、可從電廠冷卻塔循環(huán)水中提取廢熱，降低電廠冷卻水的水溫，提高電廠冷卻塔的運行效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明之利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1-電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔，2-鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器，3-冷卻塔集水池，4-集水池換熱器，5-地埋管換熱器，6-增大管徑冷卻水管路，7-冷卻水管蛇形管線換熱管，8-熱泵機組，9-系統(tǒng)控制器，10-1-切換閥門A1,10-2-切換閥門A2,11-1-切換閥門B1,11-2-切換閥門B2,12-1-切換閥門C1,12-2-切換閥門C2,13-冷卻塔換熱器溫度傳感器，14-冷卻水管換熱器溫度傳感器，15-地埋管換熱器溫度傳感器，16-地埋管分水器，17-地埋管集水器，18-換熱系統(tǒng)循環(huán)泵。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]參照附圖，本實施例之利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)，包括電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔1、鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器2、冷卻塔集水池3、集水池換熱器4、地埋管換熱器5、增大管徑冷卻水管路6、冷卻水管蛇形管線換熱管7、熱泵機組
8、系統(tǒng)控制器9、切換閥門A1 10-1、切換閥門A2 10-2、切換閥門B1 11_1、切換閥門B2 11-2,切換閥門C1 12-1、切換閥門C2 12-2、地埋管分水器16、地埋管集水器17和換熱系統(tǒng)循環(huán)泵18 ;所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器2的一端通過水管路與切換閥門A1 10-1相連，所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器2的另一端通過管路與集水池換熱器4的一端相連，所述集水池換熱器4的另一端通過水管路與切換閥門A2 10-2相連，所述切換閥門A1
10-1通過水管路分別與換熱系統(tǒng)循環(huán)泵18、地埋管集水器17相連，所述換熱系統(tǒng)循環(huán)泵18通過水管路與熱泵機組8相連，所述切換閥門A2 10-2通過水管路分別與地埋管分水器16、熱泵機組8相連，所述地埋管分水器16通過水管路與切換閥門B1 11-1相連，所述切換閥門B1 11-1通過水管路與地埋管換熱器5相連，所述地埋管換熱器5通過水管路與切換閥門B2
11-2相連，所述切換閥門B211-2通過水管路與地埋管集水器17相連，所述地埋管分水器16通過水管路與切換閥門C1 12-1相連，所述切換閥門C1 12-1通過水管路與冷卻水管蛇形管線換熱管7相連,所述冷卻水管蛇形管線換熱管7通過水管路與切換閥門C2 12-2相連，所述切換閥門C2 12-2通過水管路與地埋管集水器17，所述冷卻水管蛇形管線換熱管7安裝在增大管徑冷卻水管路6中，所述增大管徑冷卻水管路6通過水管路接至電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔I上；所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器2與切換閥門A1 10-1相連的管路、集水池換熱器4與切換閥門A2 10-2相連的管路上分別設(shè)有冷卻塔換熱器溫度傳感器13，所述冷卻水管蛇形管線換熱管7與切換閥門C1 12-1、切換閥門C2 12-2相連的管路上分別設(shè)有冷卻水管換熱器溫度傳感器14，所述地埋管換熱器5與切換閥門B1 11-1、切換閥門B2 11-2相連的管路上分別設(shè)有地埋管換熱器溫度傳感器15，所述系統(tǒng)控制器9通過控制線路分別與各個溫度傳感器、換熱系統(tǒng)循環(huán)泵18以及熱泵機組8相連。
[0016]鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器，是在電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱管道，將換熱管道沿著雙曲線冷卻塔的曲線螺旋纏繞布置，固定于側(cè)壁鋼筋上，然后合模澆筑混凝土，形成鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器，該換熱器與集水池換熱器串聯(lián)。換熱管道沿著雙曲線冷卻塔的曲線布置的方法為:冷卻塔鋼筋按照雙曲線逐步綁扎完成后，分步將換熱管道沿著雙曲線冷卻塔的曲線螺旋纏繞(沿著內(nèi)層鋼筋周長繞圈)布置，換熱管道位于雙曲線冷卻塔側(cè)壁內(nèi)外層鋼筋之間，相鄰換熱管道豎向間距大于200mm。
[0017]冷卻水管蛇形管線換熱管，是將正常管徑的冷卻水管路增大管徑(比如原來DN400的管路在放置換熱管的局部管段(此管段長度可取100米)增加到DN600)，在增大管徑后的管路內(nèi)置換熱蛇形管線，形成冷卻水管蛇形管線換熱管。內(nèi)置的換熱蛇形管線可采用不銹鋼蛇形管，使用現(xiàn)有技術(shù)加工制造。
[0018]本實施例之利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的方法，是利用電廠冷卻塔側(cè)壁、集水池以及電廠冷卻水管路換熱，具體步驟如下:
在熱泵機組工作時，通過地埋管換熱器溫度傳感器測量地埋管換熱器供回水溫度，并使用冷卻塔換熱器溫度傳感器測量鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器供回水溫度；
熱泵機組供熱時，當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度大于15°C且回水溫度大于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門A1、切換閥門A2，關(guān)閉切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，電廠冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供熱；當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度超出適宜的范圍時，即供水溫度小于15°C且回水溫度小于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱(放熱過程)，熱泵機組高效供熱；
熱泵機組供冷時，當?shù)芈窆軗Q熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度小于33°C且回水溫度小于38°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門C1、切換閥門C，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱(取熱過程)，熱泵機組高效供冷。
[0019]系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)控制器采集冷卻塔換熱器溫度傳感器和地埋管換熱器溫度傳感器的溫度信號，當冷卻塔換熱器溫度傳感器的回水溫度低于9°C或地埋管換熱器溫度傳感器的回水溫度超出38°C時，可控制系統(tǒng)停機保護。
【權(quán)利要求】
1.一種利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的復合式熱泵熱源系統(tǒng)，其特征在于:包括電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔、鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器、冷卻塔集水池、集水池換熱器、地埋管換熱器、增大管徑冷卻水管路、冷卻水管蛇形管線換熱管、熱泵機組、系統(tǒng)控制器、切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2、地埋管分水器、地埋管集水器和換熱系統(tǒng)循環(huán)泵；所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器的一端通過水管路與切換閥門A1相連，所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器的另一端通過管路與集水池換熱器的一端相連，所述集水池換熱器的另一端通過水管路與切換閥門A2相連，所述切換閥門A1通過水管路分別與換熱系統(tǒng)循環(huán)泵、地埋管集水器相連，所述換熱系統(tǒng)循環(huán)泵通過水管路與熱泵機組相連，所述切換閥門A2通過水管路分別與地埋管分水器、熱泵機組相連，所述地埋管分水器通過水管路與切換閥門B1相連，所述切換閥門B1通過水管路與地埋管換熱器相連，所述地埋管換熱器通過水管路與切換閥門B2相連，所述切換閥門B2通過水管路與地埋管集水器相連，所述地埋管分水器通過水管路與切換閥門C1相連，所述切換閥門C1通過水管路與冷卻水管蛇形管線換熱管相連，所述冷卻水管蛇形管線換熱管通過水管路與切換閥門C2相連，所述切換閥門C2通過水管路與地埋管集水器，所述冷卻水管蛇形管線換熱管安裝在增大管徑冷卻水管路中，所述增大管徑冷卻水管路通過水管路接至電廠雙曲線鋼筋混凝土冷卻塔上；所述鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與切換閥門A1相連的管路、集水池換熱器與切換閥門A2相連的管路上分別設(shè)有冷卻塔換熱器溫度傳感器，所述冷卻水管蛇形管線換熱管與切換閥門C1、切換閥門C2相連的管路上分別設(shè)有冷卻水管換熱器溫度傳感器，所述地埋管換熱器與切換閥門B1、切換閥門B2相連的管路上分別設(shè)有地埋管換熱器溫度傳感器，所述系統(tǒng)控制器通過控制線路分別與各個溫度傳感器、換熱系統(tǒng)循環(huán)泵以及熱泵機組相連。
2.一種利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的方法，其特征在于，是利用電廠冷卻塔側(cè)壁、集水池以及電廠冷卻水管路換熱，具體步驟如下: 在熱泵機組工作時，通過地埋管換熱器溫度傳感器測量地埋管換熱器供回水溫度，并使用冷卻塔換熱器溫度傳感器測量鋼筋混凝土冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器供回水溫度； 熱泵機組供熱時，當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度大于15°C且回水溫度大于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門A1、切換閥門A2，關(guān)閉切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，電廠冷卻塔側(cè)壁暗埋換熱器與集水池換熱器的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供熱；當冷卻塔換熱器溫度傳感器測得的溫度超出適宜的范圍時，即供水溫度小于15°C且回水溫度小于9°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2、切換閥門C1、切換閥門C2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供熱； 熱泵機組供冷時，當?shù)芈窆軗Q熱器溫度傳感器測得的溫度在適宜的范圍，即供水溫度小于33°C且回水溫度小于38°C時，系統(tǒng)控制器可發(fā)出指令打開切換閥門B1、切換閥門B2，關(guān)閉切換閥門A1、切換閥門A2、切換閥門C1、切換閥門C，并開啟換熱系統(tǒng)循環(huán)泵，地埋管換熱器內(nèi)的循環(huán)水進入熱泵機組換熱，熱泵機組高效供冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用電廠冷卻系統(tǒng)換熱的方法，其特征在于，系統(tǒng)通過系統(tǒng)控制器采集冷卻塔換熱器溫度傳感器和地埋管換熱器溫度傳感器的溫度信號，當冷卻塔換熱器溫度傳感器的回水溫度低于9°C或地埋管換熱器溫度傳感器的回水溫度超出38°C時，控制系統(tǒng)停機保護。
【文檔編號】F25B30/06GK104197585SQ201410440704
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】李振來, 王寬, 李慧, 胡樂元, 宋偉 申請人:湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司