一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法
2023-07-29 07:30:41 1
一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法。該系統包括：凝汽器、高溫熱泵、涼水塔、城市供暖網絡、加熱器、鍋爐、汽輪機；凝汽器與汽輪機及高溫熱泵分別相連，接收汽輪機送來的高溫蒸汽，並將其冷凝後的水送至高溫熱泵；加熱器與鍋爐加熱得到的蒸汽帶動汽輪機轉動，從而帶動發電機發電；涼水塔分別通過出、入水管線接入凝汽器內部，將冷凍水送入凝汽器內部，變為熱水後沿出水管線進入涼水塔；高溫熱泵將其中的熱量轉移至供暖網絡和加熱器。本發明能回收利用電廠產生的冷凝熱，從而提高熱能利用率，節約能源和資源，保護環境。
【專利說明】一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電廠冷凝熱的回收利用【技術領域】，特別是涉及一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法。
【背景技術】
[0002]圖1為目前處理電廠產生的冷凝熱的系統結構圖。如圖1所示，汽輪機101在蒸汽作用下帶動發電機105發電，利用完的蒸汽溫度仍很高，含有大量的冷凝熱，本發明稱之為高溫蒸汽。該高溫蒸汽其沿管線進入圖1中的凝汽器102，在凝汽器102內失去冷凝熱後溫度降低變為水，這些水沿管線進入加熱器103後，由加熱器103重新將其加熱為溫度很高的蒸汽(其溫度高於上述的高溫蒸汽)，重新送入汽輪機101而參與發電機105的發電。凝汽器102對高溫蒸汽的冷凝功能，是通過涼水塔104輸入的冷水實現的。如圖1所示，涼水塔104通過冷水管線1041和熱水管線1042接入凝汽器102的內部，且冷水管線1041和熱水管線1042在凝汽器102內部是封閉連通的，這樣，涼水塔104將冷水通過冷水管線1041送入凝汽器102內部，該冷水在凝汽器102內部吸收冷凝熱後變為熱水，沿熱水管線1042返回涼水塔104。現有技術中，涼水塔104是通過與大氣換熱從而將上述的熱水管線1042源源不斷送來的熱量散失掉的，也就是說，電廠所產生的冷凝熱最終是散失到大氣中的，並沒有加以回收利用，這不僅浪費了大量的熱能和水資源，而且還由於放熱而提高了環境溫度，汙染了大氣。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種電廠冷凝熱的回收利用系統和方法，能回收利用電廠產生的冷凝熱，從而提高熱能利用率，節約能源和資源，保護環境。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種電廠冷凝熱的回收利用系統，該系統包括:凝汽器、高溫熱泵、涼水塔、該電廠所在城市的供暖網絡、加熱器、鍋爐、汽輪機；其中，
[0005]所述凝汽器與所述汽輪機以及高溫熱泵分別相連，用於接收所述汽輪機送來的含有所述冷凝熱的高溫蒸汽，並將其失去所述冷凝熱後變成的水送至所述高溫熱泵；
[0006]所述加熱器與所述鍋爐、汽輪機、高溫熱泵分別相連，所述鍋爐與所述汽輪機相連；所述加熱器利用所述汽輪機送來的高溫蒸汽將所述高溫熱泵送來的水加熱後進一步送入所述鍋爐加熱，所述鍋爐將加熱後得到的蒸汽送入所述汽輪機，以帶動其運轉；所述汽輪機帶動所述電廠裡的發電機發電；
[0007]所述涼水塔通過入水管線和出水管線接入所述凝汽器的內部，且所述入水管線和所述出水管線在所述凝汽器內部是封閉連通的；所述涼水塔將冷凍水通過所述入水管線送入所述凝汽器的內部，該冷凍水在所述凝汽器內部吸收所述高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿所述出水管線進入所述涼水塔；
[0008]所述高溫熱泵與所述涼水塔並聯，並與所述供暖網絡相通；所述高溫熱泵將吸收自所述涼水塔中的水的熱量轉移至所述供暖網絡和所述凝汽器送來的水中，並將所述凝汽器送來的水送到所述加熱器。
[0009]本發明的有益效果是:本發明中，進入凝汽器的冷凍水在吸收了高溫蒸汽中的冷凝熱後，變為熱水進入涼水塔，高溫熱泵通過熱交換將該熱水中的熱量轉移至供暖網絡和加熱器，這樣就實現了電廠產生的冷凝熱的回收和利用，提高了熱能的利用率，節約了能源，保護了環境。同時，本發明中的水是在三個循環圈中循環利用的，即高溫蒸汽在失去冷凝熱後變成水，由加熱器、鍋爐對其重新加熱後重新用於發電，從而構成了水資源利用的第一個循環圈；熱水被高溫熱泵轉移熱量後重新變為冷凍水而由涼水塔送到凝汽器內吸收冷凝熱，從而構成了水資源利用的第二個循環圈；供暖用水在供暖網絡中失去熱量回到高溫熱泵，重新進行熱量的轉移，這就構成了水資源循環利用的第三個循環圈。因此，本發明還實現了水資源的重複利用，相對於現有技術涼水塔中的水的不斷散失，本發明大大節約了水資源。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進:
[0011]進一步，所述熱水的溫度低於40°C。
[0012]本發明還提出了一種電廠冷凝熱的回收利用方法，該方法基於上述的系統；該方法包括:
[0013]步驟1:所述電廠裡的汽輪機將含有所述冷凝熱的高溫蒸汽分別送入凝汽器和加熱器；涼水塔將冷凍水通過入水管線送入所述凝汽器的內部；
[0014]步驟2:所述冷凍水在所述凝汽器內部吸收所述高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿出水管線進入所述涼水塔；所述凝汽器將所述高溫蒸汽失去所述冷凝熱後變成的水送至所述高溫熱泵；
[0015]步驟3:所述高溫熱泵將吸收自所述涼水塔中的水的熱量轉移至所述供暖網絡和所述凝汽器送來的水中，並將所述凝汽器送來的水送到所述加熱器；所述加熱器利用所述汽輪機送來的所述高溫蒸汽將所述高溫熱泵送來的水加熱後，進一步送入鍋爐中加熱為蒸汽；
[0016]步驟4:所述鍋爐將得到的蒸汽送入所述汽輪機以帶動其轉動，進而由所述汽輪機帶動發電機發電。
[0017]進一步，所述步驟2中，所述熱水的溫度低於40°C。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現有的處理電廠產生的冷凝熱的系統的結構圖；
[0019]圖2為本發明提出的電廠冷凝熱的回收利用系統的結構圖；
[0020]圖3為本發明提出的電廠冷凝熱的回收利用方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0022]圖2為本發明提出的電廠冷凝熱的回收利用系統的結構圖。如圖2所示，該系統包括:凝汽器202、高溫熱泵204、涼水塔208、該電廠所在城市的供暖網絡205、加熱器203、鍋爐207、汽輪機201。圖2中的發電機206為電廠的設備。這裡，高溫熱泵204是一種將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的熱量轉移裝置，尤其用於將低溫熱源中的低品位熱能通過少量的電力作用，變為高品位熱能提供給高溫熱源。本發明中的低品位熱源指的就是冷凝熱，其利用難度極大。
[0023]圖2中，汽輪機201、鍋爐207和加熱器203均位於電廠裡，汽輪機201在內部溫度很高的蒸汽的作用下，帶動發電機206發電，從而將蒸汽中的熱能轉變為發電機206產生的電能。本發明中，該蒸汽來自加熱器203和鍋爐207對水的先後加熱。汽輪機201利用完的蒸汽含有大量的冷凝熱，溫度依然很高，本發明稱之為高溫蒸汽。
[0024]凝汽器202與汽輪機201以及高溫熱泵204分別相連，用於接收汽輪機201送來的含有冷凝熱的高溫蒸汽，這些高溫蒸汽在凝汽器202內失去冷凝熱，而凝汽器202又將高溫蒸汽失去冷凝熱後變成的水送至高溫熱泵204。
[0025]加熱器203與鍋爐207、汽輪機201、高溫熱泵204分別相連，鍋爐207與汽輪機201相連。這樣，加熱器203利用汽輪機201送來的高溫蒸汽將高溫熱泵204送來的水加熱後，進一步將得到的熱水送入鍋爐207加熱，從而得到溫度極高的蒸汽。當然，加熱器203還可以提供一定的熱量，以進一步提高加熱效果。然後，鍋爐207將其加熱後得到的蒸汽送入汽輪機201，以帶動其運轉。汽輪機201的運轉可以帶動電廠裡的發電機206發電。當然，鍋爐207也可以具有對蒸汽加壓的功能，從而提高進入汽輪機201的蒸汽的壓力，提高發電效率。可見，蒸汽在汽輪機201、凝汽器202、加熱器203、鍋爐207以及相應管線內部是循環利用的，這構成了本發明水資源利用的第一個循環圈。
[0026]涼水塔208分別通過入水管線2041和出水管線2042接入凝汽器202的內部，且入水管線2041和出水管線2042在凝汽器202內部是封閉連通的。這樣，涼水塔208可將溫度較低的冷凍水通過入水管線2041送入凝汽器202的內部，該冷凍水在凝汽器202內部吸收高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿出水管線2042進入涼水塔208。可見，凝汽器202、涼水塔208以及入水管線2041和出水管線2042就構成了水資源利用的第二個循環圈，冷凍水和熱水在該循環圈內循環進行熱量的吸收和轉移。
[0027]為了提高凝汽器202的換熱效率，可以儘可能地增大入水管線2041在凝汽器202內部部分與高溫蒸汽的接觸面積。
[0028]高溫熱泵204與涼水塔208是並聯的，如圖2所示，高溫熱泵204通過兩條管線分別與入水管線2041和出水管線2042相連，實現了與涼水塔208的並聯。高溫熱泵204還與供暖網絡205相通。這樣，高溫熱泵204就可以將吸收自涼水塔208中的水的熱量轉移至供暖網絡205和凝汽器202送來的水中，並將凝汽器202送來的水送到加熱器203，以供供暖網絡各家庭的使用。可見，本發明中，高溫熱泵204、供暖網絡205以及相應管線管線就構成了水資源循環利用的第三個循環圈，最終將電廠產生的冷凝熱供給供暖網絡的各家庭使用。
[0029]由此可見，本發明中，進入凝汽器的冷凍水在吸收了高溫蒸汽中的冷凝熱後，變為熱水進入涼水塔，高溫熱泵通過熱交換將該熱水中的熱量轉移至供暖網絡，這樣就實現了電廠產生的冷凝熱的回收和利用，提高了熱能的利用率，節約了能源，保護了環境。同時，本發明中的水是在三個循環圈中循環利用的，即高溫蒸汽在失去冷凝熱後變成水，由加熱器、鍋爐對其重新加熱後重新用於發電，從而構成了水資源利用的第一個循環圈；熱水被高溫熱泵轉移熱量後重新變為冷凍水而由涼水塔送到凝汽器內吸收冷凝熱，從而構成了水資源利用的第二個循環圈；供暖用水在供暖網絡中失去熱量回到高溫熱泵，重新進行熱量的轉移，這就構成了水資源循環利用的第三個循環圈。因此，本發明還實現了水資源的重複利用，相對於現有技術涼水塔中的水的不斷散失，本發明大大節約了水資源。
[0030]本發明中，冷凍水在凝汽器202內部吸收高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水的溫度通常低於40°C。高溫熱泵204從涼水塔208吸收該熱水帶回的熱量並進行轉移，轉移的目標為供暖網絡中的供暖返回水，而供暖返回水接收了這些被轉移的熱量後溫度升高，變成的供暖用水的溫度通常高於60°C。可見，高溫熱泵204實現的是將低溫熱源的熱量向溫度高於60°C的高溫熱源(本發明中的供暖用水)的轉移，如果不利用高溫熱泵，這是無法實現的。
[0031]本發明的目的是儘可能提高電廠冷凝熱的利用效率，採用的方式是利用高溫熱泵將冷凝熱轉移至城市供暖網絡中。這對於大城市的節能降耗很有益，但對於小城市而言，例如，對於300萬人以下的城市而言，高溫熱泵所轉移的熱能可能超過供暖網絡的實際需求，此時，為了保證電廠的冷凝熱能夠得到充分釋放，多餘的冷凝熱可以通過涼水塔208的冷卻功能釋放到大氣中。
[0032]由於供暖網絡是在冬季嚴寒時節使用，在其他季節，如夏季，就不會使用供暖網絡。但電廠是持續生產的，此時高溫蒸汽中的冷凝熱可以部分或全部依靠涼水塔208來吸收。當然，為了進一步利用冷凝熱，高溫熱泵204可以進一步與涼水塔208來交換熱量，進而將該熱量輸送至加熱器203用於加熱。據此思路，如圖2所示，高溫熱泵204還與加熱器203相連。這樣，高溫熱泵204將吸收自涼水塔208中的水的熱量送到加熱器203中，供其對凝汽器202送來的水進行加熱。這充分利用了電廠產生的冷凝熱，提高了熱能利用效率。
[0033]當然，上述的高溫熱泵204與涼水塔208之間的熱交換以及高溫熱泵204向加熱器203提供熱量都是通過水對熱量的攜帶作用來完成的。
[0034]基於本發明提出的系統，可以提出圖3所示的一種電廠冷凝熱的回收利用方法。如圖3所示，該方法包括:
[0035]步驟301:電廠裡的汽輪機將含有冷凝熱的高溫蒸汽分別送入凝汽器和加熱器；涼水塔將冷凍水通過入水管線送入凝汽器的內部。
[0036]本步驟中，高溫蒸汽含有大量的冷凝熱，溫度極高，不能直接排入大氣，否則會造成嚴重的環境熱汙染，甚至可能造成人員傷害，因此要送至凝汽器進行冷凝，而涼水塔送至凝汽器內部的冷凍水就是用於吸收高溫蒸汽中的冷凝熱的，為了提高冷凝熱的換熱效率，可以儘量增加入水管線在冷凝器內與高溫蒸汽的接觸面積。
[0037]汽輪機將高溫蒸汽送到加熱器，這樣，該高溫蒸汽就可以在加熱器內對凝汽器送來的水進行加熱。
[0038]步驟302:冷凍水在凝汽器內部吸收高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿出水管線進入涼水塔；凝汽器將高溫蒸汽失去冷凝熱後變成的水送至高溫熱泵。
[0039]本步驟是一個換熱的過程，冷凝熱從高溫蒸汽釋放到冷凍水中，使冷凍水溫度升高而變為熱水，該熱水的溫度通常低於40°C。
[0040]凝汽器將高溫蒸汽冷凝變成的水送至高溫熱泵的目的，是由高溫熱泵對這些水進行加熱，進而送到加熱器和鍋爐中進一步加熱，從而重新變為溫度很高的蒸汽回到汽輪機，推動汽輪機進而帶動發電機發電。這部分水資源在汽輪機、加熱器以及凝汽器內以蒸汽或水的形式循環流動，構成了水資源利用的第一個循環圈。
[0041]本步驟中，加熱器還可以對加熱產生的溫度很高的蒸汽進一步加壓，從而將加壓過的蒸汽送入汽輪機，以提高本發明的發電效率。
[0042]冷凍水從涼水塔沿入水管線進入凝汽器內部，吸收冷凝熱後變為熱水沿出水管線返回涼水塔，從而完成水資源利用的第二個循環圈，在該過程中水資源沒有任何損失。
[0043]步驟303:高溫熱泵將吸收自涼水塔中的水的熱量轉移至供暖網絡和凝汽器送來的水中，並將凝汽器送來的水送到加熱器；加熱器利用汽輪機送來的高溫蒸汽將高溫熱泵送來的水加熱後，進一步送入鍋爐中加熱為蒸汽。
[0044]高溫熱泵是一種熱量轉移裝置，本步驟利用高溫熱泵將低溫熱源中的熱量轉移至供暖返回水中，使其溫度提高變為供暖用水，該供暖用水的溫度通常高於60°C。
[0045]加熱器則利用汽輪機送來的高溫蒸汽對高溫熱泵送來的水進行加熱，當然，加熱器自身還可以具有加熱功能，從而對凝汽器送來的水進一步加熱，提高加熱效果。在加熱器內加熱後的水送入鍋爐中進一步加熱，最終加熱得到溫度極高的蒸汽，該蒸汽可帶動汽輪機轉動。
[0046]步驟304:鍋爐將得到的蒸汽送入汽輪機以帶動其轉動，進而由汽輪機帶動發電機發電。
[0047]眾所周知，城市的供暖網絡用於對城市中的各家庭進行供暖，該過程是消耗供暖用水中的熱量的，這樣，溫度較高的供暖用水就逐漸變為溫度較低的供暖返回水。
[0048]步驟303和步驟304實現了水資源在高溫熱泵、供暖網絡以及相應管線中的第三個循環圈，水資源在該循環圈中循環流動，並伴隨著熱量在高溫熱泵中的轉移(吸入)以及在供暖網絡中的消耗(釋放)。
[0049]本發明中，涼水塔通過入水管線送入凝汽器內部的冷凍水是利用熱量由溫度較高的物質轉移至溫度較低的物質的原理實現冷凝熱的吸收的，因而該冷凍水的溫度遠低於高溫蒸汽的溫度，例如，該冷凍水的溫度可在10°c至25°C之間。
[0050]在規模較小的城市裡，如果供暖網絡對熱能的需求量不夠大，則還需要涼水塔來釋放多餘的冷凝熱。
[0051]在夏季等不使用供暖網絡的季節，可以主要利用涼水塔來吸收冷凝熱。為了提高熱能利用效率，高溫熱泵可以從涼水塔中吸收熱量，進而將該熱量輸送到加熱器中，供其加熱加以利用。
[0052]由此可見，本發明具有以下優點:
[0053]( I)本發明中，進入凝汽器的冷凍水在吸收了高溫蒸汽中的冷凝熱後，變為熱水進入涼水塔，高溫熱泵通過熱交換將該熱水中的熱量轉移至供暖網絡，這樣就實現了電廠產生的冷凝熱的回收和利用，提高了熱能的利用率，節約了能源，保護了環境。同時，本發明中的水是在三個循環圈中循環利用的，即高溫蒸汽在失去冷凝熱後變成水，由加熱器、鍋爐對其重新加熱後重新用於發電，從而構成了水資源利用的第一個循環圈；熱水被高溫熱泵轉移熱量後重新變為冷凍水而由涼水塔送到凝汽器內吸收冷凝熱，從而構成了水資源利用的第二個循環圈；供暖用水在供暖網絡中失去熱量回到高溫熱泵，重新進行熱量的轉移，這就構成了水資源循環利用的第三個循環圈。因此，本發明還實現了水資源的重複利用，相對於現有技術涼水塔中的水的不斷散失，本發明大大節約了水資源。
[0054]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種電廠冷凝熱的回收利用系統，其特徵在於，該系統包括:凝汽器、高溫熱泵、涼水塔、該電廠所在城市的供暖網絡、加熱器、鍋爐、汽輪機；其中， 所述凝汽器與所述汽輪機以及高溫熱泵分別相連，用於接收所述汽輪機送來的含有所述冷凝熱的高溫蒸汽，並將其失去所述冷凝熱後變成的水送至所述高溫熱泵； 所述加熱器與所述鍋爐、汽輪機、高溫熱泵分別相連，所述鍋爐與所述汽輪機相連；所述加熱器利用所述汽輪機送來的高溫蒸汽將所述高溫熱泵送來的水加熱後進一步送入所述鍋爐加熱，所述鍋爐將加熱後得到的蒸汽送入所述汽輪機，以帶動其運轉；所述汽輪機帶動所述電廠裡的發電機發電； 所述涼水塔通過入水管線和出水管線接入所述凝汽器的內部，且所述入水管線和所述出水管線在所述凝汽器內部是封閉連通的；所述涼水塔將冷凍水通過所述入水管線送入所述凝汽器的內部，該冷凍水在所述凝汽器內部吸收所述高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿所述出水管線進入所述涼水塔； 所述高溫熱泵與所述涼水塔並聯，並與所述供暖網絡相通；所述高溫熱泵將吸收自所述涼水塔中的水的熱量轉移至所述供暖網絡和所述凝汽器送來的水中，並將所述凝汽器送來的水送到所述加熱器。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述熱水的溫度低於40°C。
3.一種電廠冷凝熱的回收利用方法，該方法基於權利要求1所述的系統；其特徵在於，該方法包括: 步驟1:所述電廠裡的汽輪機將含有所述冷凝熱的高溫蒸汽分別送入凝汽器和加熱器；涼水塔將冷凍水通過入水管線送入所述凝汽器的內部； 步驟2:所述冷凍水在所述凝汽器內部吸收所述高溫蒸汽中的冷凝熱後溫度升高變為熱水，該熱水沿出水管線進入所述涼水塔；所述凝汽器將所述高溫蒸汽失去所述冷凝熱後變成的水送至所述高溫熱泵；步驟3:所述高溫熱泵將吸收自所述涼水塔中的水的熱量轉移至所述供暖網絡和所述凝汽器送來的水中，並將所述凝汽器送來的水送到所述加熱器；所述加熱器利用所述汽輪機送來的所述高溫蒸汽將所述高溫熱泵送來的水加熱後，進一步送入鍋爐中加熱為蒸汽；步驟4:所述鍋爐將得到的蒸汽送入所述汽輪機以帶動其轉動，進而由所述汽輪機帶動發電機發電。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟2中，所述熱水的溫度低於40。。。
【文檔編號】F22D1/32GK103912908SQ201310003947
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月6日 優先權日:2013年1月6日
【發明者】孫霆, 李智宏 申請人:孫霆