低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環裝置的製作方法
2023-05-16 23:16:16 1
專利名稱：低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及提高低溫餘熱發電熱力循環效率的裝置，特別是一種以減少冷源損
失、提高熱力循環效率為目的的低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置。
背景技術：
目前，公知的低溫餘熱發電熱力循環裝置採用的是朗肯循環方式，其過程描述為工質在餘熱鍋爐中吸收煙氣低溫餘熱定壓升溫，形成低壓和高壓兩種具有不同做功能力的蒸汽；高壓蒸汽進入蒸汽輪機的主汽口進行定熵做功，將蒸汽所攜帶的熱能轉變為蒸汽輪機轉子的機械能；低壓蒸汽作為補汽由補汽口進入汽輪機，與相應位置的主汽混合後繼續做功，混合蒸汽做功完畢後，離開汽輪機低壓缸出口形成乏汽；汽輪機轉子的機械能被與蒸汽輪機同軸的發電機轉變為電能，輸送給配電系統；乏汽在凝汽器中被冷卻水冷卻放出汽化潛熱後形成冷凝水，冷卻水吸收乏汽的汽化潛熱後，在循環水泵的作用下進入冷卻塔，並將該部分熱能釋放到環境中；凝結水由凝結水泵送至除氧器，在除氧器內與補水一起進行除氧；除氧水經給水泵加壓後重新進入餘熱鍋爐吸收煙氣低溫餘熱，進行下一個餘熱發電熱力循環。 綜上所述，乏汽的凝結過程是在凝汽器中完成的，乏汽凝結放出大量汽化潛熱，該部分熱量被冷卻水吸收，並在冷卻塔中釋放到環境大氣中。由於目前公知的低溫餘熱發電系統採用的是朗肯循環方式，根據工程熱力學基本原理，餘熱源即循環體系中的熱源，環境大氣即循環體系中的冷源。因此，乏汽凝結放出的汽化潛熱通過冷卻水釋放到環境大氣中，形成了朗肯循環中的冷源損失。 眾所周知，工質進行發電熱力循環的目的是要將餘熱轉變成電能，公知的低溫餘熱發電系統最大問題是熱力循環效率很低，一般在22% _25%之間，熱力循環過程的無效損失高達75 % -78 % ，其中由循環冷卻水釋放到環境大氣中的冷源損失高達55 % -65 % ，由此可見，熱力循環中的冷源損失是導致郎肯循環效率低下的最大制約因素，降低熱力循環中的冷源損失是提高低溫餘熱發電系統的熱力循環效率的最有效途徑。
發明內容
本發明旨在解決已有技術之缺陷，而提供一種可以減少低溫餘熱發電系統冷源損失、提高低溫餘熱發電系統熱力循環效率，將工質自身(冷凝水及給水)耦合為冷源的低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置。 本發明解決上述問題採用的技術方案是一種低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置，包括構成常規低溫餘熱發電熱力循環系統的餘熱鍋爐、蒸汽輪機、發電機、水冷式凝汽器、循環水泵、冷卻塔、凝結水泵、補水泵、除氧器、給水泵，所述汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器並列設置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態工質輸出口分成三路，分別通過熱泵系統壓縮機後，一路經熱泵凝結水加熱器、二路經熱泵除氧加熱器、三路經熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態工質輸入口 ，所述熱泵凝結水加熱器裝於凝結水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝於除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝於給水泵與餘熱鍋爐給水入口處。 上述技術方案是對低溫餘熱發電系統熱力循環的改進，涉及兩個方面，一方面是乏汽凝結過程的改進，另一方面是乏氣凝結所放出汽化潛熱的利用方式。本發明將在汽輪機中做功完畢的乏汽分成兩部分一部分乏汽進入熱泵式凝汽器，熱泵式凝汽器實際上是以乏汽為熱源的熱泵的蒸發器，在熱泵式凝汽器中，乏汽凝結放出的汽化潛熱被熱泵工質吸收，吸熱後熱泵工質通過熱泵循環系統進入熱泵凝結水加熱器、熱泵除氧加熱器及熱泵給水加熱器，在熱泵凝結水加熱器、熱泵除氧加熱器及熱泵給水加熱器中，熱泵工質將所吸收汽化潛熱分別釋放給凝結水、待除氧水、鍋爐給水，從而將低溫餘熱發電系統熱力循環中部分乏汽的汽化潛熱進行有效回收利用，達到提高熱力循環效率的目的。由於凝結水、鍋爐給水預熱及給水除氧用熱數量無法回收全部乏汽的汽化潛熱，剩餘的乏汽進入常規水冷式凝汽器中完成凝結過程，該部分乏汽的冷卻方式與公知低溫餘熱發電系統熱力循環的乏汽凝結過程完全一致，該部分乏氣凝結放出的汽化潛熱通過冷卻水在冷卻塔中釋放到大氣中，該部分熱量形成改進後低溫餘熱發電系統熱力循環的冷源損失。 與現有技術相比，本發明的技術優勢是一是將發電循環工質本身(給水、凝結水、補水)耦合成冷源，將乏汽凝結放出的部分汽化潛熱通過熱泵循環系統轉移出來，用於加熱冷凝水、補水、給水除氧及給水預熱，從而減少了通過冷卻塔釋放到大氣中的熱量，即降低了冷源損失，提高了熱力循環熱效率。二是與公知低溫餘熱發電系統熱力循環系統除氧工藝不同，用乏汽汽化潛熱代替低壓蒸氣作為除氧熱源，不但減少了冷源損失，而且取消了除氧用汽，使進入汽輪機的補汽量增加，能夠在餘熱源條件不變的條件下，提高發電系統的裝機容量，提高了發電系統的經濟性。三是由於冷源損失減少，循環水量相應減少，所以冷卻系統循環泵耗電量減少。四是可以利用熱泵技術降低乏汽凝結溫度，從而降低汽輪機背壓，使熱力循環效率提高。本發明技術措施的應用，能夠使低溫餘熱發電系統的循環效率在扣除乏汽冷凝自藕冷源加熱系統自用電耗後仍提高5% _8%左右，較大幅度的提高了餘熱發電系統的熱力循環效率。同時，本發明也為降低火力發電熱力循環冷源損失提供了新的思路。
圖1為本發明的結構示意圖。 圖中1為餘熱鍋爐；2為蒸汽輪機；3為發電機；4為熱泵式凝汽器；5為水冷式凝汽器；6為循環水泵；7為冷卻塔；8為凝結水泵；9為補水泵；10為熱泵系統壓縮機；11為熱泵凝結水加熱器；12為除氧器；13為熱泵除氧加熱器；14為給水泵；15為熱泵給水加熱器。
具體實施例方式
以下結合附圖及實施例詳述本發明。 —種低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置，如圖1所示，與公知低溫餘熱發電熱力循環系統相比，本發明的特別之處採用了乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統對乏汽凝結放出的汽化潛熱進行了回收利用。圖中，餘熱鍋爐1、蒸汽輪機2、發電機3、水冷式凝汽器5、循環水泵6、冷卻塔7、凝結水泵8、補水泵9、除氧器12、給水泵14構成公知的低溫餘熱發電熱力循環系統，而熱泵式凝汽器4、熱泵系統壓縮機10、熱泵凝結水加熱器11、熱泵除氧加熱器13、熱泵給水加熱器15構成乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置。 熱泵式凝汽器4與水冷式凝汽器5並列安裝在汽輪機2低壓缸乏汽出口處，該熱泵式凝汽器4的氣態工質輸出口分成三路，分別通過熱泵系統壓縮機10後，一路經熱泵凝結水加熱器11、二路經熱泵除氧加熱器13、三路經熱泵給水加熱器15再回到熱泵式凝汽器4的液態工質輸入口，熱泵凝結水加熱器11裝於凝結水泵8與除氧器12之間，熱泵除氧加熱器13裝於除氧器12上，熱泵給水加熱器15裝於給水泵14與餘熱鍋爐1的給水入口處。
本裝置的工作原理如下 蒸汽在汽輪機2中做功完畢後形成乏汽，部分乏汽進入熱泵式凝汽器4中凝結，乏汽凝結放出的汽化潛熱通過熱泵式凝汽器4中的換熱器傳遞給乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統的工質，使其由液態變成氣態，所述熱泵式凝汽器4中換熱器的作用與通常所知的熱泵系統的蒸發器作用相同，結構也與通常所知的熱泵系統中的蒸發器結構基本相同。乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統的工質在所述熱泵式凝汽器4中吸熱蒸發後，通過所述熱泵系統壓縮機10加壓，並分別進入熱泵凝結水加熱器11、熱泵除氧加熱器13和熱泵給水加熱器15中，在上述三個部件中凝結放熱，在熱泵凝結水加熱器11中，乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統工質將熱量傳遞給由乏汽凝結形成的凝結水，將凝結水由42. 5°C預熱至8(TC左右；在熱泵除氧加熱器13中，乏汽冷凝過程自藕冷源乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統工質將熱量傳遞給待除氧水，將待除氧水由8(TC加熱至104t:進行熱力除氧；在熱泵給水加熱器15中，乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環系統工質將熱量傳遞給經所述給水泵14加壓後的鍋爐給水，將待鍋爐給水由104t:加熱至14(TC左右。所述熱泵凝結水加熱器11、所述熱泵除氧加熱器13、所述熱泵給水加熱器15的結構與通常所知的熱泵系統的冷凝器結構相同。 本發明與公知的低溫餘熱發電系統相比最大的區別在於本發明將工質自身(冷凝水及給水)通過熱泵技術耦合成冷源，使低溫餘熱發電循環系統存在兩個冷源，即環境大氣及工質自身。通過這種全新的循環工藝及裝置，可以將原有發電系統的部分汽化潛熱轉移給發電循環工質，用來加熱冷凝水、給水除氧及給水預熱，從而減少釋放到大氣環境中的冷源損失，最終提高低溫餘熱發電系統的熱力循環效率。 本發明的優點是通過減少冷源損失，不但提高了低溫餘熱發電系統熱力循環的熱效率，而且增加了進入汽輪機的蒸汽量，在餘熱源相同的條件下提高了發電系統的裝機容量。同時隨著冷源損失的減少，循環冷卻水量減少，降低了循環水泵耗電量。
權利要求
一種低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環裝置，包括構成常規低溫餘熱發電熱力循環系統的餘熱鍋爐、蒸汽輪機、發電機、水冷式凝汽器、循環水泵、冷卻塔、凝結水泵、補水泵、除氧器、給水泵，其特徵在於，所述汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器並列設置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態工質輸出口分成三路，分別通過熱泵系統壓縮機後，一路經熱泵凝結水加熱器、二路經熱泵除氧加熱器、三路經熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態工質輸入口，所述熱泵凝結水加熱器裝於凝結水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝於除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝於給水泵與餘熱鍋爐給水入口處。
全文摘要
本發明涉及低溫餘熱發電技術領域，特別是一種低溫餘熱發電系統乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環裝置。包括常規低溫餘熱發電熱力循環系統，該裝置中的汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器並列設置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態工質輸出口分成三路，分別通過熱泵系統壓縮機後，一路經熱泵凝結水加熱器、二路經熱泵除氧加熱器、三路經熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態工質輸入口，所述熱泵凝結水加熱器裝於凝結水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝於除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝於給水泵與餘熱鍋爐給水入口處。本發明較大幅度提高了低溫餘熱發電系統的餘熱利用效率，在餘熱源相同的條件下使系統發出更多的電能。
文檔編號F01K27/02GK101705849SQ200910223748
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者張玉柱, 張闖, 王子兵, 王宏利, 王春波, 胡長慶 申請人:河北理工大學