一種分隔取水餘熱提取系統的製作方法

2023-05-05 10:06:21

專利名稱：一種分隔取水餘熱提取系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電廠餘熱提取系統，尤其涉及一種分隔取水餘熱提取系統。
背景技術：
火電廠的燃料燃燒總發熱量中只有45%左右轉變為電能，而剩下的50%以上的熱能稱為冷端。近年來，為了節能減排，針對冷端的餘熱提取技術得到了廣泛應用。圖1顯示的是目前所使用的餘熱提取系統原理示意圖。如圖1所示，現有技術中的餘熱提取系統包括凝汽器I』、循環冷卻水回水管2』、循環冷卻水供水管3』、第一切換閥4』、第二切換閥5』、餘熱水增壓泵6』、餘熱水供水管7』、餘熱水回水管8』、熱泵9』和熱泵驅動蒸汽管10』。汽輪機組排出的蒸汽( 下文統一稱為「汽機排氣」)A』進入凝汽器I』的殼側，與凝汽器I』管側的循環冷卻水進行熱交換，放出汽化潛熱，變成主機凝結水B』，匯集在熱井12』中。與此同時，來自冷卻塔(圖中未示出)的循環冷卻水從循環冷卻水供水管3』進入凝汽器I』的冷卻管束中，凝汽器I』管束內流動的循環冷卻水不斷將吸收的熱量帶走，並匯入循環冷卻水回水管2』。從循環冷卻水回水管2』引出的循環冷卻水，成為餘熱水供水，進入餘熱水供水管7』，並作為熱泵9』的低品位餘熱熱源，被提取餘熱後，水溫降低，成為餘熱水回水，進入餘熱水回水管8』，再經餘熱水增壓泵6』加壓送至循環冷卻水供水管3』，將汽機排汽冷卻為主機凝結水，如此往復循環。在此過程中，第一切換閥4』和第二切換閥5』均處於打開狀態。電廠的原低品質抽汽作為熱泵驅動蒸汽C』，進入熱泵驅動蒸汽管10』中，熱泵驅動蒸汽進入熱泵9』後凝結成水D』，匯集在熱井12』中。熱用戶回水13』經熱泵9』加熱後，作為熱用戶供水14』，供熱用戶使用。當熱泵9』停止工作後，第一切換閥4』和第二切換閥5 』關閉。從上述餘熱的提取方式來看，目前餘熱提取技術都是在凝汽器外部的循環水管路上使用，此處可利用的餘熱源已是完全混合後的循環冷卻水，並不是凝汽器中最高溫的部分，餘熱利用空間受限。也就是說，利用目前的餘熱提取技術仍然存在很大一部分能源的浪費，餘熱利用效率較低。具體來說，若不提高火力發電機組的運行背壓，冬季溼冷機組主機循環冷卻回水溫度偏低，熱泵餘熱利用空間幾乎為零；若提高火力發電機組的運行背壓，熱泵有餘熱利用空間，但主機效率下降，得不償失。

發明內容
本發明的目的是提出一種餘熱利用效率高的分隔取水餘熱提取系統。為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案:一種分隔取水餘熱提取系統，包括凝汽器(I)、循環冷卻水回水管(2)、循環冷卻水供水管(3)、第一切換閥(4)、第二切換閥(5)、熱泵(6)、餘熱水供水管(7)、餘熱水回水管
(8)、餘熱水增壓泵(9)和用於驅動所述熱泵(6)工作的熱泵驅動源；其中:所述凝汽器(I)的前水室被隔板隔開，形成循環冷卻水的相對高溫區域(II)和相對低溫區域(I);所述凝汽器(I)的進水口連接所述循環冷卻水供水管(3 )，所述凝汽器(I)的出水口連接所述循環冷卻水回水管(2);所述熱泵(6)的餘熱水進口連接餘熱水供水管(7)，所述熱泵(6)的餘熱水出口連接所述餘熱水回水管(8);所述餘熱水增壓泵(9)設置在所述餘熱水回水管(8)上；其還包括一取水管路(12 )，所述取水管路(12 )與所述高溫區域(II)相連通，所述取水管路
(12)的第一端通過所述第一切換閥(4)與所述循環冷卻水回水管(2)相連通，所述取水管路(12)的第二端通過所述第二切換閥(5)與所述循環冷卻水供水管(3)相連通；所述取水管路(12)的第一端還與所述餘熱水供水管(7)相連通，所述取水管路(12)的第二端還與餘熱水回水管(8)相連通。進一步地，所述熱泵(6)工作狀態下，所述第一切換閥(4)和第二切換閥(5)均處於關閉狀態；所述高溫區域(II)的循環冷卻水經由所述取水管路(12)的第一端，進入所述餘熱水供水管(7)，作為所述熱泵(6)的餘熱熱源被提取熱量，被提取熱量後的循環冷卻水進入所述餘熱水回水管(8)，由所述餘熱水增壓泵(9)加壓，再通過所述取水管路(12)輸送至所述凝汽器(I)的所述高溫區域(II )，用作冷卻汽機排氣的介質。進一步地，還包括第三切換閥(13)和第四切換閥(14)，其中:所述第三切換閥
(13)設置在所述餘熱水供水管(7)上，所述第四切換閥(14)設置在所述餘熱水回水管(8)上；所述熱泵(6)工作狀態下，所述第三切換閥(13)和第四切換閥(14)均處於打開狀態。進一步地，所述熱泵(6)停止工作狀態下，所述第一切換閥(4)和第二切換閥(5)處於打開狀態，所述第三切換閥(13)和第四切換閥(14)處於關閉狀態；所述餘熱水增壓泵
(9)處於停止加壓的狀態；來自冷卻塔的循環冷卻水，一部分循環冷卻水通過所述第二切換閥(5)進入所述取水管路(12)，剩下的循環冷卻水進入所述循環冷卻水供水管(3)，並一起進入凝汽器(1)，共同用作冷卻汽 機排氣的介質；所述凝汽器(I)內換熱後，所述取水管路中的循環冷卻水經換熱後進入所述第一切換閥(4)，與所述循環冷卻水回水管(2)中換熱後的循環冷卻水匯流，最終返回所述冷卻塔。進一步地，所述熱泵驅動源包括熱泵驅動蒸汽管(10)以及熱泵驅動蒸汽凝結水管
(11)，電廠原低品質抽汽經由所述熱泵驅動蒸汽管(10)進入熱泵(6)的驅動蒸汽進口作為驅動蒸汽，釋放能量後轉換成凝結水，通過所述熱泵(6)的驅動蒸汽凝結水出口，進入所述熱泵驅動蒸汽凝結水管(11)。基於上述技術方案中的任一技術方案，本發明實施例至少可以產生如下技術效果:由於本發明基於已有的前水室被隔板隔開成循環冷卻水的相對高溫區域和相對低溫區域的凝汽器的結構，增設了一根取水管路，並將取水管路與循環冷卻水的高溫區域相連通，再將取水管路的第一端通過第一切換閥與循環冷卻水回水管相連通，將取水管路的第二端通過第二切換閥與循環冷卻水供水管相連通，還將取水管路的第一端與餘熱水供水管相連通，將取水管路的第二端與餘熱水回水管相連通，從而可以使相對高溫的循環冷卻水引至熱泵，經熱泵提取熱量後，此部分的循環冷卻水溫度降低，再經餘熱水增壓泵增壓，輸送至凝汽器中循環冷卻水的相對高溫區域的入口，而後進入凝汽器管束內冷卻汽機排汽，如此往復，形成循環，因此，本發明利用了凝汽器內循環冷卻水溫非均勻分布的特性，集中提取了循環冷卻水的高溫部分的餘熱，也就是說，熱泵所利用的餘熱源為混合前的高溫循環冷卻水回水，即使在火力發電機組背壓較低的情況下，該部分循環冷卻水的水溫也較高，從而使得餘熱利用效率更高，並且避免了熱泵利用循環冷卻水餘熱受機組運行背壓等因素影響的限制，擴大了熱泵回收餘熱的適用範圍，並保證了餘熱利用的穩定性。與現有技術中採用混合後的循環冷卻水回水作為餘熱源相比，本發明解決了現有技術中餘熱利用空間受限的問題。除此之外，本發明的優選技術方案至少還存在以下優點:由於本發明在餘熱水供水管上增設了第三切換閥，在餘熱水回水管上增設了第四切換閥，和現有的第一切換閥和第二切換閥一起，根據熱泵的工作狀態進行靈活切換，因此熱泵提取餘熱與循環冷卻水之間能靈活切換，保證了機組運行的穩定性，並且能適應不同熱負荷下熱泵對餘熱水量的需求。


此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:圖1為現有技術中餘熱提取系統示意圖；圖2為本發明中所提供的分隔取水餘熱提取系統一實施例的系統示意圖；圖3為圖2中凝汽器的結構示意圖；圖中標記: I』、凝汽器；2』、循環冷卻水回水管；3』、循環冷卻水供水管；4』、第一切換閥；5』、第二切換閥；6』、餘熱水增壓泵；7』、餘熱水供水管；8』、餘熱水回水管；9』、熱泵；10』、熱泵
驅動蒸汽管；11』、熱泵驅動蒸汽凝結水管；1、凝汽器；2、循環冷卻水回水管；3、循環冷卻水供水管；4、第一切換閥；5、第二切換閥；6、熱泵；7、餘熱水供水管；8、餘熱水回水管；9、餘熱水增壓泵；10、熱泵驅動蒸汽管；
11、熱泵驅動蒸汽凝結水管；12、取水管路；13、第三切換閥；14、第四切換閥；15、熱井。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。針對現有技術中餘熱源是完全混合後的循環冷卻水，並不是凝汽器中最高溫的部分，餘熱利用空間受限的問題，本發明利用已有的前水室被隔板隔開成循環冷卻水的相對高溫區域和相對低溫區域的凝汽器的結構，將凝汽器前水室中相對高溫的循環冷卻水引至熱泵，經熱泵提取熱量後，此部分的循環冷卻水溫度降低，再經餘熱水增壓泵增壓，輸送至凝汽器中循環冷卻水的相對高溫區域的入口，而後進入凝汽器管束內冷卻汽機排汽，如此往復，形成循環。下文為了敘述方便，下文中所稱的「左」、「右」與附圖本身的左、右方向一致。圖2顯示的是本發明所提供的分隔取水餘熱提取系統一實施例的系統示意圖。如圖2所示，本實施例中的分隔取水餘熱提取系統包括凝汽器1、循環冷卻水回水管2、循環冷卻水供水管3、第一切換閥4、第二切換閥5、熱泵6、餘熱水供水管7、餘熱水回水管8、餘熱水增壓泵9和用於驅動熱泵6工作的熱泵驅動源。圖3中示出的凝汽器I的左側水室1-1 (「左側水室」通常為「進水室」)被新增的兩塊隔板1-2進一步隔開，同時，右側水室1-3 (「右側水室」通常為「折回水室」)被新增的一塊隔板1-4隔開，從而可以形成循環冷卻水的相對高溫區域II和相對低溫區域I，使溫度較高的循環冷卻水與溫度較低的循環冷卻水不能混合。本發明是從凝汽器I的冷卻水管束1-5中提取相對高溫的循環冷卻水作為餘熱水供水，進入熱泵6回收餘熱後，再進入凝汽器I升溫，完成一個閉式循環。本實施例中，凝汽器I的左側水室1-1和右側水室1-3的分隔不僅局限於圖3中公開的形式，還可以針對所使用的凝汽器的機型進行溫度場分析，並依據溫度場分布情況及提取餘熱的需求進行分隔的其他形式。凝汽器I的進水口連接循環冷卻水供水管3，凝汽器I的出水口連接循環冷卻水回水管2。熱泵6的餘熱水進口連接餘熱水供水管7，熱泵6的餘熱水出口連接餘熱水回水管8。餘熱水增壓泵9設置在餘熱水回水管8上，以補償閉式迴路中的阻力損失，使餘熱水能在管路內穩定的循環。本發明中所提供的分隔取水餘熱提取系統還包括一取水管路12，取水管路12與高溫區域II相連通，取水管路12的第一端通過第一切換閥4與循環冷卻水回水管2相連通，取水管路12的第二端通過第二切換閥5與循環冷卻水供水管3相連通。並且，取水管路12的第一端還與餘熱水供水管7相連通，取水管路12的第二端還與餘熱水回水管8相連通。熱泵6工作時，第一切換閥4和第二切換閥均處於關閉狀態。汽機排氣A進入凝汽器I的殼側，與凝汽器I管側的循環冷卻水進行熱交換，放出汽化潛熱，變成主機凝結水B，匯集在熱井15中。與此同時，來自冷卻塔(圖中未示出)的循環冷卻水從循環冷卻水供水管3進入凝汽器I的冷卻管束中，凝汽器I的冷卻管束內流動的循環冷卻水不斷將吸收的熱量帶走，並在凝汽器I的前水室中形成相對高溫區域II和相對低溫區域I。由於第一切換閥4和第二切換閥均處於關閉狀態，因此，高溫區域II的循環冷卻水經由所述取水管路12的第一端，進入餘熱水供水管7，作為熱泵6的餘熱熱源，被提取餘熱後，水溫降低，被提 取熱量後的循環冷卻水成為餘熱水回水，進入餘熱水回水管8，再經餘熱水增壓泵6加壓，通過取水管路12輸送至凝汽器I的高溫區域II，用作冷卻汽機排氣的介質。熱用戶回水E經熱泵6加熱後，作為熱用戶供水F供生產或生活熱用戶使用。上述實施例中，本發明所提供的分隔取水餘熱提取系統還包括第三切換閥13和第四切換閥14，其中:第三切換閥13設置在餘熱水供水管7上，第四切換閥14設置在餘熱水回水管8上。熱泵6工作狀態下，第三切換閥13和第四切換閥14均處於打開狀態。在熱泵6停止工作的狀態下，餘熱水供水無法被冷卻，不能滿足凝汽器I對循環冷卻水的要求，此時應打開第一切換閥4和第二切換閥5，同時關閉第三切換閥13和第四切換閥14，並且，餘熱水增壓泵9處於停止加壓的狀態。來自冷卻塔的循環冷卻水，一部分循環冷卻水通過第二切換閥5進入取水管路12，剩下的循環冷卻水進入循環冷卻水供水管3，並一起進入凝汽器1，共同用作冷卻汽機排氣的介質。凝汽器I內換熱後，取水管路12中的循環冷卻水經換熱後進入第一切換閥4，與循環冷卻水回水管2中換熱後的循環冷卻水匯流，最終返回冷卻塔。
本發明可以根據熱泵的工作狀態，通過上述各切換閥進行靈活切換，因此熱泵提取餘熱與循環冷卻水之間能靈活切換，保證了機組運行的穩定性，並且能適應不同熱負荷下熱泵對餘熱水量的需求。上述各實施例中，所述熱泵驅動源可以採用電廠原低品質抽汽作為熱泵6的驅動蒸汽，因此，熱泵驅動源可以包括熱泵驅動蒸汽管10以及熱泵驅動蒸汽凝結水管11，熱泵6的驅動蒸汽進口連接熱泵驅動蒸汽管10，熱泵6的驅動蒸汽凝結水出口連接熱泵驅動蒸汽凝結水管11。電廠原低品質抽汽C經由熱泵驅動蒸汽管10進入熱泵6的驅動蒸汽進口，作為驅動蒸汽，釋放能量後轉換成凝結水D，通過熱泵6的驅動蒸汽凝結水出口，進入熱泵驅動蒸汽凝結水管11，最終匯入熱井15中。上述各實施例中，凝汽器I不僅局限於電廠凝汽器，也可以是任何有餘熱利用需求的工業領域內的凝汽器。最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵 蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
權利要求
1.一種分隔取水餘熱提取系統，包括凝汽器(I)、循環冷卻水回水管(2)、循環冷卻水供水管(3)、第一切換閥(4)、第二切換閥(5)、熱泵(6)、餘熱水供水管(7)、餘熱水回水管(8)、餘熱水增壓泵(9)和用於驅動所述熱泵(6)工作的熱泵驅動源； 其中:所述凝汽器(I)的前水室被隔板隔開，形成循環冷卻水的相對高溫區域(II)和相對低溫區域(1)； 所述凝汽器(I)的進水口連接所述循環冷卻水供水管(3 )，所述凝汽器(I)的出水口連接所述循環冷卻水回水管(2)； 所述熱泵(6 )的餘熱水進口連接餘熱水供水管(7 )，所述熱泵(6 )的餘熱水出口連接所述餘熱水回水管(8)； 所述餘熱水增壓泵(9)設置在所述餘熱水回水管(8)上； 其特徵在於: 還包括一取水管路(12)，所述取水管路(12)與所述高溫區域(II)相連通，所述取水管路(12)的第一端通過所述第一切換閥(4)與所述循環冷卻水回水管(2)相連通，所述取水管路(12)的第二端通過所述第二切換閥(5)與所述循環冷卻水供水管(3)相連通； 所述取水管路(12)的第一端還與所述餘熱水供水管(7)相連通，所述取水管路(12)的第二端還與餘熱水回水管(8 )相連通。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述熱泵(6)工作狀態下，所述第一切換閥(4)和第二切換閥(5)均處於關閉狀態； 所述高溫區域(II)的循環冷卻水經由所述取水管路(12)的第一端，進入所述餘熱水供水管(7)，作為所述熱泵(6)的餘熱熱源被提取熱量，被提取熱量後的循環冷卻水進入所述餘熱水回水管(8)，由所述餘熱水增壓泵(9)加壓，再通過所述取水管路(12)輸送至所述凝汽器(I)的所述高溫區域(II)，用作冷卻汽機排氣的介質。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於:還包括第三切換閥(13)和第四切換閥(14)，其中: 所述第三切換閥(13)設置在所述餘熱水供水管(7)上，所述第四切換閥(14)設置在所述餘熱水回水管(8)上； 所述熱泵(6)工作狀態下，所述第三切換閥(13)和第四切換閥(14)均處於打開狀態。
4.如權利要求3所述的系統，其特徵在於:所述熱泵(6)停止工作狀態下，所述第一切換閥(4)和第二切換閥(5)處於打開狀態，所述第三切換閥(13)和第四切換閥(14)處於關閉狀態； 所述餘熱水增壓泵(9)處於停止加壓的狀態； 來自冷卻塔的循環冷卻水，一部分循環冷卻水通過所述第二切換閥(5)進入所述取水管路(12)，剩下的循環冷卻水進入所述循環冷卻水供水管(3)，並一起進入凝汽器(1)，共同用作冷卻汽機排氣的介質； 所述凝汽器(I)內換熱後，所述取水管路(12)中的循環冷卻水經換熱後進入所述第一切換閥(4)，與所述循環冷卻水回水管(2)中換熱後的循環冷卻水匯流，最終返回所述冷卻+ +R ο
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於:所述熱泵驅動源包括熱泵驅動蒸汽管(10)以及熱泵驅動蒸汽凝結水管(11)，電廠原低品質抽汽經由所述熱泵驅動蒸汽管(10)進入熱泵(6)的驅動蒸汽進口作為驅動蒸汽，釋放能量後轉換成凝結水，通過所述熱泵(6)的驅動蒸汽凝結水 出口，進入所述熱泵驅動蒸汽凝結水管(11)。
全文摘要
本發明涉及一種分隔取水餘熱提取系統，包括凝汽器、循環冷卻水回水管、循環冷卻水供水管、第一切換閥、第二切換閥、熱泵、餘熱水供水管、餘熱水回水管、餘熱水增壓泵和熱泵驅動源；其中凝汽器的前水室被隔板隔開，形成循環冷卻水的相對高溫區域和相對低溫區域；其還包括一取水管路，取水管路與高溫區域相連通，取水管路的第一端通過第一切換閥與循環冷卻水回水管相連通，取水管路的第二端通過第二切換閥與循環冷卻水供水管相連通；取水管路的第一端還與餘熱水供水管相連通，取水管路的第二端還與餘熱水回水管相連通。本發明能夠集中提取循環冷卻水的高溫部分的餘熱，使得餘熱利用效率更高。
文檔編號F01K17/06GK103216284SQ201310153290
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者賈彥兵, 楊勤, 唐堅, 唐宏, 喻玫, 周予民, 王軍 申請人:煙臺龍源電力技術股份有限公司