CN101705849A - 低温余热发电***乏汽冷凝过程自耦冷源热泵循环装置 - Google Patents

低温余热发电***乏汽冷凝过程自耦冷源热泵循环装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及低温余热发电技术领域，特别是一种低温余热发电***乏汽冷凝过程自耦冷源热泵循环装置。包括常规低温余热发电热力循环***，该装置中的汽轮机低压缸乏汽出口处装有与水冷式凝汽器并列设置的热泵式凝汽器，该热泵式凝汽器的气态工质输出口分成三路，分别通过热泵***压缩机后，一路经热泵凝结水加热器、二路经热泵除氧加热器、三路经热泵给水加热器再回到热泵式凝汽器的液态工质输入口，所述热泵凝结水加热器装于凝结水泵与除氧器之间，所述热泵除氧加热器装于除氧器上，所述热泵给水加热器装于给水泵与余热锅炉给水入口处。本发明较大幅度提高了低温余热发电***的余热利用效率，在余热源相同的条件下使***发出更多的电能。

Description

低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置
技术领域：
本发明涉及提高低温余热发电热力循环效率的装置，特别是一种以减少冷源损失、提高热力循环效率为目的的低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置。
背景技术：
目前，公知的低温余热发电热力循环装置采用的是朗肯循环方式，其过程描述为：工质在余热锅炉中吸收烟气低温余热定压升温，形成低压和高压两种具有不同做功能力的蒸汽；高压蒸汽进入蒸汽轮机的主汽口进行定熵做功，将蒸汽所携带的热能转变为蒸汽轮机转子的机械能；低压蒸汽作为补汽由补汽口进入汽轮机，与相应位置的主汽混合后继续做功，混合蒸汽做功完毕后，离开汽轮机低压缸出口形成乏汽；汽轮机转子的机械能被与蒸汽轮机同轴的发电机转变为电能，输送给配电***；乏汽在凝汽器中被冷却水冷却放出汽化潜热后形成冷凝水，冷却水吸收乏汽的汽化潜热后，在循环水泵的作用下进入冷却塔，并将该部分热能释放到环境中；凝结水由凝结水泵送至除氧器，在除氧器内与补水一起进行除氧；除氧水经给水泵加压后重新进入余热锅炉吸收烟气低温余热，进行下一个余热发电热力循环。
综上所述，乏汽的凝结过程是在凝汽器中完成的，乏汽凝结放出大量汽化潜热，该部分热量被冷却水吸收，并在冷却塔中释放到环境大气中。由于目前公知的低温余热发电***采用的是朗肯循环方式，根据工程热力学基本原理，余热源即循环体系中的热源，环境大气即循环体系中的冷源。因此，乏汽凝结放出的汽化潜热通过冷却水释放到环境大气中，形成了朗肯循环中的冷源损失。
众所周知，工质进行发电热力循环的目的是要将余热转变成电能，公知的低温余热发电***最大问题是热力循环效率很低，一般在22％-25％之间，热力循环过程的无效损失高达75％-78％，其中由循环冷却水释放到环境大气中的冷源损失高达55％-65％，由此可见，热力循环中的冷源损失是导致郎肯循环效率低下的最大制约因素，降低热力循环中的冷源损失是提高低温余热发电***的热力循环效率的最有效途径。
发明内容：
本发明旨在解决已有技术之缺陷，而提供一种可以减少低温余热发电***冷源损失、提高低温余热发电***热力循环效率，将工质自身(冷凝水及给水)耦合为冷源的低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置，包括构成常规低温余热发电热力循环***的余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、水冷式凝汽器、循环水泵、冷却塔、凝结水泵、补水泵、除氧器、给水泵，所述汽轮机低压缸乏汽出口处装有与水冷式凝汽器并列设置的热泵式凝汽器，该热泵式凝汽器的气态工质输出口分成三路，分别通过热泵***压缩机后，一路经热泵凝结水加热器、二路经热泵除氧加热器、三路经热泵给水加热器再回到热泵式凝汽器的液态工质输入口，所述热泵凝结水加热器装于凝结水泵与除氧器之间，所述热泵除氧加热器装于除氧器上，所述热泵给水加热器装于给水泵与余热锅炉给水入口处.
上述技术方案是对低温余热发电***热力循环的改进，涉及两个方面，一方面是乏汽凝结过程的改进，另一方面是乏气凝结所放出汽化潜热的利用方式。本发明将在汽轮机中做功完毕的乏汽分成两部分：一部分乏汽进入热泵式凝汽器，热泵式凝汽器实际上是以乏汽为热源的热泵的蒸发器，在热泵式凝汽器中，乏汽凝结放出的汽化潜热被热泵工质吸收，吸热后热泵工质通过热泵循环***进入热泵凝结水加热器、热泵除氧加热器及热泵给水加热器，在热泵凝结水加热器、热泵除氧加热器及热泵给水加热器中，热泵工质将所吸收汽化潜热分别释放给凝结水、待除氧水、锅炉给水，从而将低温余热发电***热力循环中部分乏汽的汽化潜热进行有效回收利用，达到提高热力循环效率的目的。由于凝结水、锅炉给水预热及给水除氧用热数量无法回收全部乏汽的汽化潜热，剩余的乏汽进入常规水冷式凝汽器中完成凝结过程，该部分乏汽的冷却方式与公知低温余热发电***热力循环的乏汽凝结过程完全一致，该部分乏气凝结放出的汽化潜热通过冷却水在冷却塔中释放到大气中，该部分热量形成改进后低温余热发电***热力循环的冷源损失。
与现有技术相比，本发明的技术优势是：一是将发电循环工质本身(给水、凝结水、补水)耦合成冷源，将乏汽凝结放出的部分汽化潜热通过热泵循环***转移出来，用于加热冷凝水、补水、给水除氧及给水预热，从而减少了通过冷却塔释放到大气中的热量，即降低了冷源损失，提高了热力循环热效率。二是与公知低温余热发电***热力循环***除氧工艺不同，用乏汽汽化潜热代替低压蒸气作为除氧热源，不但减少了冷源损失，而且取消了除氧用汽，使进入汽轮机的补汽量增加，能够在余热源条件不变的条件下，提高发电***的装机容量，提高了发电***的经济性。三是由于冷源损失减少，循环水量相应减少，所以冷却***循环泵耗电量减少。四是可以利用热泵技术降低乏汽凝结温度，从而降低汽轮机背压，使热力循环效率提高。本发明技术措施的应用，能够使低温余热发电***的循环效率在扣除乏汽冷凝自藕冷源加热***自用电耗后仍提高5％-8％左右，较大幅度的提高了余热发电***的热力循环效率。同时，本发明也为降低火力发电热力循环冷源损失提供了新的思路。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为余热锅炉；2为蒸汽轮机；3为发电机；4为热泵式凝汽器；5为水冷式凝汽器；6为循环水泵；7为冷却塔；8为凝结水泵；9为补水泵；10为热泵***压缩机；11为热泵凝结水加热器；12为除氧器；13为热泵除氧加热器；14为给水泵；15为热泵给水加热器。
具体实施方式：
以下结合附图及实施例详述本发明。
一种低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置，如图1所示，与公知低温余热发电热力循环***相比，本发明的特别之处采用了乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***对乏汽凝结放出的汽化潜热进行了回收利用.图中，余热锅炉1、蒸汽轮机2、发电机3、水冷式凝汽器5、循环水泵6、冷却塔7、凝结水泵8、补水泵9、除氧器12、给水泵14构成公知的低温余热发电热力循环***，而热泵式凝汽器4、热泵***压缩机10、热泵凝结水加热器11、热泵除氧加热器13、热泵给水加热器15构成乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置.
热泵式凝汽器4与水冷式凝汽器5并列安装在汽轮机2低压缸乏汽出口处，该热泵式凝汽器4的气态工质输出口分成三路，分别通过热泵***压缩机10后，一路经热泵凝结水加热器11、二路经热泵除氧加热器13、三路经热泵给水加热器15再回到热泵式凝汽器4的液态工质输入口，热泵凝结水加热器11装于凝结水泵8与除氧器12之间，热泵除氧加热器13装于除氧器12上，热泵给水加热器15装于给水泵14与余热锅炉1的给水入口处。
本装置的工作原理如下：
蒸汽在汽轮机2中做功完毕后形成乏汽，部分乏汽进入热泵式凝汽器4中凝结，乏汽凝结放出的汽化潜热通过热泵式凝汽器4中的换热器传递给乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***的工质，使其由液态变成气态，所述热泵式凝汽器4中换热器的作用与通常所知的热泵***的蒸发器作用相同，结构也与通常所知的热泵***中的蒸发器结构基本相同。乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***的工质在所述热泵式凝汽器4中吸热蒸发后，通过所述热泵***压缩机10加压，并分别进入热泵凝结水加热器11、热泵除氧加热器13和热泵给水加热器15中，在上述三个部件中凝结放热，在热泵凝结水加热器11中，乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***工质将热量传递给由乏汽凝结形成的凝结水，将凝结水由42.5℃预热至80℃左右；在热泵除氧加热器13中，乏汽冷凝过程自藕冷源乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***工质将热量传递给待除氧水，将待除氧水由80℃加热至104℃进行热力除氧；在热泵给水加热器15中，乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环***工质将热量传递给经所述给水泵14加压后的锅炉给水，将待锅炉给水由104℃加热至140℃左右。所述热泵凝结水加热器11、所述热泵除氧加热器13、所述热泵给水加热器15的结构与通常所知的热泵***的冷凝器结构相同。
本发明与公知的低温余热发电***相比最大的区别在于：本发明将工质自身(冷凝水及给水)通过热泵技术耦合成冷源，使低温余热发电循环***存在两个冷源，即环境大气及工质自身。通过这种全新的循环工艺及装置，可以将原有发电***的部分汽化潜热转移给发电循环工质，用来加热冷凝水、给水除氧及给水预热，从而减少释放到大气环境中的冷源损失，最终提高低温余热发电***的热力循环效率。
本发明的优点是通过减少冷源损失，不但提高了低温余热发电***热力循环的热效率，而且增加了进入汽轮机的蒸汽量，在余热源相同的条件下提高了发电***的装机容量。同时随着冷源损失的减少，循环冷却水量减少，降低了循环水泵耗电量。

Claims (1)

1.一种低温余热发电***乏汽冷凝过程自藕冷源热泵循环装置，包括构成常规低温余热发电热力循环***的余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、水冷式凝汽器、循环水泵、冷却塔、凝结水泵、补水泵、除氧器、给水泵，其特征在于，所述汽轮机低压缸乏汽出口处装有与水冷式凝汽器并列设置的热泵式凝汽器，该热泵式凝汽器的气态工质输出口分成三路，分别通过热泵***压缩机后，一路经热泵凝结水加热器、二路经热泵除氧加热器、三路经热泵给水加热器再回到热泵式凝汽器的液态工质输入口，所述热泵凝结水加热器装于凝结水泵与除氧器之间，所述热泵除氧加热器装于除氧器上，所述热泵给水加热器装于给水泵与余热锅炉给水入口处。
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