CN103821571A - 一种新型火力发电***及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型火力发电***及工作方法，其中的一种新型火力发电***，包括：冷凝水储罐、高压水泵、射流引流器、高压汽水管路、高压锅炉、高压蒸汽管路、蒸汽混合引流器、中压蒸汽管路、汽轮机、发电机、乏汽管路、凝汽器、冷凝水管路、冷凝水泵、燃料输入管路、由蒸汽扩张段、蒸汽换热器、蒸汽收缩段组成的烟气回收补熵换热器、冷媒高压管路、冷凝换热器、热泵压缩机、膨胀节流阀、射流回汽管路、高温烟气管路、低温烟气排出管路、补水管路、抽真空排气装置及冷媒低压管路。本发明没有热量排放环节，热电转换效率大幅提高。
Description
技术领域
本发明属于火力发电领域，具体涉及一种新型火力发电***及工作方法。
背景技术
目前火电厂选用的介质是水，其特点是环保、容易获取、循环使用，沸点高、临界温度高、汽化热高；冷凝散热比例大；目前火电厂能利用的热源有限，必须高于100℃，几乎都是新增能源消耗。
目前火电、核电发电环节工作温度过高，热电转换效率较低、低温的凝结热很难利用，无法直接补熵。
采用部分蒸汽冷凝得到的水用于作为补熵的媒介，利用流体力学原理实现用高温高压蒸汽热能直接抽\压乏汽补熵，并采用热泵技术回收再利用这部分凝结热，并采用烟气与蒸汽热交换充分利用锅炉烟气余热，实现全热利用，没有热排放环节，热电转换效率将大幅度提升。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种新型火力发电***及工作方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种新型火力发电***，包括：冷凝水储罐、高压水泵、射流引流器、高压汽水管路、高压锅炉、高压蒸汽管路、蒸汽混合引流器、中压蒸汽管路、汽轮机、发电机、乏汽管路、凝汽器、冷凝水管路、冷凝水泵、燃料输入管路、由蒸汽扩张段、蒸汽换热器、蒸汽收缩段组成的烟气回收补熵换热器、冷媒高压管路、冷凝换热器、热泵压缩机、膨胀节流阀、射流回汽管路、高温烟气管路、低温烟气排出管路、补水管路、抽真空排气装置及冷媒低压管路；所述高压水泵输入端连接冷凝水储罐；所述高压水泵输出端连接射流引流器；所述高压锅炉通过高压汽水管路连接射流引流器；所述高压锅炉通过高压蒸汽管路连接蒸汽混合引流器；所述高压锅炉通过高温烟气管路连接烟气回收补熵换热器；所述蒸汽混合引流器通过中压蒸汽管路连接汽轮机；所述发电机设置在汽轮机后端，所述发电机连接汽轮机；所述蒸汽扩张段连接乏汽管路的输出端；所述乏汽管路的进气端连接汽轮机；所述蒸汽换热器设置在蒸汽扩张段的上方并和蒸汽扩张段连接；所述气体收缩段设置在蒸汽换热器的上方，所述蒸汽收缩段的上端和蒸汽混合引流器连接，下端和蒸汽换热器连接；所述高温烟气管路和低温烟气排出管路分别连接蒸汽换热器；所述射流回汽管路输出端连接射流引流器，所述射流回汽管路另一端连接蒸汽收缩段；所述冷凝换热器设置在冷凝水储罐中；所述冷凝换热器连接冷媒高压管路；所述冷媒高压管路通过膨胀节流阀连接凝汽器；所述抽真空排气装置输入端连接凝汽器；所述冷媒低压管路输入端连接凝汽器，输出端连接热泵压缩机；所述热泵压缩机输出端连接冷凝换热器；所述冷凝水管路输出端连接冷凝水输送泵，输入端连接凝汽器；所述冷凝水泵输出端连接冷凝水储罐；所述冷凝换热器、冷媒高压管路、膨胀节流阀、凝汽器、冷媒低压管路、热泵压缩机、组成压缩式热泵***。
根据本发明的又一方面，提供了一种新型火力发电***工作方法，包括以下步骤：
S1，所述高压水泵把冷凝水储罐中的冷凝水抽出，以10～30MPa以上的压力输送；
S2，高压的低温的水到达射流引流器，吸入从射流回气管路输送来的蒸汽，混合后形成较低温度的汽液混合物；
S3，10～30MPa以上的高压的较低温的汽液混合物通过低温气液管路进入到高压锅炉，从高压锅炉燃料输入管路引入燃料，在高压锅炉中燃烧，释放热量，升温的高压汽水受热、沸腾、膨胀、成为高压高温的蒸汽，高压高温的蒸汽通过高压蒸汽管路进入到蒸汽混合引流器；
S4，在蒸汽混合引流器，少量高压蒸汽流带动10倍以上大量低压蒸汽流一起流动，热量、压力混合交流，形成较蒸汽流量的中压蒸汽汽流，这个汽流气压在0.5MPa到5MPa之间；
S5，较大蒸汽流量的中压蒸汽汽流通过中压蒸汽管路进入汽轮机工作，通过共轴输出，带动发电机发电；
S6，汽轮机排出的低温低压乏汽经过乏汽管路，百分之十以下进入到凝汽器冷凝成水循环再利用，另外一部分到达由蒸汽扩张段、蒸汽换热器、蒸汽收缩段组成的烟气回收补熵换热器，在蒸汽扩张段，由于容器横截面积增加，汽流压力减小，流速减小，温度降低，更有利于换热；汽流到蒸汽换热器部分，与从高温烟气管路引入、低温烟气排出管路排出的含有热量的烟气进行热交换，继续升温、升压、补熵，做好下一个循环的准备状态，降温的烟汽，通过低温烟气排出管路排出；
S7，通过补熵达到尽可能大的压力和更高温度的汽流，汽体到蒸汽收缩段后，容器横截面积减小，压力、温度上升，形成更高温度的汽体；该汽体部分通过射流回汽管路被射流引流器吸入，与低温高压水汽混合后得到利用，另外大部分将通过蒸汽混合引流器，和从高压蒸汽管路输送来的高压高温汽流带动、推动、混温、混压后，形成0.5MPa到5MPa的工作中温、中压汽流；
S8，进入到凝汽器的汽体，经凝汽器降温、液化，所述压缩热泵***将凝汽器蒸汽凝结释放的凝结热量带到补熵换热器中实现循环利用；凝汽器降温、液化后的冷凝水通过冷凝水管路进入到冷凝水泵，冷凝水泵将常压的低温的冷凝水输送回冷凝水储罐；
S9，进入下一个循环。
进一步地，所述新型火力发电***工作方法，还包括所述补水管路用以对冷凝水储罐进行补水。
本发明的优点：
本发明没有热量排放环节，热电转换效率大幅提高；
可以在现有发电***中改造获得；
可以用于核电站；
***设备使用的电机少、能量动力均来自热能、热能充分利用；
超高压环节少、超高压气量小，可以实现低压机组高效发电，安全性提高，设备成本降低；
可以用于蒸汽轮机动力***，用于轮船、军舰、潜艇等大型机械运输设备，高效率的实现蒸汽利用。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的一种新型火力发电***结构示意图；
图2是本发明的一种新型火力发电***工作方法流程图；
图3是本发明的射流引流器结构示意图；
图4是本发明的气体混合引流器结构示意图。
附图说明：
1为冷凝水储罐、2为高压水泵、3为射流引流器、4为高压汽水管路、5为高压锅炉、6为高压蒸汽管路、7为蒸汽混合引流器、8为中压蒸汽管路、9为汽轮机、10为发电机、11为乏汽管路、12为凝汽器、13为冷凝水管路、14为冷凝水泵、15为燃料输入管路、16为蒸汽扩张段、17为蒸汽换热器、18为蒸汽收缩段、19为冷媒高压管路、20为冷凝换热器、21为热泵压缩机、22为膨胀节流阀、23为射流回汽管路、24为高温烟气管路、25为低温烟气排出管路、26为补水管路、27为抽真空排气装置及28为冷媒低压管路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1，如图1所示的一种新型火力发电***，包括：冷凝水储罐1、高压水泵2、射流引流器3、高压汽水管路4、高压锅炉5、高压蒸汽管路6、蒸汽混合引流器7、中压蒸汽管路8、汽轮机9、发电机10、乏汽管路11、凝汽器12、冷凝水管路13、冷凝水泵14、燃料输入管路15、由蒸汽扩张段16、蒸汽换热器17、蒸汽收缩段18组成的烟气回收补熵换热器、冷媒高压管路19、冷凝换热器20、热泵压缩机21、膨胀节流阀22、射流回汽管路23、高温烟气管路24、低温烟气排出管路25、补水管路26、抽真空排气装置27及冷媒低压管路28；所述高压水泵2输入端连接冷凝水储罐1；所述高压水泵2输出端连接射流引流器3；所述高压锅炉5通过高压汽水管路4连接射流引流器3；所述高压锅炉5通过高压蒸汽管路6连接蒸汽混合引流器7；所述高压锅炉5通过高温烟气管路24连接烟气回收补熵换热器；所述蒸汽混合引流器7通过中压蒸汽管路8连接汽轮机9；所述发电机10设置在汽轮机9后端，所述发电机10连接汽轮机9；所述蒸汽扩张段16连接乏汽管路11的输出端；所述乏汽管路11的进气端连接汽轮机9；所述蒸汽换热器17设置在蒸汽扩张段16的上方并和蒸汽扩张段16连接；所述气体收缩段18设置在蒸汽换热器17的上方，所述蒸汽收缩段18的上端和蒸汽混合引流器7连接，下端和蒸汽换热器17连接；所述高温烟气管路24和低温烟气排出管路25分别连接蒸汽换热器17；所述射流回汽管路23输出端连接射流引流器3，所述射流回汽管路23另一端连接蒸汽收缩段18；所述冷凝换热器20设置在冷凝水储罐1中；所述冷凝换热器20连接冷媒高压管路19；所述冷媒高压管路19通过膨胀节流阀22连接凝汽器12；所述抽真空排气装置27输入端连接凝汽器12；所述冷媒低压管路28输入端连接凝汽器12，输出端连接热泵压缩机21；所述热泵压缩机21输出端连接冷凝换热器20；所述冷凝水管路13输出端连接冷凝水输送泵14，输入端连接凝汽器(12)；所述冷凝水泵14输出端连接冷凝水储罐1；所述冷凝换热器20、冷媒高压管路19、膨胀节流阀22、凝汽器12、冷媒低压管路28、热泵压缩机21、组成压缩式热泵***。
实施例2
参考图2，如图2所示的一种新型火力发电***工作方法，包括以下步骤：
S1，所述高压水泵2把冷凝水储罐1中的冷凝水抽出，以10～30MPa以上的压力输送；
S2，高压的低温的水到达射流引流器3，吸入从射流回气管路23输送来的蒸汽，混合后形成较低温度的汽液混合物；
S3，10～30MPa以上的高压的较低温的汽液混合物通过低温气液管路4进入到高压锅炉5，从高压锅炉5燃料输入管路15引入燃料，在高压锅炉5中燃烧，释放热量，升温的高压汽水受热、沸腾、膨胀、成为高压高温的蒸汽，高压高温的蒸汽通过高压蒸汽管路6进入到蒸汽混合引流器7；
S4，在蒸汽混合引流器7，少量高压蒸汽流带动10倍以上大量低压蒸汽流一起流动，热量、压力混合交流，形成较蒸汽流量的中压蒸汽汽流，这个汽流气压在0.5MPa到5MPa之间；
s5，较大蒸汽流量的中压蒸汽汽流通过中压蒸汽管路8进入汽轮机9工作，通过共轴输出，带动发电机10发电；
S6，汽轮机排出的低温低压乏汽经过乏汽管路11，百分之十以下进入到凝汽器12冷凝成水循环再利用，另外一部分到达由蒸汽扩张段16、蒸汽换热器17、蒸汽收缩段18组成的烟气回收补熵换热器，在蒸汽扩张段16，由于容器横截面积增加，汽流压力减小，流速减小，温度降低，更有利于换热；汽流到蒸汽换热器17部分，与从高温烟气管路24引入、低温烟气排出管路25排出的含有热量的烟气进行热交换，继续升温、升压、补熵，做好下一个循环的准备状态，降温的烟汽，通过低温烟气排出管路25排出；
S7，通过补熵达到尽可能大的压力和更高温度的汽流，汽体到蒸汽收缩段18后，容器横截面积减小，压力、温度上升，形成更高温度的汽体；该汽体部分通过射流回汽管路23被射流引流器3吸入，与低温高压水汽混合后得到利用，另外大部分将通过蒸汽混合引流器7，和从高压蒸汽管路6输送来的高压高温汽流带动、推动、混温、混压后，形成0.5MPa到5MPa的工作中温、中压汽流；
S8，进入到凝汽器12的汽体，经凝汽器12降温、液化，所述压缩热泵***将凝汽器12蒸汽凝结释放的凝结热量带到补熵换热器中实现循环利用；凝汽器12降温、液化后的冷凝水通过冷凝水管路13进入到冷凝水泵14，冷凝水泵14将常压的低温的冷凝水输送回冷凝水储罐1；
S9，进入下一个循环。
所述新型火力发电***工作方法，还包括所述补水管路26用以对冷凝水储罐1进行补水。
本发明可采用水作为工作介质，也可以采用液态空气作为工作介质，液态空气和水有类似的环保特点。采用液态空气作为工作介质时，将锅炉变成气化器，将烟气变成常温可以利用的工业空气或废热水、废热气，循环再利用能源作用明显，将冷凝器变成类似效果的空气液化装置。
本发明没有热量排放环节，热电转换效率大幅提高；
可以在现有发电***中改造获得；
可以用于核电站；
***设备使用的电机少、能量动力均来自热能、热能充分利用；
超高压环节少、超高压气量小，可以实现低压机组高效发电，安全性提高，设备成本降低；
可以用于蒸汽轮机动力***，用于轮船、军舰、潜艇等大型机械运输设备，高效率的实现蒸汽利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种新型火力发电***，其特征在于，包括：冷凝水储罐(1)、高压水泵(2)、射流引流器(3)、高压汽水管路(4)、高压锅炉(5)、高压蒸汽管路(6)、蒸汽混合引流器(7)、中压蒸汽管路(8)、汽轮机(9)、发电机(10)、乏汽管路(11)、凝汽器(12)、冷凝水管路(13)、冷凝水泵(14)、燃料输入管路(15)、由蒸汽扩张段(16)、蒸汽换热器(17)、蒸汽收缩段(18)组成的烟气回收补熵换热器、冷媒高压管路(19)、冷凝换热器(20)、热泵压缩机(21)、膨胀节流阀(22)、射流回汽管路(23)、高温烟气管路(24)、低温烟气排出管路(25)、补水管路(26)、抽真空排气装置(27)及冷媒低压管路(28)；所述高压水泵(2)输入端连接冷凝水储罐(1)；所述高压水泵(2)输出端连接射流引流器(3)；所述高压锅炉(5)通过高压汽水管路(4)连接射流引流器(3)；所述高压锅炉(5)通过高压蒸汽管路(6)连接蒸汽混合引流器(7)；所述高压锅炉(5)通过高温烟气管路(24)连接烟气回收补熵换热器；所述蒸汽混合引流器(7)通过中压蒸汽管路(8)连接汽轮机(9)；所述发电机(10)设置在汽轮机(9)后端，所述发电机(10)连接汽轮机(9)；所述蒸汽扩张段(16)连接乏汽管路(11)的输出端；所述乏汽管路(11)的进气端连接汽轮机(9)；所述蒸汽换热器(17)设置在蒸汽扩张段(16)的上方并和蒸汽扩张段(16)连接；所述气体收缩段(18)设置在蒸汽换热器(17)的上方，所述蒸汽收缩段(18)的上端和蒸汽混合引流器(7)连接，下端和蒸汽换热器(17)连接；所述高温烟气管路(24)和低温烟气排出管路(25)分别连接蒸汽换热器(17)；所述射流回汽管路(23)输出端连接射流引流器(3)，所述射流回汽管路(23)另一端连接蒸汽收缩段(18)；所述冷凝换热器(20)设置在冷凝水储罐(1)中；所述冷凝换热器(20)连接冷媒高压管路(19)；所述冷媒高压管路(19)通过膨胀节流阀(22)连接凝汽器(12)；所述抽真空排气装置(27)输入端连接凝汽器(12)；所述冷媒低压管路(28)输入端连接凝汽器(12)，输出端连接热泵压缩机(21)；所述热泵压缩机(21)输出端连接冷凝换热器(20)；所述冷凝水管路(13)输出端连接冷凝水输送泵(14)，输入端连接凝汽器(12)；所述冷凝水泵(14)输出端连接冷凝水储罐(1)；所述冷凝换热器(20)、冷媒高压管路(19)、膨胀节流阀(22)、凝汽器(12)、冷媒低压管路(28)、热泵压缩机(21)、组成压缩式热泵***。
2.一种新型火力发电***工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，所述高压水泵(2)把冷凝水储罐(1)中的冷凝水抽出，以10～30MPa以上的压力输送；
S2，高压的低温的水到达射流引流器(3)，吸入从射流回气管路(23)输送来的蒸汽，混合后形成较低温度的汽液混合物；
S3，10～30MPa以上的高压的较低温的汽液混合物通过低温气液管路(4)进入到高压锅炉(5)，从高压锅炉(5)燃料输入管路(15)引入燃料，在高压锅炉(5)中燃烧，释放热量，升温的高压汽水受热、沸腾、膨胀、成为高压高温的蒸汽，高压高温的蒸汽通过高压蒸汽管路(6)进入到蒸汽混合引流器(7)；
S4，在蒸汽混合引流器(7)，少量高压蒸汽流带动10倍以上大量低压蒸汽流一起流动，热量、压力混合交流，形成较蒸汽流量的中压蒸汽汽流，这个汽流气压在0.5MPa到5MPa之间；
s5，较大蒸汽流量的中压蒸汽汽流通过中压蒸汽管路(8)进入汽轮机(9)工作，通过共轴输出，带动发电机(10)发电；
S6，汽轮机排出的低温低压乏汽经过乏汽管路(11)，百分之十以下进入到凝汽器(12)冷凝成水循环再利用，另外一部分到达由蒸汽扩张段(16)、蒸汽换热器(17)、蒸汽收缩段(18)组成的烟气回收补熵换热器，在蒸汽扩张段(16)，由于容器横截面积增加，汽流压力减小，流速减小，温度降低，更有利于换热；汽流到蒸汽换热器(17)部分，与从高温烟气管路(24)引入、低温烟气排出管路(25)排出的含有热量的烟气进行热交换，继续升温、升压、补熵，做好下一个循环的准备状态，降温的烟汽，通过低温烟气排出管路(25)排出；
S7，通过补熵达到尽可能大的压力和更高温度的汽流，汽体到蒸汽收缩段(18)后，容器横截面积减小，压力、温度上升，形成更高温度的汽体；该汽体部分通过射流回汽管路(23)被射流引流器(3)吸入，与低温高压水汽混合后得到利用，另外大部分将通过蒸汽混合引流器(7)，和从高压蒸汽管路(6)输送来的高压高温汽流带动、推动、混温、混压后，形成0.5MPa到5MPa的工作中温、中压汽流；
s8，进入到凝汽器(12)的汽体，经凝汽器(12)降温、液化，所述压缩热泵***将凝汽器(12)蒸汽凝结释放的凝结热量带到补熵换热器中实现循环利用；凝汽器(12)降温、液化后的冷凝水通过冷凝水管路(13)进入到冷凝水泵(14)，冷凝水泵(14)将常压的低温的冷凝水输送回冷凝水储罐(1)；
S9，进入下一个循环。
3.根据权利要求2所述的新型火力发电***工作方法，其特征在于，还包括所述补水管路(26)用以对冷凝水储罐(1)进行补水。
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