CN108980616B - 一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，解决了如何根据长距离工业供汽***的品质要求来选择低温发电***的有机工质种类及换热器的问题。包括长距离蒸汽输送管道（1）、间歇性工业汽水换热器（2）和疏水箱（12），在工业供汽管道（5）前的长距离蒸汽输送管道（1）上连接有余热发电蒸汽管道（7），在余热发电蒸汽换热器（10）的热水输出口上连接有有机工质蒸汽管道（14），有机工质蒸汽管道（14）的另一端与低温汽轮发电机组（13）的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组（13）的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道（15）与有机工质冷凝器（16）连通。增加了余热发电量，提高了***的能源综合利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种长距离热力输送的工业供汽***，特别涉及一种长距离输送热力蒸汽为间歇性使用热力蒸汽的工业用户供汽的工业供汽***。
背景技术
随着城镇化的不断推进，工业园区的陆续建设，工业用汽规模逐年在扩大，供热供汽***的辐射范围也越来越远。用汽量不恒定，跳跃性比较大，间歇性用汽等特定用户，也渐渐加入了长距离工业输热供汽***。对于长距离输热供汽***来说，当负荷发生变化时，供汽***具有跟随调节滞后性大的特点，并且供汽距离越长，其滞后性就越显著；例如，当用汽工业用户为酿酒企业时，酿酒生产工艺对蒸汽的需求，存在间歇性和用汽量的跳跃性，若采用常规的通过调节供汽***来满足用户要求的方法来进行供汽操作，就需要对长距离供热***进行频繁地跟进调节，这种常规的调节控制方法，不但调节效果差，而且还容易引起供热管网发生汽锤事故，并直接导致管网疏水过多，造成管网中水资源和热能的浪费，甚至会降低整个供热管网的使用寿命。低温发电***是一种利用有机朗肯循环（OrganicRankine Cycle）进行发电的***，该***采用有机工质作为循环介质，有机工质吸收低温热量，进行发电；有机工质采用的是氟利昂、烷烃类介质，该类介质具有在低温区间，实现朗肯循环的能力，介质吸热后变成过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮机或螺杆机或涡旋机等膨胀部件进行做功，从而实现发电，低温发电***中完成做功的乏汽，会通过冷却器和加压泵回送到有机工质加热器中，进行重新加热，加热后再次成为过热蒸汽，推动膨胀机做功，如此循环，实现连续发电。如何将带有间歇性供汽需求用户的长距离工业供汽***与低温发电***有机地进行结合，使长距离工业供汽***的供汽稳定，又使间歇跳跃用汽量之外的多余供汽得到充分地利用，已成为当下本领域技术人员研究的主要课题，在该课题中，怎样根据长距离工业供汽***的品质，来选择低温发电***的有机工质种类及换热器，保持低温发电***始终属于持续运行状态，并兼顾有效利用长距离供热***的多余的热能，成为现场亟需解决的难题。
发明内容
本发明提供了一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，解决了如何使长距离工业供汽***供汽稳定，又使间歇跳跃用汽量之外的多余供汽得到充分利用的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器和疏水箱，长距离蒸汽输送管道通过工业供汽管道与间歇性工业汽水换热器连通在一起，间歇性工业汽水换热器通过蒸汽疏水管道与疏水箱连通在一起，在工业供汽管道前的长距离蒸汽输送管道上连接有余热发电蒸汽管道，余热发电蒸汽管道的另一端与余热发电蒸汽换热器的蒸汽输入口连通在一起，余热发电蒸汽换热器的蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道与疏水箱连通在一起，在余热发电蒸汽换热器的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道，有机工质蒸汽管道的另一端与低温汽轮发电机组的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道与有机工质冷凝器连通在一起，有机工质冷凝器的输出口通过有机工质冷凝管与余热发电蒸汽换热器的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝管上设置有有机工质循环泵，有机工质冷凝管与太阳能储热换热器之间还连接有太阳能储热换热器有机工质冷凝管；在低温汽轮发电机组的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路，在太阳能储能换热器输出管路的另一端连接有太阳能储热换热器。
在太阳能储热换热器的导热油输入口上连接有导热油输入管，导热油输入管的另一端与太阳能集热器连通在一起，在太阳能储热换热器的导热油输出口上连接有导热油回油管，在导热油回油管上设置有太阳能侧导热油泵；在长距离蒸汽输送管道中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽的温度为200℃以下的蒸汽。
一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器和疏水箱，长距离蒸汽输送管道通过工业供汽管道与间歇性工业汽水换热器连通在一起，间歇性工业汽水换热器通过蒸汽疏水管道与疏水箱连通在一起，在工业供汽管道前的长距离蒸汽输送管道上连接有余热发电蒸汽管道，余热发电蒸汽管道的另一端与余热发电蒸汽换热器的蒸汽输入口连通在一起，余热发电蒸汽换热器的蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道与疏水箱连通在一起，在余热发电蒸汽换热器的导热油输出口上连接有导热油换热器的导热油换热器热油管，导热油换热器的导热油输出口上连接有导热油换热器冷油管，在导热油换热器冷油管上设置有导热油泵，导热油换热器冷油管的另一端与余热发电蒸汽换热器的导热油回油口连通在一起，在导热油换热器的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道，有机工质蒸汽管道的另一端与低温汽轮发电机组的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道与有机工质冷凝器连通在一起，有机工质冷凝器的输出口通过有机工质冷凝管与余热发电蒸汽换热器的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝冷凝管上设置有有机工质循环泵，有机工质冷凝管与太阳能储热换热器之间还连接有太阳能储热换热器有机工质冷凝管；在低温汽轮发电机组的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路，在太阳能储能换热器输出管路的另一端连接有太阳能储热换热器。
在太阳能储热换热器的导热油输入口上连接有导热油输入管，导热油输入管的另一端与太阳能集热器连通在一起，在太阳能储热换热器的导热油输出口上连接有导热油回油管，在导热油回油管上设置有太阳能侧导热油泵；在长距离蒸汽输送管道中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽的温度为200℃以上的蒸汽。
本发明的有益效果是将间歇性工业供汽***与低温发电***进行有效耦合，解决了长距离间歇式工业供汽要求蒸汽负荷频繁跟进调节时容易导致管网汽锤事故，并使得管网疏水过多，造成水资源和热能浪费，甚至影响管网使用寿命的技术问题。提高了长距离间歇性工业供汽***的安全稳定性，将处于间歇多余的工业蒸汽通过低温发电***进行发电，使供汽***处于基本恒定的供汽状态，避免了频繁调节对供汽***带来的伤害。
附图说明
图1是当长距离蒸汽输送管道1中输送的工业用户端蒸汽温度为200℃以下的蒸汽时本发明的结构示意图；
图2是当长距离蒸汽输送管道1中输送的工业用户端蒸汽温度为200℃以上的蒸汽时本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道1、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器2和疏水箱12，长距离蒸汽输送管道1通过工业供汽管道5与间歇性工业汽水换热器2连通在一起，在工业供汽管道5上分别设置有工业蒸汽关断阀3和工业蒸汽调节阀4，间歇性工业汽水换热器2通过蒸汽疏水管道6与疏水箱12连通在一起，在工业供汽管道5前的长距离蒸汽输送管道1上连接有余热发电蒸汽管道7，余热发电蒸汽管道7的另一端与余热发电蒸汽换热器10的蒸汽输入口连通在一起，在余热发电蒸汽管道7上分别设置有余热发电蒸汽关断阀8和余热发电蒸汽调节阀9，余热发电蒸汽换热器10的蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道11与疏水箱12连通在一起，在余热发电蒸汽换热器10的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道14，有机工质蒸汽管道14的另一端与低温汽轮发电机组13的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组13的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道15与有机工质冷凝器16连通在一起，有机工质冷凝器16的输出口通过有机工质冷凝管18与余热发电蒸汽换热器10的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝管18上设置有有机工质循环泵17，有机工质冷凝管18与太阳能储热换热器20之间还连接有太阳能储热换热器有机工质冷凝管19；在低温汽轮发电机组13的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路21，在太阳能储能换热器输出管路21的另一端连接有太阳能储热换热器20；长距离蒸汽输送管道1所处的供热***是根据间歇性用汽用户在需要供汽时的用汽量进行设计的，在间歇性用汽用户使用蒸汽时稳定地提供蒸汽，在此时段，低温汽轮发电机组13的膨胀机入口是与太阳能储热换热器20连通的，低温汽轮发电机组13由太阳能储热换热器20提供热量进行发电；当间歇性用汽用户不使用蒸汽时，关断工业蒸汽关断阀3，并调节太阳能储能换热器输出管路21上的调节阀，打开余热发电蒸汽关断阀8，长距离蒸汽输送管道1中的蒸汽进入到余热发电蒸汽换热器10中，换热后被加热的有机工质通过有机工质蒸汽管道14进入到低温汽轮发电机组13中，低温汽轮发电机组13中的有机工质驱动汽轮发电机组进行发电，实现了间歇性余热的有效利用；当间歇性用汽用户再次使用蒸汽时，关断余热发电蒸汽关断阀8，打开工业蒸汽关断阀3，同时调节太阳能储能换热器输出管路21上的调节阀，实现低温汽轮发电机组13的余热发电与长距离蒸汽输送管道1中的蒸汽用户的切换；这种供汽结构，实现了长距离蒸汽输送***始终处于较稳定的供汽状态，并且低温汽轮发电机组13始终在稳定地进行发电。
在太阳能储热换热器20的导热油输入口上连接有导热油输入管23，导热油输入管23的另一端与太阳能集热器22连通在一起，在太阳能储热换热器20的导热油输出口上连接有导热油回油管24，在导热油回油管24上设置有太阳能侧导热油泵25；在长距离蒸汽输送管道1中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽温度为200℃以下的蒸汽，这种温度的蒸汽经余热发电蒸汽换热器10换热后，比较适合低温汽轮发电机组13中的有机介质的受热汽化，有机介质可选用R245fa、R123或R141b。
一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道1、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器2和疏水箱12，长距离蒸汽输送管道1通过工业供汽管道5与间歇性工业汽水换热器2连通在一起，间歇性工业汽水换热器2通过蒸汽疏水管道6与疏水箱12连通在一起，在工业供汽管道5前的长距离蒸汽输送管道1上连接有余热发电蒸汽管道7，余热发电蒸汽管道7的另一端与余热发电蒸汽换热器10的蒸汽输入口连通在一起，余热发电蒸汽换热器10的蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道11与疏水箱12连通在一起，在余热发电蒸汽换热器10的导热油输出口上连接有导热油换热器26的导热油换热器热油管29，导热油换热器26的导热油输出口上连接有导热油换热器冷油管27，在导热油换热器冷油管27上设置有导热油泵28，导热油换热器冷油管27的另一端与余热发电蒸汽换热器10的导热油回油口连通在一起，在导热油换热器26的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道14，有机工质蒸汽管道14的另一端与低温汽轮发电机组13的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组13的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道15与有机工质冷凝器16连通在一起，有机工质冷凝器16的输出口通过有机工质冷凝管18与余热发电蒸汽换热器10的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝管18上设置有有机工质循环泵17，有机工质冷凝回水管18与太阳能储热换热器20之间设置有另一路有机工质冷凝管19；在长距离蒸汽输送管道1中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽的温度为200℃以上的蒸汽，这种高温介质需要通过导热油换热器26进行二次换热，换热后才能满足低温汽轮发电机组13中有机介质物性稳定的要求，有机介质可选Acetone、Heptane、Octane或Toluene；在低温汽轮发电机组13的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路21，在太阳能储能换热器输出管路21的另一端连接有太阳能储热换热器20。
在太阳能储热换热器20的导热油输入口上连接有导热油输入管23，导热油输入管23的另一端与太阳能集热器22连通在一起，在太阳能储热换热器20的导热油输出口上连接有导热油回油管24，在导热油回油管24上设置有太阳能侧导热油泵25。
本发明两种技术方案可根据工业用汽的参数确定***对应参数：假设工业蒸汽管道输送的总热量为Q，工业用户用热量为Q 1，余热发电用热量为Q 2，太阳能集热器吸收的热量为Q 3，则有，Q 1随着工业负荷的变动而变动，进而引起Q 2的负荷变动。当Q 1=0时，Q=Q 2，即工业用汽量为零时，长距离输送的蒸汽全部用于余热发电，该蒸汽负荷对应余热发电机组的最大运行负荷。为保证余热发电***处于连续运行状态，太阳能集热器的热量Q 3提供余热发电***的最低运行负荷，由此确定太阳能储热换热装器和太阳能集热器的参数。第一种方案适用于工业用汽温度较低的范围，第二种方案适用于工业用汽温度较高的情况。当工业用户端蒸汽温度在200℃以下时可选择第一种方案，当工业用户端蒸汽温度在200℃以上时，可选择第二种方案。对于有机工质的选择还需要通过具体的工业用汽量和蒸汽温度等参数确定。比如工业用户端蒸汽最高温度在200℃以下时可选用R245fa、R123或R141b等，当工业用户端蒸汽最高温度在200℃以上时还有Acetone、Heptane、Octane或Toluene等可供选择。工质选择时还需要综合考虑换热过程中可以达到的最高蒸汽温度、最小换热温差以及工质做功能力，符合条件的可以作为***的循环工质。
Claims (4)
1.一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道（1）、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器（2）和疏水箱（12），长距离蒸汽输送管道（1）通过工业供汽管道（5）与间歇性工业汽水换热器（2）连通在一起，间歇性工业汽水换热器（2）通过蒸汽疏水管道（6）与疏水箱（12）连通在一起，其特征在于，在工业供汽管道（5）前的长距离蒸汽输送管道（1）上连接有余热发电蒸汽管道（7），余热发电蒸汽管道（7）的另一端与余热发电蒸汽换热器（10）的蒸汽输入口连通在一起，余热发电蒸汽换热器（10）的蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道（11）与疏水箱（12）连通在一起，在余热发电蒸汽换热器（10）的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道（14），有机工质蒸汽管道（14）的另一端与低温汽轮发电机组（13）的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组（13）的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道（15）与有机工质冷凝器（16）连通在一起，有机工质冷凝器（16）的输出口通过有机工质冷凝管（18）与余热发电蒸汽换热器（10）的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝管（18）上设置有有机工质循环泵（17）；在低温汽轮发电机组（13）的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路（21），在太阳能储能换热器输出管路（21）的另一端连接有太阳能储热换热器（20）。
2.根据权利要求1所述的一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，其特征在于，在太阳能储热换热器（20）的导热油输入口上连接有导热油输入管（23），导热油输入管（23）的另一端与太阳能集热器（22）连通在一起，在太阳能储热换热器（20）的导热油输出口上连接有导热油回油管（24），在导热油回油管（24）上设置有太阳能侧导热油泵（25）；在长距离蒸汽输送管道（1）中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽温度为200℃以下的蒸汽。
3.一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，包括长距离蒸汽输送管道（1）、与间歇性供汽需求用户相连接的间歇性工业汽水换热器（2）和疏水箱（12），长距离蒸汽输送管道（1）通过工业供汽管道（5）与间歇性工业汽水换热器（2）连通在一起，间歇性工业汽水换热器（2）通过蒸汽疏水管道（6）与疏水箱（12）连通在一起，其特征在于，在工业供汽管道（5）前的长距离蒸汽输送管道（1）上连接有余热发电蒸汽管道（7），余热发电蒸汽管道（7）的另一端与余热发电蒸汽换热器（10）的蒸汽输入口连通在一起，余热发电蒸汽换热器（10）的第一蒸汽疏水口通过余热蒸汽疏水管道（11）与疏水箱（12）连通在一起，在余热发电蒸汽换热器（10）的导热油输出口上连接有导热油换热器（26）的导热油换热器热油管（29），导热油换热器（26）的导热油输出口上连接有导热油换热器冷油管（27），在导热油换热器冷油管（27）上设置有导热油泵（28），导热油换热器冷油管（27）的另一端与余热发电蒸汽换热器（10）的导热油回油口连通在一起，在导热油换热器（26）的有机工质输出口上连接有有机工质蒸汽管道（14），有机工质蒸汽管道（14）的另一端与低温汽轮发电机组（13）的膨胀机入口连通在一起，低温汽轮发电机组（13）的膨胀机出口通过有机工质乏汽管道（15）与有机工质冷凝器（16）连通在一起，有机工质冷凝器（16）的输出口通过有机工质冷凝管（18）与余热发电蒸汽换热器（10）的有机工质输入口连通在一起，在有机工质冷凝管（18）上设置有有机工质循环泵（17）；在低温汽轮发电机组（13）的膨胀机入口上还连接有太阳能储能换热器输出管路（21），在太阳能储能换热器输出管路（21）的另一端连接有太阳能储热换热器（20）。
4.根据权利要求3所述的一种针对间歇性用汽用户的长距离工业供汽***，其特征在于，在太阳能储热换热器（20）的导热油输入口上连接有导热油输入管（23），导热油输入管（23）的另一端与太阳能集热器（22）连通在一起，在太阳能储热换热器（20）的导热油输出口上连接有导热油回油管（24），在导热油回油管（24）上设置有太阳能侧导热油泵（25）；在长距离蒸汽输送管道（1）中输送的蒸汽为工业用户端蒸汽温度为200℃以上的蒸汽。
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