CN111577409B - 采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，具备两个升温单元，第一升温单元包括：蒸汽压缩机，将来自主汽轮机的主汽轮机乏汽升压至第一压力，第一加热器，利用由蒸汽压缩机升压后的乏汽对加热对象进行第一升温使其达到第一温度；蒸汽压缩机为离心式压缩机，具有多个压缩级。第二升温单元包括：拖动汽轮机，利用高品质驱动蒸汽提供动能，拖动压缩机旋转，拖动汽轮机的排汽进入第二加热器，对加热对象进行第二升温使其达到第二温度。***降低汽轮机机组冷源损失，提高机组运行经济性，运行调节灵活性高，能够有效提高乏汽利用率，COP高达2.2以上。

Description

采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***
技术领域
本发明涉及一种汽轮机乏汽的回收***，特别涉及采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***。
背景技术
汽轮机除了用于提供动力之外，其余热也可以作为能源进行利用，尤其用于加热用途。例如，在发电厂中，热电联产(CHP)机组既发电又供热，可有效减少冷源损失，显著提高能源利用效率，符合“温度对口，梯级利用”的总能***原则，是提升能源利用效率，减少污染物排放的有效途径。采用热电联产技术的燃煤发电机组，能源综合利用效率理论上可以提高到80％以上。
目前热电厂供热方式一般采用以下三种：
(1)汽轮机中压缸排汽抽汽供热：如图7所示，是热电厂常规采用的供热方式，主要特点是通过中压缸排汽抽汽供热，供热能力大，减少了汽轮机冷源损失，和工业供热锅炉比，供热经济性较好；缺点是中压缸排气抽汽供热参数较高，存在蒸汽降级使用的情况；抽汽温度和热网回水间存在很大的温差，造成了很大的
Figure RE-GDA0002554335630000011
损。
(2)汽轮机高背压供热：通过对汽轮机低压缸通流部分和冷端凝汽器的改造，提高汽轮机排汽压力和排汽温度，利用汽轮机排汽加热热网水，从而达到回收乏汽余热、节约汽轮机高品质供热抽汽的目的。主要特点是大幅减低或消除机组冷源损失，供热经济性最好，机组循环效率可达到接近100％。缺点：一是是循环水供热温度受汽轮机排汽背压限制，供热温度低，需配合汽轮机抽汽加热，形成梯级供热***；二是汽轮机本体和冷端***耦合特性复杂，受热网***特性机组发电调峰能力减弱，一般需采用“以热定电”方式。
(3)蒸汽驱动吸收热泵：采用热泵方式供热，利用热泵内部循环工质的物理特性，以消耗部分高品质能源为代价，把部分低温热能转变成高温热能，实现低品质能量的回收。特点是消耗部分高品质热能，回收部分低品质热源，供热经济性较好。缺点是汽轮机机组提供给热泵的驱动热源品质较高，以300MW机组为例，压力在0.5～0.8MPa范围内，温度在290～330℃范围内，而一般供热热网侧供水温度一般在100℃左右，热泵***中这部分高品质驱动热源存在“降级”使用的情况，造成较大
Figure RE-GDA0002554335630000021
损。目前热泵***的能量与热量之间的转换比率COP(Coefficient Of Performance)一般可达到1.6～1.7。
我国北方“富煤贫水”的资源禀赋和集中供热发展需求，空冷热电联产技术面临着巨大的发展机遇和理论需求。空冷热电联产机组涉及多种冷却方式耦合与余热梯级利用，是适应复杂环境条件，满足大规模负荷集中排放，进一步降低燃煤发电煤耗和减少污染物排放的有效途径。传统的中间抽汽式供热机组由于抽汽品质仍然较高，仍然存在较大的
Figure RE-GDA0002554335630000022
损失，通过合适的手段提升机组乏汽用于供热是提高火电厂蒸汽供热经济性的重要课题。
发明内容
针对目前火电厂和供热***的实际情况，为进一步提高供热经济性，需要解决高品质能源“降级”问题，有效回收汽轮机乏汽。
本发明提供一种采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，能够有效提高乏汽利用率，降低汽轮机机组冷源损失，提高机组运行经济性，且具有运行调节灵活性高的特点。
本发明的一个方案的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，具备第一升温单元，所述第一升温单元包括：蒸汽压缩机(1)，其将来自主汽轮机的主汽轮机乏汽升压至第一压力，以及第一加热器(4)，其利用由所述蒸汽压缩机升压后的乏汽对加热对象进行第一升温使其达到第一温度；所述蒸汽压缩机(1)为离心式压缩机，具有多个压缩级；所述第一升温单元还包括中间冷却器(3)，其与所述第一加热器(4)并行连接，将所述第一升温之前的所述加热对象分支出一部分，以在所述多个压缩级之中的预定的两个压缩级之间，对所述主汽轮机乏汽进行中间冷却，并且，所述一部分的加热对象在进行所述中间冷却之后与由所述第一加热器升温至第一温度的所述加热对象汇合。
根据本发明的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，能够有效提高乏汽利用率，降低汽轮机机组冷源损失，提高机组运行经济性，且具有运行调节灵活性高的特点。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
图1是本发明的汽轮机乏汽的回收***的主要设备示意图。
图2是示出实施例1的回收***中确定各装置的设计参数的过程的计算框图。
图3是示出压缩机等熵效率和***COP的关系的图。
图4是示出汽轮机等熵效率和***COP的关系的图。
图5是示出实施例2的汽轮机乏汽的回收***的主要设备的示意图。
图6是示出实施例3的汽轮机乏汽的回收***的主要设备的示意图。
图7是示出现有技术中采用汽轮机中压缸排汽抽汽供热技术的热电联产技术***的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
实施例1
1.汽轮机乏汽的回收***的主要设备
以下，以热电联产机组加热热网回水进行供暖的情况作为实施例1 来说明汽轮机乏汽的回收***，但是，本发明的回收***不限于应用于进行供暖的情况，还能够广泛地应用于利用汽轮机乏汽对加热对象进行加热的多种场合，例如工业生产中的升温、蒸馏、烘干、浓缩等用途。
图1是本发明的汽轮机乏汽的回收***的主要设备示意图。如图1 所示，回收***包括第一升温单元和第二升温单元。第一升温单元包括：蒸汽压缩机1，其将来自主汽轮机的主汽轮机乏汽升压至第一压力；以及第一加热器(一级热网加热器)4，其利用由所述蒸汽压缩机升压后的乏汽对加热对象即热网回水进行第一升温使其达到第一温度。第二升温单元包括：拖动汽轮机2，其由来自主汽轮机的中压缸排气驱动，拖动蒸汽压缩机，并排出降压至第二压力的拖动汽轮机乏汽；以及第二加热器(二级热网加热器)5，其利用拖动汽轮机乏汽对加热对象即热网回水进行第二升温使其达到第二温度。
此外，回收***还可以包括：汽水分离器6，其输入来自主汽轮机的乏汽并进行汽水分离，提高乏汽的干度，向蒸汽压缩机输出高干度的乏汽；第一疏水泵7，其将一级热网加热器4中产生的疏水输送到厂区回热***；以及第二疏水泵8，其将二级热网加热器5中产生的疏水输送到厂区回热***。其中，汽水分离器6用于保证蒸汽压缩机1的叶片安全性。压缩机高速旋转，乏汽的含水率高时，干蒸汽中含有微量水滴，撞击在压缩机叶片上，会造成叶片水蚀，若干度提高到0.99以上，则提高压缩机使用寿命，提高***安全性也提供寿命，提高寿命提高了盈利能力。汽水分离器6对乏汽进行除湿处理，采用机械分离的方法进行，设置在蒸汽压缩机入口，乏汽经过汽水分离器6后，干度升高后(例如可以升高至0.99以上)进入蒸汽压缩机1。第一疏水泵7、第二疏水泵 8将疏水升压后打入主机热井，实现工质和热量的回收。
此外，第一升温单元还包括中间冷却器3。为提高蒸汽压缩机的可靠性和经济性，降低压缩机设计难度，在压缩机的多个压缩级之中的两个压缩级之间对乏汽进行冷却，可以采用表面式蒸汽冷却器。例如，在 4级蒸汽压缩机中，乏汽经过第1、2级压缩后，温度和压力均提高，但温度的提高对于后续的第3、4级压缩而言会降低压缩机的效率，因此，为了便于后续的第3、4级压缩以提高压缩机的效率，将中间冷却器3 设置在第2级与第3级之间。采用中间冷却器能够提高压缩机的效率，从而也提高***的COP。中间冷却器3所使用的冷却介质即冷却水来自热网循环水回水，经过了中间冷却器3之后的冷却水汇流到一级热网加热器的下游侧的第一温度的热网回水，即，如图1所示，中间冷却器3 与一级热网加热器4并行连接，将热网回水分支出一部分，以在多个压缩级之中的预定的两个压缩级之间，对主汽轮机乏汽进行中间冷却，并且，该一部分的热网回水在进行中间冷却之后与由一级热网加热器4升温后的热网回水汇合。由于中间冷却器3所使用的冷却介质即是作为***的加热对象的热网循环水回水，蒸汽压缩机1中由机械能转化而来的热能被热网回水吸收，并在与由一级热网加热器4升温后的热网回水汇合后一并送入供暖热网，因此，能量被加热对象使用而没有被浪费，有利于提高***COP。
如图1所示，汽水分离器6的上游端连接至主汽轮机的乏汽，下游端连接至蒸汽压缩机1的上游端；蒸汽压缩机1的下游端连接至一级热网加热器4；拖动汽轮机2的上游端连接至主汽轮机的中压缸排汽，下游端连接至二级热网加热器4，并且，向蒸汽压缩机1输出机械动力以带动蒸汽压缩机1运转。上述的各装置之间的连接可以利用已有的管道、阀门、接头、连接器等来实现，在此省略详细的说明。
需要说明的是，上述的汽水分离器6、第一疏水泵7、第二疏水泵8 也可以独立于本发明的回收***之外，不限于在回收***中包括这些功能装置，只要能够向本发明的回收***提供相同功能即可。而且，蒸汽压缩机1的压缩级数根据具体使用环境来确定，中间冷却器3的设置位置也可以根据***目标的需要来实际选择。
2.汽轮机乏汽的回收***的技术原理
以下，基于实施例来说明本发明的汽轮机乏汽的回收***的技术原理。
实施例1中的汽轮机乏汽的回收***按照先进行第一升温后进行第二升温的顺序加热热网回水。通过背压式工业汽轮机2拖动离心式蒸汽压缩机1，把火电厂汽轮机乏汽压力由8～15kPa左右压缩升压至35～45kPa 左右之后，进入一级热网加热器4，加热热网循环水；背压式工业汽轮机2的入口蒸汽来自主汽轮机中压缸排汽，压力为790～810kPa，在锅炉非满负荷运转时，中压缸排气可能低至500kPa左右，入口温度为310～330℃，背压式工业汽轮机2的排汽压力为82～92kPa左右，排汽进入二级热网加热器5，加热从一级热网加热器出来的热网循环水。通过上述工艺实现以较少的高品质蒸汽(中压缸排汽)最大限度回收低品质乏汽的目的。
下面，假定来自城市热网循环水的回水水温为50℃、城市供热用水温为95℃的情况为前提，说明在本发明的回收***的单机组的供水量为 500t/h的情况下实施例1中第一升温单元和第二升温单元各自的动作的一个具体例子。
循环水流量：Gw＝500t/h；
汽轮机乏汽压力：p0＝8kPa；
汽轮机乏汽干度：X＝0.94；
热网回水温度：tw1＝50℃；
热网供水温度：tw5≥95℃；
工业汽轮机入口蒸汽压力：pT1＝0.8MPa；
工业汽轮机入口蒸汽温度：tT1＝320℃。
在第一升温单元中，来自主汽轮机乏汽的压力按照8kPa设计，干度一般在92％～95％范围内，乏汽经过汽水分离器6后，干度升高至0.99 以上后进入蒸汽压缩机1。压缩机按照四级两段一缸设计，四级设置在一个缸体内以简化结构，第一级和第二级为一段，每级升压比约1.4～1.7 之间，经过一级和二级压缩后，乏汽压力升高至15～23kPa(实施例中例如为18kPa)左右，温度升高至103～113℃(实施例中例如为108℃)左右；为提高压缩机可靠性和经济性，降低压缩机设计难度，在压缩机第三级前设置表面式蒸汽冷却器3，冷却水来自热网循环水回水，温度约50℃，冷却后的乏汽温度75～85℃左右(实施例中例如为约80℃)，随后进入压缩机第三级和第四级，经压缩后压力升高至35～45kPa左右(实施例中例如为约40kPa)，温度升高至165～175℃(实施例中例如为约171℃)左右，随后进入第一级热网加热器4。
在第二升温单元中，背压式汽轮机2的入口蒸汽来自主汽轮机中压缸排汽，压力800KPa(0.8MPa)、温度320℃，蒸汽进入背压式汽轮机后膨胀做功，蒸汽内能转换成机械能，拖动蒸汽压缩机工作，背压式汽轮机排汽压力设计为87kPa左右，其能级品质可把热网循环水加热至95℃，排汽即拖动汽轮机乏汽直接进入二级热网加热器5。
热网回水温度约50℃，在一级热网加热器4的上游侧被抽取一小部分约13t/h进入中间冷却器3，用于冷却蒸汽压缩机1的中间级蒸汽，其余大部分进入一级热网加热器4，升温后温度达到75℃；从中间冷却器3 出来的热网循环水和一级热网加热器4的出口的热网循环水汇合后进入二级热网加热器5，升温至95℃后进入城市热力一级管网进行供热。
一级热网加热器4中的疏水温度约56℃，按照热力***能级匹配原则，经一级疏水泵7升压后打入主机热井，实现工质和热量的回收。二级热网加热器5中的疏水温度约81℃，经二级疏水泵8升压后打入主机热井，实现工质和热量的回收。
3.汽轮机乏汽的回收***的热力设计
图2示出实施例1的回收***中确定各装置的设计参数的过程的计算框图。以下，参照图2详细进行说明。
根据乏汽参数和目前压缩机领域设计、制造水平，初步选定压缩机等熵效率为84％；根据汽轮机驱动参数和目前汽轮机领域设计、制造水平，初步选定汽轮机等熵效率为82％。另外，在实际技术水平存在变化时，需要相应地调整压缩机等熵效率、汽轮机等熵效率的设定值。
按照热网供水温度≥95℃的要求，工业汽轮机背压按100kPa设计，对应饱和温度为100℃，考虑二级加热器一定的端差后，可满足供水温度大于95℃要求。
压缩机出口压力选取采用试算的方式，即先假定一个压缩机出口压力，再对整体***进行计算。
根据选取的压缩机出口压力，压缩机入口蒸汽参数压力和干度已知，计算得出入口蒸汽焓。选取压缩机等熵效率(压缩机设计参数)。由上述参数可计算得出压缩机出口蒸汽焓。压缩机出口至一级加热器入口为绝热过程，因此一级加热器入口蒸汽焓为压缩机出口蒸汽焓。
压缩机中间冷却器设计原则：冷却水来自热网循环水，本实施例1 中按50℃计算；中间冷却器出口蒸汽温度需根据入口蒸汽温度对压缩机性能的影响综合考虑确定，本实施例1中按80℃计算；中间冷却器出口水温按该热量回收方式考虑，本实施例1中按照70℃计算。
根据选取的压缩机出口压力，选取一级加热器端差(加热器设计参数)，计算一级加热器出口水温和出口水焓。
一级热网加热器疏水温度为加热器入口水温和一级加热器入口端差之和，给定加热器入口端差时，可计算疏水温度，由水蒸汽性质函数算出疏水焓。
根据计算出的一级加热器入口蒸汽焓、出口水焓和疏水焓，对一级加热器进行热平衡计算，得到入口蒸汽流量。
根据压缩机入口蒸汽焓、出口蒸汽焓和蒸汽流量，计算得到压缩机内功率。
根据压缩机内功率，考虑一定传动损失，可得到汽轮机内功率。
假定汽轮机排汽压力。根据汽轮机入口蒸汽参数压力和温度可根据水蒸汽性质函数计算得到出口蒸汽焓。选定汽轮机内效率即等熵效率(汽轮机设计参数)。由上述参数计算得到汽轮机排汽焓。
由汽轮机入口蒸汽焓、排汽焓和内功率计算汽轮机蒸汽量。
汽轮机排汽至二级加热器为绝热过程，二级加热器入口蒸汽焓为汽轮机排汽焓。二级加热器疏水温度为蒸汽压力对应的饱和温度，根据水蒸汽性质函数计算疏水焓。根据二级加热器入口蒸汽焓、疏水焓和蒸汽量进行热平衡计算，得到二级加热器出口水温。
根据二级加热器出口水温，选取二级加热器端差(加热器设计参数)，计算汽轮机排汽压力。
用计算得到的汽轮机排汽压力和假定的排汽压力对比，反复试算，逐步逼近。最终确定汽轮机排汽压力。采用计算机计算时，为迭代求解过程。
检查二级加热器出口水温是否满足＞95℃要求，满足则计算结束，输出结果。如果不满足，重新设定压缩机出口压力，重复上述步骤，直到满足要求，计算结束。
下面的表1的计算过程表示出了上面所述的计算过程中的某次计算结果，假定压缩机出口压力为39.77kPa，结果，满足了二级加热器出口水温＞95℃，同时，***COP为2.32。
表1-1
Figure RE-GDA0002554335630000101
表1-2
Figure RE-GDA0002554335630000111
表1-3
4.压缩机
4.1第-级
49. 入口蒸汽压力 kPa p<sub>C1in</sub> ＝p<sub>00</sub> 8.00
50. 入口蒸汽干度 *** x<sub>C1in</sub> 已知 0.99
51. 入口蒸汽焓 kJ/kg h<sub>C1in</sub> ＝swpxah(p<sub>C1in</sub>/1000，x<sub>C1in</sub>) 2553.08
52. 入口蒸汽熵 kJ/kg℃ s<sub>C1in</sub> ＝swpxas(p<sub>C1in</sub>/1000，x<sub>C1in</sub>) 8.15
53. 入口蒸汽流量 t/h G<sub>C1</sub> ＝G<sub>heater1</sub> 20.28
54. 压缩机效率 ％ η<sub>C1</sub> 已知 84.00
55. 压缩机出口压力 kPa p<sub>C1out</sub> ＝p<sub>C2in</sub> 11.95
56. 出口等熵焓 kJ/kg h′<sub>C1out</sub> ＝swpsah(p<sub>C1out</sub>/1000，s<sub>C1in</sub>) 2612.53
57. 出口焓 kJ/kg h<sub>C1out</sub> ＝(h′<sub>C1out</sub>-h<sub>C1in</sub>×(1-η<sub>C1</sub>/100))/η<sub>C1</sub>×100 2612.15
58. 出口温度 ℃ t<sub>C1out</sub> ＝swphat(p<sub>C1out</sub>/1000，h<sub>C1out</sub>) 66.41
59. 轴功率 kW P<sub>C1</sub> ＝G<sub>C</sub>/3.6×(h<sub>C1out</sub>-h<sub>C1in</sub>) 396.24
4.2第二级
60 入口蒸汽压力 kPa p<sub>C2in</sub> ＝p<sub>C2out</sub>/ε<sub>2</sub> 11.95
61. 入口蒸汽温度 ℃ t<sub>C2in</sub> ＝t<sub>C1out</sub> 66.41
62. 入口蒸汽焓 kJ/kg h<sub>C2in</sub> ＝h<sub>C1out</sub> 2623.4
63. 入口蒸汽熵 kJ/kg℃ s<sub>C2in</sub> ＝swptas(p<sub>C2in</sub>/1000，t<sub>C2in</sub>) 8.19
64. 入口蒸汽流量 t/h G<sub>C2</sub> ＝G<sub>heater1</sub> 20.28
65. 压缩机效率 ％ η<sub>C2</sub> 已知 84.00
66. 压缩机出口压力 kPa p<sub>C2out</sub> ＝p<sub>C3in</sub> 17.84
67. 出口等熵焓 kJ/kg h′<sub>C2out</sub> ＝swpsah(p<sub>C2out</sub>/1000，s<sub>C2in</sub>) 2689.24
68. 出口焓 kJ/kg h<sub>C2out</sub> ＝(h′<sub>C2out</sub>-h<sub>C2in</sub>×(1-η<sub>C2</sub>/100))/η<sub>C2</sub>×100 2701.78
69. 出口温度 ℃ t<sub>C2out</sub> ＝swphat(p<sub>C2out</sub>/1000，h<sub>C2out</sub>) 107.95
70. 轴功率 kW P<sub>C2</sub> ＝G<sub>C</sub>/3.6×(h<sub>C2out</sub>-h<sub>C2in</sub>) 441.61
表1-4
Figure RE-GDA0002554335630000131
表1-5
Figure RE-GDA0002554335630000141
4.汽轮机乏汽的回收***的设备设计选型
根据上述的热力计算的结果，对本发明的回收***中的各设备进行设计选型。
4.1.蒸汽压缩机
关于蒸汽压缩机，上述的计算过程表中的计算结果如下，
入口参数：流量20.28t/h、压力8kPa、干度99％；
出口参数：39.77kPa、170.7℃。
压缩机出力满足乏汽升压提质要求，总升压比约4.97，所需级数根据压缩机设计、制造水平优化确定，本实施例1中按照级数四级考虑。压缩机等熵效率和***COP的关系如图3所示，等熵效率和COP呈单调关系，等熵效率越高，***COP越高。因此压缩机结构设计、气动设计等应在满足强度要求的同时，最大限度提高等熵效率，本实施例1 按照84％考虑。
4.2.背压式工业汽轮机
关于背压式工业汽轮机，上述的计算过程表中的计算结果如下，
入口参数：压力0.8MPa、温度320℃、蒸汽流量17.08t/h。
排汽参数：87.69kPa。
汽轮机出力和压缩机出力匹配，并具有较宽的变工况运行特性。
汽轮机等熵效率和***COP的关系如图4所示，等熵效率和COP 呈单调关系，等熵效率越高，***COP越高。因此汽轮机结构设计、气动设计等应在满足强度要求的同时，最大限度提高等熵效率，本实施例1按照82％考虑。
4.3.一级热网加热器
采用管壳式加热器，因入口蒸汽为过热蒸汽，因此端差按照不大于 0℃选取，换热面积余量按照10％考虑；管材结合热网循环水水质要求选取，一般不低于TP316L。
4.4.二级热网加热器
采用管壳式加热器，端差按照不大于1.5℃选取，换热面积余量按照10％考虑；汽轮机在某些变工况过程中，可能出现工业汽轮机排汽过热情况，为充分降低换热不可逆损失，结构设计时考虑设计疏水冷却段；管材结合热网循环水水质要求选取，一般不低于TP316L。
4.5.乏汽***管道
为有效降低乏汽***压损，管径设计按照管道设计规程推荐流速的下限选取。
5.汽轮机乏汽的回收***的供热能力及热经济性
按照上述设计原则和方法，对***进行热力计算分析，主要热经济指标见表2。
表2***主要热经济指标
Figure RE-GDA0002554335630000151
Figure RE-GDA0002554335630000161
按照本***设计思路，对供热能力和供热经济性进行计算，该回收***在吸收乏汽20.28t/h时，仅需高品质中压缸排汽17.08t/h，即每吨高品质蒸汽可吸收乏汽1.19t/h，该回收***的COP可达到2.32。
实施例2
在上面的实施例1中说明了本发明的乏汽回收***应用于城市供暖***并具有第一升温单元和第二升温单元。但是，主汽轮机乏汽的回收利用并不限于同时使用实施例1中的第一升温单元和第二升温单元，其用途也不限于在城市供暖***中将热网回水加热到95℃以上。图5是示出实施例2的汽轮机乏汽的回收***的主要设备的示意图。如图5所示，在实施例2中，本发明的汽轮机乏汽的回收***不具备第二升温单元，仅具备第一升温单元。实施例2中的第一升温单元与实施例1中的第一升温单元相同，在此不再重复说明。此外，第一升温单元中的蒸汽压缩机1的驱动源可以采用拖动汽轮机2以外的任何驱动源，例如使用电动机2对蒸汽压缩机1提供驱动力。在此情况下，根据主汽轮机乏汽的参数、加热对象的加热温度需求，参照实施例1中的技术原理和热力设计，适当设计蒸汽压缩机1、中间冷却器3、一级热网加热器4的技术参数，能够有效地利用来自主汽轮机的乏汽。
实施例3
在上面的实施例1中说明了将来自主汽轮机的乏汽经增压后用于进行一次升温、并将来自主汽轮机中压缸的排气经降压后用于进行二次升温。在实施例3中，与实施例1相反，如图6所示，将来自主汽轮机中压缸的排气经降压后用于进行一次升温，并将来自主汽轮机的乏汽经增压后用于进行二次升温，利用来自主汽轮机的800kPa的中压缸排气驱动拖动汽轮机2，拖动汽轮机2排出45kPa的拖动汽轮机乏汽，拖动汽轮机乏汽被导入到二级热网加热器5中对50℃的热网回水进行一次升温，使其升温到75℃，来自主汽轮机的8kPa的乏汽经过汽水分离器6 之后被导入到蒸汽压缩机1中，在蒸汽压缩机1中经第1、2级压缩后由中间冷却器3冷却并进一步进行第3、4级压缩，增压至87kPa后，被导入至一级热网加热器4中对于一次升温后的热网回水进行二次升温，使其升温至95℃。另外，中间冷却器3使用一次升温后的热网回水的一部分作为冷却介质，该冷却介质在二级热网加热器5的下游与二次升温后的热网回水汇合，一起作为热网供水。在此情况下，参照实施例1中的技术原理和热力设计，适当设计蒸汽压缩机1、中间冷却器3、一级热网加热器4、拖动汽轮机2、二级热网加热器5等设备的技术参数，能够有效地利用来自主汽轮机的乏汽，同时，将来自主汽轮机的中压缸排气兼用作拖动汽轮机的动力源和二级热网加热器的热源，根据与实施例1同样的计算方法，实施例3的回收***的COP可达到2.03。
6.汽轮机乏汽的回收***的技术效果
实施例1的回收***在吸收乏汽20.28t/h时，仅需高品质中压缸排汽17.08t/h，即每吨高品质蒸汽可吸收乏汽1.19t/h，目前主流吸收式热泵每吨高品质蒸汽可吸收乏汽约0.6～0.7t/h，例如蒸汽驱动吸收式热泵，利用高品质蒸汽吸收低品质乏汽，额定工况0.7，实际能达到0.6，随着使用时间经过而效率会逐年降低到0.3甚至0.2，不再具有明显节能作用，用户只能拆除。因此本发明的回收***吸收乏汽能力比主流吸收式热泵至少高70％。
此外，该回收***的COP可达到2.32，目前主流吸收式热泵COP 一般为1.7左右，该回收***的COP比吸收式热泵高90％。即使考虑设备运行时实际参数可能与设计参数存在误差，或者因某些不可避免的因素而无法选择最优设计的装置，该回收***的COP也会高于现有技术，即，COP大于1.7，最高可达2.32，保守预计可达2.2。
按照一个供热季5个月计算，在相同供热量下33.92万GJ时，乏汽供热量比吸收式热泵多5.5万GJ，折合标煤1878吨，节能效果非常明显。
根据本发明的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，压缩机采用背压式汽轮机拖动，减少了主机低压缸排汽流量，降低了主机冷源损失，和电动驱动方式相比，减少了能量转换环节，使主机经济性得到提高。
此外，拖动压缩机的汽轮机采用背压式，排汽直接进入热网加热器用于加热热网循环水，无冷源损失，汽轮机循环效率为100％。
此外，压缩机为经过优化后的离心式压缩机，应用于蒸汽压缩领域技术成熟，效率高，和采用表面式换热回收乏汽方式(如吸收式热泵)相比，减少了换热次数，换热端差小，经济性好。
此外，按照热力***能级匹配的原则，热网循环水侧设计成梯级加热***：蒸汽压缩机是机械功向蒸汽内能转换的装置，主汽轮机乏汽能级最低，通过压缩机把主汽轮机乏汽压力压缩至35～45kPa左右，就具备把热网循环水从50℃加热至75℃左右的能力，因此压缩机出口排汽进入一级热网加热器；背压式工业汽轮机排汽是蒸汽内能向机械能转换的设备，汽轮机入口蒸汽能级较高，把做完功的排汽压力控制在80～90kPa，就具备把热网循环水从75℃加热至95℃左右的能力，因此背压式汽轮机出口排汽进入二级热网加热器。一、二级加热器汽源分别对应压缩机和汽轮机，这个顺序的确定是依据主汽轮机乏汽经压缩机提质后的品质以及工业汽轮机做功后蒸汽品质，实现了低品质乏汽提质和高品质蒸汽降级的最佳匹配，这样就形成了按照蒸汽能级分布的梯级加热***，***整体设计熵增最小，经济性最优。
此外，整个***不使用高品质蒸汽直接加热热网循环水的技术，采用高品质蒸汽先在汽轮机中做功后，再利用排汽加热热网循环水，避免了高品质蒸汽降级使用的情况，有效提高了***经济性。
7.汽轮机乏汽的回收***的用途
本发明的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***可广泛应用于火电厂等使用汽轮机的设施中，用于对汽轮机乏汽进行余热回收，经优化后***COP可达到2.32，保守预计也可达2.2以上，经济性优于目前主流吸收式热泵，运行灵活性优于高背压供热方式，设备寿命长，可作为火电厂余热回收或者其他使用汽轮机的设施中余热回收的重要技术加以推广，能够广泛应用于城市供暖、以及除此以外的加热用途。
此外，在上述的实施例1～3中描述了乏汽来源于火电厂中主汽轮机用于加热城市热网回水，但是，乏汽的来源不限于火电厂的锅炉，任何来源的乏汽都可以作为应用对象，加热对象不限于热网回水，而且，上述的实施例中描述的各种压力和温度的范围是为了说明该实施例中例举的用途而限定的范围，在乏汽来源或加热对象有所改变时，上述的各种压力和温度的范围以及蒸汽量的范围也应适应性地调整，而不仅限于在上述实施例中的范围内进行应用。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (4)

1.一种采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，其特征在于，
具备第一升温单元，
所述第一升温单元包括：
蒸汽压缩机(1)，其将来自主汽轮机的主汽轮机乏汽升压至第一压力，以及
第一加热器(4)，其利用由所述蒸汽压缩机升压后的乏汽对加热对象进行第一升温使其达到第一温度；
所述蒸汽压缩机(1)为离心式压缩机，具有多个压缩级；
所述第一升温单元还包括中间冷却器(3)，其与所述第一加热器(4)并行连接，将所述第一升温之前的所述加热对象分支出一部分，以在所述多个压缩级之中的预定的两个压缩级之间，对所述主汽轮机乏汽进行中间冷却，并且，所述一部分的加热对象在进行所述中间冷却之后与由所述第一加热器升温至第一温度的所述加热对象汇合，
还具备第二升温单元，
所述第二升温单元包括：
拖动汽轮机(2)，其由来自所述主汽轮机的中压缸排气驱动，拖动所述蒸汽压缩机，并排出降压至第二压力的拖动汽轮机乏汽，以及
第二加热器(5)，其利用所述拖动汽轮机乏汽对所述加热对象进行第二升温使其达到第二温度；
所述第一压力低于所述第二压力，所述第一温度低于所述第二温度；
所述第二升温单元设置在所述加热对象的输送方向上的所述第一升温单元的下游侧，对从第一升温单元输出的所述加热对象进行第二升温使其达到所述第二温度。
2.根据权利要求1所述的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，其特征在于，
所述拖动汽轮机(2)是背压式汽轮机。
3.根据权利要求1所述的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，其特征在于，
所述主汽轮机乏汽是火电厂汽轮机乏汽，所述加热对象是城市热网循环水的热网回水。
4.根据权利要求3所述的采用梯级利用和增压提质技术回收汽轮机乏汽的回收***，其特征在于，
所述主汽轮机乏汽的压力为8kPa～15kPa，所述热网回水的温度为45～55℃，所述第一压力为35～45kPa，所述第一温度为70～80℃，所述第二温度为95～100℃，所述中压缸排气的压力为790～810kPa，所述第二压力为80～90kPa，
所述回收***的COP为1.7～2.32。
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CN115200064B (zh) * 2020-09-10 2023-09-22 北京京能科技有限公司 一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热***的调节方法
CN112728619A (zh) * 2020-12-29 2021-04-30 吉林同鑫热力集团股份有限公司 一种提高供热回水利用率的节能供热***

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JP4473464B2 (ja) * 2001-04-10 2010-06-02 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電プラントの運転方法
CN102022144B (zh) * 2010-11-12 2013-10-16 华北电力大学（保定） 一种具有乏汽回收功能的火力发电***
CN105840251A (zh) * 2016-04-26 2016-08-10 哈尔滨工业大学 一种基于排汽分流的宽适应性空冷***
CN106642278A (zh) * 2016-10-18 2017-05-10 王清正 一种热泵结合高背压供热的***
CN106930792B (zh) * 2017-03-16 2017-12-08 晟源高科(北京)科技有限公司 蒸汽压缩机在火电机组汽轮机乏汽提质供热的应用***中的调节方法
CN107218091B (zh) * 2017-06-14 2018-08-07 联合瑞升（北京）科技有限公司 一种火电厂冷端节能热力***和运行方法
CN109798573A (zh) * 2018-12-13 2019-05-24 联合瑞升（北京）科技有限公司 一种基于增汽机的多机组梯级供热***

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