CN205025515U - 一种基于热泵的凝汽式汽轮机*** - Google Patents

一种基于热泵的凝汽式汽轮机*** Download PDF

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李正茂
王红涛
时振堂
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Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
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Abstract

本实用新型提供了一种基于热泵的凝汽式汽轮机***，包括：凝结水装置、抽气设备、轴封加热器、低压加热器；凝结水装置通过管线依序与轴封加热装器、低压加热器连接，抽气设备通过管线与凝结水装置连接；还包括热泵***，热泵***包括依序循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器；抽气设备通过管线与蒸发器连接，冷凝器通过管线与轴封加热器并联；抽气装置中的水通过蒸发器后冷却并循环，凝结水装置中的水经过冷凝器加热后通入低压加热器。本实用新型降低了射水抽气器的工作温度，使射水抽气器处于较高效率区间，抽吸不凝气体的能力保持设计水平，从而提高机组的真空度，降低机组发电煤耗，提高机组的经济性。

Description

一种基于热泵的凝汽式汽轮机***
技术领域
本实用新型涉及一种基于热泵的凝汽式汽轮机***，属于热力发电技术领域。
背景技术
目前，大多数凝汽式发电机组都采用回热循环方式，减少冷源损失，提高发电机组经济性。即抽出部分已经做过一部分功的蒸汽通过加热器提高凝结水温度，这样可以减少锅炉的耗煤量，提高整个***的经济性。
采用回热循环凝汽式发电机组的工作原理如图1所示，主要包括锅炉1、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、轴封加热器81、低压加热器81、给水泵91、高压加热器9、抽气装置6和射水泵61等。给水在锅炉中1吸热产生高温高压蒸汽进汽轮机2中膨胀做功，冲动汽轮机2的转子旋转，转子带动发电机3的转子在磁场中切割磁力线发电。做完功的蒸汽(乏汽)由排汽缸进入凝汽器4，在凝汽器4中进行热交换，乏汽凝结成凝结水，热量由循环水通过冷却塔5释放到大气中，凝结水汇集到热井，通过凝结水泵41升压进入凝结水***，凝结水分别进入轴封加热器81、低压加热器82、除氧器7和高压加热器9，通过上述的换热设备利用机组抽汽逐步加热，除氧后进入锅炉加热后产生高温高压蒸汽，如此反复循环。将做过部分功的蒸汽由汽轮机2固定抽汽口采用抽气设备6抽出用于加热凝结水，实现回热循环。
当前凝汽式发电机组采用的抽气设备6主要由射水箱63、射水泵61和射水抽气器62构成。射水箱63中的水经射水泵61升压后供给射水抽气器62，抽出汽-气混合物后再排至射水箱63，如此循环使用。真空泵与射水抽气器原理基本相同，主要区别是用水封环代替抽气器。为了简单起见，下面以射水抽气器为例进行分析。
夏季，随着环境温度升高，循环水温进出水温度也相应提高，机组真空逐步降低，机组经济性快速下降，甚至出现达不到机组设计出力的情况。分析原因主要是由于循环水进水温度上升，机组排汽温度也随之提高，对应的饱和压力升高，机组可利用焓降减少，要达到额定发电量就需要更多蒸汽，当进汽量大于设计进汽量时就必须限制机组负荷量，导致达不到设计出力。
射水抽气器62所能产生的极限真空受进水温度制约，当腔室的真空达到水温的饱和温度时水会汽化，射水抽气器62将不能正常工作。射水抽气器62抽出汽-气混合物中的蒸汽具有汽化潜热，随着环境温度的提高，射水箱中循环水散热条件变差，循环水温逐步升高。射水抽气器62的抽气效率随循环水温度的升高呈快速下降的趋势。循环水温度的升高，抽气器效率下降，抽出的不凝气体量减少，导致积聚在凝汽器换热面上的不凝气体增加，增大凝汽器热阻，降低换热系数，也会引起排汽温度上升，真空下降，机组经济性变差。
在电厂，夏季当射水箱63水温升高导致机组真空偏低时，通常主要采取以下两种办法，一种是向射水箱63中溢流串水，即降低抽气设备6循环水工作温度。补入工业水，通过溢流方式，排出部分“热水”，补入部分“冷水”来降低射水抽气器中温度；另一种是开启两台射水泵的方式，通过增大循环水量，增加不凝性气体抽出量。但实际效果都不理想。采用第一种方法，向射水箱63串水，通过溢流的方式降低水温时，增加新鲜水(工业水)的消耗，同时溢流出的水基本是常压，通常是进入无压回水管线到污水处理厂，也增大了污水处理量，增加了生产运行费用。第二种方法，多开了一台射水泵，增加了厂用电量，抽气量增大后带来的汽-气混合物中汽量增加，导致射水箱中水温升高，抽气设备效率下降。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于如何降低将射水箱循环水温度。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述的技术方案：
本实用新型提供一种基于热泵的凝汽式汽轮机***，包括：
凝结水装置、抽气设备、轴封加热器、低压加热器；
凝结水装置通过管线依序与所述轴封加热装器、所述低压加热器连接，所述抽气设备通过管线与所述凝结水装置连接；
还包括热泵***，所述热泵***包括依序循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器；
所述抽气设备通过管线与所述蒸发器连接，所述冷凝器通过管线与所述轴封加热器并联；
所述抽气装置中的水通过所述蒸发器后冷却并循环，所述凝结水装置中的水经过所述冷凝器加热后通入所述低压加热器。
其中较优地，所述抽气设备包括射水抽气器、射水箱、射水泵；
所述射水箱的管线出口通过管线连接所述蒸发器的制冷入口，所述蒸发器的制冷出口通过管线连接所述射水泵的管线入口。
所述射水箱的水经过所述蒸发器冷却后进入所述射水泵循环。
其中较优地，所述节流装置是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的基于热泵的凝汽式汽轮机***，通过热泵蒸发器吸热，将射水箱循环水温度由较高温度降至设计温度附近后回到射水箱。由于降低了射水抽气器的工作温度，使射水抽气器处于较高效率区间，抽吸不凝气体的能力保持设计水平，从而提高机组的真空度，降低机组发电煤耗，提高机组的经济性。
附图说明
图1是现有技术中凝汽式汽轮机***示意图；
图2是现有技术中热泵***示意图；
图3是本实用新型基于热泵的凝汽式汽轮机***示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
热泵(HeatPump)是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。如图2所示，热泵***一般主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。
如图3所示，本实用新型提供一种基于热泵的凝汽式汽轮机***，其特征在于，包括：凝结水装置4、抽气设备6、轴封加热器81、低压加热器82；凝结水装置4通过管线依序与轴封加热装器81、低压加热器82连接，抽气设备6通过管线与凝结水装置4连接；还包括热泵***，热泵***包括依序循环连接的压缩机88、冷凝器85、节流装置86、蒸发器87；抽气设备6通过管线与蒸发器85连接，冷凝器87通过管线与轴封加热器81并联；抽气装置中6的水通过蒸发器85后冷却并循环，凝结水装置4中的水经过冷凝器87加热后通入低压加热器82。下面对本实用新型提供的基于热泵的凝汽式汽轮机***展开详细的说明。
如图3所示，抽气设备6包括射水抽气器62、射水箱63、射水泵61；射水箱的63管线出口通过管线连接蒸发器85的制冷入口，蒸发器85的制冷出口通过管线连接射水泵61的管线入口。射水箱63的水经过蒸发器85冷却后进入射水泵61循环。具体地，从射水箱63中循环水抽出，进入蒸发器85，在蒸发器85中换热，降低温度后(20-25℃)，再返回射水箱63底部射水泵61进水母管。通过射水泵61将循环水升压后进入射水抽气器62，在射水抽气器62的喷嘴中喷射射水抽气器62中不凝气体和部分蒸汽后通过扩压管排至射水箱63。从凝结水装置4出口母管引出一条凝结水管(42-48℃)，进入冷凝器87，在冷凝器87中换热，升高温度(57-70℃)后，并入合适温度的轴封加热器81或低压加热器82水侧。在本实用新型中。节流装置86是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种。
本实用新型可利用电厂蒸汽充足的有利条件，通过综合利用热泵技术，同时利用热泵循环中的加热和制冷部分，达到提高凝汽式汽轮机组经济性的效果。当冬季射水箱水温降低的情况，可以通过***切换回收凝汽器出口循环水热量加热凝结水。具体如下：
1、可以降低进入射水抽气器(真空泵)中循环水温度，达到抽气装置进水设计温度，减少循环水温度升高对抽气设备效率的影响，使抽气设备处于高效状态；2、可以提高机组的真空，降低发电煤耗，提高机组的经济性；3、回收热量用于提高凝结水温度，减少相应低压加热器所需的蒸汽量；4、减少低压加热器的进汽量，使更多蒸汽用于发电，增大机组发电量；5、由于冷却循环水和加热凝结水的温度都不高，温差也不大，便于选取高换热系数热泵；6、可利用电厂蒸汽充足的有利条件，采用蒸汽型吸收制冷热泵，提高整个能源利用率。
下面结合具体数据说明本实用新型的先进性：
以60MW凝汽式汽轮机为例，机组配置两台射水泵和射水抽气器。射水抽气器流量为384m3/h，抽干空气量为27.5kg/h。射水泵流量为384m3/h，功率为55kW。真空每升高1kPa,发电煤耗降低2.6g/kwh(影响火力发电厂煤耗因素)在25-32℃之间射水抽气***循环水温升高1℃，机组真空下降173Pa。按60MW的实测结果：射水抽气***循环水温设计为20℃，夏季最高水温达到40℃，按一年中最热四个月平均水温32℃进行计算。供电标煤为750元/吨。热泵系数为3。一年中最热四个月将射水抽气器***中水温由32℃降至25℃。射水抽气***小时换热量为540GJ，需要热泵为50kW。机组真空提高0.173×(32-25)＝1.211kPa,降低发电煤耗1.211×2.6＝3.15g/kw，四个月节标煤3.15×24×30×4×60×103/106＝544.32吨，节标煤费用544.32×750/104＝40.82万元，其中热泵耗电量为144000kW，增加电费5.76万元。减少低加进汽量增加机组发电量11kwh，四个月多发电31680kW。产生效益1.2672万元。合计降本36.33万元。相同情况下取一年中最热四个月为对比参考。原电厂采用的方法一串水溢流方式可提高机组真空约0.3kPa，但增加了新鲜水采供和水处理费用1万元。采用的方法二增开一台射水泵可提高机组真空约0.2kPa，增加电耗158400kW，增加电费6.3万元。
通过上述实施例可知，使用本实用新型所提供的故障测距装置具有以下有益效果：本实用新型提供的基于热泵的凝汽式汽轮机***，通过热泵蒸发器吸热，将射水箱循环水温度由较高温度降至设计温度附近后回到射水箱。由于降低了射水抽气器的工作温度，使射水抽气器处于较高效率区间，抽吸不凝气体的能力保持设计水平，从而提高机组的真空度，降低机组发电煤耗，提高机组的经济性。
以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的保护范畴。

Claims (3)

1.一种基于热泵的凝汽式汽轮机***，其特征在于，包括：
凝结水装置、抽气设备、轴封加热器、低压加热器；
凝结水装置通过管线依序与所述轴封加热装器、所述低压加热器连接，所述抽气设备通过管线与所述凝结水装置连接；
还包括热泵***，所述热泵***包括依序循环连接的压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器；
所述抽气设备通过管线与所述蒸发器连接，所述冷凝器通过管线与所述轴封加热器并联；
所述抽气装置中的水通过所述蒸发器后冷却并循环，所述凝结水装置中的水经过所述冷凝器加热后通入所述低压加热器。
2.如权利要求1所述的凝汽式汽轮机***，其特征在于，所述抽气设备包括射水抽气器、射水箱、射水泵；
所述射水箱的管线出口通过管线连接所述蒸发器的制冷入口，所述蒸发器的制冷出口通过管线连接所述射水泵的管线入口；
所述射水箱的水经过所述蒸发器冷却后进入所述射水泵循环。
3.如权利要求1所述的凝汽式汽轮机***，其特征在于，所述
节流装置是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种。
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