CN101270676A - 多功能亚临界压力蒸气缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能亚临界压力蒸气缸，其特征在于：它分别与多功能高压蒸气仓、多功能高压蒸气储存仓和锅炉再热器相连接。本发明可将一间火力发电厂的燃料发出二间火力发电厂发电量的火力发电水汽全循环热系统工艺流程的主要设备之一，因此，极具推广价值。

Description

多功能亚临界压力蒸气缸

技术领域：

本发明涉及环境保护、节能降耗、减排、设备保护、安全生产等技术领域，更具体地说是涉及水及蒸气排放、回收、发电设备技术领域。

背景技术

目前利用水蒸气进行推动汽轮发电机发电的方法技术是世界上最主要的发电技术，占全世界总发电量的一半以上，就算是目前的美国，它90％的电力也是由热电生产的，火力发电和核能发电都是采用水蒸气来推动汽轮发电机进行发电的。

火力发电是世界上最大的污染源和工业的第一耗水大户；如美国目前热力发电耗水量每年高达2725亿立方米，相当于5条中国黄河年水量。(中国黄河每年的水流量只有550亿立方米)火力发电温室气体的排放量更是居世界首位。有充分的证据证明：地球变暖、酸雨增加、灾害性天气增加和加强、大量的物种灭绝、大量的污染物污染空气、陆地和水源等危害到人类生存环境等极其严重的问题都与火力发电有直接的关系。

目前火力发电工艺流程已经有近百年的历史，热效率低、浪费和污染严重，就算是当今世界上最高水平的燃煤发电厂的热效率也达不到送到锅炉的煤完全燃烧所能发出的热量的1/3。

现举哈尔滨汽轮机厂600MW火力发电机组的热系统为例子：

该机组的锅炉为亚临界一次再热筒锅炉，最大连续出力1803.6t/h，给水温度273.4℃，主蒸气压力16.67MPa，温度为538℃，再热蒸气压力为3.323MPa，温度538℃，汽轮机排气温度36.2℃，压力0.006MPa；热耗率7829.8KJ/(KW.H)，汽耗率3.005Kg/(KW.h)。

由于该机组将其热焓高达2330.9KJ/Kg作功后的低温、低压水蒸气排到凝汽器变成36.2℃，其热焓只有151.5KJ/Kg的冷凝水，这不但需要重量达到其50～80倍的冷凝水，通过凝汽器进行冷凝，做成巨大的热量损失和浪费了大量的水；还有可能由于凝汽器在运行中产生的铜离子对锅炉水做成污染和凝汽器出现故障时可会引发严重事故。

现计算该机组从汽轮机作功后蒸气排放到凝汽器凝结成水所带来的热量损失。

一，锅炉在1小时中产生蒸气的总热量。

1803.06×1000×(3397.3-1198.8)+1516.84×1000×(3538-3027.3)

＝4738676398KJ

二，作功后的低温低压水蒸气在凝汽器中变成水所失去的热量。

1037.54×1000×(2330.9-151.5)+85.88×1000×(2448.8-151.5)

＝2526965200KJ

三，上述失去的热量与锅炉1小时产生的总热量的百分比。

2526965200÷4738676398×100％＞53％

从600MW火电机组的热系统图中可以看出：锅炉每小时产出1803.6吨，压力为16.76MPa，温度538℃的水蒸气，但作功后到达凝汽器的水蒸气只有1159.42吨(1073.54+85.88＝1159.42)，中途有644.6吨的高温、高压水蒸气变成了凝结水和废蒸气排走。原因是：一，高温高压水蒸气在汽轮机通流部分流动过程中由于摩擦力等种种原因，产生凝结水。二，每小时数量达到1803.6吨，温度只有36℃左右的水，被这些蒸气加热到273.4℃的高温水进入锅炉，是产生大量凝结水的主要原因。三，利用蒸气除氧和其他环节也使用了大量的水蒸气。

我国核电机组作功后排放的低温低压水蒸气在凝汽器冷却成水所失去的热量更是惊人。现计算其热损失：

一，核反应堆在1小时中加热水所产生水蒸气的总热焓。

5808.2×1000×(2773-972.6)＝10457083280KJ

二，作功后的水蒸气在凝汽器变成水所失去的热量。

2975.1×1000×(2350.5-168.8)＝6490775770KJ

三，在凝汽器中变成水所失去的热量与从核反应堆中获得的总热量的百分比。

6490775770÷10457083280×100％＞62％

从以上两间厂的数字可以看出：当前发电工艺流程浪费极其严重，单是作功后在凝汽器中凝结成水所失去的热量就大大超出推动汽轮发电机发电所耗用的热量；而且作功后排出1Kg的水蒸气，需要50～80Kg的冷却水量。不但如此，该工艺流程还有高达1/3以上在锅炉中产生的高温高压水蒸气，在汽轮机的通流部分流通和加热锅炉进水及其他环节中，在没有到达凝汽器前，就变成了凝结水和废蒸气的形式中途排走。做成巨大的热量损失和大量高纯度水的流失。为此，需要大量高纯度的水进行不断补充。在补充水的过程中，大量非凝结性气体混进来；并由于运行加热过程中的不断浓缩作用，做成热系统内的水质不断恶化，而引起设备内部的腐蚀。

为了解决这个问题，旧工艺流程不但需要大量蒸气对补充水加热至沸腾，以清除水中的非凝结性气体；还需要大量的化学药剂进行水处理；而且锅炉在运行过程中还要进行排污。即使这样做，还不能从根本上解决设备内部的腐蚀问题。锅炉在运行中排污，不但做成大量高温高压的水和水蒸气流失做成巨大的浪费，还产生出巨大的燥音，而且大量的污水排放严重污染了周围的环境。

为此，如何实现水蒸气和水的全循环利用以大幅度降低成本，减排降耗、保护人类的生存环境，已经成为世界各国公认急需解决的世界难题。但这个世界难题已经被我发明的火力发电水气全循环热系统的技术完满解决了。

发明内容：

多功能亚临界蒸气缸

本发明是我经过几十年来研究而设计成的发电成本低于火力发电的大型太阳能发电厂中的水汽全循环热发电技术，结合火力发电厂的特点而设计发明的火力发电水气全循环热系统的主要设备之一。该系统的发电热效率是当今世界上最高的。发明的主要理论依据是卡诺定理(所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，以可逆机效率为最高)。

本发明的热系统将原发电工艺中的主要设备之一的凝汽器及其附属系统全部废弃；将原本排放到凝汽器的作功后的低温低压水蒸气和其他部位产生的废蒸气，通过热泵设备全部回收用来发电。(热泵设备是以消耗一定量的机械功为代价，可以把热能由较低温度，提高到能够被利用的较高温度。热泵的经济性一般用供热系数ε₁来衡量。ε₁＝Q₁/W因Q₁＝Q₀+W，故ε₁永远大于1。若ε₁＝5，表示消耗1J的功，可以获得了5J的热量，显然这比直接燃烧燃料来获取热量更为有利)。

我初步计算一下，采用我发明的火力发电水气全循环热系统技术，可以将600MW火力发电厂，变成1200MW的火力发电厂，而耗煤量不变；不但做到污水对周围环境0排放，而且每度电的发电成本降低一半以上，而本次公开的多功能亚临界蒸气缸，是这个系统的主要设备之一。

具体实施方式

多功能亚临界蒸气缸的特征在于：它包括分别与多功能高压蒸气仑和多功能高压蒸气储存仓、锅炉再热器相连接。汽轮机作功后的低温低压水蒸气被抽气器排放到多功能真空循环水仑后，没有变成水的水蒸气，和其他部分送到多功能真空循环水仑的蒸气，加上多功能真空循环水仑本身产生的蒸气，都被抽气能力大于汽轮机抽气器五倍的抽气器强行送去多功能蒸气回收仑；蒸气压力比蒸气回收仑内高一点的废蒸气也送到蒸气回收仑。这些水蒸气经层层压缩后送到多功能低压蒸气仓、多功能中压蒸气仓、多功能高压蒸气仓后到达本缸。再由本缸送到锅炉再热器再热后，送到汽轮发电机发电以开始进行新一轮的循环。

本缸产生的凝结水用来加热向锅炉输送的循环水后，逆流流向循环水仑。

当甩电荷和处于用电量低谷等有蒸气多余时，大量的蒸气由本缸向高压蒸气仓排放，用以储存起来，供用电量处于高峰时使用。

现介绍一下多功能亚临界蒸气缸各部分的功能，附多功能亚临界蒸气缸的三视示意图。附图标记说明

A，仓体

B，仓体保温层

C，向锅炉再热器输送亚临界压力蒸气的管道保温层

D，向锅炉再热器输送亚临界压力蒸气的管道

E，进锅炉水管的保温层

F，进锅炉水管

G，电极式水位计，主要功能是控制水位，当水位到低水位线时，通过电脑发出指令，关闭本仓通向多功能中压蒸气仓的凝结水开关。

H，低水位线

I，电极式水位计，主要功能是控制高水位，当水位到高水位线时，通过电脑发出指令，打开通向多功能中压蒸气仓的凝结水开关。

J，高水位线

K，通向多功能高压蒸气储存仓的水蒸气管道保温层

L，通向多功能高压蒸气储存仓的水蒸气管道口内装有电脑控制的高压开关

M，通向多功能高压蒸气储存仓的水蒸气管道

N，和多功能高压蒸气仓连接的管道保温层

O，内装有压缩机的和多功能高压蒸气仓连接的管道口。

P，内装有压缩机的和多功能高压蒸气仓连接的管道

Q，由电脑控制的通向多功能庙蒸气仓的凝结水管道开关。

Claims (6)

1，多功能亚临界压力蒸气缸的特征在于：它分别与多功能高压蒸气仑、多功能高压蒸气储存仓和锅炉再热器相连接。作功之后的低温、低压水蒸气，经多功能真空循环水仓上部，再经层层压缩后送到多功能蒸气回收仑、多功能低压蒸气仑、多功能中压蒸气仓、多功能高压蒸气仓后到达本缸；由本缸送到锅炉再热器再热后送到汽轮发电机发电以开始进行新一轮的循环。

2，当甩负荷和用电量处于低谷等有大量多余的蒸气时，本缸向高压蒸气储存仓排放大量的高温高压水蒸气储存起来，留在用电量处于高峰蒸气不足时使用。

3，本缸内产生的凝结水用来加热通过本缸底部向锅炉输送的循环水后，逆流流向多功能真空循环水仓。

4，本缸设有电极式水位计，通过电脑发出指令，控制通向多功能高压蒸气仓的凝结水管道开关，来控制本缸凝结水位的高度。

5，外层是保温层，通过切断热传播的三个途径并按经济性评估后进行设计。

6，本缸是和锅炉再热器连接的压力最高的一级，具体压力按每间发电厂的实际情况而定。如该发电厂是超临界压力发电厂，则该压力缸是超临界压力的。如该发电厂只是一般高压锅炉的发电厂，那么，该压力缸，只能是高压压力缸。因此，不管压力如何，和本发明雷同的压力缸，都属于本专利所保护的范围。

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