CN101975486B - 一种乏汽直凝式吸收式热泵装置 - Google Patents
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Abstract
一种乏汽直凝式吸收式热泵装置，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器和溶液换热器；蒸发器内设有蒸发冷凝换热器，换热管呈正三角状布置，三角的两侧均设有上联箱和下联箱，每个下联箱设有凝结水出口和乏汽连接口，两个下联箱的乏汽连接口相互连通，凝结水出口相连；汽轮机排出的乏汽进入一侧换热管束的上联箱，该上联箱将乏汽分配到该侧的换热管束，该侧换热管内凝结水的流向与乏汽流向相同，该侧乏汽通过下联箱连通流到另一侧的下联箱，并分配到另一侧的换热管束，另一侧换热管内的乏汽流向与凝结水流向相反，不凝结气体流到另一侧换热管束的上联箱，凝结水从下联箱底部流出。该装置直接利用乏汽余热，并将乏汽冷凝，具有凝汽器的功能。
Description
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及一种吸收式热泵装置。
背景技术
能源问题是当代世界各国面临的重大社会问题之一，人口和经济的迅速增长，加剧了矿物能源的消耗和枯竭，导致环境受到了严重的污染和破坏。因此，人们在开发新能源的同时，需要节约能源消耗。
工业用能主要依赖化石燃料，大量的中低温废热常常得不到有效的回收和利用而排入环境。如果能对这部分能量进行回收，显然可以降低能源的消耗，取得较好的经济效益和环保效益。吸收式热泵以一定的高位热能作为驱动能源，实现从低温向高温输送热量，可以达到余热利用的目的，在节能方面有很好的应用前景。
热电联产是将煤炭燃烧产生的较高品位热能转化为高品位电能，同时对于发电后剩余的低品位热能加以利用的过程。在这个过程中，热电厂供热效率远高于采用其他方式的集中供热。热电联产能将不同品位的热能分级利用，即高品位的热能用于发电，低品位的热能用于集中供热，是解决城市集中供热和提高电厂能源综合利用率的有效途径。热电联产尽管热循环效率较纯凝式汽轮发电机组高出许多，但仍有一部分蒸汽(俗称乏汽)虽然有较大热量，但品位太低无法再加以利用，特别是运行于缺水地区的空冷机组，向环境排放的热量更大。乏汽在凝汽器中凝结为水，放出的汽化潜热，通过换热管传给冷却水或直接传给空气带走，最终排放到环境中。
如何根据供热(特别是城市热网)需要利用乏汽余热达到节能之功效是本发明的目的。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种乏汽直凝式吸收式热泵装置，该装置直接利用乏汽余热，并将乏汽冷凝，具有凝汽器的功能。
本发明的技术解决方案是：
本发明提供的一种乏汽直凝式吸收式热泵装置，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器和溶液换热器；所述蒸发器内设有蒸发冷凝换热器，所述蒸发冷凝换热器的换热管束连接着汽轮机排出的乏汽，换热管束内乏汽冷却成为凝结水，换热管束外溶剂吸收管内乏汽蒸发的热量，产生蒸汽；所述吸收器的进水端通过管路与热水管网的回水端连接，所述吸收器中的浓溶液吸收来自所述蒸发器产生的蒸汽，变为稀溶液，同时放出热量，对进水进行一次加热；所述发生器的驱动热源端与内含高温介质的管路连接，所述发生器中的稀溶液在高温介质的加热下变为浓溶液，同时产生压力较高的蒸汽；来自发生器的浓溶液通过溶液换热器与来自吸收器的稀溶液进行热交换；来自吸收器的一次加热水在冷凝器中吸收所述发生器产生的压力较高的蒸汽中的汽化潜热，进行二次加热，二次加热水通过管路送到热水管网的进水端，同时所述冷凝器将所述发生器产生的压力较高的蒸汽冷却成饱和液态溶剂，所述液态溶剂再通过节流装置流回蒸发器。
进一步地，所述蒸发冷凝换热器的管束结构呈正三角状布置，正三角状换热管束的两侧均设有上联箱和下联箱，每个下联箱设有凝结水出口和乏汽连接口，两个下联箱的乏汽连接口相互连通，凝结水出口相互连通；汽轮机排出的乏汽进入一侧换热管束的上联箱，该上联箱将乏汽分配到该侧的换热管束，该侧换热管内凝结水的流动方向与乏汽流动方向相同，该侧乏汽通过下联箱连通流到另一侧的下联箱，并分配到另一侧的换热管束，另一侧换热管内的乏汽流向与凝结水流向相反，不凝结气体流到另一侧换热管束的上联箱，所述凝结水从所述蒸发冷凝换热器的下联箱底部流出。
再进一步地，通过泵将所述蒸发器内温度较低的溶剂喷淋在所述蒸发冷凝换热器的两侧换热管束外部。通过泵将所述吸收器内的浓溶液喷淋在所述吸收器内的换热管上，浓溶液吸收溶剂蒸汽变为稀溶液，换热管内热水获得热量升温。
又进一步地，所述冷凝器与抽真空装置连接。所述另一侧上联箱与抽真空装置连接。
上述技术方案中的溶液为氨水溶液、溴化锂溶液或氯化钙溶液。所述高温介质为蒸汽、燃气或烟气等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明通过改变现有技术中蒸发器的内部结构：蒸发器内设有蒸发冷凝换热器，蒸发冷凝换热器的管束结构呈正三角状布置，正三角状换热管束的两侧均设有上联箱和下联箱，每个下联箱设有凝结水出口和乏汽连接口，两个下联箱的乏汽连接口相互连通，凝结水出口相互连通；汽轮机排出的乏汽进入一侧换热管束的上联箱，该上联箱将乏汽分配到该侧的换热管束，该侧换热管内凝结水的流动方向与乏汽流动方向相同，该侧乏汽通过下联箱连通流到另一侧的下联箱，并分配到另一侧的换热管束，另一侧换热管内的乏汽流向与凝结水流向相反，不凝结气体流到另一侧换热管束的上联箱，所述凝结水从所述蒸发冷凝换热器的下联箱底部流出。从而有效利用了“被一直废弃的而可以利用的低位乏汽热能”，乏汽进入蒸发器，在外部蒸发内部冷凝式换热器中放出热量，凝结为水，因此本发明还具有凝汽器的作用。
(2)将本发明用于热电联产，可有效利用汽轮机排出的乏汽中的余热，减小从汽轮机抽取的蒸汽，使得继续在汽轮机内做功的蒸汽量增加，进而增加发电量，提高机组效率。
(3)本发明增加了温度控制器、真空压力控制器和流量控制器，若热水(即二次加热水)出口的温度小于设定温度，则增加发生器的驱动热源进口流量和蒸发器的乏汽进口流量；若热水(即二次加热水)出口的温度大于设定温度，则减少发生器的驱动热源进口流量和蒸发器的乏汽进口流量。若冷凝器真空或蒸发器外部蒸发内部冷凝换热管内真空大于设定值，则启动相应的抽真空装置；若冷凝器真空或蒸发器外部蒸发内部冷凝换热管内真空小于设定值，则停止相应的抽真空装置。自动化水平高。
(4)本发明通过监控器，能够显示温度值、压力值和流量值，使得装置操作更加方便。
附图说明
图1是现有技术的吸收式热泵示意图。
图2是根据本发明的乏汽直凝式吸收式热泵装置示意图。
图中，1-蒸发器，2-吸收器，3-发生器，4-冷凝器，5-溶液换热器，6-节流装置，7-泵，8-抽真空装置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，现有技术中，热水管网分别通过管道与吸收器和冷凝器连接，发生器由高温蒸汽驱动，典型特点是蒸发器只能通入余热水，吸收余热水中的热量，而不能直接利用汽轮机排出的乏汽。
如图2所示，根据本发明的乏汽直凝式吸收式热泵装置，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器和溶液换热器；所述蒸发器内设有蒸发冷凝换热器，换热器管束外部蒸发内部冷凝；所述蒸发冷凝换热器的换热管束连接着汽轮机排出的乏汽，换热管束内乏汽冷却成为凝结水，换热管束外溶剂吸收管内乏汽冷凝的热量，产生蒸汽；所述吸收器的进水端通过管路与热水管网的回水端连接，所述吸收器中的浓溶液吸收来自所述蒸发器产生的蒸汽，变为稀溶液，同时放出热量，对进水进行一次加热；所述发生器的驱动热源端与内含高温介质(高温介质如蒸汽或燃气、烟气等)的管路连接，所述发生器中的稀溶液在高温介质的加热下变为浓溶液，同时产生压力较高的蒸汽；来自发生器的浓溶液通过溶液换热器与来自吸收器的稀溶液进行热交换；来自吸收器的一次加热水在冷凝器中吸收所述发生器产生的压力较高的蒸汽中的汽化潜热，进行二次加热，二次加热水通过管路送到热水管网的进水端，同时所述冷凝器将所述发生器产生的压力较高的蒸汽冷却成饱和液态溶剂，所述液态溶剂再通过节流装置流回蒸发器，减压闪蒸降温(也就是说，液体饱和压力降低后，部分液体蒸发放出热量，液体冷却到对应的饱和温度)。
所述蒸发冷凝换热器的管束结构呈正三角状布置，正三角状换热管束的两侧均设有上联箱和下联箱，每个下联箱设有凝结水出口和乏汽连接口，两个下联箱的乏汽连接口相互连通，凝结水出口相互连通；汽轮机排出的乏汽进入一侧换热管束的上联箱，该上联箱将乏汽分配到该侧的换热管束，该侧换热管内凝结水的流动方向与乏汽流动方向相同，该侧乏汽通过下联箱连通流到另一侧的下联箱，并分配到另一侧的换热管束，另一侧换热管内的乏汽流向与凝结水流向相反，不凝结气体流到另一侧换热管束的上联箱，所述凝结水从所述蒸发冷凝换热器的下联箱底部流出。
为了增强换热效果，通过泵将所述蒸发器内温度较低的溶剂(可以是水)喷淋在所述蒸发冷凝换热器的两侧换热管束外部。
为了增强吸收效果，通过泵将所述吸收器内的浓溶液喷淋在所述吸收器内的换热管上，浓溶液吸收溶剂蒸汽变为稀溶液，换热管内热水获得热量升温。
上述溶液为氨水溶液、溴化锂溶液或氯化钙溶液。
所述冷凝器与抽真空装置连接，保证整个热泵装置的真空度。
所述蒸发器的上联箱与抽真空装置连接，抽真空装置及时抽取管内的不凝性气体，保证所述蒸发冷凝换热器换热管束内部的真空度。
所述蒸发器的乏汽连接管路上设有乏汽调节阀，所述发生器的高温介质进口连接管路上设有流量调节阀。管路上(对应进水口、出水口、进汽口)都设有阀门控制，本发明采用自动调节阀门(也可以采用手动阀门)。
该装置中的自动装置包括：
温度控制器，安装在所述冷凝器的热水(即二次加热水)出口管路上；
第一真空压力控制器，安装在所述冷凝器与抽真空装置的连接处；
第二真空压力控制器，安装在所述蒸发器的上联箱与抽真空装置连接处；
第一流量控制器，安装在所述发生器的高温介质进口连接管路上；
第二流量控制器，安装在所述蒸发器的乏汽连接管路上。
监控器，所述监控器与所述温度控制器、所述第一真空压力控制器、所述第二真空压力控制器、所述第一流量控制器及所述第二流量控制器连接，用于显示温度值、压力值和流量值。
本装置中进水(即进入吸收器的热水管网回水)吸收的热量相当于驱动热源放热与乏汽放热的总和。
由于有效利用了乏汽中的热量加热进水，所以减小了蒸汽或其它高温介质(如燃气、烟气等)的消耗。
工作过程中，
(1)若热水(即二次加热水)出口温度小于设定值，如70-90℃内的某一数值(随气候温度自动优化设定)，则有两种情况，可能是发生器的进口蒸汽或其它高温介质(如燃气、烟气等)量少了，也可能是蒸发器的进口乏汽少了；这时可以增加发生器进口的蒸汽或其它高温介质(如燃气、烟气等)量和蒸发器的乏汽进口流量；
(2)若热水(即二次加热水)出口温度大于设定值，如70-90℃内的某一数值(随气候温度自动优化设定)，则有两种情况，可能是发生器的进口蒸汽或其它高温介质(如燃气、烟气等)量多了，也可能是蒸发器的进口乏汽多了；这时可以减少发生器进口的蒸汽或其它高温介质(如燃气、烟气等)量和蒸发器的乏汽进口流量；
(3)若冷凝器真空或蒸发器外部蒸发内部冷凝换热管内真空大于设定值，则启动相应的抽真空装置；
(4)若冷凝器真空或蒸发器外部蒸发内部冷凝换热管内真空不大于设定值，则停止相应的抽真空装置。
本发明主要针对热电联产生产，采用汽轮机抽汽驱动吸收式热泵回收汽轮机乏汽中余热，加热热网回水，改变一直沿用的以汽轮机抽汽作为单一热源的换热模式，降低了机组热耗，减少了凝汽器散热负荷，减少厂用电。在同等汽机入口蒸汽量时增加发电量或在汽轮发电机额定功率下，减少锅炉供汽量节约烧煤量，提高全厂综合热效率，降低机组供电煤耗，达到节能减排和提高经济效益的目的。
以一台300MW设计供热550t/h的亚临界汽轮发电机组为例，年供热季节按照利用小时按2880-4320小时计算。
(1)本发明年节约标煤约6000-20000吨，减少二氧化碳排放15000-40000多吨，减少二氧化硫排放50-200吨，减少氮氧化物排放50-200吨。
(2)本发明利用余热供热，降低了机组的发电煤耗，增加了机组的发电能力，一个供热季节可多发电3000-8000万KWh。
(3)本发明空冷凝汽器的冷却负荷将降低8-40％，由于散热负荷下将，实际运行的风机电耗将降低8-40％。按风机群功率3MW计算，每个供暖季节将减少风机耗电100-500万kWh。
(4)本发明在设计工况下余热供热后将降低机组发电煤耗5-20g/kWh。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
本发明不局限于权利要求和上述实施例所述及的内容，只要是根据本发明的构思所创作出来的任何发明，都应归属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，包括蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器和溶液换热器；所述蒸发器内设有蒸发冷凝换热器，所述蒸发冷凝换热器的换热管束连接着汽轮机排出的乏汽，换热管束内乏汽冷却成为凝结水，换热管束外溶剂吸收管内乏汽蒸发的热量，产生蒸汽；所述吸收器的进水端通过管路与热水管网的回水端连接，所述吸收器中的浓溶液吸收来自所述蒸发器产生的蒸汽，变为稀溶液，同时放出热量，对进水进行一次加热；所述发生器的驱动热源端与内含高温介质的管路连接，所述发生器中的稀溶液在高温介质的加热下变为浓溶液，同时产生压力较高的蒸汽；来自发生器的浓溶液通过溶液换热器与来自吸收器的稀溶液进行热交换；来自吸收器的一次加热水在冷凝器中吸收所述发生器产生的压力较高的蒸汽中的汽化潜热，进行二次加热，二次加热水通过管路送到热水管网的进水端，同时所述冷凝器将所述发生器产生的压力较高的蒸汽冷却成饱和液态溶剂，所述液态溶剂再通过节流装置流回蒸发器。
2.根据权利要求1所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，所述蒸发冷凝换热器的管束结构呈正三角状布置，正三角状换热管束的两侧均设有上联箱和下联箱，每个下联箱设有凝结水出口和乏汽连接口，两个下联箱的乏汽连接口相互连通，凝结水出口相互连通；汽轮机排出的乏汽进入一侧换热管束的上联箱，该上联箱将乏汽分配到该侧的换热管束，该侧换热管内凝结水的流动方向与乏汽流动方向相同，该侧乏汽通过下联箱连通流到另一侧的下联箱，并分配到另一侧的换热管束，另一侧换热管内的乏汽流向与凝结水流向相反，不凝结气体流到另一侧换热管束的上联箱，所述凝结水从所述蒸发冷凝换热器的下联箱底部流出。
3.根据权利要求2所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，通过泵将所述蒸发器内温度较低的溶剂喷淋在所述蒸发冷凝换热器的两侧换热管束外部。
4.根据权利要求2所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，通过泵将所述吸收器内的浓溶液喷淋在所述吸收器内的换热管上，浓溶液吸收溶剂蒸汽变为稀溶液，换热管内热水获得热量升温。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，所述冷凝器与抽真空装置连接。
6.根据权利要求5所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，所述另一侧上联箱与抽真空装置连接。
7.根据权利要求6所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，所述蒸发器的乏汽连接管路上设有乏汽调节阀，所述发生器的高温介质进口连接管路上设有流量调节阀。
8.根据权利要求7所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，该装置还包括
温度控制器，安装在所述冷凝器的热水出口管路上，所述冷凝器的热水即二次加热水；
第一真空压力控制器，安装在所述冷凝器与抽真空装置的连接处；
第二真空压力控制器，安装在所述蒸发器的上联箱与抽真空装置连接处；
第一流量控制器，安装在所述发生器的高温介质进口连接管路上；
第二流量控制器，安装在所述蒸发器的乏汽连接管路上。
9.根据权利要求8所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，该装置还包括用于显示温度值、压力值和流量值的监控器，所述监控器与所述温度控制器、所述第一真空压力控制器、所述第二真空压力控制器、所述第一流量控制器及所述第二流量控制器连接。
10.根据权利要求1所述的乏汽直凝式吸收式热泵装置，其特征在于，所述浓溶液和/或稀溶液为氨水溶液、溴化锂溶液或氯化钙溶液。
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