CN102410053A - 水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统，属于基于吸收式换热的乏汽余热回收热电联产领域，主要包括水冷式凝汽器、汽轮机、发电机、吸收式热泵、水冷式冷却塔和冷却水循环水泵；其特征在于，还包括在水冷式汽轮机排气口与水冷式凝汽器之间的泛气连接管的管壁上设置有多个异型乏汽引出口；由第一电动阀、第二电动阀和第三电动或手动阀组成流量分配阀组、第一疏水器、第二疏水器、凝结水箱、第三疏水器、凝结水泵；上述各设备分别组成冷却水循环回路、乏汽回收凝结回路和常规凝结回路上。本发明可实现比常规的从冷却水中提取余热的间接余热回收更高的运行效率，其乏汽余热利用量可提高1～2倍以上。

Description

水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统

技术领域

本发明属于基于吸收式换热的乏汽余热回收热电联产领域，特别涉及一种水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收方法与装置。

背景技术

目前我国北方地区供暖的主要系统形式是：热电联产、区域锅炉房和分散采暖各占约1/3，其中一次能源利用效率最高、减排效果最好、经济性最合理的热电联产的推广应用受到难以大规模扩展热网规模及其供热能力等因素的限制，亟需采取更好的技术路线与政策规划加以推广。由清华大学建筑节能研究中心创造性地开发的基于吸收式换热进行乏汽余热回收和大温差供热的相关专利技术，可实现在热电厂采用吸收式热泵回收汽轮机乏汽余热用于集中供热，将可使热电厂能源利用效率提高15～25％，并大幅扩大其供热能力。该技术已应用于工程实践并获得良好节能减排效果和经济效益。

采用吸收式热泵实现乏汽余热回收的方式包括乏汽直接回收和间接回收两种，图1为常规的乏汽余热间接回收方式的水冷式热电联产系统结构原理图，该系统主要由水冷式凝汽器1、原有的乏汽连接管2、汽轮机6、发电机7、吸收式热泵9、水冷式冷却塔10和冷却水循环水泵11组成；其中，发电机7与汽轮机6相连，汽轮机6通过乏汽连接管2与水冷式凝汽器1相连，通过管道与吸收式热泵9相连；吸收式热泵9与水冷式凝汽器1和冷却水循环水泵11构成循环回路，水冷式凝汽器1还与水冷式冷却塔10和冷却水循环水泵11构成回路。该余热间接回收方式为：被水冷式凝汽器1加热的冷却循环水被送入到吸收式热泵9的蒸发器进行放热，并由吸收式热泵9将其热量转移到一次网回水中加以利用，因此乏汽余热是通过冷却循环水间接地被回收利用的。

另一种是乏汽直接回收方式的水冷式热电联产系统方式，与图1所不同的是，在该余热直接回收方式中，汽轮机6乏汽通过乏汽连接管2直接送入吸收式热泵9的蒸发器进行放热，并由吸收式热泵9将其热量转移到一次网回水中加以利用。但这种汽轮机乏汽冷却系统的凝汽器是采用空冷岛方式，由于其通常具有较长的圆形引出管，便于设置电动蝶阀进行乏汽流量分配和控制，因此可实现采用该乏汽直接回收方式。但是对于常规的采用水冷式凝汽器的水冷式热电联产系统，则由于无此圆管引出结构，且通常现场空间较为紧凑，几乎不可能采用通常的方法直接引出乏汽。

两者比较而言，后者由于需首先将乏汽余热转移到冷却水中，再由冷却水送入吸收式热泵进行余热回收，其结果是损失了10～15℃的换热温差，这将带来如下不利影响：导致吸收式热泵的蒸发温度大幅下降，导致同一台的热泵主机的制热量下降，制热系数下降，被加热的一次网回水在热泵中的温升大幅降低，加热量中乏汽余热所占比例下降，乏汽总量中被回收利用的比例下降，吸收同样的乏汽量所需要的主机台数大为增加，初投资及占用空间大幅增加，节能效益和经济收益大幅下降，许多实际热电厂热电联产系统的改造方案设计实践证明，这两种方式的乏汽回收量及其节能效益可相差2倍以上。因此，在可能的情况下应优先选用乏汽直接进入吸收式热泵进行余热回收的方式而非通过冷却水回收预热的间接回收方式，特别是采用空冷岛进行乏汽冷凝的汽轮机循环系统只能选择乏汽直接回收的方式。

但是，大量已建和新建的采用水冷式乏汽冷却(包括直流冷却方式和湿冷方式)的热电联产系统，由于其汽轮机(低压缸)乏汽排出口与水冷式凝汽器之间往往连接较为紧凑，并且多有采用矩形管道或其它异型管道而非圆形管道进行连接，因此难以开设乏汽引出口。并且往往也难以设置或增设大型阀门用于切断或调节乏汽流量以满足吸收式热泵对乏汽余热回收的要求。由此，对于采用水冷式凝汽器的热电联产系统，特别是大型系统，几乎无法实现乏汽的直接引出，因而只得采用通过冷却水进行间接余热回收的方式。

因此，有必要探寻全新的乏汽引出方法以提高吸收式热泵的乏汽余热回收性能、提高节能减排效果及其经济性。

发明内容

本发明的目的是解决乏汽直接引入吸收式热泵的技术难题，提出一种水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统，采用控制水冷式凝汽器凝结能力的方法间接实现乏汽引入到吸收式热泵及其流量分配，实现更高效率和更大幅度的回收乏汽余热用于供热并降低热电厂热耗率。

本发明的具体描述是：

本发明的水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统，主要包括水冷式凝汽器、汽轮机、发电机、吸收式热泵、水冷式冷却塔和冷却水循环水泵；其特征在于，还包括在所述的水冷式汽轮机排气口与水冷式凝汽器之间的泛气连接管的管壁上设置有多个异型乏汽引出口；由第一电动阀、第二电动阀和第三电动或手动阀组成流量分配阀组、第一疏水器、第二疏水器、凝结水箱、第三疏水器、凝结水泵；其中，第一和第二电动阀、第一疏水器通过泛气连接管的侧面上设置的多个异型乏汽引出口连接在汽轮机、吸收式热泵组成的乏汽回收凝结回路上；第三电动阀、第二疏水器、凝结水箱连接在汽轮机与水冷式凝汽器组成的常规凝结回路上；乏汽回收凝结回路和常规凝结回路均通过第三疏水器、凝结水泵与锅炉给水管相连通；冷却水循环水泵、水冷式凝汽器、水冷式冷却塔组成冷却水循环回路。

所述异型乏汽引出口的结构可包括一个或多于一个圆形、方形、不规则型，当引出口多于一个时其引出管汇总到圆形乏汽引出总管后与吸收式热泵的蒸发器低温热源进口相连。

流量分配阀组中的第一电动阀门设置于吸收式热泵的蒸发器低温热源出口凝结水管的、第二电动阀门设置于水冷式凝汽器的凝结水箱的出口凝结水管处，第三电动(或手动)阀门设置于吸收式热泵的蒸发器低温热源进口前的乏汽引出总管上。第四电动调节阀设置地水冷式凝汽器1的冷却水进水管上。

凝结回水总管上的凝结水泵采用变频水泵，所述的水冷式凝汽器的冷却水循环水泵采用变频水泵。

水冷式凝汽器的冷却水进水管可设置或不设置第四电动调节阀。

水冷式凝汽器的冷却水环路上可设置流量计和温度传感器。

上述水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接引入方法可通过编程实现，同时结合由天气状况及用户供热需求引起的对于逐时空调负荷的变化而实时进行调节的气候补偿技术，形成相应的热电联产系统全年运行调节曲线及其对吸收式热泵蒸发器的乏汽直接引入管路的流量分配阀组等运行控制执行器的全年运行调节曲线，将本发明装置及其运行调节模式与存储有该运行调节程序的计算机、温度压力及流量传感器等和各动力设备及阀件执行器相连即可实现本发明系统的全年运行调节。

本发明的技术特点及有益效果：

本发明旨在为解决采用水冷式凝汽器的热电联产系统的乏汽如何引出到吸收式热泵的难题，提出了完整的技术方案及工程实施装置，避免了通常采用的回收能量水平较低的冷却水余热的吸收式余热回收方案及其过差的节能减排效果与经济效益，可实现比更高的余热回收运行效率，其乏汽利用量及经济效益可提高1～2倍以上，由此最大程度地提高热电厂的热耗率和整个热电联产集中供热系统的能源综合利用效益，具有工程实用价值。

附图说明

图1是采用常规的乏汽间接回收方式的水冷式热电联产系统原理图，

图2是本发明的水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统结构示意图。

图1、2中各部件编号与名称如下。

水冷式凝汽器1、原有的乏汽连接管2、异型乏汽引出口3、汽轮机4、发电机5、吸收式热泵6、水冷式冷却塔7、冷却水循环水泵8、温度传感器9、流量分配阀组10、第一疏水器11、第四电动阀12、第二疏水器13、凝结水箱14、第三疏水器15、凝结水泵16。

具体实施方式

本发明的水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的具体实施例结构，如图2所示，该系统主要包括与常规的采用水冷式汽轮机循环系统的热电联产系统相同的设备：水冷式凝汽器1、汽轮机4、发电机5、吸收式热泵6、水冷式冷却塔7和冷却水循环水泵8；其特征在于，还包括在所述的水冷式汽轮机6排气口与水冷式凝汽器1之间的泛气连接管2的管壁上设置有多个异型乏汽引出口3；以及流量计17、温度传感器9(也可不设置)、由第一电动阀101、第二电动阀102和第三电动或手动阀103组成流量分配阀组10、第一疏水器11、第四电动阀12(也可不设置)、第二疏水器13、凝结水箱14、第三疏水器15、凝结水泵16；其中，冷却水循环水泵8、流量计17、温度传感器9、第四电动阀12连接在水冷式凝汽器1、水冷式冷却塔7组成冷却水循环回路上；第一和第二电动阀101、102、第一疏水器11通过泛气连接管2的侧面上设置的多个异型乏汽引出口3连接在汽轮机4、吸收式热泵6组成的乏汽回收凝结回路上；第三电动阀103、第二疏水器13、凝结水箱14连接在汽轮机4、水冷式凝汽器1组成常规凝结回路上；乏汽回收凝结回路和常规凝结回路均通过第三疏水器15、凝结水泵16与锅炉给水管相连通。

水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统的回收方法为：水冷式热电厂的汽轮机乏汽采用吸收式热泵进行余热回收时，通过在汽轮机排气口与水冷式凝汽器之间的原有的连接管的侧面设置异型乏汽引出口，并与吸收式热泵的蒸发器相连，乏汽冷凝放热后经凝结水管与原有水冷式凝汽器的凝结水管相连，再由凝结水泵送往锅炉，形成并联设置关系的吸收式热泵与水冷式凝汽器的连接管路上设置由3个电动阀组成的流量分配阀组和疏水器，根据吸收式热泵的热负荷需求及其变化可调节冷却水的进水温度、流量，从而调节凝汽器的换热能力及乏汽凝结量，未被冷凝的乏汽则由异型乏汽引出口流入吸收式热泵的蒸发器并进行冷凝放热，流量分配阀组和疏水器的联合作用可阻止气体进入吸收式热泵蒸发器与水冷式凝汽器的凝结水汇合的凝结回水总管。

本系统的具体实施方式及功能说明如下：

上述泛气连接管的异型乏汽引出口3的结构可包括多于一个圆形、方形、不规则型，其引出管汇总到圆形乏汽引出总管后与吸收式热泵6的蒸发器低温热源进口相连。

流量分配阀组10中的第一电动阀门101设置于吸收式热泵6的蒸发器低温热源出口凝结水管的、第二电动阀门102设置于水冷式凝汽器1的凝结水箱14的出口凝结水管处，第三电动(或手动)阀门设置于吸收式热泵6的蒸发器低温热源进口前的乏汽引出总管上。第四电动调节阀12设置地水冷式凝汽器1的冷却水进水管上。上述电动(或手动)阀门均采用常规产品。

凝结回水总管上的凝结水泵16采用变频水泵，所述的水冷式凝汽器1的冷却水循环水泵8采用变频水泵。

水冷式凝汽器1的冷却水循环回路上设置的流量计17和温度传感器9采用常规产品。

本系统中的第二疏水器13、凝结水箱14、第三疏水器15、凝结水泵16等设备的均是传统的冷却方式中的设备，各设备属常规产品。

上述水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接引入方法可通过编程实现，同时结合由天气状况及用户供热需求引起的对于逐时空调负荷的变化而实时进行调节的气候补偿技术，形成相应的热电联产系统全年运行调节曲线及其对吸收式热泵蒸发器的乏汽直接引入管路的流量分配阀组等运行控制执行器的全年运行调节曲线，将本发明装置及其运行调节模式与存储有该运行调节程序的计算机、温度压力及流量传感器等和各动力设备及阀件执行器相连即可实现本发明系统的全年运行调节(此部分属于本领域的常规技术，在此不予累述)。

需要说明的是，本发明提出了如何解决水冷式热电联产系统进行乏汽余热回收时的乏汽直接引入到吸收式热泵的问题的方法，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的一种而已，其它类似的实施方式包括采用冷却水混水控制进水温度而非通过水泵或阀门调节水量以调节水冷式凝汽器换热能力、控制水冷式凝汽器有效冷凝换热面积以调节水冷式凝汽器换热能力、异型乏汽引出口采用不同的结构形式及其后管路的不同连接方式、将吸收式热泵与水冷式凝汽器的并联设置关系改为串联关系等，均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种水冷式热电厂吸收式余热回收的乏汽直接回收系统，主要包括水冷式凝汽器、汽轮机、发电机、吸收式热泵、水冷式冷却塔和冷却水循环水泵；其特征在于，还包括在所述的水冷式汽轮机排气口与水冷式凝汽器之间的泛气连接管的管壁上设置有多个异型乏汽引出口；由第一电动阀、第二电动阀和第三电动或手动阀组成流量分配阀组、第一疏水器、第二疏水器、凝结水箱、第三疏水器、凝结水泵；其中，第一和第二电动阀、第一疏水器通过泛气连接管的侧面上设置的多个异型乏汽引出口连接在汽轮机、吸收式热泵组成的乏汽回收凝结回路上；第三电动阀、第二疏水器、凝结水箱连接在汽轮机与水冷式凝汽器组成的常规凝结回路上；乏汽回收凝结回路和常规凝结回路均通过第三疏水器、凝结水泵与锅炉给水管相连通；冷却水循环水泵、水冷式凝汽器、水冷式冷却塔组成冷却水循环回路。

2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述异型乏汽引出口的结构包括一个或多于一个圆形、方形或不规则型的开孔，当引出口多于一个时其引出管汇总到圆形乏汽引出总管后与吸收式热泵的蒸发器低温热源进口相连。

3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述流量分配阀组中的第一电动阀设置于吸收式热泵的蒸发器低温热源出口凝结水管的、第二电动阀设置于水冷式凝汽器的凝结水箱的出口凝结水管处，第三电动或手动阀设置于吸收式热泵的蒸发器低温热源进口前的乏汽引出总管上。

4.如权利要求1所述系统，其特征在于，还包括设置在水冷式凝汽器1的冷却水进水管上的第四电动调节阀。

5.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述凝结水泵采用变频水泵，所述的水冷式凝汽器的冷却水循环水泵采用变频水泵。

6.如权利要求1所述系统，其特征在于，水冷式凝汽器的冷却水环路上还设置有流量计和温度传感器。

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