CN102878603A

CN102878603A - 燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置

Info

Publication number: CN102878603A
Application number: CN2012104245653A
Authority: CN
Inventors: 谭羽非; 赵麒
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102878603B

Abstract

燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，属于供暖设备技术领域。本发明既能为燃气-蒸汽循环提供低温冷却工质，回收利用水蒸气的冷凝热，又能梯级利用供热抽汽的能量并回收循环冷却水的热量。压气机与锅炉连通，锅炉与燃汽轮机连通，燃汽轮机通过给水加热器与锅炉连通，给水加热器与蒸发器连通；锅炉与发电汽轮机连通,发电汽轮机分别与小汽轮机及凝汽器连通，凝汽器与给水加热器连通，给水加热器与锅炉连通；凝汽器与蒸发器连通；发电汽轮机与小汽轮机连通，小汽轮机同轴驱动压缩机转动，小汽轮机与发生器连通，小汽轮机与蒸汽管路连通，冷凝器与吸收器连通，吸收器与冷凝器连通。本发明主要用于热泵供暖领域对燃气-蒸汽循环电厂的余热利用。

Description

燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置

技术领域

本发明涉及一种燃气-蒸汽循环联合热泵供暖装置，属于供暖设备技术领域。

背景技术

燃气-蒸汽循环具有供电效率高、投资少、建设周期短、用地用水少、运行自动化程度高、污染物排放少等优点。燃气轮机及其联合循环的发电机组已经成为世界电力工业中的重要组成部分，作用也在日益增升。

由于天然气、煤气等气体燃料或油等液体燃料在燃烧时，会产生大量的水，所以，燃气-蒸汽循环热电厂的烟气中含有大量的水蒸气。目前存在利用排出水蒸气的冷凝式锅炉，通过换热器由外部冷工质将烟气中的水蒸气冷凝。烟气中水蒸气的冷凝温度较低，而一般情况下采暖回水温度较高，无法使烟气达到冷凝温度。

此外，在电厂热电联产供热改造时，在汽轮机中低压缸采用连通管打孔抽汽的方式，将抽出的热蒸汽用于周边地区的采暖供热需求，其采暖期运行对机组经济性影响最大的因素是抽汽参数不经济。工业用汽的最低抽汽压力一般为(0.8-1.6)MPa，而供暖用汽的抽汽压力一般为(0.12-0.25)MPa。这就需要在外部进行减温减压，将抽出热蒸汽经过降温减压器后，才能进入热网交换器，这将造成很大能量损失。据初步计算，若450t/h抽汽流量能在汽轮机内部膨胀至0.245MPa左右，然后再从汽轮机抽出供热，则可多输出功率27MW左右，占目前机组所发功率的13%以上。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，该供暖装置既能为燃气-蒸汽循环提供低温冷却工质，回收利用水蒸气的冷凝热，又可以梯级利用供热抽汽的能量并回收循环冷却水的热量。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，所述热泵供暖装置包燃气-蒸汽循环发电系统、压缩式热泵系统和吸收式热泵系统，所述燃气-蒸汽循环发电系统包括压气机、燃气轮机、锅炉、给水加热器、发电汽轮机、发电机和凝汽器；所述压缩式热泵系统包括小汽轮机、压缩机、第一蒸发器、节流机构及第一冷凝器；所述吸收式热泵系统包括发生器、吸收器、第二蒸发器、第二冷凝器、热交换器、节流阀、溶液阀、工质泵、溶液泵、溶液阀、第一旁通阀及第二旁通阀；

压气机的压缩空气出口通过管路与锅炉的压缩空气入口相连通，锅炉的烟气出口通过管路与燃汽轮机的烟气入口相连通，燃汽轮机的烟气出口通过管路与给水加热器的烟气入口相连通，给水加热器的换热烟气出口通过管路与第二蒸发器的换热烟气入口相连通，第二凝汽器的冷却水出口通过管路与第二蒸发器的冷却水入口相连通，第二凝汽器与第二蒸发器之间的管路上设置有热交换器，给水加热器的加热水出口通过管路与锅炉的加热水入口相连通，锅炉的水蒸气出口通过管路与发电汽轮机的水蒸气入口相连通,发电汽轮机做功驱动发电机发电，发电汽轮机设有两个蒸汽出口，其中一个蒸汽出口通过管路与小汽轮机的蒸汽入口相连通，剩余一个蒸汽出口通过管路与凝汽器的蒸汽入口相连通，凝汽器的冷凝水出口通过管路与给水加热器的冷凝水入口相连通；第一凝汽器的冷却水入口通过管路与电厂冷却水管道的冷却水出口相连通，第一凝汽器的排气口通过管路与第一蒸发器的进气口相连通；发电汽轮机的中压抽汽口通过管路与小汽轮机的中压抽汽入口相连通，小汽轮机同轴驱动压缩机工作，小汽轮机的乏汽口通过管路与发生器的进汽口相连通，小汽轮机的乏汽口与发生器的进汽口之间相连通的管路上设置有溶液阀，发生器的冷凝水出口通过管路与设置在给水加热器和凝汽器之间的管路相连通；供热回水管路与冷凝器的进水口相连通，热网循环泵设置在供热回水管路上，小汽轮机的排气出口通过管路与凝汽器的蒸汽入口相连通，设置在小汽轮机的排气出口与凝汽器的蒸汽入口之间的管路上设置有第一旁通阀及第二旁通阀，第一旁通阀靠近凝汽器设置，第二旁通阀靠近小汽轮机设置，供热回水管路、第一冷凝器、吸收器及第二冷凝器依次相连通。

本发明的有益效果是：本发明将压缩式热泵和吸收式热泵与燃气-蒸汽循环的热电厂结合，充分利用烟气中的水蒸气潜热，解决了吸收式热泵运行的低温热源，供热抽汽驱动压缩式热泵工作，回收循环冷却水的低温能量，使得供热抽汽的能量得到合理利用，热电厂的循环效率在原来的基础上得到大幅提高，同时使得两种热泵工作效率也得到明显提高。

本发明将吸收式热泵和热电厂的锅炉结合，充分梯级利用电厂蒸汽的能量，以供热抽汽驱动风机和水泵工作，节省电能，提高能源利用效率；以循环冷却水作为吸收式热泵的低位热源，既解决了吸收式热泵运行所需的低位热源问题，又使热电厂的循环效率在原来的基础上得到大幅提高，热泵工作效率也得到明显提高。

具体特点是：

1、燃气-蒸汽发电循环与压缩式热泵、吸收式热泵联合工作；

2、供热循环水经由冷凝器、吸收器和冷凝器三级加热；

3、压缩式热泵不消耗电能，而是采用发电汽轮机中压抽汽带动小汽轮机同轴驱动压缩式热泵的压缩机；

4、蒸发器从凝汽器的冷却水取热（回收利用凝汽器中冷却水的热量），水量、热量充足；

5、蒸发器从给水加热器的排烟中取热（回收利用燃气-蒸汽发电循环的排烟热量），烟气温度高，换热效果好，且降低了排烟温度，提高热效率并有利环保；

6、小汽轮机与冷凝器7之间设立了旁通阀，可对运行调节。

7、小汽轮机代替电动机驱动压缩式热泵，燃气轮机排烟和凝汽器中循环冷却水分别作为吸收式热泵和压缩式热泵的低位热源，小汽轮机排汽加热发生器驱动吸收式热泵工作。本发明主要用于热泵供暖领域对燃气-蒸汽循环电厂的余热利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

压气机1、燃汽轮机2、锅炉3、给水加热器4、发电汽轮机5、发电机6、凝汽器7、小汽轮机8、压缩机9、第一蒸发器10、节流机构11、第一冷凝器12、热网循环泵13、发生器14、吸收器15、第二蒸发器16、第二冷凝器17、热交换器18、节流阀19、溶液阀20、工质泵21、溶液泵22、溶液阀23、第一旁通阀24、第二旁通阀25、电厂冷却水管道32、供热回水管路33。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，所述燃气-蒸汽循环发电系统包括压气机1、燃气轮机2、锅炉3、给水加热器4、发电汽轮机5、发电机6和凝汽器7；所述压缩式热泵系统包括小汽轮机8、压缩机9、第一蒸发器10、节流机构11及第一冷凝器12；所述吸收式热泵系统包括发生器14、吸收器15、第二蒸发器16、第二冷凝器17、热交换器18、节流阀19、溶液阀20、工质泵21、溶液泵22、溶液阀23、第一旁通阀24及第二旁通阀25；

压气机1的压缩空气出口通过管路与锅炉3的压缩空气入口相连通，锅炉3的烟气出口通过管路与燃汽轮机2的烟气入口相连通（锅炉3产生的烟气驱动燃气轮机2发电），燃汽轮机2的烟气出口通过管路与给水加热器4的烟气入口相连通，给水加热器4的换热烟气出口通过管路与第二蒸发器16的换热烟气入口相连通（燃气轮机2排烟经给水加热器4换热后进入第二蒸发器16作为吸收式热泵的低位热源），第二凝汽器17的冷却水出口通过管路与第二蒸发器16的冷却水入口相连通（即经第二凝汽器17换热后的冷却水进入第二蒸发器16作为压缩式热泵的低位热源），第二凝汽器17与第二蒸发器16之间的管路上设置有热交换器18，给水加热器4的加热水出口通过管路与锅炉3的加热水入口相连通，锅炉3的水蒸气出口通过管路与发电汽轮机5的水蒸气入口相连通,发电汽轮机5做功驱动发电机6发电，发电汽轮机5设有两个蒸汽出口，其中一个蒸汽出口通过管路与小汽轮机8的蒸汽入口相连通，剩余一个蒸汽出口通过管路与凝汽器7的蒸汽入口相连通（冷凝为水），凝汽器7的冷凝水出口通过管路与给水加热器4的冷凝水入口相连通；第一凝汽器7的冷却水入口通过管路与电厂冷却水管道32的冷却水出口相连通，第一凝汽器7的排气口通过管路与第一蒸发器10的进气口相连通；发电汽轮机5的中压抽汽口通过管路与小汽轮机8的中压抽汽入口相连通，小汽轮机8同轴驱动压缩机9工作，小汽轮机8的乏汽口通过管路与发生器14的进汽口相连通（驱动吸收式热泵），小汽轮机8的乏汽口与发生器14的进汽口之间相连通的管路上设置有溶液阀23、发生器14的冷凝水出口通过管路与设置在给水加热器4和凝汽器7之间的管路相连通；供热回水管路33与冷凝器12的进水口相连通，热网循环泵13设置在供热回水管路33上，小汽轮机8的排气出口通过管路与凝汽器7的蒸汽入口相连通，设置在小汽轮机8的排气出口与凝汽器7的蒸汽入口之间的管路上设置有第一旁通阀24及第二旁通阀25，第一旁通阀24靠近凝汽器7设置，第二旁通阀25靠近小汽轮机8设置，供热回水管路33、第一冷凝器12、吸收器15及第二冷凝器17依次相连通，第二冷凝器17的供热水出口经管路送至热用户。

本实施方式所述小汽轮机8为背压式汽轮机（小汽轮机8功率小，发电汽轮机5功率大）。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的吸收器15的出水口通过管路与节流阀19的两个入水口中的一个相连通，且吸收器15与节流阀19之间的管路上设置有溶液泵22，节流阀19的两个出水口中的一个通过管路与发生器14的入水口相连通，发生器14的出水口通过管路与节流阀19的另一个入水口相连通，节流阀19的另一个出水口通过管路与吸收器15的入水口相连通，节流阀19的另一个出水口与吸收器15的入水口之间的管路上设置有溶液阀20，第二蒸发器16的出水口通过管路与第二蒸发器16的入水口相连通，第二蒸发器16的出水口与第二蒸发器16的入水口之间的管路上设置有工质泵21。具有热能利用率高、对环境污染小、整个系统能量损耗小的优点。本实施方式中未公开的技术方案与具体实施方式一相同。

工作原理

一、燃气-蒸汽循环发电系统：锅炉3产生的烟气进入燃汽轮机2做功发电，从燃汽轮机2出来进入给水加热器4给锅炉3的给水加热，换热后进入蒸发器16，最后排放。

锅炉3产生的水蒸气进入发电汽轮机5做功驱动发电机6发电，发电汽轮机5中的水蒸气分为两部分，一部分蒸汽在中压阶段被抽出驱动小汽轮机8，另一部分发电后被排出进入凝汽器7冷凝为水，冷凝水（凝汽器7后的冷凝水）进入给水加热器4被烟气加热后进入锅炉3。电厂冷却水经凝汽器7冷却发电汽轮机5的排汽，升温后进入第一蒸发器10。

二、压缩式热泵系统：发电汽轮机5的中压抽汽进入小汽轮机8做功，小汽轮机8同轴驱动压缩式热泵的压缩机9，小汽轮机8的排汽进入发生器14，最后与凝汽器7流出的冷凝水汇合后进入给水加热器4.冷却水进入蒸发器10为其提供低温热量。

供热回水经热网循环泵13进入第一冷凝器12并被加热，后进入吸收式热泵系统。

小汽轮机8的出口与凝汽器7的入口之间设立了两个旁通阀，当热负荷偏低时可使小汽轮机8的排汽经由两个旁通阀回至凝汽器7。

三、吸收式热泵系统：小汽轮机8的排汽进入发生器14，驱动吸收式热泵工作，经给水加热器4换热后的烟气进入第二蒸发器16提供低温热量。

从第一冷凝器12出来的热网回水先进入吸收器15被加热，后进入第二冷凝器17再被加热升温，升温后的供热水送至热用户。

Claims

1.一种燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，所述热泵供暖装置包燃气-蒸汽循环发电系统、压缩式热泵系统和吸收式热泵系统，其特征在于：所述燃气-蒸汽循环发电系统包括压气机（1）、燃气轮机（2）、锅炉（3）、给水加热器（4）、发电汽轮机（5）、发电机（6）和凝汽器（7）；所述压缩式热泵系统包括小汽轮机（8）、压缩机（9）、第一蒸发器（10）、节流机构（11）及第一冷凝器（12）；所述吸收式热泵系统包括发生器（14）、吸收器（15）、第二蒸发器（16）、第二冷凝器（17）、热交换器（18）、节流阀（19）、溶液阀（20）、工质泵（21）、溶液泵（22）、溶液阀（23）、第一旁通阀（24）及第二旁通阀（25）；

压气机（1）的压缩空气出口通过管路与锅炉（3）的压缩空气入口相连通，锅炉（3）的烟气出口通过管路与燃汽轮机（2）的烟气入口相连通，燃汽轮机（2）的烟气出口通过管路与给水加热器（4）的烟气入口相连通，给水加热器（4）的换热烟气出口通过管路与第二蒸发器（16）的换热烟气入口相连通，第二凝汽器（17）的冷却水出口通过管路与第二蒸发器（16）的冷却水入口相连通，第二凝汽器（17）与第二蒸发器（16）之间的管路上设置有热交换器（18），给水加热器（4）的加热水出口通过管路与锅炉（3）的加热水入口相连通，锅炉（3）的水蒸气出口通过管路与发电汽轮机（5）的水蒸气入口相连通,发电汽轮机（5）做功驱动发电机（6）发电，发电汽轮机（5）设有两个蒸汽出口，其中一个蒸汽出口通过管路与小汽轮机（8）的蒸汽入口相连通，剩余一个蒸汽出口通过管路与凝汽器（7）的蒸汽入口相连通，凝汽器（7）的冷凝水出口通过管路与给水加热器（4）的冷凝水入口相连通；第一凝汽器（7）的冷却水入口通过管路与电厂冷却水管道（32）的冷却水出口相连通，第一凝汽器（7）的排气口通过管路与第一蒸发器（10）的进气口相连通；发电汽轮机（5）的中压抽汽口通过管路与小汽轮机（8）的中压抽汽入口相连通，小汽轮机（8）同轴驱动压缩机（9）工作，小汽轮机（8）的乏汽口通过管路与发生器（14）的进汽口相连通，小汽轮机（8）的乏汽口与发生器（14）的进汽口之间相连通的管路上设置有溶液阀（23），发生器（14）的冷凝水出口通过管路与设置在给水加热器（4）和凝汽器（7）之间的管路相连通；供热回水管路（33）与冷凝器（12）的进水口相连通，热网循环泵（13）设置在供热回水管路（33）上，小汽轮机（8）的排气出口通过管路与凝汽器（7）的蒸汽入口相连通，设置在小汽轮机（8）的排气出口与凝汽器（7）的蒸汽入口之间的管路上设置有第一旁通阀（24）及第二旁通阀（25），第一旁通阀（24）靠近凝汽器（7）设置，第二旁通阀（25）靠近小汽轮机（8）设置，供热回水管路（33）、第一冷凝器（12）、吸收器（15）及第二冷凝器（17）依次相连通。

2.根据权利要求1所述的燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，其特征在于：第二冷凝器（17）的供热水出口经管路送至热用户。

3.根据权利要求1或2所述的燃气-蒸汽循环联合双级耦合热泵供暖装置，其特征在于：吸收器（15）的出水口通过管路与节流阀（19）的两个入水口中的一个相连通，且吸收器（15）与节流阀（19）之间的管路上设置有溶液泵（22），节流阀（19）的两个出水口中的一个通过管路与发生器（14）的入水口相连通，发生器（14）的出水口通过管路与节流阀（19）的另一个入水口相连通，节流阀（19）的另一个出水口通过管路与吸收器（15）的入水口相连通，节流阀（19）的另一个出水口与吸收器（15）的入水口之间的管路上设置有溶液阀（20），第二蒸发器（16）的出水口通过管路与第二蒸发器（16）的入水口相连通，第二蒸发器（16）的出水口与第二蒸发器（16）的入水口之间的管路上设置有工质泵（21）。