CN103353185B - 一种用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，它主要包括抽凝式汽轮机、凝汽器、水环式真空泵组、水水换热器、溴化锂热泵冷凝器、溴化锂热泵发生器、溴化锂热泵蒸发器、溴化锂热泵吸收器、一组阀门、溶液换热器、溶液泵、一号低温加热器、二号低温加热器；本发明利用溴化锂热泵冷却真空泵冷却水，同时利用吸收的热量加热低温加热器中的凝结水；在仅利用低压抽汽且无需额外耗水的情况下，就可以大幅降低真空泵工作水温度，提高系统的热经济性；并充分利用冷源热量加热凝结水，最大限度的利用能源。

Description

一种用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统

技术领域

本发明涉及的是一种用于电厂水环式真空泵冷却的新型溴化锂热泵系统，属于能源利用技术领域。

背景技术

凝汽器在汽轮发电机组中起到冷源的作用。改善凝汽器的真空状况是提高机组发电效率的重要手段。在机组正常运行的背压范围内，凝汽器压力降低1KPa，汽轮机功率可提高1%--2%，凝汽器中的真空主要是靠蒸汽的凝结产生的，真空抽除设备负责抽除凝汽器中的不凝性气体，维持真空。水环式真空泵具有抽除单位干空气能耗低，结构简单、紧凑，操作简便，工作平稳等优点，是目前大型电厂普遍采用的凝汽器抽真空设备。

目前水环式真空泵的设计工况是被抽气体为20℃的饱和空气，工作液温度为15℃。但是实际运行的水环式真空泵的工作液温度都在15℃以上。尤其在夏季，水环式真空泵系统的循环冷却水温度可达30多℃，加上传热温差，水环式真空泵工作液的温度可达40℃以上，大幅偏离15℃的标准工况。使得真空泵工作液汽化增加，挤占抽吸能力，导致真空泵的出力下降。导致凝汽器内部不凝性气体分压增加；同时不凝性气体会在管束换热面附近形成一层附加气体层，使得换热系数急剧降低，凝汽器压力增加。机组的排气温度升高，发电效率下降，热经济性下降。

真空泵泵体由于叶轮的转动会发生高频振动，叶轮和内表面还会产生许多微小变形。当真空泵工作液的过冷度低于设计工况时，局部真空泵工作液将会蒸发产生气泡。在低压区形成的气泡在高压区受到挤压爆裂，产生高压冲击波。这种频繁而强大的冲击波使得叶轮和泵体内表面的金属发生疲劳破坏和塑性变形。严重的会引起应力释放，产生裂纹，影响真空泵安全运行。

目前，针对水环式真空泵夏季出力降低的情况，主要采用的措施有增加真空泵数量，以及使用温度更低的开式循环水。增加真空泵的数量短期内能有一定的效果，但随着真空泵冷却水系统的恶化，效果会明显下降，气蚀也会加剧，影响安全。采用开式冷却水成本较大，在缺水地区无法采用，效果也受制与水温。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能耗低，能大幅降低真空泵工作水温度，并能适用于缺水地区使用的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，它主要包括抽凝式汽轮机、凝汽器、水环式真空泵组、水水换热器、溴化锂热泵冷凝器、溴化锂热泵发生器、溴化锂热泵蒸发器、溴化锂热泵吸收器、一组阀门、溶液换热器、溶液泵、一号低温加热器、二号低温加热器；

从凝汽器接出的不凝性气体抽除管路通过连接所述水环式真空泵组的进气口、并从水环式真空泵组的出气口引出连通外界环境；

所述水水换热器热介质侧出口管路连通水环式真空泵组的工作水进口、并从工作水出口引出连接于水水换热器热介质进口管路，形成一个热介质循环；

所述水水换热器冷介质出口管路连接于溴化锂热泵蒸发器的热介质进口管路，溴化锂热泵蒸发器热介质出口管路又连接于水水换热器冷介质进口管路，也形成一个冷介质循环；

所述一号低温加热器水侧出口管路与溴化锂热泵吸收器冷介质进口相连，该溴化锂热泵吸收器冷介质出口管路与溴化锂热泵冷凝器热介质进口相连，所述溴化锂热泵冷凝器热介质出口管路连接二号低温加热器进口管路，而溴化锂热泵冷凝器冷介质出口管路连接溴化锂热泵蒸发器冷介质入口；

所述溴化锂热泵吸收器稀溶液出口管路连接溶液泵的一端，该溶液泵的另一端与溶液换热器的冷介质入口相连，溶液换热器的冷介质出口管路连接溴化锂热泵发生器的稀溶液进口，溴化锂热泵发生器的稀溶液出口管路连接溶液换热器的热介质进口，溶液换热器的热介质出口与溴化锂热泵吸收器的浓溶液入口相连；

所述溴化锂热泵发生器的驱动热源入口与抽凝式汽轮机低压抽气管路相连，溴化锂热泵发生器的驱动热源出口与二号低温加热器的水侧出口管路连接；

所述抽凝式汽轮机低压抽气作为溴化锂热泵发生器的驱动热源，溴化锂热泵发生器末级排气进入凝汽器。

本发明所述的水环式真空泵组由第一水环式真空泵、第二水环式真空泵、第三水环式真空泵并联构成，从凝汽器接出的不凝性气体抽除管路分为三路，第一路通过第七阀门与第一水环式真空泵进气口相连；第二路通过第九阀门与第二水环式真空泵进气口相连；第三路通过第十一阀门与第三水环式真空泵进气口相连；第一水环式真空泵的出气口管路通过第八阀门的与第十三阀门的一端相连；第二水环式真空泵的出气口管路通过第十阀门与第十三阀门的一端相连；第三水环式真空泵的出气口管路通过第十二阀门与第十三阀门的一端相连，由所述第十三阀门的另一端管路连通外界环境。

所述的水水换热器热介质侧出口管路通过一总的第十四阀门分别与第一阀门、第二阀门和第三阀门的一端相连，第一阀门的另一端连接第一水环式真空泵工作水进口管路；第二阀门的另一端连接第二水环式真空泵工作水进口管路；第三阀门的另一端连接第三水环式真空泵工作水进口管路；第一水环式真空泵出口管路通过第四阀门、第二水环式真空泵出口管路通过第五阀门、第三环式真空泵出口管路通过第六阀门分别与第十五阀门的同一端相连，而第十五阀门的另一端连接水水换热器热介质进口管路；

水水换热器冷介质出口管路通过第十六阀门连接溴化锂热泵蒸发器的热介质进口管路；溴化锂热泵蒸发器的热介质出口管路通过第十七阀门连接水水换热器冷介质进口管路；一号低温加热器水侧出口管路通过第二十阀门与溴化锂热泵吸收器冷介质进口相连；溴化锂热泵吸收器冷介质出口管路通过第十九阀门与溴化锂热泵冷凝器热介质进口相连；溴化锂热泵冷凝器热介质出口管路通过第十八阀门连接二号低温加热器进口管路。

所述溴化锂发生器的驱动热源入口通过第二十一阀门连接抽凝式汽轮机低压抽汽管路；溴化锂发生器的驱动热源出口通过第二十二阀门连接二号低温加热器的水侧出口管路。

通过溴化锂热泵蒸发器冷却真空泵冷却水，使得经过第十七阀门进入水水换热器冷介质侧的冷却水温度不高于20℃；经过第十六阀门进入溴化锂热泵蒸发器热介质侧的冷却水温度在25℃~30℃之间；经过第十五阀门进入水水换热器热介质侧的水环式真空泵工作水温度不高于28℃，从水水换热器热介质出口处出来的水环式真空泵工作水温度在不高于21℃。

从一号低温加热器水侧出口引出部分凝结水进入溴化锂热泵吸收器的温度为50~55℃的热水，利用溴化锂热泵把真空泵冷却时处获得的热量加热后，再流至溴化锂热泵冷凝器进一步加热至70~75℃，然后汇入二号低温加热器水侧出口；由抽凝式汽轮机经过第二十一阀门进入溴化锂热泵发生器的低压驱动蒸汽的压力为0.2MPa，放热后成为温度为70~75℃的热水，由溴化锂热泵发生器经过第二十二阀门进入二号低温加热器。

本发明的有益效果是，溴化锂热泵的制冷效果好，能够有效降低真空泵冷却水的温度（大约降低到20℃）；机组不用耗电，能够利用汽轮机的低压抽汽驱动溴化锂热泵制冷，同时利用热泵制取热量加热低温加热器的水，综合利用能源。

附图说明

图1是本发明的结构流程示意图。

图中的标号有：抽凝式汽轮机1、凝汽器2、第一水环式真空泵3-1、第二热水环式真空泵3-2、第三热水环式真空泵3-3、水水换热器4、溴化锂热泵冷凝器5、溴化锂热泵发生器6、溴化锂热泵蒸发器7、溴化锂热泵吸收器8、第一阀门9-1~第二十二阀门9-22、溶液换热器10、溶液泵11、一号低温加热器12-1、和二号低温加热器12-2。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明所述的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，它主要包括抽凝式汽轮机1、凝汽器2、第一水环式真空泵3-1、第二水环式真空泵3-2、第三水环式真空泵3-3、水水换热器4、溴化锂热泵冷凝器5、溴化锂热泵发生器6、溴化锂热泵蒸发器7、溴化锂热泵吸收器8、第一阀门9-1~第二十二阀门9-22、溶液换热器10、溶液泵11、一号低温加热器12-1、和二号低温加热器12-2。

从凝汽器2来的不凝性气体抽除管路分为三路，第一路连接第七阀门9-7的一端，第七阀门9-7的另一端与第一水环式真空泵3-1进气口相连；第二路连接第九阀门9-9的一端，第九阀门9-9的另一端与第二水环式真空泵3-2进气口相连；第三路连接第十一阀门9-11的一端，第十一阀门9-11的另一端与第三水环式真空泵3-3进气口相连；第一水环式真空泵3-1的出气口管路连接第八阀门9-8的一端，第八阀门9-8的另一端与第十三阀门9-13的一端相连；第二水环式真空泵3-2的出气口管路连接第十阀门9-10的一端，第十阀门9-10的另一端与第十三阀门9-13的一端相连；第三水环式真空泵3-3的出气口管路连接第十二阀门9-12的一端，第十二阀门9-12的另一端与第十三阀门9-13的一端相连；第十三阀门9-13的另一端管路连通外界环境。

水水换热器4热介质侧出口管路连接第十四阀门9-14的一端，第十四阀门9-14的另一端分别与第一阀门9-1的一端，第二阀门9-2的一端和第三阀门9-3的一端相连；第一阀门9-1的另一端连接第一水环式真空泵3-1工作水进口管路；第二阀门9-2的另一端连接第二水环式真空泵3-2工作水进口管路；第三阀门9-3的另一端连接第三水环式真空泵3-3工作水进口管路；第一水环式真空泵3-1出口管路连接第四阀门9-4的一端；第二水环式真空泵3-2出口管路连接第五阀门9-5的一端；第三环式真空泵3-3出口管路连接第六阀门9-6的一端；第四阀门9-4、第五阀门9-5和第六阀门9-6的另一端都与第十五阀门9-15的一端相连；第十五阀门9-15的另一端连接水水换热器4热介质进口管路；水水换热器4冷介质出口管路连接第十六阀门9-16的一端，第十六阀门9-16的另一端连接溴化锂热泵蒸发器7的热介质进口管路；溴化锂热泵蒸发器7的热介质出口管路连接第十七阀门9-17的一端，第十七阀门9-17的另一端连接水水换热器4冷介质进口管路。

一号低温加热器12-1水侧出口管路连接第二十阀门9-20的一端，第二十阀门9-20的另一端与溴化锂热泵吸收器8冷介质进口相连；溴化锂热泵吸收器8热介质出口管路连接第十九阀门9-19的一端，第十九阀门9-19的另一端与溴化锂热泵冷凝器5冷介质进口相连；溴化锂热泵冷凝器5热介质出口管路连接第十八阀门9-18的一端，第十八阀门9-18的另一端连接二号低温加热器12-2的水侧出口管路；溴化锂冷凝器5的热介质出口管路连接溴化锂热泵蒸发器7冷介质入口；溴化锂热泵吸收器8稀溶液出口管路连接溶液泵11的一端，溶液泵11的另一端与溶液换热器10的冷介质侧入口相连；溶液换热器10的冷介质侧出口管路连接溴化锂热泵发生器6的的稀溶液进口；溴化锂热泵发生器6的浓溶液出口管路连接溶液换热器10的热介质进口，溶液换热器10的热介质出口与溴化锂吸收器8的浓溶液入口相连；溴化锂发生器6的驱动热源入口与第二十一阀门9-21的一端相连，第二十一阀门9-21的另一端连接抽凝式汽轮机1低压抽汽管路；溴化锂发生器6的驱动热源出口与第二十二阀门9-22相连，第二十二阀门9-22的另一端连接二号低温加热器12-2的水侧出口管路；抽凝式汽轮机1低压抽汽作为溴化锂热泵发生器6的驱动热源，抽凝式汽轮机6末级排汽进入凝汽器2。

本发明的工作过程如下：

本发明的工作过程主要分为以下两个部分。第一部分，真空泵工作水的冷却过程。经过真空泵系统循环的高温工作水在经过阀门调节后，进入真空泵冷却系统进行冷却；在真空泵冷却系统的水水换热器中与真空泵冷却水系统的低温冷却水换热，冷却后的低温工作水经过阀门调节后进入真空泵系统循环工作；在水水换热器冷介质侧的冷却水入口温度在25℃~30℃之间，出口温度不高于20℃；水水换热器热介质侧的工作水入口温度不高于28℃，出口温度不高于21℃。

第二部分，溴化锂热泵的工作过程。制冷剂液体从蒸发器的喷淋装置喷淋到传热管上，吸收传热管内真空泵冷却系统冷却水的热量，而蒸发成低温冷剂蒸汽进入吸收器；低温冷剂蒸汽在吸收器内被溴化锂浓溶液喷淋吸收，成为稀溶液，在吸收过程中放出热量加热来自一号低温加热器水侧出口温度为50~55℃的部分凝结水，该热水加热后进入冷凝器；溴化锂稀溶液由泵输送到发生器内，受到驱动热源约0.2MPa的低压蒸汽的加热，产生高压制冷剂蒸汽；同时溴化锂溶液浓度提高，成为浓溶液；高压制冷剂蒸汽进入冷凝器凝结放热成冷剂水，进一步加热来自吸收器的热水至70~75℃左右，热水被加热后汇入二号低温加热器水侧出口管道。

Claims (5)

1.一种用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，它主要包括抽凝式汽轮机（1）、凝汽器（2）、水环式真空泵组（3）、水水换热器（4）、溴化锂热泵冷凝器（5）、溴化锂热泵发生器（6）、溴化锂热泵蒸发器（7）、溴化锂热泵吸收器（8）、一组阀门（9）、溶液换热器（10）、溶液泵（11）、一号低温加热器（12-1）、二号低温加热器（12-2）；其特征在于：

从凝汽器（2）接出的不凝性气体抽除管路通过连接所述水环式真空泵组（3）的进气口、并从水环式真空泵组（3）的出气口引出连通外界环境；

所述水水换热器（4）热介质侧出口管路连通水环式真空泵组（3）的工作水进口、并从工作水出口引出连接于水水换热器（4）热介质进口管路，形成一个热介质循环；

所述水水换热器（4）冷介质出口管路连接于溴化锂热泵蒸发器（7）的热介质进口管路，溴化锂热泵蒸发器（7）热介质出口管路又连接于水水换热器（4）冷介质进口管路，也形成一个冷介质循环；

所述一号低温加热器（12-1）水侧出口管路与溴化锂热泵吸收器（8）冷介质进口相连，该溴化锂热泵吸收器（8）冷介质出口管路与溴化锂热泵冷凝器（5）热介质进口相连，所述溴化锂热泵冷凝器（5）热介质出口管路连接二号低温加热器（12-2）进口管路，而溴化锂热泵冷凝器（5）冷介质出口管路连接溴化锂热泵蒸发器（7）冷介质入口；

所述溴化锂热泵吸收器（8）稀溶液出口管路连接溶液泵（11）的一端，该溶液泵（11）的另一端与溶液换热器（10）的冷介质入口相连，溶液换热器（10）的冷介质出口管路连接溴化锂热泵发生器（6）的稀溶液进口，溴化锂热泵发生器（6）的稀溶液出口管路连接溶液换热器（10）的热介质进口，溶液换热器（10）的热介质出口与溴化锂热泵吸收器（8）的浓溶液入口相连；

所述溴化锂热泵发生器（6）的驱动热源入口与抽凝式汽轮机（1）低压抽气管路相连，溴化锂热泵发生器（6）的驱动热源出口与二号低温加热器（12-2）的水侧出口管路连接；

所述抽凝式汽轮机（1）低压抽气作为溴化锂热泵发生器（6）的驱动热源，抽凝式汽轮机末级排气进入凝汽器（2）。

2.根据权利要求1所述的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，其特征在于所述的水环式真空泵组（3）由第一水环式真空泵（3-1）、第二水环式真空泵（3-2）、第三水环式真空泵（3-3）并联构成，从凝汽器（2）接出的不凝性气体抽除管路分为三路，第一路通过第七阀门（9-7）与第一水环式真空泵（3-1）进气口相连；第二路通过第九阀门（9-9）与第二水环式真空泵（3-2）进气口相连；第三路通过第十一阀门（9-11）与第三水环式真空泵（3-3）进气口相连；第一水环式真空泵（3-1）的出气口管路通过第八阀门（9-8）与第十三阀门（9-13）的一端相连；第二水环式真空泵（3-2）的出气口管路通过第十阀门（9-10）与第十三阀门（9-13）的一端相连；第三水环式真空泵（3-3）的出气口管路通过第十二阀门（9-12）与第十三阀门（9-13）的一端相连，由所述第十三阀门（9-13）的另一端管路连通外界环境。

3.根据权利要求1所述的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，其特征在于所述的水水换热器（4）热介质侧出口管路通过一总的第十四阀门（9-14）分别与第一阀门（9-1）、第二阀门（9-2）和第三阀门（9-3）的一端相连，第一阀门（9-1）的另一端连接第一水环式真空泵（3-1）工作水进口管路；第二阀门（9-2）的另一端连接第二水环式真空泵（3-2）工作水进口管路；第三阀门（9-3）的另一端连接第三水环式真空泵（3-3）工作水进口管路；第一水环式真空泵（3-1）出口管路通过第四阀门（9-4）、第二水环式真空泵（3-2）出口管路通过第五阀门（9-5）、第三环式真空泵（3-3）出口管路通过第六阀门（9-6）分别与第十五阀门（9-15）的同一端相连，而第十五阀门（9-15）的另一端连接水水换热器（4）热介质进口管路；

水水换热器（4）冷介质出口管路通过第十六阀门（9-16）连接溴化锂热泵蒸发器（7）的热介质进口管路；溴化锂热泵蒸发器（7）的热介质出口管路通过第十七阀门（9-17）连接水水换热器（4）冷介质进口管路；一号低温加热器（12-1）水侧出口管路通过第二十阀门（9-20）与溴化锂热泵吸收器（8）冷介质进口相连；溴化锂热泵吸收器（8）冷介质出口管路通过第十九阀门（9-19）与溴化锂热泵冷凝器（5）热介质进口相连；溴化锂热泵冷凝器（5）热介质出口管路通过第十八阀门（9-18）连接二号低温加热器进口管路（12-2）；

所述溴化锂发生器（6）的驱动热源入口通过第二十一阀门（9-21）连接抽凝式汽轮机（1）低压抽汽管路；溴化锂发生器（6）的驱动热源出口通过第二十二阀门（9-22）连接二号低温加热器（12-2）的水侧出口管路。

4.根据权利要求3所述的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，其特征在于通过溴化锂热泵蒸发器（7）冷却真空泵冷却水，使得经过第十七阀门（9-17）进入水水换热器（4）冷介质侧的冷却水温度不高于20℃；经过第十六阀门（9-16）进入溴化锂热泵蒸发器（7）热介质侧的冷却水温度在25℃~30℃之间；经过第十五阀门（9-15）进入水水换热器（4）热介质侧的水环式真空泵工作水温度不高于28℃，从水水换热器热介质出口处出来的水环式真空泵工作水温度在不高于21℃。

5.根据权利要求3所述的用于电厂水环式真空泵冷却的溴化锂热泵系统，其特征在于从一号低温加热器（12-1）水侧出口引出部分凝结水进入溴化锂热泵吸收器（8）的温度为50~55℃的热水，利用溴化锂热泵把真空泵冷却时处获得的热量加热后，再流至溴化锂热泵冷凝器（5）进一步加热至70~75℃，然后汇入二号低温加热器（12-2）水侧出口；由抽凝式汽轮机（1）经过第二十一阀门（9-21）进入溴化锂热泵发生器（6）的低压驱动蒸汽的压力为0.2MPa，放热后成为温度为70~75℃的热水，由溴化锂热泵发生器（6）经过第二十二阀门（9-22）进入二号低温加热器（12-2）。