CN1034964C - 冷热电联产装置 - Google Patents
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Abstract
冷热电联产装置是一种对汽轮发电机组热力系统和结构的改进，其结构由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器等组成。主要特征是增设了热膨胀指示器，采用了能变换流程的冷凝器，水网系统分为独立运行的热水管网和冷却水管网。其优点是在供电的同时可以供热或供冷，在夏季、冬季皆可使用，热效率高，节约能源，节约电力，在南方和北方皆可推广使用。
Description
本发明涉及一种冷热电联产装置，是汽轮发电机组的热力系统和结构的改进。
在(热电联供译文集)中，文章(为区域热水供应而改造的汽轮机)(朱家纬译自Power Engineering1980·N08·P59-P6I)中指出：“通常在一座常规燃煤发电厂中，燃料产生的热能仅有不到40％转变为有效的电能，在电能和热能联合生产的热电厂中，总的效率可达75％”。但是仅有在冬季，才能热电联产达到如此高的热效率。现在还没有同时能供电、供冷、供热的热力系统运行。对于气侯比较炎热的区域和夏季及春、秋季，汽轮发电机组仅用于供电，热效率较低，一部份能量不能被利用，被白白浪费掉。
本发明目的是为了解决上述问题，提供冷热电联产装置，在供电的同时，实现区域集中供热或供冷，方便用户，提高效率，节省能源。
本发明是用以下方案实现的：该能同时供冷、供热、供电的冷、热、电联产装置，采用水蒸汽回热循环产生电能，由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器组成汽轮发电机组的热力系统，其特征在于：
a)在汽轮机上增设了保证安全可靠运行的后座架热膨胀指示仪表；
b)采用能变换流程的凝汽器；凝汽器汽侧的蒸汽进口与汽轮机排汽口连接，凝汽器冷凝水出口与凝结水泵进口连接，利用汽轮机排汽，加热输向热水管网中的水，被加热的水作为供热或制冷机的工质。
c)水管网系统分为各自独立运行的热水管网和冷却水管网，热水管网系统是由冷凝器流出的经过加热的作为热源的水，经阀门V5、V7、加热器(11)、阀门V9流出后，根据不同工况流向两个联接管路：i)经阀门V10流经热用户，再经阀门V13流入管网的回水管，经泵(10)、阀V14流回凝汽器，ii)由阀门V9经阀门V11进入制冷机(12)，再经阀门V12流入管网回水管，经泵0)、阀门V14流回凝汽器。
由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器等组成汽轮发电机组的热力系统：锅炉(1)产生的蒸汽进入汽轮机(2)膨胀作功后，排凝汽器(4)凝结成水，由凝结水泵(5)将凝结水送往低压加热器(6)、除氧器(7)，再由给水泵(8)将水经高压加热器(9)送往锅炉(1)，周而复始循环。由于汽轮机可能在纯冷凝发电工况，或热电联产，或冷电联产，或冷热电联产工况，工况复杂。为保证汽轮机运行的安全可靠性，增设汽轮机后座架热膨胀指示仪表。为了变工况工作需要，凝汽器制造成能变换流程数。水管网系统由各自独立运行的热水管网系统和冷却水管网系统组成。当本装置按联产工况运行时，热水管网系统投入运行。热水管网的回水经阀门V14进入凝汽器，经过加热的作为热源的水从凝汽器流出，经阀门V5、V7进入加热器(11)二次加热，从阀门V9流出，根据不同工况流向两个联接管路。如果是热电联产工况，由阀门V9流出的热水，经阀门V10，直接流向热用户，再经阀门V13进入管网回水管，再经泵(10)、阀门V14流入凝汽器。如果是冷电联产工况，由阀门V9流出的热水，经阀门V11进入制冷机(12)，作为该制冷机的能源，待温度降低后，经阀门V12流入管网的回水管中，经泵(10)、阀门V14送入凝汽器，往复循环。如果是冷热电联产工况，由阀门V9流出的热水，分别经阀门V10进入热用户和经阀门V11进入制冷机(12)，最后分别沿阀门V13和V12流入回水管。
热水管网的水温可以调节。当水温要求较低时，关闭阀门V6、V7、V9，加热器(11)停止运行，从凝汽器来的热水沿阀门V5、V8直接进入热用户或制冷机(12)。当水温要求较高时，打开阀门V6、V7、V9，调整阀门V6开度大小用以调节进入加热器(11)的蒸汽量，即可达到调节水温的目的。
凝汽器(4)的前水室用隔板隔成四部份，前水室上半两部份在水室外部用阀门V0联接接通，两个管口II、III分别和阀门V2、V3联接。凝汽器前水室下半两个管口分别和两个阀门联接。管口I联接阀门V1、V14，管口IV联接阀门V4、V5，水室下半每个管口都通过阀门和热用户、制冷机联接，制冷机和冷用户联接。自凝汽器(4)、加热器(11)流出的热水作为制冷机的热源。后水室由一块竖隔板沿垂直中心线将圆柱形空间分隔成两个不连通的半圆柱形空间，一个空间与前水室对应位置a1、a2区域通过换热管相连通，另一空间则与前水室相对应的a3、a4区域通过换热管相连通。
适当地切换接管系统，可以改变凝汽器的流程数。当纯冷凝工况时，关闭阀门V0、V5和V14，冷却水分别从阀门V1和V4进入前水室的a1和a4区域，沿换热管流到后水室，再从后水室返流到前水室的a2和a3区域，从阀门V2和V3流出。当热电、冷电或冷热电联产时，凝汽器为四流程。关闭阀门V1、V2、V3、V4，热水经阀门V14流入前水室的区域a1，沿换热管流到后水室，又返流到前水室区域a2，再沿阀门V0流到区域a3，热水从a3区域沿换热管流到后水室，再沿换热管返流到前水室a4区域，再沿阀门V5流入热水管网。
管网中的加热器(11)是普通的表面式加热器，用汽轮机抽汽管路中的蒸汽作为加热水的热源，其凝结水用管路通往凝汽器的热井，壳程蒸汽侧设一抽气口，并与凝汽器壳程接通，利用两个壳程压差抽出不凝气体，保持较好的换热效果。
为冷用户提供冷水的制冷机可以用普通的单效溴化锂吸收式制冷机。该制冷机以90℃的热水为能源，可将所吸收热量的60～80％转化为制冷量，冷水温度为10℃～20℃。
本装置的优点是：由于采用冷热电联产供应方式，因而方便用户。无论是北方或南方地区在用电同时，夏天可以用来降温，冬天可以用来取暖。例如造纸、纺织、制糖等行业工业用汽轮发电机组，在供应电负荷、热负荷的同时可供暖和供冷，有广泛的用途。此外，节能效果显著，在春秋季节时，有和普通火力电站一样的热效率。在冬季取暖季节，有与低真空运行热电站相同的热效率；75～80％；在夏季降温季节冷电联产时的热效率为60～65％；当冷热电联产时的热效率为68～74％。
结合附图说明一个实施例：
图1为一种冷热电联产装置的原则性热力系统图。
图2为该冷热电联产装置中的凝汽器主视图。
图3为该冷热电联产装置中的凝汽器去掉水室盖板B向视图。
图4为该冷热电联产装置中的凝汽器去掉水室盖板A向视图。
该冷热电联产装置，由锅炉(1)、12000千瓦凝汽式汽轮机(2)、凝汽器(4)、凝结水泵(5)、低压加热器(6)、除氧器(7)、给水泵(8)、高压加热器(9)等组成汽轮发电机组的热力系统。在汽轮机的后座架上设置了后座架热膨胀指示仪表，以便随时可观察汽轮机受热膨胀状况，以保证汽轮机(2)的安全可靠的运行。凝汽器(4)采用能变换流程的凝汽器。凝汽器(4)汽测的蒸汽进口与汽轮机排汽口连接，凝汽器(4)的冷凝水出口与凝结水泵(5)连接，利用汽轮机(2)排汽加热输向热水管网中的水，采用被加热的水作为供热用户(14)或制冷机(12)的工质。在冷热电联产装置的水管网系统中，冷水管网和热水管网各自独立运行。热水管网系统包括有从凝汽器(4)流出的经过加热的作为热源的水，经阀门V5、V7、加热器(11)、阀门V9流出后，根据不同工况流向两个联接管路：i)经阀门V10，流经热用户，再经阀门V13流入管网的回水管，经过泵(10)，阀门V14流回凝汽器；ii)由阀门V9经阀门VV11进入制冷机(12)，再经阀门V12流入管网回水管，经泵(10)阀门V14流回凝汽器(4)。
其中锅炉(1)选用WGZ75/39-4.6型，75吨/小时中压煤粉锅炉，汽轮机(2)选用青岛汽轮机厂生产的N12-35型12000千瓦凝汽式汽轮机，对该汽轮机作如下改动；
(1)在配汽机构中增加两个进汽球形阀，使机组最大进汽量由原来的67吨/小时增加到76吨/小时。
(2)将低压加热器抽汽口的通径由原来的2×DN200改为2×DN300。
(3)在汽轮机后座架处装设热膨胀指示器。
(4)将原有的两台20m2冷油器改为两台30m2的。
发电机(3)采用济南生建电机厂生产的QF-12-2型，12000千瓦汽轮发电机。凝汽器(4)采用N-1000-2型，冷却面积为1000m2。凝结水泵(5)选用4N6型冷凝泵。低压加热器(6)加热面积为40m2。除氧器(7)为锅炉1的配套辅机，其工作压力为0.12MPa(绝压)。给水泵(8)选用DG45-59型锅炉给水泵。高压加热器(9)其加热面积为65m2。循环水泵(10)选用20Sh-6型，双吸离心泵。加热器(11)其加热面积为300m2。制冷机(12)可采用下列两方案之一，方案(1)应优先考虑：
(1)选用XW-1500型溴化锂吸收式制冷机两台，进口温度为90℃，出口温度为70℃。
(2)选用XW-300型溴化锂吸收式制冷机10台。
阀门V1～V14均选用普通型闸阀或截止阀。
运行工况：
1、在春秋季节，按凝汽发电工况运行：阀门V1、V2、V3和V4开启，其他阀门均关闭。汽轮机进汽量为58t/h，排汽压力为0.006MPa(绝对)，进入凝汽器的冷却水量为380t/h，冷却水温为25℃。电功率为12000KW，汽轮机组热效率为30％，装置热效率为24％，发电煤耗为512克/千瓦·时。
2、在冬季采暖期，按热电联产工况运行：阀门V14、V13、V10、V9、V7、V6、V5、V0开启，其他阀门关闭，低压加热器(6)从回热系统中停止运行(第III级抽汽量为零)。汽轮机进汽量为72.5t/h，排汽压力为0.07MPa(绝对)，进入加热器(11)的抽汽压力为0.1MPa(绝对)，进入冷凝器的热水流量为1900t/h，热水经二次加热后的温度为90℃。电功率为12000KW，供电量为3.8×107Kcal/h，汽轮机组热效率为97％，装置热效率为78％，发电煤耗为160克/千瓦·时。
3、在夏季降温期，按冷电联产工况运行：阀门V14、V12、V11、V9、V7、V6、V5、V0开启，其他阀门关闭，低压加热器(6)从回热系统中停止运行。汽轮机进汽量为72.5t/h，排汽压力为0.07MPa(绝对)，进入加热器(11)的抽汽压力为0.1MPa(绝对)，进入凝汽器的热水流量为1900t/h，热水经二次加热后进入制冷机(12)的温度为90℃。电功率为12000KW，供电量为3×107Kcal/h，汽轮机组热效率为83％，装置热效率为66％，发电煤耗为186克/千瓦·时。
4、当在工厂中或其他需要的场合采用本装置，按冷热电联产工况运行时：阀门V1、V2、V3、V4和V8关闭，其他阀门开启，低压加热器(6)停止运行。汽轮机进汽量为72.5吨/小时，排汽压力为0.07MPa(绝对)，进入加热器(11)的抽汽压力为0.1MPa(绝对)，经二次加热后的90℃热水流量为1900吨/小时。电功率为12000千瓦，可同时供热或供冷。汽轮机组热效率为97％，电站热效率为66～78％之间变动。
Claims (2)
1、一种能同时供冷、供热、供电的冷、热、电联产装置，采用水蒸汽回热循环产生电能，由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加强器、除氧器、给水泵、高压加热器组成汽轮发电机组的热力系统，其特征在于：
a)在汽轮机上增设了保证安全可靠运行的后座架热膨胀指示仪表；
b)采用能变换流程的凝汽器；凝汽器汽侧的蒸汽进口与汽轮机排汽口连接，凝汽器冷凝水出口与凝结水泵进口连接，利用汽轮机排汽，加热输向热水管网中的水，被加热的水作为供热或制冷机的工质。
c)水管网系统分为各自独立运行的热水管网和冷却水管网，热水管网系统是由冷凝器流出的经过加热的作为热源的水，经阀门V5、V7、加热器(11)、阀门V9流出后，根据不同工况流向两个联接管路：i)经阀门V10流经热用户，再经阀门V13流入管网的回水管，经泵(10)、阀V14流回凝汽器，ii)由阀门V9经阀门V11进入制冷机(12)，再经阀门V12流入管网回水管，经泵(10)、阀门V14流回凝汽器。
2、按照权利要求1所述的冷、热、电联产装置，其特征在于能变换流程的凝汽器的前水室用隔板隔成四部份，前水室上半两部份在水室外用阀门V0连接，后水室用隔板隔成左、右两部份，前水室的下半两个管口分别和两个阀门连接，一个管口连接阀门V1、V14，另一个管口连接阀门V4、V5，上半两个管口分别和阀门V2、V5，上半两个管口分别和阀门V2、V3连接。
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