CN103712254B - 一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，在高温水汽水换热站中，采用不同压力的低压加热蒸汽将热网回水至少经过两级加热后，达到热网外供高温水的温度；同时利用不同压力的低压加热蒸汽之间的压差通过汽轮机做功回收电能。通过对热网回水进行分级加热，在较低的被加热温度范围内，就可以采用更低压力的加热蒸汽进行加热，根据热网回水加热后的温度范围等级，需要的加热蒸汽的压力也不同；可以将一部分直接用于加热热网回水的低压加热蒸汽，先通过汽轮机做功后再用来加热热网回水至较低温度，使得高温汽水换热站中的低压加热蒸汽，在加热热网回水的同时得到有效利用，降低换热站的用电量，降低了外供采暖高温热水的成本。

Description

一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法

技术领域

本发明属于高温水供热站节能技术领域，具体涉及一种高温水汽水换热站热网循环水分级加热从而产生蒸汽压差的能量回收方法。

背景技术

目前为了减少环境污染，提高能源利用率，节能减排，我国北方多数地区冬季采暖都是采用集中供热的方式，此时北方地区的绝大多数发电厂、热电厂和热源厂都承担着地区采暖的供热任务。同时为了满足以减少管道投资和降低热水输送能量损失，多数发电厂、热电厂和热源厂在厂内都建有高温水汽水换热站，对外输送高温热水（水温100～130℃），高温热水达到用户端后，再通过水水换热器转换为低温热水对用户进行采暖供热。在发电厂高温水汽水换热站中，发电汽轮机将一部分（抽汽式汽轮机）或全部（背压式汽轮机）做功发电后的低压蒸汽直接通过汽水换热站转变为高温热水用于对外采暖供热，从而实现了发电厂的热电联产；在热源厂高温水汽水换热站中，热源厂将锅炉产出的蒸汽或附近发电厂或热电厂送入的低压蒸汽直接在汽水换热器中转变为高温热水用于对外采暖供热

然而在目前的采暖系统中，由于热网外供高温热水的温度一般在100～130℃之间，热网回水温度一般在55～70℃之间。为了保证外供高温热水的温度不低于100～130℃，进入汽水换热器的蒸汽压力必须≥0.15～0.3MPa（表压）,因为0.15～0.3MPa（表压）的蒸汽所对应的饱和温度在115～140℃之间（考虑到传热端差）；为此目前国内所有发电厂、热电厂和热源厂在高温水汽水换热站的工艺流程中都是直接将压力≥0.15～0.3MPa（表压）的蒸汽送入热网加热器将热网循环水加热至100～130℃对外输送。

发明内容

本发明提供一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，通过采用不同压力的低压加热蒸汽对热网回水进行分级加热，有效利用不同低压加热蒸汽之间压差通过汽轮机做功回收部分有效电能，降低换热站用电量，外供采暖高温热水的成本。

为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，在高温水汽水换热站中，采用不同压力的低压加热蒸汽将热网回水至少经过两级加热后，达到热网外供高温水的温度；同时利用不同压力的低压加热蒸汽之间的压差通过汽轮机做功回收电能。

优选的，将热网回水经过两级加热后达到热网外供高温水的温度。

进一步的，首先利用一部分低压加热蒸汽经过汽轮机做功后，排出的初级加热蒸汽用于热网回水的初级加热；之后利用另一部分低压加热蒸汽将经过初级加热后的热网回水再进行终级加热，使之达到热网外供高温水的温度。

进一步的，所述热网回水经过串联加热器被加热，所述串联热水器分为初级加热段和终级加热段，所述初级加热蒸汽进入初级加热段，所述低压加热蒸汽进入终级加热段。

或者，首先利用一部分低压加热蒸汽经过汽轮机做功后，排出的初级加热蒸汽用于部分热网回水的初级加热；之后利用另一部分低压加热蒸汽用于另一部分热网回水的加热，加热到高于热网外供高温水的温度；最后将初级加热后的部分热网回水和另一部分高于热网外供高温水温度的热网回水混合，达到热网外供高温水的温度。

进一步的，所述汽轮机带动动力设备工作。

进一步的，所述汽轮机带动异步发电机或者同步发电机进行发电。

进一步的，所述低压加热蒸汽压力为小于或者等于0.3MPa。

进一步的，所述热网外供高温水的温度为100～130℃。

本发明提供的高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，在采暖供热的高温水汽水换热站，通过对热网回水进行分级加热，在较低的被加热温度范围内，就可以采用更低压力的加热蒸汽进行加热，所以根据热网回水被加热后的温度范围，需要的加热蒸汽的压力也不同；也就是可以将一部分直接用于加热热网回水的低压加热蒸汽，先通过汽轮机做功后再用来加热热网回水至较低温度，使得高温水汽水换热站中的低压加热蒸汽，在加热热网回水的同时得到有效利用，降低换热站的用电量，降低了外供采暖高温热水的成本。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明所提出的高温汽水换热站热水分级加热的能量回收方法的第一个实施例的示意图；

图2为图1中另外一种两级串联加热加热器的形式；

图3为本发明所提出的高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法的第二个实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

首先需要说明的是，本发明中提到的所有蒸汽的压力都是表压，也就是压力表显示出的压力数值。

下面说明本发明的高温汽水换热站热水分级加热导致产生蒸汽压差的能量回收方法的原理：

（1）对热网回水的加热温度进行分级：

对被加热热网回水的的加热温度分级即是对进入热网加热器的蒸汽压力进行分级。不同的热网回水加热温度对应了不同加热蒸汽的饱和温度，也就对应了不同的加热蒸汽的压力。对热网回水的加热温度进行分级要根据高温水汽水换热站的热网回水温度和为热网加热器提供的低压加热蒸汽的压力来确定。只有对热网回水进行分级加热，才能实现使用不同压力等级的低压加热蒸汽对热网回水进行分级加热。

（2）低压加热蒸汽压力分级及蒸汽压差的确定：

当热网回水被根据不同的温度要求加热后，其所对应的每段加热蒸汽的压力同时被确定。当热网回水被加热到较低温度时，其所需要的加热蒸汽压力也较低；热水被加热至最高温度时所对应的蒸汽压力与所需最低蒸汽压力之差即是可以用来进行能量回收的蒸汽压差能。

（3）在保证外供高温水流量和温度的条件下，低压加热蒸汽分级加热后各级加热蒸汽流量的确定，为了简化按照分两级加热来计算：

假设外供高温水总流量为Q；初级加热后低温水的流量为Q1；终级加热后高温水的流量为Q2；外供高温水温度为T；热网回水温度为T0；初级加热后低温水的温度为T1；终级加热后高温水的温度为T2；初级加热后低温水蒸汽压力对应焓值为H1；终级加热后高温水对应蒸汽焓值为H2；初级加热后低温水低压蒸汽流量为G1；终级加热后高温水蒸汽流量为G2；则蒸汽分级加热后各段蒸汽流量按下述方法计算：

A）加热蒸汽串联加热热网回水的方式（热网回水经过初级加热蒸汽加热后，再经过低压加热蒸汽加热至所需温度）：

在热水串联加热方式中，Q=Q1

加热低温水所需蒸汽量为：G1=Q1×（T1-T0）÷（H1-T1）

加热高温水所需蒸汽量为：G2=Q1×（T2-T1）÷（H2-T2）

B）加热蒸汽并联加热热水方式（热网回水经过初级加热蒸汽加热后，与经过低压加热蒸汽加热的更高温度的热水混合至所需温度）：

在热水并联加热方式中，Q=Q1+Q2

加热低温水所需蒸汽量为：G1=Q1×（T1-T0）÷（H1-T1）

加热高温水所需蒸汽量为：G2=Q2×（T2-T1）÷（H2-T2）

其中，加热低温水蒸汽压力对应的焓值H1为经过热功转换后的焓值。若没有经过热功转换，则H1=H2。

（4）根据低压蒸汽压差及初级加热蒸汽的蒸汽量选择超低压热功汽轮机并确定节电总量。

当蒸汽压差和蒸汽流量一定时，选择超低压汽轮机进行热功或热电或热功电转换，并根据不同超低压汽轮机的结构和效率确定节电总量。

以发电厂1台30万KW发电汽轮机供热为例。1台30万KW可以在五段抽汽抽出0.3MPa蒸汽300T/H，在北方地区可满足采暖供热面积400万平方米左右，若热网回水温度60℃,外供高温水温度120℃，则如果采用本专利技术将其分成2段进行加热，即将热网回水先由60℃加热至90℃，在将热水由90℃加热至120℃，此时将热水由60℃加热至90℃使用压力为0.02MPa的蒸汽150T/H即可，其余150T/H蒸汽压力仍为0.3MPa,这部分蒸汽可以将90℃加热至120℃向供外网供热。然而150T/H蒸汽由0.3MPa通过超低压汽轮机做功后降压至0.02MPa以下可以获得节电功率为8000KW以上，一个采暖期（5个月）可以节电2880万度。

参阅图1，是本发明所提出的高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法的第一个实施例，本实施例中采用的两级串联加热的方式。

一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，在高温水汽水换热站，采用两种不同压力的低压加热蒸汽1和2将热网回水3经过两级加热后，达到热网外供高温水5的温度；同时利用两种不同压力的低压加热蒸汽1和2之间的压差通过汽轮机6做功回收电能。

其中，本实施例中，热网回水4的温度为55～70℃，热网外供高温水5的温度为100～130℃，设定经初级加热后热网回水的温度，也就是经过初级加热后低温水9的温度为85～90℃，所以根据被初级加热后的低温水的温度，确定可以采用0.02MPa以下的初级加热蒸汽2进行初级加热，采用小于或者等于0.3Mpa的低压加热蒸汽1进行终级加热，低压加热蒸汽1的压力大于初级加热蒸汽2的压力。

在采暖供热的高温汽水换热站，通过对热网回水3进行分两级加热，在初级加热的85～90℃的低温水9的被加热温度范围内，就可以采用0.02MPa以下的初级加热蒸汽2进行加热；这样可以将一部分直接用于加热热网回水的小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽1，先通过汽轮机6做功后排出0.02MPa以下的初级加热蒸汽2，通过加热器81对热网回水3进行初级加热至85～90℃；经过初级加热后的低温水9进入加热器82，经过小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽1再加热后流出为100～130℃高温水5；使得高温水汽水换热站中的低压加热蒸汽，在加热外网回水的同时回收一部分有效电能，减少了供热站的用电量，降低了外供高温热水的成本。

在其他实施例中，也可以将外网回水温度分成更多级加热，也就是对应需要的多种低压加热蒸汽，将小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽经过汽轮机做功后继续用于加热不同温度的热网水。

本实施例中，汽轮机6为超低压汽轮机，汽轮机6带动动力设备7运转，使得动力设备不用依靠电动机带动，节约了高温水汽水换热站的用电量，使得外供采暖高温水的成本降低。其中动力设备可以是各种水泵（包括热网循环泵）、各种风机或压缩机等的一种或者多种。

在其他实施例中，超低压汽轮机也可以带动同步或异步发电机进行发电，或者超低压汽轮机带动动力设备运转同时带动同步或异步发电机进行发电。

本实施例图1中采用了两个换热器81进行初级加热、两个加热器82进行终极加热，实现对热网回水3进行两级串联加热；对于一些新建或扩建及改造项目，为了管路设置简单，加热方便，设计了一种串联加热器10，如图2所示，热网回水3经过串联加热器10被加热，串联热水器10分为初级加热段101和终级加热段102，初级加热蒸汽2进入初级加热段101，低压加热蒸汽1进入终级加热段102。

参阅图3，是本发明所提出的高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法的第二个实施例，本实施例中与第一个实施例的主要区别在于采用了两级并联加热的方式。

一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，在高温水汽水换热站，采用两种不同压力的低压加热蒸汽1和2将热网回水3经过两级加热后，达到热网外供高温水5的温度；同时利用两种不同压力的低压加热蒸汽1和2之间的压差通过汽轮机6做功回收电能。

其中，本实施例中，热网回水4的温度为55～70℃，热网外供高温水5的温度为100～130℃，设定经初级加热后热网回水，也就是低温水9被加热到85～90℃，所以根据被加热后的温度，确定可以采用0.02MPa以下的初级加热蒸汽2进行初级加热，采用小于或者等于0.3Mpa的低压加热蒸汽1进行终级加热，低压加热蒸汽1的压力大于初级加热蒸汽2的压力。

在高温水汽水换热站，通过对热网回水3进行分两级加热，在较低的85～90℃的低温水9被加热温度范围内，就可以采用0.02MPa以下的初级加热蒸汽2进行加热；这样可以将一部分直接用于加热热网回水的小于或者等于0.3MPa的低压加热蒸汽1，先通过汽轮机6做功后排出0.02MPa以下初级加热蒸汽2通过加热器81加热一部分热网回水3，并将这部分热网回水3加热到85～90℃，使得高温水汽水换热站中的低压加热蒸汽，在加热外网回水的同时回收一部分有效电能，减少了供热站的用电量，降低了外供热水的成本。

在采暖供热的高温汽水换热站，通过对热网回水3进行分两级加热，在初级加热的85～90℃的低温水9的被加热温度范围内，就可以采用0.02MPa以下的初级加热蒸汽2进行加热；这样可以将一部分直接用于加热热网回水的0.3MPa的低压加热蒸汽1，先通过汽轮机6做功后排出0.02MPa以下的初级加热蒸汽2，通过加热器81对热网回水3进行初级加热至85～90℃；使得高温水汽水换热站中的低压加热蒸汽，在加热外网回水的同时得到有效利用，使得外供采暖高温水生产过程中的低压蒸汽热能回收，节约了厂用电，降低了外供高温热水的成本。

经过初级加热后的低温水9进入加热器82，经过小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽1再加热后流出为100～130℃高温水5；

为了达到热网外供高温水的温度，还需要将小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽1进入加热器82将另外一部分外网回水3加热到高于外供高温水5的温度，本实施例中，加热到115～140℃以上，之后将低温水9与115～140℃以上的高温水混合，使得热网外供高温水5的温度还保持在100～130℃。这样在热网回水3的温度为55～70℃、供高温水5的温度为100～130℃、以及高温汽水换热站低压加热蒸汽1的压力为0.3MPa，都没有变化的情况下，通过将热网回水3分成两段加热，使得一部分小于或等于0.3MPa的低压加热蒸汽1，在经过汽轮机6做功后变为0.02MPa以下的初级加热蒸汽2。

本实施例中，汽轮机6为超低压汽轮机，汽轮机6带动动力设备11取代电动机节约厂用电、或带动异步发电机或同步发电机11发电减少厂用电、或即带动动力设备节省厂用电同时又带动异步或同步发电机发电减少厂用电，从而大量节约了高温水汽水换热站的用电量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温水汽水换热站热水分级加热的能量回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在高温水汽水换热站，对热网回水进行多级加热，确定每级加热后的热网回水的温度；

S2、根据每级加热后的热网回水的温度对热网加热器的蒸汽压力进行分级；

S3、利用不同压力的低压加热蒸汽之间的压差通过汽轮机做功回收电能，S2中分级的特定压力的蒸汽至少部分是经过所述汽轮机做功后得到；其中，所述汽轮机做功拖动异步发电机发电以回收电能，且将所述异步发电机发出的电能接入电厂以节约电厂用电；

S4、采用不同压力的低压加热蒸汽将热网回水至少经过两级加热后，达到热网外供高温水的温度；其中所述低压加热蒸汽至少部分为所述S3中汽轮机做功后得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将热网回水经过两级加热后达到热网外供高温水的温度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，首先利用一部分低压加热蒸汽经过汽轮机做功后，排出的初级加热蒸汽用于热网回水的初级加热；之后利用另一部分低压加热蒸汽将经过初级加热后的热网回水再进行终级加热，使之达到热网外供高温水的温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热网回水经过串联加热器被加热，所述串联加热器分为初级加热段和终级加热段，所述初级加热蒸汽进入初级加热段，所述低压加热蒸汽进入终级加热段。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，首先利用一部分低压加热蒸汽经过汽轮机做功后，排出的初级加热蒸汽用于部分热网回水的初级加热；之后利用另一部分低压加热蒸汽用于另一部分热网回水的加热，加热到高于热网外供高温水的温度；最后将初级加热后的部分热网回水和另一部分高于热网外供高温水温度的热网回水混合，达到热网外供高温水的温度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述汽轮机带动动力设备工作。

7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述低压加热蒸汽压力为小于或者等于0.3MPa。

8.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述热网外供高温水的温度为90～130℃。