CN106382667B - 一种电厂供热节能系统及方法 - Google Patents

一种电厂供热节能系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电厂供热节能系统及方法,系统包括热力站,热力站通过管路依次与水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵和汽水换热器串联连接,以将一次侧回水通过水冷凝汽器送入压缩式热泵、吸收式热泵,通过汽水换热器加热后再被送入热力站中,在热力站中与二次侧回水换热为用户供热,放热后的一次侧回水回到热力站中进行循环,来节省蒸汽用量,水冷凝汽器加热一次侧回水,同时向压缩式热泵与吸收式热泵提供热能;本发明根据能量的品位不同对一次侧回水进行分级加热,实现能量的梯级利用,具有明显的节能效果;本发明第二汽轮机以蒸汽驱动,并带动压缩式热泵的工作,可以避免电驱动时电和蒸汽价格的不同使压缩式热泵经济效率降低的问题。

Description

一种电厂供热节能系统及方法
技术领域
本发明涉及余热回收利用,具体地说是一种电厂供热节能系统及方法。
背景技术
传统的供热方式是利用汽轮机主蒸汽或中间抽汽经过汽水换热器产生高温热水或蒸汽送入热力站,再经过热力站将热量供给热用户,但是由于热用户的不断增加和城市热网输送能力的问题,供热能力不足,无法满足供热用户需求的增长。此外,热电厂中汽轮机的乏汽凝结产生大量的热量损失,降低了发电机组的能源利用率。
发明内容
针对上述问题,为了解决现有技术的不足,特提供一种电厂供热节能系统,整体系统的设置,实现了能量的梯级利用,可有效节约蒸汽量的使用,并且提高了一次侧水网的供回水温差,更高程度缓解了传统供热系统供热不足的问题。
本发明还提供了电厂供热节能方法,根据能量的品味不同对一次侧回水进行分级加热,节能效果明显。
本发明提供的第一个方案是:
一种电厂供热节能系统,包括热力站,热力站通过管路依次与水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵和汽水换热器串联连接,以将热力站的一次侧回水依次经过水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵和汽水换热器换热后,再进入热力站加热二次侧回水完成循环,二次侧回水为用户供热,放热后的一次侧回水回到热力站中进行循环。为了节省蒸汽用量,抽凝式汽轮机作为主汽轮机在水冷凝汽器释放的热量一部分用来加热一次侧回水,另一部分作为压缩式热泵与吸收式热泵的低温热源,满足压缩式热泵和吸收式热泵的蒸发器工作时需要的热量,在低温热源侧压缩式热泵与吸收式热泵是并联设置的,系统中压缩式热泵的蒸发器温降较大,这样在其他参数不变的情况下,压缩式热泵的COP增大,有利于提高压缩式热泵的性能,本发明相较于传统供热系统,在相同的供热面积的情况下,既节省了蒸汽量,又提高了热力发电厂的能源利用率,并且减小了冷端损失,具有显著的节能效果。
上述系统的设置,根据能量的品味的不同,通过对一次侧回水进行层层递进加热,更大程度地实现了对能量的利用,相较于传统的供热系统,在供热面积不变的情况下,显著降低了蒸汽量的使用;如果热电厂的供热抽气量不变,则可增大该热电厂的供热面积,可有效地缓解由于供热面积增加而造成的供热系统供热能力不足的问题。
进一步地,上述系统还包括抽凝式汽轮机,抽凝式汽轮机的抽汽被送入第二汽轮机以驱动第二汽轮机,第二汽轮机通过管路将排汽部分送入吸收式热泵作为吸收式热泵的驱动热源,部分送入汽水换热器作为汽水换热器的热源。
为了充分利用能源,所述第二汽轮机与所述压缩式热泵的压缩机相连,第二汽轮机动作以带动压缩机做功。
为了回收抽凝式汽轮机乏汽中的能量,所述抽凝式汽轮机的乏汽通过管路部分被送入水冷凝汽器以加热一次侧回水和热泵系统的低温热源水,部分被送入空冷岛,通过水冷凝汽器将这部分热量回收用于供热可以大大的增加热电厂的供热能力,同时也能带来一定的经济效益和环境效益。
当热负荷增大时,抽凝式汽轮机的乏汽都送入水冷凝汽器来加热一次侧回水和压缩式热泵和吸收式热泵的低温热源水,空冷岛可以停止运行。
当空冷岛的真空度降低,抽凝式汽轮机的乏汽压力升高,饱和温度升高,从而水冷凝汽器被加热侧出口水温升高,饱和温度大于60℃时,水冷凝汽器可以将一次侧回水直接加热到55℃甚至更高,此时,可以将压缩式热泵停运,一次侧水经过压缩式热泵的旁路直接进入吸收式热泵,同时第二汽轮机停机,抽凝式汽轮机的抽汽直接经过小汽轮机的旁路进入吸收式热泵和汽水换热器。但为了汽轮机的安全运行,乏汽压力不宜过高。
所述压缩式热泵还通过管路与水冷凝汽器连接,以通过水冷凝汽器向压缩式热泵提供低温热源,压缩式热泵的供热侧与水冷凝汽器串联,此外,在压缩式热泵供/回水管路中设置旁路,当抽凝式汽轮机的乏汽真空度较低时,可以打开压缩式热泵旁路,直接由水冷凝汽器将一次侧回水加热到吸收式热泵入口所需的温度,同时关闭压缩式热泵与背压式汽轮机旁路,抽汽直接送入吸收式热泵和汽水换热器。
所述第二汽轮机为背压式汽轮机。
所述吸收式热泵的供热侧与压缩式热泵供热侧串联连接,将吸收式热泵出水口流出的一次侧回水进一步加热到78~83℃。
所述吸收式热泵与热电厂的给水系统连接以便蒸汽放热后的凝结水回到给水系统,汽水换热器热源侧工质为第二汽轮机排汽,放热后的冷凝水回到给水系统。
所述吸收式热泵还通过管路与水冷凝汽器连接,以通过水冷凝汽器向吸收式热泵提供低温热源。
本发明提供的第二方案是:一种电厂供热节能方法,采用所述的电厂供热节能系统,热力站中设置吸收式换热机组,可将与二次侧回水换热的一次侧回水温度降低至20~28℃;
经过水冷凝汽器将一次侧回水温度加热至42~48℃;
压缩式热泵将一次侧回水温度加热至52~58℃;
吸收式热泵将一次侧回水温度加热至78~83℃;
通过汽水换热器后一次侧回水温度被加热至120~140℃之间,被加热后的一次侧回水再进入热力站与二次侧回水换热,通过二次侧回水为用户供热。
本发明的有益效果是:
1)本发明通过水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵等耦合,根据能量的品位不同对一次侧回水进行分级加热,实现能量的梯级利用,具有明显的节能效果。
2)本发明第二汽轮机以蒸汽驱动,并带动压缩式热泵的工作,可以避免电驱动时电和蒸汽价格的不同使压缩式热泵经济效率降低的问题。
3)在压缩式热泵供/回水管路中设置旁路,当抽凝式汽轮机的乏汽真空度较低时,可以打开压缩式热泵旁路,直接由水冷凝汽器将一次侧回水加热到吸收式热泵入口所需的温度,同时关闭压缩式热泵与背压式汽轮机旁路,抽汽直接送入吸收式热泵和汽水换热器。
4)整个系统充分利用了抽凝式汽轮机的抽汽来做功,且充分利用汽轮机的乏汽用于水冷凝汽器加热一次侧回水,充分利用能源。
5)在热力站设置吸收式换热机组,来降低一次侧回水温度,增大一次侧供回水温差,增强一次侧管网的输送能力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
其中:1.抽凝式汽轮机 2.水冷凝汽器 3.空冷岛 4.背压式汽轮机 5.压缩式热泵6.吸收式热泵 7.汽水换热器 8.热力站。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述:
实施例1
如图1所示,一种电厂供热节能系统,包括抽凝式汽轮机1、水冷凝汽器2、空冷岛3、背压式小汽轮机4、压缩式热泵5、吸收式热泵6、汽水换热器7、热力站8以及连接管路和附件。抽凝式汽轮机1的抽汽经过背压式小汽轮机4后分为两路,一路送入吸收式热泵6,另一路送入汽水换热器7;抽凝式汽轮机1的乏汽分为两路,一路进入水冷凝汽器2用来加热一次侧回水以及压缩式热泵5和吸收式热泵6低温热源的回水,具体地,一次侧回水进入的是压缩式热泵5中的冷凝器,另一路进入空冷岛3进行冷凝,冷凝后的冷凝水与水冷凝汽器2的冷凝水进入锅炉给水系统;背压式汽轮机4与压缩式热泵5的压缩机相连,产生的机械能带动压缩机做功;热力站8的一次侧回水依次串联通过水冷凝汽器2、压缩式热泵5、吸收式热泵6和汽水换热器7加热后送入热力站8;
热力站8采用能实现低温回水的吸收式换热机组,实现低温回水,增大热网供回水温差,热力站将一次侧回水温度降低到25℃,供热面积不变时,一次侧水网中的水流量减少了;如果一次侧水网中的水流量不变,可以大大增加供热面积,同时缓解了传统供热系统管网的输送能力不足的问题。
水冷凝汽器2用抽凝式汽轮机1乏汽的冷凝热来加热一次侧回水,冷凝后的冷凝水回到给水系统;冷却水进口温度为一次侧回水温度25℃,出口温度与抽凝式汽轮机1乏汽压力有关,空冷时抽凝式汽轮机1的乏汽压力为15kPa,对应的饱和温度为54℃,可将回水加热到45℃;水冷凝汽器2除了加热一次侧回水,还为吸收式热泵6和压缩式热泵5的低温热源提供热能。
压缩式热泵5中的压缩机由第二汽轮机即背压式汽轮机4带动,小汽轮机由抽凝式汽轮机1的抽汽驱动,并且小汽轮机采用背压式汽轮机4,背压式汽轮机4的排汽送入吸收式热泵6和汽水换热器7;压缩式热泵5的低温热源由水冷凝器2提供;供热侧与水冷凝器2串联,将水冷凝汽器2出口水加热到55℃。
吸收式热泵6的驱动热源为背压式汽轮机4的排汽,在吸收式热泵6发生器中放热凝结后回到给水系统;低温热源为水冷凝汽器2加热的低温热水;供热侧与压缩式热泵5供热侧串联,将吸收式热泵6出口水进一步加热到80℃。
汽水换热器7热源侧工质为背压式汽轮机4排汽,放热后冷凝为水回到给水系统;被加热侧工质为吸收式热泵6的出口水,在汽水换热器7中被加热到供热温度130℃。
130℃的一次侧供水进入热力站8,与二次侧水进行换热为热用户供热,二次侧供回水温度为70/50℃,放热后的一次侧回水回到电厂侧进行上述加热过程,完成一个循环。
当热负荷增大时,抽凝式汽轮机1的乏汽都送入水冷凝汽器2来加热一次侧回水和压缩式热泵5和吸收式热泵6的低温热源水,空冷岛3可以被停止运行。
当空冷岛3的真空度降低,抽凝式汽轮机1的乏汽压力升高,饱和温度升高,从而水冷凝汽器2被加热侧出口水温升高,饱和温度大于60℃时,水冷凝汽器2可以将一次侧回水直接加热到55℃甚至更高,此时,可以将压缩式热泵5停运,一次侧水经过压缩式热泵5的旁路直接进入吸收式热泵6,同时背压式汽轮机4停机,抽凝式汽轮机1的抽汽直接经过背压式汽轮机4的旁路进入吸收式热泵6和汽水换热器7。但为了汽轮机的安全运行,乏汽压力不宜过高。
本发明中抽凝式汽轮机1乏汽压力为12-15kPa左右,在此压力下,乏汽在水冷凝汽器2中冷凝,循环冷却水的温度可达到50℃左右作为热泵的低温热源,同时水冷凝汽器可以将一次侧回水加热到50℃左右,再依次经过压缩式热泵、吸收式热泵和汽水加热器加热到供水温度,即通过水冷凝汽器将乏汽的余热回收用来加热一次侧回水和热泵的低温热源,余热回收量大于一次网供回水温度为常规温度(60/105℃,或70/130℃)时的热泵供热系统的余热回收量,减少了热电厂的冷端损失,使热电厂的热效率增大。
以某300MW供热机组为例,对本文系统与常规系统进行比较计算,其设计工况参数如表1所示。
表1设计工况参数
在上述设计工况下对本文系统进行计算,计算结果如表2所示。
表2计算结果
根据计算结果可知,当水网流量为5000t/h时,将50℃的回水加热到供水温度70℃,常规系统所需供热蒸汽量为175.89t/h,本本文系统所需供热蒸汽量为112.89t/h。本文系统比传统供热系统节省了蒸汽量63.00t/h,这部分蒸汽用来发电,可增加发电量为5.912MW;住宅平均供热指标为60W/m2,如果这部分蒸汽用来供热,可增加供热面积为11.4万m2
实施例2
一种电厂供热节能方法,采用实施例1中的电厂供热节能系统,热力站中一次侧回水与二次侧回水换热后,一次侧回水温度降低至20~28℃;
经过水冷凝汽器将一次侧回水温度加热至42~48℃;
压缩式热泵将一次侧回水温度加热至52~58℃;
吸收式热泵将一次侧回水温度加热至78~83℃;
通过汽水换热器后一次侧回水温度被加热至120~140℃之间,被加热后的一次侧回水再进入热力站与二次侧回水换热,通过二次侧回水为用户供热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不是本发明的全部实施例,不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
除说明书所述技术特征外,其余技术特征均为本领域技术人员已知技术,为了突出本发明的创新特点,上述技术特征在此不再赘述。

Claims (5)

1.一种电厂供热节能系统,其特征在于,包括热力站,热力站通过管路依次与水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵和汽水换热器串联连接,以将热力站的一次侧回水依次经过水冷凝汽器、压缩式热泵、吸收式热泵和汽水换热器换热后,再进入热力站加热二次侧回水完成循环,二次侧回水为用户供热,放热后的一次侧回水回到热力站中进行循环,来节省蒸汽用量,水冷凝汽器加热一次侧回水,同时作为压缩式热泵与吸收式热泵的低温热源,在低温热源侧压缩式热泵与吸收式热泵是并联设置;还包括抽凝式汽轮机,抽凝式汽轮机的抽汽被送入第二汽轮机以驱动第二汽轮机,第二汽轮机通过管路将排汽部分送入吸收式热泵作为吸收式热泵的驱动热源,部分送入汽水换热器作为汽水换热器的热源;所述第二汽轮机与所述压缩式热泵的压缩机相连,第二汽轮机动作以带动压缩机做功;在所述压缩式热泵的供/回水管路中设置旁路,所述旁路可开闭,所述水冷凝汽器可以将一次侧回水经过所述旁路直接进入所述吸收式热泵;
所述抽凝式汽轮机的乏汽通过管路部分被送入水冷凝汽器以加热一次侧回水,部分被送入空冷岛;所述压缩式热泵还通过管路与水冷凝汽器连接,以通过水冷凝汽器向压缩式热泵提供低温热源,压缩式热泵的供热侧与水冷凝汽器串联;所述吸收式热泵还通过管路与水冷凝汽器连接,以通过水冷凝汽器向吸收式热泵提供低温热源。
2.如权利要求1所述的一种电厂供热节能系统,其特征在于,所述第二汽轮机为背压式汽轮机。
3.如权利要求1所述的一种电厂供热节能系统,其特征在于,所述吸收式热泵的供热侧与压缩式热泵供热侧串联连接。
4.如权利要求1所述的一种电厂供热节能系统,其特征在于,所述吸收式热泵与给水系统连接以便蒸汽放热后的凝结水回到给水系统。
5.一种电厂供热节能方法,其特征在于,采用如权利要求1-4中任一项所述的电厂供热节能系统,热力站中设置吸收式换热机组,可将与二次侧回水换热的一次侧回水温度降低至20~28℃;
经过水冷凝汽器将一次侧回水温度加热至42~48℃;
压缩式热泵将一次侧回水温度加热至52~58℃;
吸收式热泵将一次侧回水温度加热至78~83℃;
通过汽水换热器后一次侧回水温度被加热至120~140℃之间,被加热后的一次侧回水再进入热力站与二次侧回水换热,通过二次侧回水为用户供热。
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