CN106439987A - 一种低温余热循环利用系统 - Google Patents

Abstract

一种低温余热循环利用系统，特征在于：采用既有的换热设备通过循环实现热泵功能，提温20℃以上，采用增加换热流量强化换热提高余热利用能力，减小输送流量降低输送能耗，使余热循环利用系统匹配高效运行；采用降低热网回水压力，避免余热循环利用系统对发电系统超温超压的不良影响，高低背压工况切换安全快速容易，可根据电网和热网负荷需求，既可以实现电网调峰，又可以实现热网调峰，独立调节安全可控。该发明强调了余热利用机组的安全稳定运行，在共性关键技术方面取获得了新的突破，增加清洁供热能力30％以上，可有效缓解能源和环境污染双重压力。

Description

一种低温余热循环利用系统

技术领域

本发明涉及一种低温余热利用循环系统和方法，属于热工技术领域。主要用于火电厂、钢厂、化工厂等低温余热的循环利用。

技术背景

火力发电厂绝大部分热量经冷却塔白白排放到大气中，即造成了热能的浪费和宝贵水资源的流失，又对环境造成了热污染；火电厂余热量大面广、绿色环保，循环利用对缓解能源的缺乏和环境污染的双重压力意义重大。

火力发电厂余热的特点是水量大、水温低、温差小，余热利用首先提高温度满足热负荷对水温基本要求，现行采用的技术，一是传统的通过凝汽器升温“大流量小温差”循环水直供余热利用技术。二是通过热泵升温余热利用技术。

传统的凝汽器升温循环水直供余热利用技术。是通过凝汽器采用热-热换热方式，降低了换热损耗回收部分通过冷却塔的换热损失，余热能够全部利用；具有厂区内改动工作量小投资低损耗小效率高的优点；主要问题，一是高低背压工况转化对机组的影响较大，不能适时的转换，凝汽器与热网直接连通后，当热网循环水温度、压力变化较大时，发电侧又不能独立调节，严重影响机组安全，凝汽器水室需要强度改造；二是采用降低循环水流量提高温差，满足热平衡和水平衡量的要求，其结果流速降低容易产生污垢，使换热能力成倍下降，换热端差上升，由于热网回水温度较高，使排汽温度升高超出汽轮机运行导则允许的安全温度范围，影响到机组的安全运行，需要采取安全和降温措施，如采用低压转子互换技术，决绝排气温度升高造成叶片颤震的问题(排汽温度超过85℃时)。转子互换使投资增加，发电出力降低20％-30％，每年需要停机更换转子两次，另外叶片的减少使通流密度降低涡流增加，低压缸温度远超安全温度需增加喷淋疏水等系统，大幅度增加了技改投资。

热泵升温余热利用技术。优点通过热泵提温可以实现余热的全部利用，对电厂机组的影响小。缺点是由于需要高品质能源驱动，增加了压缩机(启动器)、蒸发器和凝汽器等换热设备，以及配套的电源(汽源)和土建工程建设，采用热泵不仅增加了投资，而且还降低了效率，寿命短维护工作量大。

供热技术比较，凝汽器循环水直供虽然投资低效率高，经济效益远优于抽汽供热和热泵升温供热技术，主要的问题在于对发电机组存在有不安全隐患。

发明的目的

发明的目的在于选择投资低效率高凝汽器循环水直供技术，并重点对其存在的主要问题进行改进，一是解决热网循环水水温和压力变化对机组的不良影响，使高低背压工况转换简单容易，在发电侧可独立调节安全可控；二是降低排汽温度提高机组安全。改变由减少循环水量提高温差为增加流量提高温差的方案，满足热平衡和水平衡量的要求；通过增加流量成倍提高传热系数，降低换热端差提高余热利用能力和机组效率，不需要采用其它安全和降温措施。为低温余热循环利用提供一种实施容易投资低，安全可控效率高的新方案。

发明内容

本发明提供的一种低温余热循环利用系统，特征在于：通过既有凝汽器形成了两个并联方式的循环系统，采用近路循环和隔离循环泵，降低凝汽器水侧进出口压力和热网回水压力，避免余热利用系统压力变化对凝汽器超温超压的安全影响，适时根据电网和热网的需求加入退出高背压运行，充分发挥电厂供热和发电能力，独立调节安全可控；采用近路循环增加凝汽器水侧的换热流量，提速防垢强化换热，提高传热系数降低换热端差，提高机组发电能力和供热能力；采用近路循环混水升温和凝汽器换热升温实现热泵功能，“大温差小流量”提高输送能力，降低热网投资和输送能耗，使发电和供热系统匹配高效运行。

附图说明

图1本发明一种低温余热循环利用系统直供原理意示图

图2本发明一种低温余热循环利用系统的双近路循环原理意示图

图3本发明一种低温余热循环利用系统间供原理意示图

图4本发明一种低温余热循环利用系统间供原理意示图

图5本发明一种低温余热循环利用系统降低回水温度原理意示图

图一、二、三、四中

1-凝汽器；2₁-冷却水循环泵；2₂-近路循环隔离泵3-冷却塔；4-供水阀门；

5-回水阀门；6-近路循环阀门；6₁-隔离板换7-单向旁通阀门；8-热网循环泵；

9-热网加热器；10-旁通阀；11-供水管线；12-回水管线；13-换热站

图五中

1₁₃-进水阀门；2₁₃-出水阀门；3₁₃-调节阀门；4₁₃-板式换热器；5₁₃-直供循环水泵；

6₁₃-回水阀门；8₁₃-二次热网循环水泵；7₁₃-热用户；9₁₃-热泵；10₁₃热用户

具体实施方式

结合附图对本发明的实施作如下说明：

一种低温余热循环利用系统，主要由凝汽器1、冷却水循环泵2₁、近路循环泵2₂、冷却塔3、供水阀门4、回水阀门5、近路循环阀门6、单向旁通阀门7、热网循环泵8、热网加热器9、旁通阀10、供水管线11、回水管线12、换热站13等组成。如图一、图二所示

采用近路循环环阀门6和近路循环隔离泵2₂，降低凝汽器水侧进出口压力和热网回水压力，避免凝汽器超压的不良影响，使系统切换容易安全可靠；根据电网和热网需求适时进行切换，既可以实现电网调峰，又可以实现热网调峰。其特征在于：

通过同一凝汽器1形成两个并联方式的循环系统，即由凝汽器1、供水阀门4、热网循环泵8、热网加热器9、供水管线11、换热站13、回水管线12和近路循环阀门6、近路循环隔离泵2₂、回水阀门5组成，近路循环水与回水经近 路循环隔离泵2₂和回水阀门5送入凝汽器1形成余热利用循环系统，也叫高温水循环系统；由凝汽器1、循环泵2₁和冷却塔3组成的冷却循环系统，也叫低温水循环系统；通过开关近路循环隔离泵2₂，可实现两个系统的安全切换。根据电网和热网的需求适时启动切换，需要增加供热时，启动近路循环隔离泵2₂，关闭循环水泵2₁，使凝汽器1的进出口压力降低，冷却水不再通过冷却塔冷却实现热平衡，冷却循环系统停用，热平衡通过低温余热循环利用系统运行实现，增加供热能力。需要增加供电能力时，通过冷却塔冷却实现热平衡，即启动循环水泵2₁，关闭近路循环隔离泵2₂和供水阀门4，使凝汽器1进出口压力自动升高，冷却循环系统通过冷却塔冷却循环运行，通过增加凝汽量和降低运行背压，增加机组发电能力满足用电高峰电负荷的需求；同时热网循环系统，通过近路阀门6提供的通道和热网循环泵8实现热网连续换热，将转换到热网中的热能转换到热用户，实现热平衡匹配运行和调峰发电供热。如图一、图二所示

采用近路循环热泵2₂的隔离作用，降低热网回水压力和凝汽器进出口压力，避免凝汽器超压的不良影响；其特征在于：

热网回水管线12连接到近路循环隔离泵2₂的进水口，使回水压力降到最低点，从而避免凝汽器的超压不良影响；凝汽器1出口压力，通过供水阀门4、近路循环阀门6连接到近路循环隔离泵2₂进水口，加上热网循环泵8的作用，使凝汽器1进出口压力远低于原设计通过冷却塔循环的时的压力(约0.2MPa)，不再通过冷却塔3实现热平衡，冷却循环运行停用。

采用近路循环隔离泵2₂后，不仅可以避免热网压力变化对设备凝汽器的不良影响，而且还大大降低了热网循环水压力增加压差，有利于热网的安全运行。如图一、图二所示

采用近路循环混水升温和凝汽器换热升温，满足热网“小流量大温差”输 送要求，降低热网投资和能耗。其特征在于：

依据供回水温差和输送能耗变化规律，当供回水温差提高到原来的两倍时，循环水量也降至原来的二分之一，而管网的沿程阻力降至原来的四分之一，而水泵的功率要降至原来的八分之一。

凝汽器1换热后的部分循环水，通过供水阀门4、近路循环阀门6与回水管线12低温混水升温，再通过近路循环隔离泵2₂和回水阀门5，送入凝汽器换热再升温，升温后的通过供水阀门4、部分循环水通过热网循环泵8送到热网加热器9、供水管线11、换热站13和回水管线12形成供热循环；部分升温后循环水通过近路循环阀门6、近路循环隔离泵2₂、回水阀门5和凝汽器换1组成了不断的混水升温和换热升温系统，提高供回水温差，实现大温差小流量输送，提高输送能力增加供热半径，降低热网投资和能耗。如图一、图二所示

近路循环增加通过凝汽器水侧的流量，提高流速强化换热效果，降低换热端差，提高机组效率和供热能力。其特征在于：

传统的低真空技术，通过凝汽器的水量等于热网的水量，满足了高凝结倍率强化换热，满足不了“大温差小流量”降低投资减少能耗的要求，采用近路循环阀门6和近路循环隔离泵2₂后，不仅满足了“大温差小流量”降低热网投资减少能耗的要求，同时也满足了高凝结倍率强化换热的要求，采用近路循环后，使通过冷却水循环泵2₂和凝汽器1的流量等于通过近路循环阀门6加通过热网循环泵8的热网流量，凝结倍率一般选择50-120倍，远大于热网流量，凝汽器水侧的流速提高强化换热效果，提高了传热系数降低了换热端差，例如，采用近路循环凝结倍率按80倍计算，凝汽量230t/h，循环水量约为18400t/h，流速约为1.2m/s，如果按热网水量5000t/h换热循环，流速约0.32m/s，按传热系数与流速的关系公式计算，不考虑其他因素的变化，采用近路循环后传热系数 增加约一倍，不仅提高了机组效率，而且增加了余热的供热能力。如图一、图二所示

图二与图一的区别在于凝汽器1水侧进出口端，增加了由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道，其作用在于增加凝结倍率提高换热效果，即可以提高余热利用循环系统的水温降低流量，又可以提高上塔冷却水系统的温度降低流量，降低输送能耗；同时两个系统的流量降低，有利于高低背压工况切换，降低切换流量变化对机组的影响。

实施例2

实施例2其特征在于：采用热源侧循环冷却水换热循环，两个循环系统通过隔离板换6₁分隔，降低余热利用系统失水对生产系统的影响。

用利用既有的冷却水循环泵2₁替代近路循环隔离泵2₂，形成两个并联方式的循环系统，即由凝汽器1、供水阀门4、近路循环阀门6、隔离板换6₁、冷却环泵2₁、回水阀门5组成，形成余热利用循环系统，也叫高温水循环系统；由凝汽器1、循环泵2₁和冷却塔3组成的冷却循环系统，也叫低温水循环系统；通过开回水阀门5(或者关供水阀门4)；可实现两个系统的快速切换。例如开通回水阀门5，凝汽器1的进出口的压力降低，冷却水不再上冷却塔冷却，冷却循环系统停用，冷却水通过循环升温达到所需温度时，通过隔离板换将热能转换到余热循环利用系统，经过隔离板换6₁换热后的回水与通过近路循环阀门6的循环水混水升温后通过冷却水循环泵2₁在送入凝汽器1，实现大流量强化换热，大温差供热循环；当余热利用失水严重对生产系统影响较大时，关闭回水阀门5，循环水不再通过近路循环阀门6和隔离板换6₁循环，使凝汽器1出口压力自动升高，通过冷却循环系统运行。如图三所示

采用部分直供和热泵方法，降低回水温度，解决热网失调，提高低温余热利 用能力和机组的安全性。其特征在于：

换热站13的热负荷部分通过板换间接供热降低二次热网对一次热网的影响，部分采用通过板换换热后具有供热能力的一次热网回水直供，通过充分利用降低回水温度，或再采用热泵进一步提高供热能力满足要求降低回水温度；不但可以提高热网输送能力，而且有利于低温余热利用和机组的安全性，还可以通过回水温度的控制，解决热网失调问题。如图五所示

降低回水温度有利于低温余热利用和机组的安全性。如远距离供热，采用热泵降低回水温度，当回水温度低于20℃，通过隔离板换6₁换热，换热后的低温水，送到冷却塔3底池，再有循环水泵2₁实现循环，不存在压力变化对机组的不良影响；循环水升温满足供热水温要求，主要由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道完成≤75℃的水温热能，并通过隔离板换6₁将热能转换到热网。

Claims (8)

1.一种低温余热循环利用系统，其特征在于通过同一凝汽器1形成两个并联方式的循环系统，即由凝汽器1、供水阀门4、热网循环泵8、供水管线11、换热站13、回水管线12和近路循环阀门6、近路循环隔离泵2₂、回水阀门5组成，近路循环水与回水混合升温后，经近路循环隔离泵2₂和回水阀门5送入凝汽器1再升温，形成余热利用循环系统；由凝汽器1、循环泵2₁和电厂冷却塔3组成的冷却循环系统。

2.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于通过开关近路循环隔离泵2₂，可实现两个系统的快速切换，可根据热负荷和电负荷的需求不断切换；即启动近路循环隔离泵2₂，使凝汽器1的进出口压力降低，冷却水不再通过冷却塔冷却实现热平衡，冷却循环系统停用，热平衡通过余热循环利用系统运行实现；用电高峰时，关闭近路循环隔离泵2₂和供水阀门4，使凝汽器1进出口压力自动升高，冷却循环系统运行，通过冷却塔冷却实现热平衡时，提高发电能力。

3.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于余热利用循环系统，通过由近路循环阀门6和循环泵2₂组成的近路循环回路，使通过凝汽器1的循环水量增加，强化换热效果提高余热利用能力；通过混水升温和凝汽器1的换热升温提高温差，实现大温差节能输送。

4.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于余热利用循环系统，通过近路循环阀门6和热网回水管线12的水，通过近路循环隔离泵2₂送入凝汽器1，降低凝汽器1水侧进出口压力，避免余热利用循环系统故障时压力变化对凝汽器的影响，有利于系统的安全切换。

5.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于两个循环系统可同时运行，即通过近路循环隔离泵2₂分隔两个循环系统，冷却循环系统上塔运行的同时，余热利用循环系统通过近路循环阀门6提供的通道，实现连续循环换热。

6.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于凝汽器1水侧进出口端，增加了由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道，其作用在于增加凝结倍率提高换热效果，提高温差降低流量，减小余热利用循环系统和上塔冷却水系统的输送能耗和工况低切换流量变化对机组的影响。

7.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于采用电厂冷却水通过既有的循环水泵2₁，或与由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道，实现循环水升温循环和降温循环，并将换热升温后的热能，通过隔离板换6₁转换到热网，热源侧独立可控，实现余热的安全利用。

8.根据权利要求1所述一种低温余热循环利用系统，其特征在于换热站13的热负荷部分通过板换间接供热降低二次热网对一次热网的影响，部分采用通过板换换热后具有供热能力的一次热网回水直供降低回水温度，或再采用热泵进一步提高供热能力满足要求降低回水温度；通过回水温度的控制，解决热网失调问题。