CN108286728A - 一种电厂梯级供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂梯级供热系统，包括汽轮机、凝汽器、冷却塔、吸收式热泵、第一级蒸汽喷射器、第一热交换装置；汽轮机与凝汽器连接，凝汽器的循环水出口与吸收式热泵连接，吸收式热泵与冷却塔的水井连接；汽轮机的乏汽出口还与第一级蒸汽喷射器连接；汽轮机的抽汽出口与吸收式热泵连接，还与第一级蒸汽喷射器连接；第一级蒸汽喷射器与第一热交换装置连接；热网回水与吸收式热泵连接，吸收式热泵与第一热交换装置连接，第一热交换装置的出水口供向热用户。本发明基于吸收式热泵和蒸汽喷射器，可随着采暖期内供热温度需求不同，灵活调节吸收式热泵、蒸汽喷射器和热交换装置的运行顺序和方式，从而控制供热温度。

Description

一种电厂梯级供热系统

技术领域

本发明涉及电厂余热回收利用及供热技术领域，具体涉及一种电厂梯级供热系统，基于吸收式热泵和蒸汽喷射器。

背景技术

热电联产是集中供暖的主要形式，热电联产因单位供暖煤耗远低于区域锅炉和各类分散供暖形式，是目前公认的能源转换效率最高的热源形式。

目前，电厂的供热方式有三种方式，其一是直接采用中排抽汽通过热网加热器加热热网循环水的方式，具有供热温度比较高和投资比较少的特点；但是，采用这种方式会造成蒸汽疏水的凝结热损失和乏汽余热损失；其二是采用高背压供热方式，此方式是拆除汽轮机低压缸末级叶片，提高排汽压力和温度，利用排汽通过凝汽器直接加热热网循环水；此方式适用热网回水温度比较低且供水温度不高，但其调节灵活性不高，并且需要足够大的供热热负荷；其三是采用热泵回收余热供热方式，此方式是回收凝结循环水或者乏汽的余热来直接加热热网循环水，此方式也适用于热网回水温度比较低且供水温度不高，但也会造成蒸汽疏水的凝结热损失。

无论上述哪种供热形式，都需要利用大量的高品质蒸汽，在节能方面有一定的劣势，会造成疏水的凝结热损失。同时，上述供热方式对热负荷的灵活匹配适应性差，不能根据热网热负荷的变化来调节供热方式，导致能源利用率低，机组的经济性变差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电厂梯级供热系统，基于吸收式热泵和蒸汽喷射器，可减少中排和高排抽出的高品质蒸汽，以解决供热温度调节灵活性差的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种电厂梯级供热系统，包括汽轮机、凝汽器、冷却塔、吸收式热泵、第一级蒸汽喷射器、第一热交换装置；所述汽轮机的乏汽出口与所述凝汽器的蒸汽入口连接，所述凝汽器的循环水入口与所述冷却塔的水井连接，所述凝汽器的循环水出口与所述吸收式热泵的蒸发器入口连接，所述吸收式热泵的蒸发器出口与所述冷却塔的水井连接；所述汽轮机的乏汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器的引射流体入口连接；所述汽轮机的抽汽出口与所述吸收式热泵的发生器入口连接；所述汽轮机的抽汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器的工作流体入口连接；所述第一级蒸汽喷射器的混合流体出口与所述第一热交换装置的蒸汽入口连接；热网回水的出口通过回水管道与所述吸收式热泵的吸收器入口连接，所述吸收式热泵的冷凝器出口与所述第一热交换装置的入水口连接，所述第一热交换装置的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

本发明的特点和进一步改进在于：

所述电厂梯级供热系统还包括第二级蒸汽喷射器，所述第二级蒸汽喷射器的工作流体入口与所述汽轮机的抽汽出口连接；所述第二级蒸汽喷射器的引射流体入口与所述第一级蒸汽喷射器的混合流体出口连接；所述第二级蒸汽喷射器的混合流体出口与所述第一热交换装置的蒸汽入口连接。

所述电厂梯级供热系统还包括第二热交换装置，所述第二热交换装置的蒸汽入口与所述汽轮机的抽汽出口连接，所述第二热交换装置的入水口与所述第一热交换装置的出水口连接，所述第二热交换装置的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

所述第一级蒸汽喷射器与所述第一热交换装置之间靠近第一热交换装置处设置有第一阀门。

所述第一级蒸汽喷射器的混合流体出口与所述第二级蒸汽喷射器的引射流体入口之间靠近第二级蒸汽喷射器处设置有第二阀门。

所述汽轮机的抽汽出口与所述第二级蒸汽喷射器的工作流体入口之间设置第三阀门。

所述汽轮机的抽汽出口与所述第二热交换装置的蒸汽入口之间设置有第四阀门。

所述第一热交换装置为热网加热器。

所述第二热交换装置为尖峰加热器。

所述吸收式热泵的发生器出口通过管道连通至疏水箱。

所述第一热交换装置的蒸汽出口通过管道连通至疏水箱。

所述第二热交换装置的蒸汽出口通过管道连通至疏水箱。

所述凝汽器的循环水入口与所述冷却塔的水井之间连接有循环泵。

所述凝汽器的循环水出口与所述冷却塔的水井之间还设置有循环水回水管道，所述循环水回水管道上设置有阀门。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的电厂梯级供热系统，可随着采暖期内供热温度需求不同，灵活调节吸收式热泵、蒸汽喷射器和热交换装置的运行顺序和方式，从而控制供热温度。在此过程中，还可以回收循环水余热，减少机组的冷端损失，同时减少了中排或高排的抽气，提高了机组的经济性和一次能源的利用效率，降低用户的使用成本；此外，还减少了热网水在循环加热过程中的温度梯度差，从而减少了损失。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的电厂梯级供热系统的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中第一蒸汽喷射器或第二蒸汽喷射器的结构示意图。

图中：1汽轮机；2凝汽器；3冷却塔；4吸收式热泵；5第一级蒸汽喷射器；6第一热交换装置；7第二级蒸汽喷射器；8第二热交换装置；9循环泵；10水井；11疏水箱；12第一阀门；13第二阀门；14第三阀门；15第四阀门；16锅炉；17工作流体入口；18引射流体入口；19混合流体出口。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种电厂梯级供热系统，包括汽轮机1、凝汽器2、冷却塔3、吸收式热泵4、第一级蒸汽喷射器5、第一热交换装置6；所述汽轮机1的乏汽出口与所述凝汽器2的蒸汽入口连接，所述凝汽器2的循环水入口与所述冷却塔3的水井10连接，所述凝汽器2的循环水出口与所述吸收式热泵4的蒸发器入口连接，所述吸收式热泵4的蒸发器出口与所述冷却塔3的水井10连接；所述汽轮机1的乏汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器5的引射流体入口18连接；所述汽轮机1的抽汽出口与所述吸收式热泵4的发生器入口连接；所述汽轮机1的抽汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器5的工作流体入口17连接；所述第一级蒸汽喷射器5的混合流体出口19与所述第一热交换装置6的蒸汽入口连接；热网回水的出口通过回水管道与所述吸收式热泵4的吸收器入口连接，所述吸收式热泵4的冷凝器出口与所述第一热交换装置6的入水口连接，所述第一热交换装置6的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

进一步地，本发明提供的电厂梯级供热系统还包括第二级蒸汽喷射器7，所述第二级蒸汽喷射器7的工作流体入口17与所述汽轮机1的抽汽出口连接；所述第二级蒸汽喷射器7的引射流体入口18与所述第一级蒸汽喷射器5的混合流体出口19连接；所述第二级蒸汽喷射器7的混合流体出口19与所述第一热交换装置6的蒸汽入口连接。

其中，所述第一级蒸汽喷射器5与所述第一热交换装置6之间靠近第一热交换装置6处设置有第一阀门12。

所述第一级蒸汽喷射器5的混合流体出口19与所述第二级蒸汽喷射器7的引射流体入口18之间靠近第二蒸汽喷射器处设置有第二阀门13。

更进一步地，本发明提供的电厂梯级供热系统还包括第二热交换装置8，所述第二热交换装置8的蒸汽入口与所述汽轮机1的抽汽出口连接，所述第二热交换装置8的入水口与所述第一热交换装置6的出水口连接，所述第二热交换装置8的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

其中，所述汽轮机1的抽汽出口与所述第二级蒸汽喷射器7的工作流体入口17之间设置第三阀门14。

所述汽轮机1的抽汽出口与所述第二热交换装置8的蒸汽入口之间设置有第四阀门15。

本发明的电厂梯级供热系统中，第一热交换装置6是热网加热器，也可以是其他基本加热器，可满足基本热负荷需求；第二热交换装置8为尖峰加热器7，可以满足寒冷季节热负荷的需求，保证供热质量。

此外，本发明的电厂梯级供热系统中，凝汽器2的循环水入口与冷却塔3的水井10之间通过循环泵9连接，循环泵9将冷却塔3的水井10内的循环水输送至凝汽器2中。凝汽器2中的循环水还可通过设置有阀门的管道直接通入冷却塔3的水井10中，可通过阀门控制调节凝汽器2中的循环水通入第一吸收式热泵4中的量。

本发明基于蒸汽喷射器，蒸汽喷射器是一种广泛应用于石油、化工、制冷以及食品工业的重要设备。蒸汽喷射器的结构简单，没有运动部件，它通过一系列复杂的质量、动量和能量交换，利用高压高温工作蒸汽卷吸低压低温引射蒸汽，形成一股中等压力中温的混合蒸汽，从而实现了对低压引射蒸汽的压缩，在供热工程上有一定的运用价值，它可以在不改造汽轮机1的情况下，提高部分乏汽的背压，用于加热热网循环水。

基于上述理论，本发明的电厂梯级供热系统的运行原理具体如下：

(1)供暖初末期，供热温度低，采用吸收式热泵4和第一级蒸汽喷射器5加热热网循环水：汽轮机1的蒸汽入口通过高温高压蒸汽管道与电厂锅炉16的蒸汽出口连接，汽轮机1出口的乏汽分为两股，一股作为第一级蒸汽喷射器5的引射流体，另一股流向凝汽器2；凝汽器2的循环水入口与冷却塔3的水井10连接，凝汽器2的循环水分为两股，一股流入吸收式热泵4的蒸发器管道中，作为吸收式热泵4的低温热源，经过吸收式热泵4降温后，再回流至冷却塔3的水井10，循环利用。

汽轮机1的抽气分为两股，关闭第三阀门14和第四阀门15，一股通入吸收式热泵4的高低压发生器的管道中，作为吸收式热泵4的高温驱动热源；另一股流向第一级蒸汽喷射器5，作为工作流体，关闭第二阀门13，打开第一阀门12，使第一级蒸汽喷射器5的混合流体流向第一热交换装置6中，作为加热热网回水的热源。

热网回水先流入吸收式热泵4的吸收器中，被加热后再从吸收式热泵4的冷凝器口流出，流向第一热交换装置6的入水口，被加热后，从第一热交换装置6的出水口流出，并通过供热管道与热网供水的入口连接，直接供向热用户；吸收式热泵4的蒸汽疏水和第一热交换装置6的疏水都流向疏水箱11。

(2)供暖次寒期，供热温度比较高，采用吸收式热泵4、第一级蒸汽喷射器5和第二级蒸汽喷射器7串联方式加热热网循环水：汽轮机1的蒸汽入口通过高温高压蒸汽管道与电厂锅炉16的蒸汽出口连接，汽轮机1出口的乏汽分为两股，一股作为第一级蒸汽喷射器5的引射流体，另一股流向凝汽器2；凝汽器2的循环水入口与冷却塔3的水井10连接，凝汽器2的循环水分为两股，一股流入吸收式热泵4的蒸发器管道中，作为吸收式热泵4的低温热源，经过吸收式热泵4降温后，再回流至冷却塔3的水井10，循环利用。

汽轮机1的抽气分为三股，一股通入吸收式热泵4的高低压发生器的管道中，作为吸收式热泵4的高温驱动热源；另一股流向第一级蒸汽喷射器5，作为工作流体，打开第二阀门13，关闭第一阀门12，使第一级蒸汽喷射器5的混合流体流向第二级蒸汽喷射器7的低压入口，作为第二级蒸汽喷射器7的引射流体；打开第三阀门14，关闭第四阀门15，第三股流向第二级蒸汽喷射器7，作为工作流体，第二级蒸汽喷射器7的混合流体流向第一热交换装置6的蒸汽入口，经过两级蒸汽喷射器串联后，流向第一热交换装置6的流体的温度进一步提高，作为加热热网回水的热源。

热网回水先流入吸收式热泵4的吸收器中，被加热后再从吸收式热泵4的冷凝器口流出，流向第一热交换装置6的入水口，被加热后，从第一热交换装置6的出水口流出，并通过供热管道与热网供水的入口连接，直接供向热用户；吸收式热泵4的蒸汽疏水和第一热交换装置6的疏水都流向疏水箱11。

(3)供暖严寒器，供暖温度需求最高，采用吸收式热泵4、第一级蒸汽喷射器5和第二级蒸汽喷射器7串联方式以及第一热交换装置6、第二热交换装置8加热热网循环水：汽轮机1的蒸汽入口通过高温高压蒸汽管道与电厂锅炉16的蒸汽出口连接，汽轮机1出口的乏汽分为两股，一股作为第一级蒸汽喷射器5的引射流体，另一股流向凝汽器2；凝汽器2的循环水入口与冷却塔3的水井10连接，凝汽器2的循环水分为两股，一股流入吸收式热泵4的蒸发器管道中，作为吸收式热泵4的低温热源，经过吸收式热泵4降温后，再回流至冷却塔3的水井10，循环利用。

汽轮机1的抽气分为四股，一股通入吸收式热泵4的高低压发生器的管道中，作为吸收式热泵4的高温驱动热源；另一股流向第一级蒸汽喷射器5，作为工作流体，打开第二阀门13，关闭第一阀门12，使第一级蒸汽喷射器5的混合流体流向第二级蒸汽喷射器7的低压入口，作为第二级蒸汽喷射器7的引射流体；第三股打开第三阀门14，流向第二级蒸汽喷射器7，作为工作流体，第二级蒸汽喷射器7的混合流体流向第一热交换装置6的蒸汽入口，经过两级蒸汽喷射器串联后，流向第一热交换装置6的流体的温度进一步提高，作为加热热网回水的热源；打开第四阀门15，第四股流向第二热交换装置8，作为进一步加热热网回水的热源。

热网回水先流入吸收式热泵4的吸收器中，被加热后再从吸收式热泵4的冷凝器口流出，流向第一热交换装置6的入水口，被加热后，从第一热交换装置6的出水口流出，再继续流入第二热交换装置8的入水口，经过第二热交换装置8的进一步加热后，供向热用户；吸收式热泵4的蒸汽疏水、第一热交换装置6和第二热交换装置8的疏水都流向疏水箱11。

根据上述系统的运行原理，可在各个管路上合理设置阀门，以达到根据不同供热需求而灵活调节供热路线和供热温度，实现梯级供热的目的。

具体的，以某电厂为例，采用本发明的基于吸收式热泵4和蒸汽喷射器的电厂梯级供热系统进行供热，其中，第一热交换装置6为热网加热器，第二热交换装置8为尖峰加热器。

在采暖期，热网循环水流量为9300t/h，热网回水温度为55℃，经过吸收式热泵4第一次加热、换热后温度升为75℃；经过蒸汽喷射器进行第二次加热，换热后温度升为95℃(在供暖初末期，只投入第一级蒸汽喷射器5进行加热，换热后温度升为86℃，经过供热管网送至用户；在供热次寒期，串联投运第一级和第二级蒸汽喷射器7进行加热，换热后温度升为95℃，经过供热管网送至用户)，经过尖峰加热器进行第三次加热，换热后温度升为115℃，经过供热管网送至用户。

以热网循环水流量9300t/h计，在采暖期热网循环水，吸收式热泵4，蒸汽喷射器，计算两级加热器之间的温度和热平衡关系。

在整个采暖期，吸收式热泵4都是在额定工况运行，热平衡关系如下：

热网循环水进/出吸收式热泵4温度(℃)：55/75；

热网循环水在吸收式热泵4中吸收的热量(MW)：216.3；

余热水进/出吸收式热泵4温度(℃)：40/32；

回收余热水的余热量(MW)：92.85；

驱动蒸汽的压力(MPa)：0.25；

驱动蒸汽的温度(℃)：193.6；

驱动蒸汽的耗汽量(t/h)：174；

热泵COP值为：1.75；

①采暖初末期，热网循环水：

热网循环水进/出加热器的温度(℃)：75/85；

热网循环水在加热器中吸收的热量(MW)：108.1；

第一级蒸汽喷射器5：

高压工作蒸汽的压力(MPa)：0.5；

高压工作蒸汽的温度(℃)：229；

高压工作蒸汽的蒸汽量(t/h)：66；

引射乏汽的压力(MPa)：0.008；

引射乏汽的温度(℃)：41；

引射乏汽的蒸汽量(t/h)：100

混合蒸汽的压力(MPa)：0.07；

混合蒸汽的温度(℃)：89；

②采暖次寒期，热网循环水：

热网循环水进/出加热器的温度(℃)：75/95；

热网循环水在加热器中吸收的热量(MW)：217.2；

第二级蒸汽喷射器7：

高压工作蒸汽的压力(MPa)：0.5；

高压工作蒸汽的温度(℃)：229；

高压工作蒸汽的蒸汽量(t/h)：164；

引射第一级蒸汽喷射器5混合蒸汽的压力(MPa)：0.07；

引射第一级蒸汽喷射器5混合蒸汽的温度(℃)：89；

引射第一级蒸汽喷射器5混合蒸汽的蒸汽量(t/h)：166；

第二级蒸汽喷射器7的混合蒸汽的压力(MPa)：0.1；

第二级蒸汽喷射器7混合蒸汽的温度(℃)：99；

③采暖严寒期，热网循环水：

热网循环水进/出尖峰加热器的温度(℃)：95/115；

热网循环水在尖峰加热器中吸收的热量(MW)：218.4；

尖峰加热器的高温高压蒸汽的压力(MPa)：0.5；

尖峰加热器的高温高压蒸汽的温度(℃)：229；

尖峰加热器的高温高压蒸汽的耗汽量(t/h)：310；

由以上具体实施例可知，本发明采用吸收式热泵4回收循环水余热，可以大大减少冷端损失；采用蒸汽喷射器串联供热，可以减少抽气，同时可以降低加热过程中热网循环水的温度梯度差，从而减少损失。随着采暖期内供热温度需求的不同，可灵活调节吸收式热泵4、第一级蒸汽喷射器5、第二级蒸汽喷射器7、第一热交换装置6和第二热交换装置8的运行顺序和方式，来合理控制供热温度，提高了机组的经济性和一次能源的利用率，降低用户的使用成本。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种电厂梯级供热系统，其特征在于，包括汽轮机、凝汽器、冷却塔、吸收式热泵、第一级蒸汽喷射器、第一热交换装置；

所述汽轮机的乏汽出口与所述凝汽器的蒸汽入口连接，所述凝汽器的循环水入口与所述冷却塔的水井连接，所述凝汽器的循环水出口与所述吸收式热泵的蒸发器入口连接，所述吸收式热泵的蒸发器出口与所述冷却塔的水井连接；

所述汽轮机的乏汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器的引射流体入口连接；

所述汽轮机的抽汽出口与所述吸收式热泵的发生器入口连接；

所述汽轮机的抽汽出口还与所述第一级蒸汽喷射器的工作流体入口连接；所述第一级蒸汽喷射器的混合流体出口与所述第一热交换装置的蒸汽入口连接；

热网回水的出口通过回水管道与所述吸收式热泵的吸收器入口连接，所述吸收式热泵的冷凝器出口与所述第一热交换装置的入水口连接，所述第一热交换装置的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

2.根据权利要求1所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，还包括第二级蒸汽喷射器，所述第二级蒸汽喷射器的工作流体入口与所述汽轮机的抽汽出口连接；所述第二级蒸汽喷射器的引射流体入口与所述第一级蒸汽喷射器的混合流体出口连接；所述第二级蒸汽喷射器的混合流体出口与所述第一热交换装置的蒸汽入口连接。

3.根据权利要求2所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，还包括第二热交换装置，所述第二热交换装置的蒸汽入口与所述汽轮机的抽汽出口连接，所述第二热交换装置的入水口与所述第一热交换装置的出水口连接，所述第二热交换装置的出水口通过供热管道与热网供水的入口连接。

4.根据权利要求3所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述第一热交换装置为热网加热器。

5.根据权利要求3所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述第二热交换装置为尖峰加热器。

6.根据权利要求1所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述吸收式热泵的发生器出口通过管道连通至疏水箱。

7.根据权利要求1所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述第一热交换装置的蒸汽出口通过管道连通至疏水箱。

8.根据权利要求2所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述第二热交换装置的蒸汽出口通过管道连通至疏水箱。

9.根据权利要求1所述的电厂梯级供热系统，其特征在于，所述凝汽器的循环水入口与所述冷却塔的水井之间连接有循环泵。