CN108506991A - 一种汽轮机排汽余热提质供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热电联产技术领域，公开了一种汽轮机排汽余热提质供热系统，包括热网一级供热回路，包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，第一换热器的一级加热热网水出口与第二换热器的二次加热热网水入口连通，第二换热器的二次加热热网水出口与第三换热器的第一进水口连通，第三换热器的第一出水口与第一换热器的一级加热热网回水入口连通；以及汽轮机和压缩机，汽轮机的乏汽出口分别与第一换热器的乏汽进汽口以及压缩机的乏汽进汽口连通，压缩机的乏汽出汽口与第二换热器的乏汽进汽口连通。该汽轮机排汽余热提质供热系统可以实现任何电负荷条件下汽轮机的全部排汽余热都能够得到有效利用，兼具梯级供热系统效率高和运行灵活性高的双重优点。
Description
技术领域
本发明涉及热电联产技术领域，特别是涉及一种汽轮机排汽余热提质供热系统。
背景技术
随着我国国民经济的持续发展、消费结构的快速升级，对于一次能源的消耗量需求逐年增加。为改变“高能耗、高排放、不协调、低效率”粗放式经济增长方式，我国政府已将产业结构优化、降低消耗、保护环境作为发展经济的首要前提。电力工业作为能源消耗大户，电站节能减排技术的深入研究和推广应用显得尤为重要。目前火力发电受到设备制造能力和热力学基本规律的约束，燃煤火力发电纯凝机组的能源转换利用效率仅能达到40％左右，燃煤化学能中60％的能量均以低品位余热的形式被排放到环境中，这对于低品位能源需求的建筑采暖而言，则是对能源的极大浪费。
目前热电联产机组普遍采用中排抽汽供热方式，虽然实现了能源的初步分级利用，由于中排抽汽参数远高于热网需求参数，仍存在汽源参数不匹配，高位能蒸汽有用能浪费现象。并且，为满足低压缸的最低安全流量，中排抽汽供热方式下仍有大量汽轮机排汽排入凝汽器形成冷源损失。
为提高供热经济性，近年来大力发展的低位能供热技术(又称高背压供热技术或低真空供热技术)，将热网循环水回水作为汽轮机的排汽冷却水，实现汽轮机排汽余热的回收利用，但对于湿冷机组，低位能供热技术存在以热定电的运行弊端，降低了供热灵活性。对于空冷机组，当热网无法实现乏汽余热的全部回收利用时，可以将多余乏汽引至空冷岛，经空冷散热单元由空气冷却，但却存在冷源损失，造成不必要的浪费，增加发电成本。
在此背景下，本发明专利提出一种汽轮机排汽余热提质供热系统，在低位能供热系统的基础上增加压缩机，实现对多余汽轮机排汽余热的提质利用，实现了对机组乏汽余热能源的梯级高效利用，不仅降低了机组冷源损失、提高了能源利用效率，同时一定程度上实现热电解耦，提升机组供热期负荷灵活性。此系统设计在提升机组供热灵活性的同时兼顾了运行的经济性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种汽轮机排汽余热提质供热系统，以解决现有低位能供热技术无法在实现热电解耦运行的同时兼顾运行经济性的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽轮机排汽余热提质供热系统，包括：热网一级供热回路，所述热网一级供热回路包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，其中，所述第一换热器的一级加热热网水出口与所述第二换热器的二次加热热网水入口连通，所述第二换热器的二次加热热网水出口与所述第三换热器的第一进水口连通，所述第三换热器的第一出水口与所述第一换热器的一级加热热网回水入口连通；以及汽轮机和能够给多余乏汽进行二次加温、加压的压缩机，其中，所述汽轮机的乏汽出口分别与所述第一换热器的乏汽进汽口以及所述压缩机的乏汽进汽口连通，所述压缩机的乏汽出汽口与所述第二换热器的乏汽进汽口连通。
其中，所述汽轮机的乏汽出口通过乏汽管路与所述压缩机的所述乏汽进汽口连通，其中，在所述乏汽管路上设有能够调节进入到所述第一换热器中的乏汽量与进入到所述压缩机中的乏汽量的比例的调节阀，其中，所述压缩机由电动机驱动或汽轮机驱动。
其中，所述第一换热器为供热凝汽器，所述第二换热器为尖峰加热器，所述第三换热器为板式换热器。
其中，所述第一换热器的一级加热热网水出口通过第一段管路与所述第二换热器的二次加热热网水入口连通，所述第二换热器的二次加热热网水出口通过第二段管路与所述第三换热器的第一进水口连通，所述第三换热器的第一出水口通过第三段管路与所述第一换热器的一级加热热网回水入口连通。
其中，在所述第三段管路上设有能够促使一级热网水在所述热网一级供热回路中处于循环状态的第一循环水泵。
其中，在所述第一换热器的下端构造有第一凝结水出水口，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与所述第一凝结水出水口相连接并能够输出一级凝结水的第一输水管。
其中，在所述第二换热器的下端构造有第二凝结水出水口，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与所述第二凝结水出水口相连接并能够输出二次凝结水的第二输水管。
其中，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括能够给二级热网水进行加热的热网二级供热回路。
其中，所述热网二级供热回路包括所述第三换热器和热用户，其中，所述第三换热器的第二出口通过第四段管路与所述热用户的入水口连接，所述热用户的出水口通过第五段管路与所述第三换热器的第二进口连接。
其中，在所述第五段管路上设有能够促使二级热网水在所述热网二级供热回路中处于循环状态的第二循环水泵。
(三)有益效果
本发明提供的汽轮机排汽余热提质供热系统，与现有技术相比，具有如下优点：
本申请通过将汽轮机的乏汽余热分为两路进行并联回收，即，将一部分乏汽直接送入到该第一换热器中，与一级热网水进行换热，从而达到给一级热网水进行加热的目的，换热完成后的乏汽的焓值会降低，并会变成一级凝结水。剩余的另一部分乏汽通过压缩机进行升温加压后，乏汽的温度和压力均被提升，完成提质后的乏汽被送入到第二换热器中，以用于再次加热一级热网水，一级热网水被再次加热后，其温升达到供水温度的需求。由此可见，本申请在不基本改变汽轮机本体结构的前提下，通过提升汽轮机的排汽能质(升温、加压)，来实现对乏汽余热的回收，通过将汽轮机中的乏汽分别输送到第一换热器和第二换热器中，从而达到了对乏汽的梯级利用、实现降低机组冷源损失，提高供热效率的目的。进一步地，实现汽轮机的乏汽余热完全被回收利用的供热模式，并且，在此供热模式下还可满足火力机组发电负荷和供热负荷同调的需求，在提高机组供热灵活性的同时兼顾了供热运行经济性，改造适用范围更加广泛。
附图说明
图1为本申请的实施例的汽轮机排汽余热提质供热系统的整体结构示意图。
图中，1：热网一级供热回路；11：第一换热器；111：一级加热热网水出口；112：一级加热热网回水入口；113：第一换热器的乏汽进汽口；114：第一凝结水出水口；12：第二换热器：121：二次加热热网水入口；122：二次加热热网水出口；123：第二换热器的乏汽进汽口；124：第二凝结水出水口；13：第三换热器；131：第一进水口；132：第一出水口；133：第二进水口；134：第二出水口；2：汽轮机；21：乏汽出口；3：压缩机；31：压缩机的乏汽进汽口；32：压缩机的乏汽出汽口；4：乏汽管路；41：调节阀；5：第一段管路；6：第二段管路；7：第三段管路；71：第一循环水泵；8：第一输水管；9：第二输水管；10：热网二级供热回路；20：第四段管路；30：第五段管路；31：第二循环水泵；40：热用户。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1所示，图中示意性地显示了该汽轮机排汽余热提质供热系统包括热网一级供热回路1、汽轮机2以及能够给多余乏汽进行二次加温、加压的压缩机3。
在本申请的实施例中，该热网一级供热回路1包括第一换热器11、第二换热器12以及第三换热器13，其中，该第一换热器11的一级加热热网水出口111与该第二换热器12的二次加热热网水入口121连通，该第二换热器12的二次加热热网水出口122与该第三换热器13的第一进水口131连通，该第三换热器13的第一出水口132与该第一换热器11的一级加热热网回水入口112连通。
该汽轮机2的乏汽出口21分别与该第一换热器11的乏汽进汽口113以及该压缩机3的乏汽进汽口31连通，该压缩机3的乏汽出汽口32与该第二换热器12的乏汽进汽口123连通。需要说明的是，在该热网一级供热回路中1存有一级热网水，具体地，该一级热网水在热网一级供热回路1中处于循环的状态。
具体地，本申请通过将汽轮机2的乏汽余热分为两路进行并联回收，即，将一部分乏汽直接送入到该第一换热器11中，进入到该第一换热器11中的乏汽与一级热网水进行换热，从而达到给一级热网水进行加热的目的，换热完成后的乏汽的焓值会降低，并会变成一级凝结水。剩余的另一部分乏汽通过压缩机3进行升温、加压后，乏汽的温度和压力均被提升，完成提质后的乏汽被送入到第二换热器12中，以用于再次加热一级热网水，一级热网水被再次加热后，其温升达到供水温度的需求。由此可见，本申请在不基本改变汽轮机2的本体结构的前提下，通过提升汽轮机2的乏汽能质(升温、加压)，来实现对乏汽余热的回收，通过将汽轮机2中的乏汽分别输送到第一换热器11和第二换热器12中，从而达到了对乏汽的梯级利用、实现降低机组冷源损失，提高供热效率的目的。进一步地，实现汽轮机2的乏汽余热完全被回收利用的供热模式，并且，在此供热模式下还可满足火力机组发电负荷和供热负荷同调的需求，在提高机组供热灵活性的同时兼顾了供热运行经济性，改造适用范围更加广泛。如图1所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该汽轮机2的乏汽出口21通过乏汽管路4与该压缩机3的乏汽进气口31连通，其中，在该乏汽管路4上设有能够调节进入到该第一换热器11中的乏汽量与进入到该压缩机3中的乏汽量的比例的调节阀41。具体地，本申请通过采用压缩机3对汽轮机排汽提质，通过改变调节阀41的开度，从而达到调节进入到该第一换热器11中的乏汽量与进入到该压缩机3中的乏汽量的比例的目的，以满足不同的发电供热需求，同时，也大大地增大了机组的发电调节范围，使得汽轮机2中的乏汽能够被完全回收，进一步地，符合提升机组发电供热灵活性的要求。通过控制调节阀41的开度，从而可以灵活地控制进入到压缩机3中用于提升其能质的乏汽流量与排入到第一换热器11中的乏汽流量的比例，在满足供热需求的同时，也大大地改变了压缩机3的耗电量，实现汽轮机2中的乏汽余热能够全部被回收的目的。
需要说明的是，该压缩机3可由电动机驱动或汽轮机驱动。
如图1所示，图中还示意性地显示了该第一换热器11为供热凝汽器，该第二换热器12为尖峰加热器，该第三换热器13为板式换热器。需要说明的是，供热凝汽器是能够将汽轮机2中的乏汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器。
如图1所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，该第一换热器11的一级加热热网水出口111通过第一段管路5与该第二换热器12的二次加热热网水入口121连通，该第二换热器12的二次加热热网水出口122通过第二段管路6与该第三换热器13的第一进水口131连通，该第三换热器13的第一出水口132通过第三段管路7与该第一换热器11的一级加热热网回水入口112连通。
如图1所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，在该第三段管路7上设有能够促使一级热网水在该热网一级供热回路1中处于循环状态的第一循环水泵71。具体地，一级热网水在第一循环水泵71的驱动下依次经过第一换热器11和第二换热器12进行梯级加热后，一级热网水满足供热需求后会进入第二段管路6中并送往热力站。在热力站通过使得一级热网水在第三换热器13中与二级热网水进行热交换，换热后的一级热网水释放热量后温度降低，温度降低后的一级热网水会重新回到第一换热器11中并与经汽轮机2的乏汽出口21输出而进入到该第一换热器11中的乏汽进行热交换，从而使得该温度降低后的一级热网水被再次加热。由此可见，本申请可以实现汽轮机2中的乏汽余热被完全回收利用的供热模式，并且可以满足供热需求。
如图1所示，在本申请的一个比较优选的技术方案中，在该第一换热器11的下端构造有第一凝结水出水口114，该汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与该第一凝结水出水口114相连接并能够输出一级凝结水的第一输水管8。具体地，汽轮机2中的部分乏汽进入到第一换热器11中后会与一级热网水进行换热，在此过程中，乏汽释放出汽化潜热后变成冷凝水，并经第一输水管8输送给机组凝结水系统(图中未示出)。由此可见，本申请能够有效地将乏汽与一级热网水进行换热后冷凝生成的一级凝结水进行有效地收集，从而大大地提高了一级凝结水的利用率，避免水资源的浪费。
如图1所示，在本申请的另一个优选的实施例中，在该第二换热器12的下端构造有第二凝结水出水口124，该汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与该第二凝结水出水口124相连接并能够输出二次凝结水的第二输水管9。具体地，汽轮机2的剩余部分乏汽经压缩机3进行加温加压后，得到提质的乏汽被送入到第二换热器12中与一级热网水进行换热，从而使得一级热网水被再次加热，换热后的乏汽焓值会降低并变成二次凝结水，二次凝结水经该第二输水管9送入到机组凝结水系统。由此可见，本申请能够有效地将乏汽与一级热网水进行换热后的二次凝结水进行有效地收集，从而大大地提高了二次凝结水的利用率，避免水资源的浪费。
如图1所示，图中还示意性地显示了该汽轮机排汽余热提质供热系统还包括能够给二级热网水进行加热的热网二级供热回路10。
为进一步优化上述技术方案中的热网二级供热回路10，在上述技术方案的基础上，该热网二级供热回路10包括该第三换热器13和热用户40，其中，该第三换热器13的第二出口134通过第四段管路20与该热用户40的入水口(图中未示出)连接，该热用户40(未示出)的出水口通过第五段管路30与该第三换热器13的第二进口133连接。
在一个实施例中，在该第五段管路30上设有能够促使二级热网水在该热网二级供热回路10中处于循环状态的第二循环水泵31。
具体地，一级热网水被送往热力站后，在热力站被加热的一级热网水通过第三换热器13与二级热网水进行热交换，换热后的一级热网水释放热量后温度降低，温度降低后的一级热网水重新被送回到第一换热器11中，二级热网水经第二循环水泵31进入到第三换热器13中被加热，经第四段管路20将热量输送给热用户40。
综上所述，本申请通过将汽轮机2的乏汽余热分为两路进行并联回收，即，将一部分乏汽直接送入到该第一换热器11中，进入到该第一换热器11中的乏汽与一级热网水进行换热，从而达到给一级热网水进行加热的目的，换热完成后的乏汽的焓值会降低，并会变成一级凝结水。剩余的另一部分乏汽通过压缩机3进行升温加压后，乏汽的温度和压力均被提升，完成提质后的乏汽被送入到第二换热器12中，以用于再次加热一级热网水，一级热网水被再次加热后，其温升达到供水温度的需求。由此可见，本申请在不基本改变汽轮机2的本体结构的前提下，通过提升汽轮机2的乏汽能质(升温、加压)，来实现对乏汽余热的回收，通过将汽轮机2中的乏汽分别输送到第一换热器11和第二换热器12中，从而达到了对乏汽的梯级利用、实现降低机组冷源损失，提高供热效率的目的。进一步地，实现汽轮机2的乏汽余热完全被回收利用的供热模式，并且，在此供热模式下还可满足火力机组发电负荷和供热负荷同调的需求，在提高机组供热灵活性的同时兼顾了供热运行经济性，改造适用范围更加广泛。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
Claims (10)
1.一种汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，包括：
热网一级供热回路，所述热网一级供热回路包括第一换热器、第二换热器以及第三换热器，其中，所述第一换热器的一级加热热网水出口与所述第二换热器的二次加热热网水入口连通，所述第二换热器的二次加热热网水出口与所述第三换热器的第一进水口连通，所述第三换热器的第一出水口与所述第一换热器的一级加热热网回水入口连通；以及
汽轮机和能够给多余乏汽进行二次加温、加压的压缩机，其中，所述汽轮机的乏汽出口分别与所述第一换热器的乏汽进汽口以及所述压缩机的乏汽进汽口连通，所述压缩机的乏汽出汽口与所述第二换热器的乏汽进汽口连通。
2.根据权利要求1所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，所述汽轮机的乏汽出口通过乏汽管路与所述压缩机的所述乏汽进汽口连通，其中，在所述乏汽管路上设有能够调节进入到所述第一换热器中的乏汽量与进入到所述压缩机中的乏汽量的比例的调节阀，其中，所述压缩机由电动机驱动或汽轮机驱动。
3.根据权利要求1所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，所述第一换热器为供热凝汽器，所述第二换热器为尖峰加热器，所述第三换热器为板式换热器。
4.根据权利要求1所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，所述第一换热器的一级加热热网水出口通过第一段管路与所述第二换热器的二次加热热网水入口连通，所述第二换热器的二次加热热网水出口通过第二段管路与所述第三换热器的第一进水口连通，所述第三换热器的第一出水口通过第三段管路与所述第一换热器的一级加热热网回水入口连通。
5.根据权利要求4所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，在所述第三段管路上设有能够促使一级热网水在所述热网一级供热回路中处于循环状态的第一循环水泵。
6.根据权利要求1所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，在所述第一换热器的下端构造有第一凝结水出水口，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与所述第一凝结水出水口相连接并能够输出一级凝结水的第一输水管。
7.根据权利要求6所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，在所述第二换热器的下端构造有第二凝结水出水口，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括与所述第二凝结水出水口相连接并能够输出二次凝结水的第二输水管。
8.根据权利要求1所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，所述汽轮机排汽余热提质供热系统还包括能够给二级热网水进行加热的热网二级供热回路。
9.根据权利要求8所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，所述热网二级供热回路包括所述第三换热器和热用户，其中，所述第三换热器的第二出口通过第四段管路与所述热用户的入水口连接，所述热用户的出水口通过第五段管路与所述第三换热器的第二进口连接。
10.根据权利要求9所述的汽轮机排汽余热提质供热系统，其特征在于，在所述第五段管路上设有能够促使二级热网水在所述热网二级供热回路中处于循环状态的第二循环水泵。
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