CN109441579B - 一种电站弃热回收装置及节能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电站弃热回收装置及节能系统，包括汽水分离器、高压弃热回收器、低压弃热回收器、弃热回收水箱、气液两相疏水器、弃热回收母管，高压弃热回收器的蒸汽进气口连通汽水分离器并与弃热连通管的上端对应，高压弃热回收器的蒸汽凝结水出口连接至气液两相疏水器，而后与高压弃热回收器的高压软化水出水口合并连接至弃热回收水箱；低压弃热回收器的蒸汽进气口连通汽水分离器并与弃热连通管的下端对应，低压弃热回收器的低压软化水出口和蒸汽凝结水出口合并连接至弃热回收水箱，弃热回收水箱的出水口连接弃热回收母管。该种电站弃热回收装置及节能系统具有设计科学、弃热回收充分、安全稳定、便于改造、节能效果好的优点。

Description

一种电站弃热回收装置及节能系统
技术领域
本发明涉及一种电站弃热回收利用的装置，具体的说，涉及了一种电站弃热回收装置及节能系统。
背景技术
无论是依靠燃煤、燃气的火力发电站，还是利用原子能的核电站，其热力设备和热力管道系统均设有疏放水管道阀门系统，这些系统在机组启动、停机、故障或设备检修时，均需要通过疏放水系统进行疏放水，而这部分疏放水大部分是含有热量的蒸汽或汽水混合物，经过扩容后直接排入凝汽器，除了回收软化水外，大量热量被循环冷却水带走，即热量的废弃。此外，机组正常运行中，热力系统的疏放水阀门经过频繁开关和蒸汽冲刷，一般会有部分阀门长期内漏，这部分热量不仅白白浪费，同时增加了凝汽器的热负荷，消耗一定量的循环冷却水，严重时导致凝汽器真空降低，汽轮机热耗上升。此外，这些内漏的阀门长期高速冲刷还会造成疏水管道冲刷泄漏，威胁机组和人身安全，严重时导致机组停运检修，进而造成电站设备被迫停运和更大的经济损失。因此，这部分废弃热量的回收不仅具有可观的经济效益，还有很好的安全效益。
一般情况，电站凝汽器设有疏水扩容器，该扩容器为罐式或者箱式结构，内部主要有消音器、减温水和支撑架，其上部与凝汽器喉部连接，底部与凝汽器热井相同，没有阀门调节和任何节流装置，设计上虽然考虑到回收软化水的回收，但事实上排放的热量变成废弃热源排入凝汽器，经循环冷却水带走的同时，也影响了汽轮机真空和机组效率。随着现代电站机组容量的不断增大，参数也不断提升，疏放水系统更加复杂而庞大，大机组一般设有多台凝汽器和多台疏水扩容器。而且，大机组疏水系统的阀门大部分为进口设备，质量好但价钱昂贵，维修成本很高，而有些质次价廉的阀门性价比低，使用寿命短，内漏问题不可避免。因此，电站疏放水系统常年在高温高压环境下运行，难以避免阀门冲刷长期内漏现象，从而造成长期的热量损失，同时也降低了机组安全可靠性。
在非电站领域，如化工、钢铁等行业，设计有一种余热回收装置，其主要由余热换热器、泵站、水箱和管道阀门系统组成，用于回收工业伴生的余热，热量介质包括蒸汽、烟气、热水等。这种余热回收装置一般采用单台管式或者混合式换热器结构，通过泵站回收经过加热的介质，这种装置结构简单，功能单一，节能回收量较小。而电站的设备参数高、系统管路复杂，涉及多台设备和多个交叉的专业，设计上往常重在考虑疏放水系统的安全性和回收软化水，而忽略了该部分热量的回收，随着机组容量和参数的提高，该部分热量损失也十分显著。以目前国内主力机型600MW超临界燃煤机组为例，其一年启停机组的疏放水热量和阀门内漏的热量，每年损失在数百万元。
随着国家节能减排政策的不断加强和完善，电站深度节能工作也成为当前行业关注的焦点，为解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种设计科学、弃热回收充分、安全稳定、便于改造、节能效果好的一种电站弃热回收装置及节能系统。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电站弃热回收装置，包括汽水分离器、高压弃热回收器、低压弃热回收器、弃热回收水箱、气液两相疏水器、和弃热回收母管，所述高压弃热回收器、所述汽水分离器和所述低压弃热回收器自上而下依次连接；
所述汽水分离器内设螺旋分离器、弃热连通管和若干蒸汽消音器，若干所述蒸汽消音器用于连接疏放水系统母管，所述弃热连通管和所述螺旋分离器均在所述汽水分离器内部设置；
所述高压弃热回收器的蒸汽进气口连通所述汽水分离器并与所述弃热连通管的上端对应，所述高压弃热回收器的蒸汽凝结水出口连接至所述气液两相疏水器，而后与所述高压弃热回收器的高压软化水出水口合并连接至所述弃热回收水箱；所述低压弃热回收器的蒸汽进气口连通所述汽水分离器并与所述弃热连通管的下端对应，所述低压弃热回收器的低压软化水出口和蒸汽凝结水出口合并连接至所述弃热回收水箱，所述弃热回收水箱的出水口连接所述弃热回收母管。
基上所述，它还包括安全排放系统，所述安全排放系统包括安全排气阀组和排空管路，所述排空管路的进口连接所述汽水分离器，所述排空管路的出口连接凝汽器的上部。
基上所述，所述汽水分离器为罐式结构，所述汽水分离器的内部顶部设有辅助减温器。
基上所述，所述高压弃热回收器的高压软化水进口连接电站凝结水供水母管，所述低压弃热回收器的低压软化水进口连接常开水源。
基上所述，所述高压弃热回收器和所述低压弃热回收器为板式换热器结构或管式换热器结构。
基上所述，所述弃热回收水箱通过所述弃热回收母管连接至凝汽器热井或通过升压泵接入汽轮机回水加热系统。
基上所述，所述安全排气阀组包括电磁气动减温阀、弹簧式安全阀和电动/气动排放阀，分别连通外界和导通所述排空管路，所述安全排气阀组中的各阀门并联设置，所述安全排气阀组也可以是单一的安全阀。
基上所述，所述弃热回收母管上安装有多级水封装置和流量/热量计量装置。
基上所述，所述弃热连通管的上下两端分别安装有导流罩，所述汽水分离器的下部设有危急排水管路和危急排水阀，所述危急排水管路连接至所述多级水封装置后的弃热回收母管上。
一种用于上述电站弃热回收装置的节能系统，它包括自动控制系统、监测系统和安全控制系统，所述监测系统包括安装在所述汽水分离器中的温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件和变送器，所述安全控制系统包括电磁气动减温阀、弹簧式安全阀和电动/气动排放阀组成的安全排气阀组和排空管路，所述安全排气阀组关联所述压力测量元件，根据所述压力测量元件的设定阈值进行启闭控制，所述自动控制系统包括控制器，用于接收和统计温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件、流量/热量测量元件所检测的温度、压力、液位、流量/热量信息，并触发报警，所述控制器还分别控制高、低压弃热回收器的高、低压软化水进水管路上的调节阀和所述安全排气阀组中的各阀门的启闭，以及危急排水阀和辅助减温器的启闭。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用高压弃热回收器、汽水分离器、低压弃热回收器依次串接，构成弃热回收装置的主体部分，外接的疏放水系统母管连接内部的蒸汽消音器，作为弃热回收的进路，蒸汽在汽水分离器中分离，高压高温蒸汽进入上部的高压弃热回收器，低压汽水混合物进入下部的低压弃热回收器，经换热后汇入弃热回收水箱，通过连通管进入凝汽器热井，或者通过升压泵打入汽轮机回热系统。
进一步地，所述汽水分离器还设有安全排放系统，充分保证机组启停或事故情况下大量疏放水排放需要。
进一步地，本发明装置与电站凝汽器结合使用，可以多台回收装置连成节能系统，放置在凝汽器两侧，所述弃热回收装置的上部安全排放系统与凝汽器喉部连接，装置的下部凝结水和软化水通过连通管与凝汽器热井连接。本发明在考虑回收热量和软化水的同时，还考虑到减少凝汽器热负荷，从而提高凝汽器冷却效率，提高机组的运行效率。
进一步地，本发明弥补了电站设计的漏洞，尤其是大容量高效率机组的疏放水系统温度压力参数高，流速快，增加弃热回收装置及节能系统后，能有效减少疏放水阀门前后压差，减缓蒸汽对管路的冲刷，最大限度地提高机组整体安全经济水平。
进一步地，本发明考虑到易受到现场应用场地和环境复杂性的影响，为减少人员操作，设计有必要的温度、压力、液位和流量传感器和自动化系统，实现装置的自动调节和保护功能。
进一步地，本发明充分考虑到电站对节能效果的需求，在弃热回收联通管设计热量监测仪器，便于回收热量的记录和分析，适于合同能源管理的实施，充分发挥装置的节能效益。
其结构简单，便于现有电站的改造，成本较低，克服了传统的余热回收器采用管式换热器或混合式加热器接受单一或少量几种热源的回收、通过泵站回收热量、一般是单独布置使用的局限，做到了弃热细分处理，弃热的回收利用充分，能最大限度回收电站弃热，提高汽轮机效率，节约能源，具有设计科学、弃热回收充分、安全稳定、便于改造、节能效果好的优点。
附图说明
图1是本发明电站弃热回收装置的结构示意图。
图2是本发明电站弃热回收装置的应用状态的结构示意图。
图3是本发明节能系统装置的框图。
图中：1.汽水分离器；2.高压弃热回收器；2-1. 高压弃热回收器的蒸汽进气口；2-2. 高压软化水调整阀；2-3. 高压弃热回收器的蒸汽凝结水出口；2-4. 高压弃热回收器的高压软化水出水口；3.低压弃热回收器；3-1. 低压弃热回收器的蒸汽进气口；3-2. 低压弃热回收器的低压软化水出口；3-3. 低压弃热回收器的蒸汽凝结水出口；3-4. 低压软化水调整阀；4.弃热回收水箱；5.气液两相疏水器；6.弃热回收母管；7.螺旋分离器；8.弃热连通管；9.蒸汽消音器；10.疏放水系统母管；11.排空管路；12.凝汽器；13.多级水封装置；14.导流罩；15.危急排水管路；16.危急排水阀；17.弹簧式安全阀；18. 危急排气阀；19.热井；20.辅助减温器。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，一种电站弃热回收装置，包括汽水分离器1、高压弃热回收器2、低压弃热回收器3、弃热回收水箱4、气液两相疏水器5、和弃热回收母管6，所述高压弃热回收器2、所述汽水分离器1和所述低压弃热回收器3自上而下依次连接；
所述汽水分离器1内设螺旋分离器7、弃热连通管8和若干蒸汽消音器9，若干所述蒸汽消音器9用于连接疏放水系统母管10，如高压疏放水系统回收母管、中压疏放水系统母管、高压加热器危急放水回收母管、低压疏放水系统回收母管、低压加热器危急放水回收母管及其它疏放水系统回收母管，所述弃热连通管8和所述螺旋分离器7均在所述汽水分离器1内部竖向设置，用于分离水汽和疏导高压低压蒸汽；
所述高压弃热回收器的蒸汽进气口2-1连通所述汽水分离器1并与所述弃热连通管8的上端对应，高压气体上浮进入高压弃热回收器2中，高压弃热回收器外接高压软化水源，并安装高压软化水调整阀2-2，该高压软化水源可以利用电站凝结水供水母管较高压力的水源快速回收弃热，适合机组启停或机组故障排汽情况下产生的大量疏放水的弃热回收。所述高压弃热回收器的蒸汽凝结水出口2-3连接至所述气液两相疏水器5，而后与所述高压弃热回收器的高压软化水出水口2-4合并连接至所述弃热回收水箱4；所述低压弃热回收器的蒸汽进气口3-1连通所述汽水分离器1并与所述弃热连通管8的下端对应，所述低压弃热回收器的低压软化水出口3-2和蒸汽凝结水出口3-3合并连接至所述弃热回收水箱4，低压弃热回收器的低压软化水源取自除盐水，并安装低压软化水调整阀3-4，既用于回收弃热，又可以补充调节凝汽器的水位，所述弃热回收水箱4的出水口连接所述弃热回收母管6，排入凝汽器12的热井中，热量被电站凝结水系统吸收利用；也可以根据需要，经升压泵接入汽轮机回水加热系统中。
如图2所示，为了方便操作，所述弃热回收装置布置在凝汽器12的侧部，与凝汽器12形成完整的弃热回收与节能系统。
为防止汽水分离器内部超温超压，所述弃热回收装置还设有安全排放系统，所述安全排放系统包括安全排气阀组和排空管路11，所述排空管路11的进口连接所述汽水分离器1，所述排空管路11的出口连接凝汽器12的上部，所述安全排气阀组包括电磁（气）动减温阀、弹簧式安全阀17和电动/气动排放阀，电动/气动排放阀作为危急排气阀18，其中，弹簧式安全阀为三通阀，分别连通外界和导通所述排空管路，所述安全排气阀组中的各阀门并联设置，当汽水分离器1中的气压过大，排空阀组中的各阀门按照自身的报警值依次打开，多余蒸汽通过排空管路11进入凝汽器上部（喉部）或排空，防止汽水分离器内部超压。
所述汽水分离器1为罐式结构，所述汽水分离器的内部顶部设有辅助减温器20，辅助减温器20为喷洒式结构，水源来自于高压软化水源或其它冷源，在需要降温时打开，对汽水分离器内部进行喷水降温。
所述高压弃热回收器2和所述低压弃热回收器3为板式换热器结构或管式换热器结构，板式回收器既可采用钎焊方式制造的螺旋板式或平行板式的结构，管式回收器可采用诸如列管式、U形管式或螺旋管式的换热结构，所述弃热回收器外部可为圆形也可为多边体形状，具体根据现场已有的疏放水系统和空间布局条件进行设计。
所述弃热回收母管6上安装有多级水封装置13和流量/热量计量装置，通过计算机分析不同时段、不同工况下回收的热量，用于计量回收的热量和废弃热回收的效益评估，方便节能改造的资金回收。
所述弃热连通管8的上下两端分别安装有导流罩14，所述汽水分离器1的下部设有危急排水管路15和危急排水阀16，所述危急排水管路15连接至所述多级水封装置13后的弃热回收母管6上，防止出现大量蒸汽和疏放水进入分离器导致超温、超压和高水位等不安全情况。
当机组正常运行时，为回收疏放水系统阀门内漏产生的弃热，主要使用低压弃热回收器3，采用低压软化水调节阀3-4和多级水封装置13调节凝汽器热井19的水位。同时减小疏放水系统阀门前后压差，减缓阀门和管道冲刷。
当疏放水系统阀门存在较大内漏，或者热力设备检修需要增大疏放水排放时，同时启用高压弃热回收器2，充分回收热量。
当出现机组启动或停运等重大操作时，同时启用高压弃热回收器2和低压弃热回收器3，必要时投入辅助减温器20和危急排水阀16，防止汽水分离器1超温超压。
当机组出现异常或故障跳机时，热力系统短时间会产生大量疏放水，在同时启用高压弃热回收器2和低压弃热回收器3的同时，系统根据预警值自动开启安全排放系统的危急排气阀16、弹簧式安全阀17，确保机组安全。
为了方便监测和控制，设置一种用于上述电站弃热回收装置的节能系统装置，它包括自动控制系统、监测系统和安全控制系统，所述监测系统包括安装在所述汽水分离器1中的温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件和变送器，用于测量汽水分离器中温度、压力、液位数据，所述安全控制系统包括电磁气动减温阀、弹簧式安全阀和电动/气动排放阀组成的安全排气阀组和排空管路，所述安全排气阀组关联所述压力测量元件，根据所述压力测量元件的设定阈值进行启闭控制，所述自动控制系统包括控制器，用于接收和统计温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件、流量/热量测量元件所检测的温度、压力、液位、流量/热量信息，并触发报警，根据汽水分离器1中的压力、温度、液位数据和热量数据，控制高、低压弃热回收器的高、低压软化水进水管路上的调节阀和所述安全排气阀组中的各阀门的启闭，辅助减温器的启闭、危急排水阀16的启闭，确保系统安全。
其它实施例中，所述弃热回收装置根据机组疏放水系统容量大小和凝汽器数量，设置多台装置并联使用，采用立式或卧式布置方式，与凝汽器构成完整的弃热回收与节能系统。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种电站弃热回收装置，其特征在于：它包括汽水分离器、高压弃热回收器、低压弃热回收器、弃热回收水箱、气液两相疏水器和弃热回收母管，所述高压弃热回收器、所述汽水分离器和所述低压弃热回收器自上而下依次连接；
所述汽水分离器内设螺旋分离器、弃热连通管和若干蒸汽消音器，若干所述蒸汽消音器用于连接疏放水系统母管，所述弃热连通管和所述螺旋分离器均在所述汽水分离器内部设置；
所述高压弃热回收器的蒸汽进气口连通所述汽水分离器并与所述弃热连通管的上端对应，所述高压弃热回收器的高压软化水进口连接电站凝结水供水母管，所述高压弃热回收器的蒸汽凝结水出口连接至所述气液两相疏水器，而后与所述高压弃热回收器的高压软化水出水口合并连接至所述弃热回收水箱；所述低压弃热回收器的蒸汽进气口连通所述汽水分离器并与所述弃热连通管的下端对应，所述低压弃热回收器的低压软化水进口连接常开水源并设置低压软化水调节阀，所述低压弃热回收器的低压软化水出口和蒸汽凝结水出口合并连接至所述弃热回收水箱，所述弃热回收水箱的出水口连接所述弃热回收母管；
所述弃热回收水箱通过所述弃热回收母管连接至凝汽器热井或通过升压泵接入汽轮机回水加热系统，所述弃热回收母管上安装有多级水封装置和流量/热量计量装置，所述弃热连通管的上下两端分别安装有导流罩，所述汽水分离器的下部设有危急排水管路和危急排水阀，所述危急排水管路连接至所述多级水封装置后的弃热回收母管上。
2.根据权利要求1所述的一种电站弃热回收装置，其特征在于：它还包括安全排放系统，所述安全排放系统包括安全排气阀组和排空管路，所述排空管路的进口连接所述汽水分离器，所述排空管路的出口连接凝汽器的上部。
3.根据权利要求1或2所述的一种电站弃热回收装置，其特征在于：所述汽水分离器为罐式结构，所述汽水分离器的内部顶部设有辅助减温器。
4.根据权利要求3所述的一种电站弃热回收装置，其特征在于：所述高压弃热回收器和所述低压弃热回收器为板式换热器结构或管式换热器结构。
5.根据权利要求2所述的一种电站弃热回收装置，其特征在于：所述安全排气阀组包括电磁气动减温阀、弹簧式安全阀和电动/气动排气阀，所述安全排气阀组中的各阀门并联设置；或包括单一安全阀。
6.一种用于权利要求1-2任一项所述的电站弃热回收装置的节能系统，其特征在于：它包括自动控制系统、监测系统和安全控制系统，所述监测系统包括安装在所述汽水分离器中的温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件和变送器，所述安全控制系统包括电磁气动减温阀、弹簧式安全阀和电动/气动排放阀组成的安全排气阀组和排空管路，所述安全排气阀组关联所述压力测量元件，根据所述压力测量元件的设定阈值进行启闭控制，所述自动控制系统包括控制器，用于接收和统计温度测量元件、压力测量元件、液位测量元件、流量/热量测量元件所检测的温度、压力、液位、流量/热量信息，并触发报警，所述控制器还分别控制高、低压弃热回收器的高、低压软化水进水管路上的调节阀和所述安全排气阀组中的各阀门的启闭，以及危急排水阀和辅助减温器的启闭。
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