CN109751651B - 300mw及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，包括高背压凝汽器、热泵机组、尖峰加热器、1#机组、2#机组和小汽轮机，采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器内进行一级加热；高背压凝汽器的出水口通过管路与热泵机组的进水口连接，热泵机组的出水口通过管路与尖峰加热器的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器内进行四级加热；尖峰加热器的出水口接入采暖供水管道。通过对两个低压缸背压的高低配置合理设计，13kPa正常背压的乏汽余热或辅机冷却水余热作为热泵低位热源，35KPa乏汽分成两路，一路给高背压凝汽器，一路给前置凝汽器，运行调节灵活，梯级加热，能源利用效率高。

Description

300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统

技术领域

本发明涉及低品位工业余热利用技术领域，特别是300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统。

背景技术

空冷机组高背压循环水供热节能技术，即空冷机组的“直接利用原有高背压”供热技术，是在不改变空冷岛现状，增设水冷式高背压供热凝汽器。

在供热期，提高汽轮机的背压，利用水冷凝汽器回收汽轮机排汽的余热进行一级加热和机组抽汽进行二次加热，满足热网供水温度要求，实现机组冷源损失为零，并提高采暖供热能力；在非供热期，切换到空冷岛进行纯凝工况运行。

随着清洁供暖工程的推进，现阶段出现的实际问题有：第一，往往位于北方地区中小城市郊区的300MW及以上等级火电纯凝机组需要进行供热改造。而中小城市供热面积规模有限，不能充分回收空冷机组高背压供热改造后的乏汽热量，对机组供热经济性有很大影响；第二，现有的具有两个低压缸的300MW及以上等级的空冷机组冷端余热量大，而电厂接带的供热面积有限，不能利用全部余热，导致机组热效率低，影响电厂收益；第三，现有的空冷机组辅机冷却水余热，由于品位较低，难以直接利用。

通过对其中一台机组两个低压缸背压的高低配置设计，合理设置热泵加热流程进行余热利用，增大系统供热能力的同时尽量提高发电能力，能源梯级利用效率高。

发明内容

本发明的目的是提供300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，要解决现阶段300MW及以上等级空冷机组低品位热量无法直接利用、能源利用率低等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明一方面提供300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，所述供热系统包括高背压凝汽器9、热泵机组5、尖峰加热器13、1#机组1、2#机组2和小汽轮机3，采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热；

高背压凝汽器9的出水口通过管路与热泵机组5的进水口连接，热泵机组5的出水口通过管路与尖峰加热器13的进水口连接；采暖回水在尖峰加热器13内进行四级加热；

尖峰加热器13的出水口连接采暖供水管道；热泵机组5的驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽或小汽轮机3排汽。

进一步，300MW及以上等级空冷机组有两个低压缸，一个低压缸的背压为为13kPa，另一个低压缸的背压为13kPa-35kPa（可调）。

进一步，高背压凝汽器9进水口处的管路与高背压凝汽器9出水口处的管路之间设置有第一旁通管；第一旁通管上还设置有第一旁通阀7。

进一步，高背压凝汽器9的热源是1#机组1 35kPa乏汽。

进一步，热泵机组5包括前置凝汽器10与吸收式热泵11；高背压凝汽器9出水口通过管路与热泵机组5内前置凝汽器10的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器10内进行二级加热；前置凝汽器10的出水口通过管路与吸收式热泵11的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵11内进行三级加热；

吸收式热泵11的低位热源是2#机组2的13kPa乏汽余热，驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽或者小汽轮机3排汽。

进一步，1#机组1上的乏汽分为13Kpa乏汽和35Kpa乏汽；35Kpa乏汽分为两条支路，一路给高背压凝汽器9，另一路给前置凝汽器10；13Kpa乏汽通过空冷岛排放。

进一步，前置凝汽器10进水口处的管路与前置凝汽器10出水口处的管路之间设置有第二旁通管；第二旁通管上还设置有第二旁通阀8。

进一步，前置凝汽器10的热源是1#机组1 35kPa乏汽。

进一步，热泵机组5包括压缩式热泵14与表面换热器15；高背压凝汽器9出水口通过管路与热泵机组5内压缩式热泵14的进水口连接，采暖回水在压缩式热泵14内进行二级加热；压缩式热泵14的出水口通过管路与表面换热器15的进水口连接，采暖回水在表面换热器15内进行三级加热；

压缩式热泵14的低位热源是辅机冷却水余热，驱动热源为抽汽供热母管16上的0.5MPa以上高品位蒸汽。

进一步，压缩式热泵14进水口处的管路与压缩式热泵14出水口处的管路之间设置有第三旁通管；第三旁通管上还设置有第三旁通阀12。

进一步，尖峰加热器13出水口的采暖供水水温小于等于130℃。

本发明另一方面提供300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，包括高背压凝汽器9、热泵机组5、尖峰加热器13、1#机组1、2#机组2和小汽轮机3，热泵机组5包括前置凝汽器10与吸收式热泵11；采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热；高背压凝汽器9出水口通过管路与前置凝汽器10的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器10内进行二级加热；前置凝汽器10的出水口通过管路与吸收式热泵11的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵11内进行三级加热；吸收式热泵11的出水口通过管路与尖峰加热器13的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器13内进行四级加热，尖峰加热器13的出水口接入采暖供水管道；

小汽轮机3排汽主管路设置有第一支管17和第二支管18，第一支管17将排汽送入吸收式热泵11，作为吸收式热泵11的驱动热源；

尖峰加热器13的驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽和/或小汽轮机3经第二支管18送出的排汽。

进一步，小汽轮机3排汽压力为0.11 MPa-0.25MPa（绝对压力）。

进一步，吸收式热泵11的低位热源是2#机组2的13kPa乏汽。

进一步，第一支管17和第二支管18上均设置有阀门。

本发明的有益效果体现在：

1，现有的300MW及以上等级空冷机组双背压虽然有两个低压缸，但是背压都是13kPa。本发明提供300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，通过对两个低压缸背压的高低配置合理设计，13kPa正常背压的乏汽余热或辅机冷却水余热作为热泵低位热源，35KPa乏汽分成两路，一路给高背压凝汽器，一路给前置凝汽器，运行调节灵活，梯级加热，能源利用效率高。

2，通过利用小汽轮机的排汽作为吸收式热泵的驱动蒸汽，吸收式热泵运行时间可以大大延长。

3，辅机冷却水余热作为蒸汽驱动压缩式热泵的低位热源，增大对外供热能力。

4，空冷机组双背压和热泵联合供热，实现了对低品位热源的充分利用，对采暖回水进行了梯级加热，减少换热过程不可逆损失，运行费用低。

5，热泵机组包括前置凝汽器和吸收式热泵，热泵机组可以采用一体化结构，该结构紧凑，换热效率高。

本发明提供的系统既能充分回收一台机组排汽损失，又不影响另外一台机组低压缸排汽的做功效率和发电煤耗，梯级加热，运行调节灵活，能源利用效率高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一的流程示意图。

图2是本发明实施例二的流程示意图。

图3是本发明实施例三的流程示意图。

附图标记：1-1#机组、2-2#机组、3-小汽轮机、4-第四旁通阀、5-热泵机组、6-第五旁通阀、7-第一旁通阀、8-第二旁通阀、9-高背压凝汽器、10-前置凝汽器、11-吸收式热泵、12-第三旁通阀、13-尖峰加热器、14-压缩式热泵、15-表面换热器、16-抽汽供热母管、17-第一支管、18-第二支管。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

实施例1

如图1所示，本发明一方面提供300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，包括高背压凝汽器9、热泵机组5、尖峰加热器13、1#机组1、2#机组2和小汽轮机3。300MW及以上等级空冷机组有两个低压缸，一个低压缸的背压为为13kPa，另一个低压缸的背压为13kPa-35kPa（可调）。具体的，热泵机组5包括前置凝汽器10和吸收式热泵11，热泵机组5可以采用一体化结构设计，结构紧凑，换热效率高。

其中，1#机组1上的乏汽分为13Kpa乏汽和35Kpa乏汽；35Kpa乏汽分为两条支路，一路给高背压凝汽器9，另一路给前置凝汽器10；13Kpa乏汽通过空冷岛排放。

热网供水在与热力站的末端用户换热之后，通过供热回水管线，流回热电厂。随后采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热进行升温。

高背压凝汽器9出水口通过管路与热泵机组5内的前置凝汽器10的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器10内进行二级加热后继续升温。

前置凝汽器10的出水口通过管路与吸收式热泵11的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵11内进行三级加热持续升温；吸收式热泵11为超低压蒸汽即可驱动，大于0.11MPa（绝对压力）以上即可。前置凝汽器10根据高背压低压缸的不同工况，实时调整其负荷。

吸收式热泵11的低位热源是2#机组2的13kPa乏汽余热，驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽。吸收式热泵11的出水口通过管路与尖峰加热器13的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器13内进行四级加热后达到小于等于130℃的排出温度。

尖峰加热器13的出水口接入采暖供水管道并送出热电厂，周而复始循环。尖峰加热器13的驱动热源为抽汽供热母管16上的0.5Mpa以上高品位蒸汽或小汽轮机3排汽。

具体的，高背压凝汽器9的热源是1#机组1 35kPa乏汽。高背压凝汽器9进水口处的管路与高背压凝汽器9出水口处的管路之间设置有第一旁通管；第一旁通管上还设置有常闭第一旁通阀7，在高背压凝汽器9故障退出投运时，第一旁通阀7开启。

前置凝汽器10的热源是1#机组1 35kPa乏汽。前置凝汽器10进水口处的管路与前置凝汽器10出水口处的管路之间设置有常闭第二旁通管；第二旁通管上设置有第二旁通阀8。在排汽压力远小于35kPa时，前置凝汽器10停用，开启第二旁通阀8。

抽汽供热母管16与尖峰加热器13之间设置有第四旁通管，第四旁通管上还设置有第四旁通阀4。抽汽供热母管16与小汽轮机3之间设置有第五旁通阀6。

在供热初末寒期，第四旁通阀4关闭；在供热严寒期，高背压凝汽器9、前置凝汽器10、热泵机组5和小汽轮机3的排汽热量不满足供热需求时，第四旁通阀4开启，抽汽补充加热。

进一步，第五旁通阀6常开，在小汽轮机3故障停运时，第五旁通阀6关闭。

本实施例1中，高背压凝汽器9和前置凝汽器10同时运行，对应的低压缸没有冷源损失。

实施例2，300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，同实施例1，不同之处在于，参见图2所示。热泵机组5包括压缩式热泵14与表面换热器15。采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热。

高背压凝汽器9出水口通过管路与热泵机组5内压缩式热泵14的进水口连接，采暖回水在压缩式热泵14内进行二级加热。

压缩式热泵14的出水口通过管路与表面换热器15的进水口连接表面换热器15提取蒸汽驱动压缩式热泵14小汽轮机3排汽热量，采暖回水在表面换热器15内进行三级加热。

表面换热器15的出水口通过管路与尖峰加热器13的进水口连接；采暖回水在尖峰加热器13内进行四级加热。尖峰加热器13的出水口连接采暖供水管道并送出热电厂，周而复始循环。

压缩式热泵14的低位热源是辅机冷却水余热，驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽（0.5MPa以上的蒸汽）。压缩式热泵14最高出水温度82℃及以上，蒸汽驱动压缩式热泵14的排汽对表面换热器15进行加热到110℃以上。

具体的，压缩式热泵14进水口处的管路与压缩式热泵14出水口处的管路之间设置有第三旁通管；第三旁通管上还设置有第三旁通阀12。

实施例3，300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，同实施例1，不同之处在于，参见图3所示。热泵机组5包括前置凝汽器10与吸收式热泵11，超低压驱动，驱动热源为小汽轮机3，排汽压力为0.11 MPa-0.25MPa（绝对压力）；低位热源是2#机组2的13kPa乏汽。

采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热；高背压凝汽器9出水口通过管路与前置凝汽器10的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器10内进行二级加热；前置凝汽器10的出水口通过管路与吸收式热泵11的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵11内进行三级加热；吸收式热泵11的出水口通过管路与尖峰加热器13的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器13内进行四级加热，尖峰加热器13的出水口接入采暖供水管道并送出热电厂，周而复始循环。

小汽轮机3排汽主管路设置有第一支管17和第二支管18，其中，第一支管17将排汽送入吸收式热泵11，作为吸收式热泵11的驱动热源；吸收式热泵11的低位热源是2#机组2的13kPa乏汽。尖峰加热器13的驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽或小汽轮机3经第二支管18送出的排汽。

上述实施例1-3中，所述热泵机组5可以包括：最高出口温度82℃以上的蒸汽驱动离心压缩式热泵14或最高出口温度95℃以上的蒸汽驱动吸收式热泵11，并且其中，热网的回水梯级与高背压凝汽器9、出口温度72℃的前置凝汽器10、最高出口温度82℃以上的蒸汽驱动离心压缩式热泵14或出口温度95℃以上的蒸汽驱动吸收式热泵11以及尖峰加热器13换热，加热升温至供热温度后通过供热供水管线送出热电厂。

综上，本发明在热电厂采用高背压凝汽器9、热泵机组5和尖峰加热器13组合的方式回收热电厂余热并逐级加热一次热网的回水的方式，一方面有效回收利用了热电厂的冷端损失，能源利用效率高，另一方面高背压、热泵和抽汽加热多种方式，运行调节灵活，从而提高系统综合能源利用效率，降低供热成本。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，其特征在于：所述供热系统包括高背压凝汽器(9)、热泵机组(5)、尖峰加热器(13)、1#机组(1)、2#机组(2)和小汽轮机(3)，采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器(9)的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器(9)内进行一级加热；

高背压凝汽器(9)的出水口通过管路与热泵机组(5)的进水口连接，热泵机组(5)的出水口通过管路与尖峰加热器(13)的进水口连接；采暖回水在尖峰加热器(13)内进行四级加热；

尖峰加热器(13)的出水口连接采暖供水管道；热泵机组(5)的驱动热源为抽汽供热母管(16)上的高品位蒸汽或小汽轮机(3)排汽；300MW及以上等级空冷机组有两个低压缸，一个低压缸的背压为13kPa，另一个低压缸的背压为13kPa-35kPa；

高背压凝汽器(9)进水口处的管路与高背压凝汽器(9)出水口处的管路之间设置有第一旁通管；第一旁通管上还设置有第一旁通阀(7)；高背压凝汽器(9)的热源是1#机组(1)35kPa乏汽；

热泵机组(5)包括前置凝汽器(10)与吸收式热泵(11)；高背压凝汽器(9)出水口通过管路与热泵机组(5)内前置凝汽器(10)的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器(10)内进行二级加热；前置凝汽器(10)的出水口通过管路与吸收式热泵(11)的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵(11)内进行三级加热；

吸收式热泵(11)的低位热源是2#机组(2)的13kPa乏汽余热，驱动热源为抽汽供热母管(16)上的高品位蒸汽或者小汽轮机(3)排汽；

热泵机组(5)包括压缩式热泵(14)与表面换热器(15)；高背压凝汽器(9)出水口通过管路与热泵机组(5)内压缩式热泵(14)的进水口连接，采暖回水在压缩式热泵(14)内进行二级加热；压缩式热泵(14)的出水口通过管路与表面换热器(15)的进水口连接，采暖回水在表面换热器(15)内进行三级加热；

压缩式热泵(14)的低位热源是辅机冷却水余热，驱动热源为抽汽供热母管(16)上的0.5MPa以上高品位蒸汽；尖峰加热器(13)出水口的采暖供水水温小于等于130℃。

2.300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，其特征在于，包括高背压凝汽器(9)、热泵机组(5)、尖峰加热器(13)、1#机组(1)、2#机组(2)和小汽轮机(3)，热泵机组(5)包括前置凝汽器(10)与吸收式热泵(11)；采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器(9)的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器(9)内进行一级加热；高背压凝汽器(9)出水口通过管路与前置凝汽器(10)的进水口连接，采暖回水在前置凝汽器(10)内进行二级加热；前置凝汽器(10)的出水口通过管路与吸收式热泵(11)的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵(11)内进行三级加热；吸收式热泵(11)的出水口通过管路与尖峰加热器(13)的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器(13)内进行四级加热，尖峰加热器(13)的出水口接入采暖供水管道；

小汽轮机(3)排汽主管路设置有第一支管(17)和第二支管(18)，第一支管(17)将排汽送入吸收式热泵(11)，作为吸收式热泵(11)的驱动热源；

尖峰加热器(13)的驱动热源为抽汽供热母管(16)上的高品位蒸汽和/或小汽轮机(3)经第二支管(18)送出的排汽。

3.如权利要求2所述的300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，其特征在于，小汽轮机(3)排汽压力为0.11 MPa-0.25MPa。

4.如权利要求2所述的300MW及以上等级空冷机组双背压和热泵联合供热系统，其特征在于，吸收式热泵(11)的低位热源是2#机组(2)的13kPa乏汽。