CN110762510B - 一种蒸汽余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蒸汽余热回收利用技术领域，公开了一种蒸汽余热利用系统，包括小汽轮机、发电机、热交换装置、中压除氧器以及低压除氧器，热交换装置上设有进汽口、进水口、出水口以及排水口，小汽轮机的自动主汽门与汽源连接、小汽轮机的排汽口通过排放管与进汽口连接，中压除氧器上设有中压补水管、中压加热蒸汽管、中压排水管；低压除氧器上设置有低压补水管、低压加热蒸汽管以及低压排水管，低压排水管与热交换装置的进水口连接，中压补水管与热交换装置的出水口连接，中压排水管与用水锅炉连接。本发明对将高温蒸汽先用于小汽轮机进行发电，排出的气体对低压除氧器的输出的水进行加热，加热后的水他通入中压除氧器利用，实现了热能充分利用。

Description

一种蒸汽余热利用系统

技术领域

本发明属于蒸汽余热回收利用技术领域，特别涉及一种蒸汽余热利用系统。

背景技术

除氧器是电厂动力锅炉必不可少的运行设备之一，主要功能是对锅炉补给水进行除氧处理后形成锅炉给水。如果锅炉给水中含有氧气，将会使给水管道、锅炉设备及汽轮机通流部分遭受腐蚀，缩短设备寿命。

除氧器分为高压除氧器、中压除氧器以及低压除氧器，三种除氧器对补水的温度要求随压力增加而逐渐增加，且除氧的能力也随压力增加逐渐增强。

电厂中先使用低氧除氧器预热除氧以后再经过中继泵将低氧除氧器预热除氧以后的水进行再加热并除氧，然后将得到的水作为给水补充到超高压锅炉中，维持超高压锅炉的运行。

该系统中中压除氧器的补水依靠高温热蒸汽进行加热并进行除氧，直接利用热蒸汽对低压除氧器处理后的水进行加热，耗气量大，热利用率低，浪费了高温热蒸汽的能量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种，将高温热蒸汽先通入小汽轮机进行发电利用，然后将小汽轮机利用后的热蒸汽经过热交换装置对低压除氧器中得到的补水进行再加热，然后再将补水通入中压除氧器中，对高温热蒸汽充分利用并减少了中压除氧器用于加热补水的加热蒸汽量，热利用率高，节能环保。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种蒸汽余热利用系统，包括小汽轮机、发电机、热交换装置、中压除氧器以及低压除氧器，所述热交换装置上设有用于通入小汽轮机排出蒸汽的进汽口、用于通入冷却水的进水口、用于通出被蒸汽加热以后的冷却水的出水口以及用于排出蒸汽冷凝后的水的排水口，所述小汽轮机的自动主汽门与汽源连接、小汽轮机的排汽口通过排放管与热交换装置的进汽口连接，所述中压除氧器上设置有中压补水管、中压加热蒸汽管、中压排水管；所述低压除氧器上设置有低压补水管、低压加热蒸汽管以及低压排水管，所述低压排水管与热交换装置的进水口连接，所述中压补水管与热交换装置的出水口连接，所述中压排水管与用水锅炉连接。

通过采用上述技术方案，使用时，蒸汽先通过自动主汽门通入小汽轮机中，小汽轮机叶轮在蒸汽作用下转动并带动发电机运转进行发电，小汽轮机利用后的蒸汽通过进汽口进入热交换装置，对低压除氧器中处理后的水进行预热，从而使得蒸汽冷凝，预热后的水作为补水通过中压补水管流入中压除氧器中；由于进入中压除氧器中的补水经过热交换装置进行预热，使得补水温度升高，从而减少了中压加热蒸汽的使用，并且通过小汽轮机对高温蒸汽进行发电利用，在进行余热回收，充分利用了高压蒸汽的压力与热力，热利用率高，节能环保。

进一步设置为：所述低压补水管与热交换装置的排水口连接，所述低压补水管靠近排水口处设置有U形疏水管，U形疏水管包括两第二侧管以及连接两第二侧管底端的第二底管，两第二侧管分别与排水口、低压补水管连接，且与排水口连接的第二侧管的管口高度大于另一侧管与低压补水管连接处的高度。

通过采用上述技术方案，小汽轮机利用后的蒸汽在热交换装置中换热以后冷凝成冷凝水，冷凝水通过U形疏水管通入低压除氧器中作为补水，并在低压除氧器中进行预热和除氧，在送入中压除氧器中，减小了中压除氧器的热耗以及处理负担，U形疏水管使得进水端高于出水端，避免混入气体且无需泵机就能利用水的自身压力将新的冷凝水送入低压除氧器中。

进一步设置为：所述中压补水管与所述低压排水管之间设置有连通管且连通管上设置有连通阀，所述进水口位于连通阀与低压排水管之间且进水口处设置有进水阀，所述出水口位于连通阀与中压补水管之间且出水口处设置有出水阀，所述排水口处设置有排水阀，所述出水口与出水阀之间设置有出水温度计，所述进水口阀背对进水口的一侧的低压排水管上设置有进水温度计。

通过采用上述技术方案，在低压除氧器处理后的水的水温达到中压除氧器的使用要求，或者热交换装置不工作时，通过打开连通阀使一次除氧后的补水直接进入中压补水管进入中压除氧器中使用；出水温度计、进水温度计分别测量所在位置的温度，通过出水温度计的温度得出出水热交换装置的出水温度，通过进水温度计得出水进入热交换装置前的温度根据出水温度来改变连通阀、出水阀以及进水阀的开闭，选择将热交换装置中一次换热以后的水再次换热还是送向中压除氧器；通过排水阀的开闭进行放水和蓄水。

进一步设置为：所述热交换装置包括主体以及设置于主体内的螺旋换热管，所述进汽口设置于主体上，所述排水口设置于主体底部，所述螺旋换热管的两端分别与进水口和出水口连接。

通过采用上述技术方案，螺旋换热管在安装长度不变的情况下增加了实际的换热长度和面积，提升换热效果。

进一步设置为：所述热交换装置内设置有清理装置，所述清理装置包括外壁清理装置和内壁清理装置。

通过采用上述技术方案，利用外壁清理装置清理螺旋换热管外壁的污垢，利用内壁清理装置清理内壁的污垢，保证螺旋换热管的换热效率。

进一步设置为：所述热交换装置内设置有清理装置，所述清理装置包括外壁清理装置和内壁清理装置，所述外壁清理装置包括清理环、除垢刷毛以及驱动叶片，所述清理环套设于螺旋换热管外，所述除垢刷毛设置于清理环朝向螺旋换热管的内环壁上，所述驱动叶片设置于清理环上且沿清理环长度方向分布，所述驱动叶片形状为叶轮形且用于阻挡蒸汽气流并在蒸汽气流的反作用下带动清理环转动。

通过采用上述技术方案，使用时，在蒸汽气流作用下推动驱动叶片受力并使得清理环绕着螺旋换热管发生转动，转动时，除垢刷毛与螺旋换热管外壁发生相对移动从而进行刷洗，将污垢刷下。

进一步设置为：所述螺旋换热管外壁上开设有沿螺旋换热管外壁长度方向延伸的第一滑槽，所述第一滑槽设置有多个沿第一滑槽长度方向间隔分布的限位块，所述清理环上套有滑块，所述滑块设置于两限位块之间的第一滑槽中。

通过采用上述技术方案，当开始通入蒸汽时，驱动叶片受到的力分解成使清理环转动的力以及使得滑块沿第一滑槽滑移的力，使得在主体内部具有蒸汽气流作用力的时候能够根据蒸汽流向使得清理环转动且沿第一滑槽滑移，沿第一滑槽滑移时沿螺旋换热管的长度方向刷洗，转动时沿螺旋换热管的周向刷洗。

进一步设置为：所述排水口处设置有过滤网，所述主体底部为倾斜底面，所述排水口位于倾斜底面高度较高的位置，所述倾斜底面远离排水口的位置开设有第一排屑口，所述第一排屑口处设有第一排屑阀。

通过采用上述技术方案，所述底面倾斜设置可以使得污垢落入底部后在重力作用下向较低处移动，过滤网用于阻挡污垢进入排水口，第一排屑阀打开时，通过第一排屑口对刷下的污垢以及断裂的刷毛等进行清理。

进一步设置为：所述主体外设置有U形排屑管，所述U形排屑管包括第一底管以及两分别一体设置于第一底管两端的第一侧管，其中一个第一侧管的管壁与排屑口连接，该第一侧管的管口连接有反冲水管，另一个第一侧管的管口高于主体中冷凝水水位，且设置有收集斗，收集斗上开设有漏水孔。

通过采用上述技术方案，使用时，第一排屑阀处于打开状态，污垢进入U形排屑管中的第一侧管中，一个第一侧管的管口高于主体中冷凝水水位保证水不会从U形排屑管流出；需要清理时关闭第一排屑阀，向反冲水管中灌入反冲水，使得U形排屑管中的水以及污垢从另一第一侧管的管口排出，实现不停机对污垢进行清理排放。

进一步设置为：所述内壁清理装置包括环形刮刀，所述螺旋换热管中设置有沿螺旋换热管长度方向延伸的第二滑槽，所述环形刮刀穿设于螺旋换热管内且滑移设置于第二滑槽中，所述环形刮刀的外边沿与螺旋换热管的内壁相接处，所述出水口与出水阀之间设置有第二排屑口和第二排屑阀。

通过采用上述技术方案，环形刮刀沿第二滑槽滑移时能够是的刀与螺旋换热管内壁刮动，从而取出内壁上的污垢，环形刮刀的移动通过在螺旋换热管中正向通水和反向通水进行实现。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、高温高压蒸汽先进入小汽轮机进行发电，利用小汽轮机排出的蒸汽加热低压除氧器除氧后的水，蒸汽冷凝后的水通入低压除氧器进行除氧后再通入热交换装置加热，加热后的水进入中压除氧器使用，实现了对高温高压蒸汽的多级阶梯化利用，节能环保；

2、利用蒸汽气流带动驱动叶片转动，从而带动清理环转动，清理环转动带动除垢刷毛与螺旋换热管外壁摩擦，从而进行除垢，清理效果好，无需其他驱动装置进行驱动；

3、使用时，第一排屑阀处于打开状态，污垢进入U形排屑管中的第一侧管中，一个第一侧管的管口高于主体中冷凝水水位保证水不会从U形排屑管流出；需要清理时关闭第一排屑阀，向反冲水管中灌入反冲水，使得U形排屑管中的水以及污垢从另一第一侧管的管口排出，实现不停机对污垢进行清理排放。

附图说明

图1为本实施例的一种蒸汽余热利用系统结构示意图；

图2为本实施例中螺旋换热管的结构示意图；

图3为图2中A-A剖视图的局部示意图；

图4为本实施例中螺旋换热管截面示意图；

图5为本实施例中外清理装置结构示意图。

附图标记：11、小汽轮机；12、发电机；13、自动主汽门；14、排汽口；15、汽源；16、用水锅炉；2、热交换装置；21、进汽口；22、进水口；221、进水阀；222、进水温度计；23、出水口；231、出水阀；232、出水温度计；24、排水口；25、主体；26、螺旋换热管；27、连通管；28、连通阀；3、中压除氧器；31、中压补水管；32、中压加热蒸汽管；33、中压排水管；4、低压除氧器；41、低压补水管；42、低压加热蒸汽管；43、低压排水管；5、U形疏水管；51、第二侧管；52、第二底管；6、外壁清理装置；61、清理环；62、除垢刷毛；63、驱动叶片；64、第一滑槽；65、限位块；66、滑块；67、环形滑槽；68、卡接部；7、内壁清理装置；71、第二滑槽；72、第二排屑口；73、第二排屑阀；81、倾斜底面；82、过滤网；83、第一排屑口；84、第一排屑阀；9、U形排屑管；91、第一底管；92、第一侧管；93、反冲水管；94、冷凝水水位；95、收集斗；96、漏水孔。

具体实施方式

一种蒸汽余热利用系统，如图1所示，包括小汽轮机11、发电机12、热交换装置2、中压除氧器3以及低压除氧器4。

如图1所示，热交换装置2上设置有进汽口21、进水口22、出水口23以及排水口24，低压除氧器4上设有低压补水管41、低压加热蒸汽管42以及低压排水管43，低压加热蒸汽管42用于向低压除氧器4通入工作用的加热蒸汽，中压除氧器3上设有中压补水管31、中压加热蒸汽管32、中压排水管33，中压加热蒸汽管32用于向中压除氧器3通入工作用的加热蒸汽，小汽轮机11上设有自动主汽门13以及排汽口14。

如图1所示，小汽轮机11的自动主汽门13与蒸汽的汽源15连接，小汽轮机11的叶轮转轴与发电机12转轴连接以在叶轮转动时带动发电机12发电，小汽轮机11的排汽口14通过排放管与热交换器的进汽口21连接，热交换装置2的排水口24处安装有排水阀且通过U形疏水管5，低压补水管41与低压除氧器4通过U形疏水管5连接，U形疏水管5包括两第二侧管51以及连接两第二侧管51底端的第二底管52，与排水口24连接的第二侧管51的顶部高于另一第二侧管51与低压补水管41的连接处。

如图1所示，低压除氧器4的低压排水管43与热交换装置2的进水口22连接，热交换装置2的出水口23与中压补水管31连接，中压排水管33与用水锅炉16连接，将除氧后的水通入用水锅炉16加热。

如图1所示，中压补水管31与低压排水管43之间连接有连通管27，连通管27上安装有连通阀28，中压补水管31与出水口23连接处位于连通阀28朝向中压除氧器3的一侧，低压排水管43与进水口22的连接处位于连通阀28朝向低压除氧器4的一侧。进水口22与低压排水管43连接处安装进水阀221，进水阀221背对进水口22的一侧设有进水温度计222，出水口23处设有出水阀231，出水阀231与出水口23之间安装有进水温度计222。

如图1所示，热交换装置2包括主体25以及螺旋换热管26。

如图2和图5所示，螺旋换热管26上设有清理装置，清理装置包括外壁清理装置6和内壁清理装置7。

如图1所示，螺旋换热管26的一端与进水口22连接，另一端与出水口23连接。

如图1所示，主体25底部设为由一侧向另一侧高度逐渐降低的倾斜底面81，排水口24位于倾斜底面81的较高位置，排水口24上安装有过滤网82，倾斜底面81远离排水口24的底部侧壁开设有第一排屑口83，第一排屑口83处安装有第一排屑阀84且连接有U形排屑管9，U形排屑管9包括第一底管91以及两分别一体设置于第一底管91两端的第一侧管92。其中一个第一侧管92的侧壁与第一排屑口83连通，该第一侧管92顶部连接有反冲水管93。另一第一侧管92的管口高于主体25中的冷凝水水位94，避免水从该第一侧管92流出，该第一侧管92的端部下方设有用于接收污垢、毛屑的收集斗95，收集斗95上开设有漏水孔96。

如图3和图4所示，内壁清理装置7包括环形刮刀，螺旋换热管26内壁上开设有沿螺旋换热管26长度方向延伸的，环形刮刀穿设于螺旋换热管26内且滑移设置于第二滑槽71中，环形刮刀的外边沿与螺旋换热管26的内壁相接处，出水口23与出水阀231之间设置有第二排屑口72和第二排屑阀73。

如图2和图5所示，外壁清理装置6包括清理环61、除垢刷毛62以及驱动叶片63。

如图3和图5所示，清理环61套设于螺旋换热管26外，清理环61的内径大于螺旋换热管26的外径，除垢刷毛62固定于清理环61内环壁表面且沿清理环61内壁周向分布，螺旋换热管26外壁上开设有沿螺旋换热管26外壁长度方向延伸的第一滑槽64，第一滑槽64中设多个沿第一滑槽64长度方向间隔分布的限位块65，从而将第一滑槽64分隔成多段。每段被限位块65分隔开的第一滑槽64中滑移设置有滑块66，清理环61两端壁上开设有环形滑槽67，滑块66上设有两卡接部68，两卡接部68分别滑移设置于清理环61一个端壁上的环形滑槽67中，使得清理环61能够以螺旋换热管26轴心为转轴转动，转动时，环形滑槽67与卡接部68相对滑移。清理环61的表面具有柔性，如清理环61为耐高温高压的橡胶环，以使得清理环61在滑块66滑移时发生形变，从而不会与螺旋换热管26发生卡死。

驱动叶片63的形状为叶轮形，且设置有多个，多个驱动叶片63固定于清理环61外环壁上且沿外环壁间隔设置。工作时，通过蒸汽输送的方向，蒸汽对驱动叶片63表面产生作用力，该作用力沿清理环61转动方向的分力使得清理环61以螺旋换热管26轴心为转动轴转动，并沿该作用力的另一分力方向沿第一滑槽64滑移至被限位块65抵紧处。

使用原理：

高温高压蒸汽在使用时先通过小汽轮机11的自动主汽门13进入小汽轮机11，带动小汽轮机11的叶轮转动，从而带动发电机12发电。高温高压蒸汽在进入小汽轮机11后产生压降和温降，再通过排汽口14输入排放管，沿着排放管输送至热交换装置2的进汽口21，与螺旋换热管26中的冷却水进行换热，换热后的蒸汽冷凝成冷凝水经过疏水管、低压补水管41进入低压除氧器4中，低压除氧器4将冷凝水进行预加热和除氧，然后通过低压排水管43送到进水口22，并进入螺旋换热管26中，进行换热，预热后的水从出水口23流出并经过中压补水管31进入中压除氧器3中预热并除氧，然后再通过中压排水管33送到用水锅炉16中加热成高温高压蒸汽，蒸汽再送入小汽轮机11或其余需要用高温高压蒸汽的设备中。

可以将进水阀221、出水阀231关闭，使得冷却水停留于螺旋换热管26内，进行更长时间的热交换从而使得冷却水温度达到低压除氧器4的补水要求。

清理时，由于蒸汽的通入，蒸汽气流对驱动叶片63产生作用力，该作用力沿驱动叶片63转动方向的分力带动清理环61转动，转动时，除垢刷毛62周向刷洗螺旋换热管26外壁；该作用力沿第一滑槽64方向的作用力带动滑块66沿第一滑槽64沿蒸汽输送方向滑移，从而使得除垢刷毛62沿第一滑槽64移动进行刷洗。

刷洗时掉落的毛屑与污垢掉落到主体25底部，并沿倾斜底面81通过第一排屑口83进入U形排屑管9中，在U形排屑管9的侧管与底管中储存，当需要对U形排屑管9中的毛屑污垢进行清理时，关闭第一排屑阀84，然后通过反冲水管93向预第一排屑口83连接的第一侧管92通入清洗用的反冲水，利用水压将毛屑和污垢从另一第一侧管92排出并进入收集斗95中，收集斗95收集毛屑与污垢，通过漏水孔96漏出水，实现毛屑、污垢与水的分离。完成以后继续打开第一排屑阀84，如此循环。

通过改变蒸汽的输送方向能够改变清理环61沿第一滑槽64的移动方向。

螺旋换热管26内壁的清理通过环形刮刀进行，环形刮刀在水流推动下向螺旋换热管26的另一端移动，移动时环形刮刀的刀刃对螺旋换热管26内壁进行刮动，将内壁上的水垢刮下。使用时，通过使水流反向流动来使得环形刮刀沿第二滑槽71向反方向移动。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：包括小汽轮机（11）、发电机（12）、热交换装置（2）、中压除氧器（3）以及低压除氧器（4），所述热交换装置（2）上设有用于通入小汽轮机（11）排出蒸汽的进汽口（21）、用于通入冷却水的进水口（22）、用于通出被蒸汽加热以后的冷却水的出水口（23）以及用于排出蒸汽冷凝后的水的排水口（24），所述小汽轮机（11）的自动主汽门（13）与汽源（15）连接、小汽轮机（11）的排汽口（14）通过排放管与热交换装置（2）的进汽口（21）连接，所述中压除氧器（3）上设置有中压补水管（31）、中压加热蒸汽管（32）、中压排水管（33）；所述低压除氧器（4）上设置有低压补水管（41）、低压加热蒸汽管（42）以及低压排水管（43），所述低压排水管（43）与热交换装置（2）的进水口（22）连接，所述中压补水管（31）与热交换装置（2）的出水口（23）连接，所述中压排水管（33）与用水锅炉（16）连接；所述热交换装置（2）包括主体（25）以及设置于主体（25）内的螺旋换热管（26），所述进汽口（21）设置于主体（25）上，所述排水口（24）设置于主体（25）底部，所述螺旋换热管（26）的两端分别与进水口（22）和出水口（23）连接；所述热交换装置（2）内设置有清理装置，所述清理装置包括外壁清理装置（6）和内壁清理装置（7），所述外壁清理装置（6）包括清理环（61）、除垢刷毛（62）以及驱动叶片（63），所述清理环（61）套设于螺旋换热管（26）外，所述除垢刷毛（62）设置于清理环（61）朝向螺旋换热管（26）的内环壁上，所述驱动叶片（63）设置于清理环（61）上且沿清理环（61）长度方向分布，所述驱动叶片（63）形状为叶轮形且用于阻挡蒸汽气流并在蒸汽气流的反作用下带动清理环（61）转动；所述螺旋换热管（26）外壁上开设有沿螺旋换热管（26）外壁长度方向延伸的第一滑槽（64），所述第一滑槽（64）设置有多个沿第一滑槽（64）长度方向间隔分布的限位块（65），所述清理环（61）上套有滑块（66），所述滑块（66）设置于两限位块（65）之间的第一滑槽（64）中。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：所述低压补水管（41）与热交换装置（2）的排水口（24）连接，所述低压补水管（41）靠近排水口（24）处设置有U形疏水管（5），U形疏水管（5）包括两第二侧管（51）以及连接两第二侧管（51）底端的第二底管（52），两第二侧管（51）分别与排水口（24）、低压补水管（41）连接，且与排水口（24）连接的第二侧管（51）的管口高度大于另一侧管与低压补水管（41）连接处的高度。

3.根据权利要求2所述的一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：所述中压补水管（31）与所述低压排水管（43）之间设置有连通管（27）且连通管（27）上设置有连通阀（28），所述进水口（22）位于连通阀（28）与低压排水管（43）之间且进水口（22）处设置有进水阀（221），所述出水口（23）位于连通阀（28）与中压补水管（31）之间且出水口（23）处设置有出水阀（231），所述排水口（24）处设置有排水阀，所述出水口（23）与出水阀（231）之间设置有出水温度计（232），所述进水口（22）阀背对进水口（22）的一侧的低压排水管（43）上设置有进水温度计（222）。

4.根据权利要求3所述的一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：所述排水口（24）处设置有过滤网（82），所述主体（25）底部为倾斜底面（81），所述排水口（24）位于倾斜底面（81）高度较高的位置，所述倾斜底面（81）远离排水口（24）的位置开设有第一排屑口（83），所述第一排屑口（83）处设有第一排屑阀（84）。

5.根据权利要求4所述的一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：所述主体（25）外设置有U形排屑管（9），所述U形排屑管（9）包括第一底管（91）以及两分别一体设置于第一底管（91）两端的第一侧管（92），其中一个第一侧管（92）的管壁与第一排屑口（83）连接，该第一侧管（92）的管口连接有反冲水管（93），另一个第一侧管（92）的管口高于主体（25）中冷凝水水位（94），且设置有收集斗（95），收集斗（95）上开设有漏水孔（96）。

6.根据权利要求5所述的一种蒸汽余热利用系统，其特征在于：所述内壁清理装置（7）包括环形刮刀，所述螺旋换热管（26）中设置有沿螺旋换热管（26）长度方向延伸的第二滑槽（71），所述环形刮刀穿设于螺旋换热管（26）内且滑移设置于第二滑槽（71）中，所述环形刮刀的外边沿与螺旋换热管（26）的内壁相接处，所述出水口（23）与出水阀（231）之间设置有第二排屑口（72）和第二排屑阀（73）。

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