CN111023618A - 以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法 - Google Patents

以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法，将热电锅炉排出的烟气，一部分或全部引入制冷机内，与制冷机冷凝器内的冷媒溶液进行热交换。随后，锅炉烟气继续沿排烟通道并经环保处理后最终被排入大气。同时，将制冷机在工作时产生的低温水，与乏汽在凝汽器或热交换器中进行热交换，使乏汽转变为冷凝水。从能量角度看，热电锅炉在把燃料转化成能量时，除热辐射外，主要分为三个部分，即锅炉烟气的热量、电能、乏汽的热量。因受当前工况及设备技术水平的限制，除电能外，锅炉烟气带走的热量大于乏汽蕴含热量中的潜热部分，这就为充分利用烟气中的热量通过技术方式实现对乏汽的冷凝创造了条件。

Description

以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法
技术领域
本发明属于热电厂乏汽非常规湿冷与空冷设备工程领域，具体涉及一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法。
背景技术
传统的热电厂无论其燃料供给形式如煤、气、油、垃圾、核材料等不同，其发完电的乏汽都要在凝汽器内与冷却水通过热交换方式，转化为冷凝水后供再次使用。冷却水在冷却塔内再由外界的冷却水进行降温。这是传统热电厂工况的必然要求。
在传统冷却塔内给凝汽器内的冷却水降温，因其采用开式系统方式，每年都会有大量的外界冷却水以水蒸汽形式散发到大气中，这一消耗量就一般热电厂而言也在千万吨级。以现在的每吨冷却水处理费用计算，这也是一个不小的消耗。并且因水耗较大也给电厂选址、运营带来了不小的压力，尤其在水资源较少的地区。
为了解决这一问题，目前热电领域推出了空冷系统，可有效改善传统冷却塔水消耗大的问题，可节水3/4以上。但在使用过程中也随之产生了一些问题，其大体情况如下：
现在用于热电厂替代传统水冷(又称常规湿冷)系统的空冷系统主要有三种形式，即直接空冷、表面式凝汽器间接空冷系统(哈蒙氏)、混合式凝汽器间接空冷系统(海勒式)。这里就不再具体说明其结构形式及工作原理，仅就其在实际运用中的主要优缺点简述。
直接空冷系统的优点是一次性投资低，易于在所有大气温度下实现冷却空气的均匀和稳定分布，电厂整体占地面积小。并具有如下缺点：
(1)风机消耗电力大，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5％左右。
(2)汽轮机背压变幅大，其背压随空气温度变化而变化。这也直接影响到发电机的发电效率。
(3)真空系统庞大。
哈蒙式表面式间接空冷系统的优点是(1)节约电厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开。两者水质可按各自要求控制。(2)冷却水量根据季节调整，(3)空冷散热器在塔内布置，基本上不受恶劣天气影响其带负荷的能力。并具有如下缺点：
(1)空冷塔占地大，基建投资大。
(2)发电煤比常规湿冷机组多约5％。
(3)系统中需要两次换热，且都属于表面换热，使电厂整体热效率有所下降。
海勒式混合式凝汽器间接空冷系统的优点是(1)以微正压的低压水系统运行，易于操控，可与中背压汽轮机配套，(2)冷却系统消耗动力少，占地面积适中，投资较低。并具有如下缺点：
(1)系统抗冻性能差。
(2)空冷散热器在塔外布置易受大风影响其带负荷能力。
(3)设备系统复杂。
(4)冷却水与汽轮机乏汽直接接触。
(5)发电煤比常规湿冷机组多约5％。
为了能够使乏汽转化为冷凝水，现有技术中所采用的方式都是通过使用外界的物质或能量来实现乏汽的冷凝的，因此导致了外界的物质或能量消耗很大，使得发电的成本升高及运营管理成本的上升。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置及方法，能够高效、可靠、经济的将乏汽转化为冷凝水，并保障发电机组的正常运行。
为了达到上述目的，一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，包括汽轮机、锅炉、第一热交换器和制冷机；
汽轮机的乏汽出口连接第一热交换器的乏汽入口，第一热交换器的冷凝水出口连接锅炉，第一热交换器的低温水入口和低温水出口均连接制冷机，锅炉的锅炉烟气出口连接制冷机，制冷机连接冷媒冷却水循环。
第一热交换器的冷凝水出口下游连接冷凝水泵，冷凝水泵的出口连接锅炉。
冷凝水泵的下游依次连接低压加热器、除氧器和高压加热器，高压加热器连接锅炉。
锅炉的锅炉烟气出口连接第二换热器，第二换热器的高温循环水出口和高温循环水入口均连接制冷机。
第一热交换器能够采用凝汽器。
一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置的工作方法，汽轮机的乏汽送入第一热交换器中与低温水进行换热；锅炉的锅炉烟气送入制冷机中；
锅炉烟气与制冷机内的冷媒溶液进行热交换，并将制冷机正常工作时生成的低温水送回第一热交换器中；
乏汽通过第一热交换器换热后生成冷凝水重新送回锅炉中。
锅炉的锅炉烟气出口连接第二换热器，第二换热器连接制冷机；
锅炉的锅炉烟气送入第二换热器中与循环水进行换热，换热后的循环水送入制冷机中与冷媒溶液进行热交换，与冷媒溶液进行热交换后的循环水返回到第二换热器中。
与现有技术相比，本发明的装置将热电锅炉排出的烟气，一部分或全部引入制冷机内，与制冷机冷凝器内的冷媒溶液进行热交换。随后，锅炉烟气继续沿排烟通道并经环保处理后最终被排入大气。同时，将制冷机在工作时产生的低温水，与乏汽在凝汽器或热交换器中进行热交换，使乏汽转变为冷凝水。从能量角度看，热电锅炉在把燃料转化成能量时，除热辐射外，主要分为三个部分，即锅炉烟气的热量、电能、乏汽的热量。因受当前工况及设备技术水平的限制，除电能外，锅炉烟气带走的热量大于乏汽蕴含热量中的潜热部分，这就为充分利用烟气中的热量通过技术方式实现对乏汽的冷凝创造了条件。
进一步的，本发明的锅炉烟气先通过热交换方式产生高温循环水。高温循环水进入制冷机内，与冷凝器内的冷媒溶液进行热交换。将制冷机在正常工作后产生的低温水，与乏汽在凝汽器或热交换器中进行热交换，使乏汽转变为冷凝水。
本发明的方法将乏汽管道内的蒸汽和冷凝水与对乏汽进行冷凝的制冷机产生的低温水以及冷媒冷却水，并同锅炉烟气进行热交换的高温循环水，都是在各自密闭的管道和设备内通过换热方式进行的。因此没有了任何水分的损耗，没有了各类型空冷系统对燃料或电能的额外消耗，从根本上解决了常规湿冷与各类型空冷系统的弊端，大规模降低了投资成本与运行费用，提高了热电厂的热能使用效率，节能减排效果十分显著。并且不受任何天气因素的影响。同时，乏汽因受冷而快速转化为冷凝水，从而使乏汽管道内保持了较高的真空度，因此，有利于提高发电机的工作效率。本技术方式尤其适合于燃料不产生粉尘的热电厂。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统框图；
图2为本发明实施例2的系统框图；
其中，1、汽轮机；2、锅炉；3、第一热交换器；4、制冷机；5、冷凝水泵；6、低压加热器；7、除氧器；8、高压加热器；9、第二换热器；10、低温水循环泵；11、高温水循环泵；12、烟囱；13、发电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
参见图1，本发明包括汽轮机1、锅炉2、第一热交换器3和制冷机4，汽轮机1连接发电机13；
汽轮机1的乏汽出口连接第一热交换器3的乏汽入口，第一热交换器3的冷凝水出口连接锅炉2，第一热交换器3的低温水入口和低温水出口均连接制冷机4，第一热交换器3的低温水入水管路上设置有低温水循环泵10，锅炉2的锅炉烟气出口连接制冷机4，制冷机4连接冷媒冷却水循环。
第一热交换器3的冷凝水出口下游连接冷凝水泵5，冷凝水泵5的出口连接锅炉2。
冷凝水泵5的下游依次连接低压加热器6、除氧器7和高压加热器8，高压加热器8连接锅炉2。
优选的，第一热交换器3能够采用凝汽器。
工作时，汽轮机1的乏汽送入第一热交换器3中与低温水进行换热；锅炉2的锅炉烟气送入制冷机4中。
锅炉烟气与制冷机4内的冷媒溶液进行热交换，并将制冷机正常工作时生成的低温水通过低温水循环泵10送回第一热交换器中3，换热后的锅炉烟气通过烟囱12排出。
乏汽通过第一热交换器3换热后生成冷凝水重新送回锅炉中。
实施例2：
参见图2，本发明包括汽轮机1、锅炉2、第一热交换器3和制冷机4，汽轮机1连接发电机13；
汽轮机1的乏汽出口连接第一热交换器3的乏汽入口，第一热交换器3的冷凝水出口连接锅炉2，第一热交换器3的低温水入口和低温水出口均连接制冷机4，第一热交换器3的低温水入水管路上设置有低温水循环泵10，锅炉2的锅炉烟气出口连接第二换热器9，第二换热器9的高温循环水出口和高温循环水入口均连接制冷机4，第二换热器9的高温循环水入水管路上设置有高温水循环泵11，制冷机4连接冷媒冷却水循环。
第一热交换器3的冷凝水出口下游连接冷凝水泵5，冷凝水泵5的出口连接锅炉2。
冷凝水泵5的下游依次连接低压加热器6、除氧器7和高压加热器8，高压加热器8连接锅炉2。
工作时，汽轮机1的乏汽送入第一热交换器3中与低温水进行换热；锅炉2的锅炉烟气送入第二换热器9中与循环水进行换热，换热后的循环水送入制冷机中，换热后的锅炉烟气通过烟囱12排出。
锅炉烟气与制冷机4内的冷媒溶液进行热交换，并将制冷机正常工作时生成的低温水通过低温水循环泵10送回第一热交换器中3；交换后的循环水通过高温循环水泵11送回到第二换热器9中。
乏汽通过第一热交换器3换热后生成冷凝水重新送回锅炉中。
制冷机4内冷媒溶液的降温方法，采用专利ZL201710602123.6和ZL201820216001.3中涉及的技术方案来实现。

Claims (7)

1.一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，其特征在于，包括汽轮机(1)、锅炉(2)、第一热交换器(3)和制冷机(4)；
汽轮机(1)的乏汽出口连接第一热交换器(3)的乏汽入口，第一热交换器(3)的冷凝水出口连接锅炉(2)，第一热交换器(3)的低温水入口和低温水出口均连接制冷机(4)，锅炉(2)的锅炉烟气出口连接制冷机(4)，制冷机(4)连接冷媒冷却水循环。
2.根据权利要求1所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，其特征在于，第一热交换器(3)的冷凝水出口下游连接冷凝水泵(5)，冷凝水泵(5)的出口连接锅炉(2)。
3.根据权利要求2所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，其特征在于，冷凝水泵(5)的下游依次连接低压加热器(6)、除氧器(7)和高压加热器(8)，高压加热器(8)连接锅炉(2)。
4.根据权利要求1所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，其特征在于，锅炉(2)的锅炉烟气出口连接第二换热器(9)，第二换热器(9)的高温循环水出口和高温循环水入口均连接制冷机(4)。
5.根据权利要求1所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置，其特征在于，第一热交换器(3)能够采用凝汽器。
6.权利要求1所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置的工作方法，其特征在于，汽轮机(1)的乏汽送入第一热交换器(3)中与低温水进行换热；锅炉(2)的锅炉烟气送入制冷机(4)中；
锅炉烟气与制冷机(4)内的冷媒溶液进行热交换，并将制冷机(4)正常工作时生成的低温水送回第一热交换器(3)中；
乏汽通过第一热交换器(3)换热后生成冷凝水重新送回锅炉中。
7.权利要求6所述的一种以热电锅炉烟气为动力使乏汽转化为冷凝水的装置的工作方法，其特征在于，锅炉(2)的锅炉烟气出口连接第二换热器(9)，第二换热器(9)连接制冷机(4)；
锅炉(2)的锅炉烟气送入第二换热器(9)中与循环水进行换热，换热后的循环水送入制冷机(4)中与冷媒溶液进行热交换，与冷媒溶液进行热交换后的循环水返回到第二换热器(9)中。
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