CN111058909A - 一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法 - Google Patents

一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法，系统包括水泵、低温回热器、除氧器、减压器、蒸发器、蒸汽压缩机、高温回热器、锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器，构成蒸汽朗肯循环。汽轮机参数为低压力、高温度，由低品位热源提供水的汽化热量，锅炉进一步加热蒸汽至高温过热状态。本发明系统运行于低压参数，机组的造价可大幅降低；水工质汽化热源温度低，可采用廉价的低温太阳能热、工业废热、地热等；提高汽轮机进汽温度至燃气轮机水平，可以提高循环效率，确保机组有良好的经济性。

Description

一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法
技术领域
本发明涉及一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法，属于热力发电技术领域。
背景技术
燃煤发电是我国主要的供电方式之一，在当前及今后相当长一段时期内仍将占据最大的发电量份额。为了满足国家节能减排政策的要求，一方面需要进一步改进和提升现有的燃煤汽轮发电机组的性能，包括亚临界、超临界和超超临界机组，另一方面需要探索新型的汽轮发电机组。
目前，国内外正在研发700℃等级先进超超临界机组，但是受限于镍基高温材料的昂贵成本，导致机组造价居高不下，缺乏投资价值，国际上相关示范电站的建设计划一度处于搁置状态。对现有机组的升级改造也需要替换和使用大量更高等级的材料，升级工作的性价比不是太高。上述情况的核心问题在于高温部件材料的成本高，减免相关材料的使用是破解的关键。
众所周知，现有的燃煤汽轮发电机组运行于高温高压参数，高温承压部件的材料(如：锅炉管、主蒸汽管、汽缸、阀门等)必须兼具良好的高温力学性能和抗高温氧化性能，特别是前者限制了常规耐热材料的使用，必须采用新型的特种高温材料。
如果将机组的压力参数降低至一个或几个大气压时，则可以极大地降低对材料力学性能的要求，仅需要考虑抗氧化性能，那么即便是超过1000℃的温度参数下，很多高温金属材料或者陶瓷材料都可以使用，不需要开发特种材料，且材料成本完全可控。采用通常的凝汽式汽轮机背压(约50kPa)，汽轮机进口为一个大气压时，仍有约20的膨胀比，在超过1000℃的高温条件下，汽轮机做功能力还是相当可观的，可作为10MW等级或更高容量的发电机组使用。而此时，机组得益于温度参数的大幅度提升，机组仍具有较高的发电效率。在常压附近，水的汽化温度为100℃左右，这一大块热量可由多种来源的低廉热量提供汽化潜热，如：低温太阳能热、工业废热、地热等，因此，机组的度电成本将大幅下降，并且汽化热源可来自于可再生能源或废热，对于降低机组的度电碳排放量十分有利。
鉴于此，本发明提出了一种低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法。此类发电系统在行业上未见有相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效、低排、经济的发电系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：包括水泵，水泵出口连接低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口连接除氧器进口，除氧器出口连接减压器进口，减压器出口连接蒸发器进口，蒸发器出口连接蒸汽压缩机进口，蒸汽压缩机出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接锅炉进口，锅炉出口连接汽轮机进口，汽轮机连接发电机，汽轮机出口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口连接凝汽器进口，凝汽器出口连接水泵进口。
优选地，所述蒸汽压缩机为带中间冷却的多段压缩机。
更优选地，所述减压器出口还通过管路连接蒸汽压缩机的中间冷却入口，蒸汽压缩机的中间冷却出口连接蒸汽压缩机的进口。
优选地，所述高温回热器高压侧出口还通过管路连接汽轮机。
优选地，所述汽轮机为一台或并联的多台双流汽轮机。
优选地，所述蒸发器的热源为低品位热源。
更优选地，所述低品位热源包括太阳能热、工业废热、地热。
本发明还提供了一种低压蒸汽朗肯循环发电方法，其特征在于：采用上述的低压蒸汽朗肯循环发电系统，步骤为：水泵将凝结水增压后送入低温回热器预热，然后进入除氧器除氧，再经减压器减压至适合蒸发器的汽化温度，再经蒸发器汽化后，进入蒸汽压缩机增压，再经高温回热器加热，然后进入锅炉加热；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机膨胀做功，推动发电机产生电能，汽轮机排汽依次经高温回热器、低温回热器释放余热，最后蒸汽在凝汽器中凝结成液态水。
优选地，所述减压器出口抽取一路水用于蒸汽压缩机的中间冷却，所述高温回热器高压侧抽取一路蒸汽用于冷却汽轮机的高温运动部件。
优选地，所述水泵将凝结水增压至大气压后送入低温回热器预热；
所述蒸发器的汽化温度为80～100℃；
所述蒸汽压缩机出口绝对压力为1～3个大气压力；
所述汽轮机进口温度为1000℃以上。
与现有技术相比，本发明提供的低压蒸汽朗肯循环发电系统及方法具有如下有益效果：
1、本发明运行于低压参数，可采用常规的耐高温材料，对材料的力学性能要求低，汽轮机高温运动部件材料可参考燃气轮机，总体上高端材料用量有限，机组的造价可大幅降低。
2、本发明的水工质汽化热源温度低，可采用廉价的低温太阳能热、工业废热、地热等，机组运行的燃料成本下降，并且这些热源往往是可再生能源，有利于降低碳排放。
3、本发明提高汽轮机进汽温度至燃气轮机水平，可以提高循环效率，确保机组有良好的经济性。
附图说明
图1为本实施例提供的低压蒸汽朗肯循环发电系统示意图；
附图标记说明：
1-水泵，2-低温回热器，3-除氧器，4-减压器，5-蒸发器，6-蒸汽压缩机，7-高温回热器，8-锅炉，9-汽轮机，10-发电机，11-凝汽器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
图1为本实施例提供的低压蒸汽朗肯循环发电系统示意图，所述的低压蒸汽朗肯循环发电系统包括水泵1、低温回热器2、除氧器3、减压器4、蒸发器5、蒸汽压缩机6、高温回热器7、锅炉8、汽轮机9、发电机10、凝汽器11，构成蒸汽朗肯循环。
水泵1出口连接低温回热器2高压侧进口，低温回热器2高压侧出口连接除氧器3进口，除氧器3出口连接减压器4进口，减压器4出口连接蒸发器5进口，蒸发器5出口连接蒸汽压缩机6进口，蒸汽压缩机6出口连接高温回热器7高压侧进口，高温回热器7高压侧出口连接锅炉8进口，锅炉8出口连接汽轮机9进口，汽轮机9连接发电机10，汽轮机9出口连接高温回热器7低压侧进口，高温回热器7低压侧出口连接低温回热器2低压侧进口，低温回热器2低压侧出口连接凝汽器11进口，凝汽器11出口连接水泵1进口。
减压器4出口抽取一路水用于蒸汽压缩机6中间冷却，抽取的一路水完成蒸汽压缩机6中间冷却后汽化，进入蒸汽压缩机6进口。
高温回热器7高压侧抽取一路蒸汽进入汽轮机9，用于冷却汽轮机9的高温运动部件。
蒸发器5的热源为低温太阳能热、工业废热、地热等低品位热源。
上述的低压蒸汽朗肯循环发电系统的具体实施步骤如下：
水泵1将凝结水增压至大气压后，送入低温回热器2预热，然后进入除氧器3除氧，再经减压器4减压以适合蒸发器5的汽化温度(80℃)，再经蒸发器5汽化后，进入蒸汽压缩机6增压至三个绝对大气压力，再经高温回热器7加热，然后进入锅炉8加热至1150℃，锅炉8产生的蒸汽进入汽轮机9膨胀做功，推动发电机10产生电能，汽轮机9排汽依次经高温回热器7、低温回热器2释放余热，最后蒸汽在凝汽器11凝结成液态水。
减压器4出口抽取一路水用于蒸汽压缩机6中间冷却。高温回热器7高压侧抽取一路蒸汽冷却汽轮机9的高温运动部件。
汽轮机参数为低压力、高温度，由低品位热源提供水的汽化热量，锅炉进一步加热蒸汽至高温过热状态。本发明系统运行于低压参数，机组的造价可大幅降低；水工质汽化热源温度低，可采用廉价的低温太阳能热、工业废热、地热等；提高汽轮机进汽温度至燃气轮机水平，可以提高循环效率，确保机组有良好的经济性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：包括水泵(1)，水泵(1)出口连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接除氧器(3)进口，除氧器(3)出口连接减压器(4)进口，减压器(4)出口连接蒸发器(5)进口，蒸发器(5)出口连接蒸汽压缩机(6)进口，蒸汽压缩机(6)出口连接高温回热器(7)高压侧进口，高温回热器(7)高压侧出口连接锅炉(8)进口，锅炉(8)出口连接汽轮机(9)进口，汽轮机(9)连接发电机(10)，汽轮机(9)出口连接高温回热器(7)低压侧进口，高温回热器(7)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接凝汽器(11)进口，凝汽器(11)出口连接水泵(1)进口。
2.如权利要求1所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述蒸汽压缩机(6)为带中间冷却的多段压缩机。
3.如权利要求2所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述减压器(4)出口还通过管路连接蒸汽压缩机(6)的中间冷却入口，蒸汽压缩机(6)的中间冷却出口连接蒸汽压缩机(6)的进口。
4.如权利要求1所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述高温回热器(7)高压侧出口还通过管路连接汽轮机(9)。
5.如权利要求1所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述汽轮机(9)为一台或并联的多台双流汽轮机。
6.如权利要求1所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述蒸发器(5)的热源为低品位热源。
7.如权利要求6所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电系统，其特征在于：所述低品位热源包括太阳能热、工业废热、地热。
8.一种低压蒸汽朗肯循环发电方法，其特征在于：采用如权利要求1～7任一项所述的低压蒸汽朗肯循环发电系统，步骤为：水泵(1)将凝结水增压后送入低温回热器(2)预热，然后进入除氧器(3)除氧，再经减压器(4)减压至适合蒸发器(5)的汽化温度，再经蒸发器(5)汽化后，进入蒸汽压缩机(6)增压，再经高温回热器(7)加热，然后进入锅炉(8)加热；锅炉(8)产生的蒸汽进入汽轮机(9)膨胀做功，推动发电机(10)产生电能，汽轮机(9)排汽依次经高温回热器(7)、低温回热器(2)释放余热，最后蒸汽在凝汽器(11)中凝结成液态水。
9.如权利要求8所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电方法，其特征在于：所述减压器(4)出口抽取一路水用于蒸汽压缩机(6)的中间冷却，所述高温回热器(7)高压侧抽取一路蒸汽用于冷却汽轮机(9)的高温运动部件。
10.如权利要求8所述的一种低压蒸汽朗肯循环发电方法，其特征在于：
所述水泵(1)将凝结水增压至大气压后送入低温回热器(2)预热；
所述蒸发器(5)的汽化温度为80～100℃；
所述蒸汽压缩机出口绝对压力为1～3个大气压力；
所述汽轮机(9)进口温度为1000℃以上。
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