CN111397248A - 绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色热泵制冷制热装置，在汽轮机中的应用，该装置包括制冷系统、制热系统，制冷系统包括：全相变换热器(该换热器内有全相变换热管、喷淋器)、制冷剂水泵、制冷剂水箱，该水泵一端与喷淋器连接，该泵另一端与制冷剂水箱一端连接，该水箱另一端与全相变换热器壳体下部连接；制热系统包括：一級压汽泵、二级压汽泵、低压过热器，全相变换热器的蒸汽出口与一級压汽泵连接，一級压汽泵出汽口与二级压汽泵连泵连接，二級压汽泵出汽口与低压过热器连接。将本发明制冷制热装置用在汽轮机作功过程中，不需要大量的冷却水(淡水、海水)、不要冷却塔，因此，也就沒有大量的淡水和热能的损失。本发明的技术方案，是对原方案的的重新组合，能大幅度提高汽轮机的循环热效率。

Description

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中

技术领域

本发明属于汽轮机行业，循环热效率技术领域，尤其，涉及一种绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中。

背景技术

2019年11月13日申请号为：201911109548.9，发明名称为：绿色热泵制冷制热装置及方法。该发明申请方案在具体实施中能大量回收热量，它不能大幅度提高汽轮机循环热效率。

发明内容

本发明是对申请号为：201911109548.9的发明专利，将其结构进行重新组合，通过部件变更和部件关係的改变后，应用在汽轮机的作功过程中，其目的：要使汽轮机的乏汽冷凝时，不需要用大量的冷却水(淡水、海水)、不用冷却塔、沒有潜热损失、只有高压和除氧回热，使汽轮机在作功过程中，能大幅度提高汽轮机的循环热效率。

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中：包括制冷系统：全相变换热器、制冷剂水泵、制冷剂水箱、挡水板、真空泵、喷淋器、全相变换热管；包括制热系统：一級压汽泵、二級压汽泵；还包括汽轮机及相关部件：冷凝水泵、疏水泵、除氧回热器、给水泵、低压过热器、高压过热器、加热器、锅炉、发电机等。其中，全相变换热器包括壳体、设置在壳体上的入口、出口，由壳体界定的换热腔(换热腔内设有喷淋器、全相变换热管，喷淋器在全相变换热管上部)，该换热管设有入口、出口。在换热管入口、出口処设有隔板，将乏汽、冷凝水与制冷剂隔开。喷淋器用于向全相变换热管外表面喷淋制冷剂，喷淋器设有入口、出口。制冷剂水泵设有入口、出口，入口与制冷剂水箱的出口连通，出口与喷淋器入口连通。全相变换热器壳体右侧上部出口与真空泵入口连通。

第一种的实现方式为：设有挡水板，全相变换热噐壳体右上部蒸汽出口，与挡水板入口连通，挡水板出口与一级压汽泵入口连通，一级压汽泵的烝汽出口与二级压汽泵入口连通，二級压汽泵的烝汽出口与低压过热器换热管烝汽入口连通，该换热管蒸汽出口与汽轮机低压机组连通，汽轮机乏汽出口与全相变换热管乏汽入口连通。

第二种实现方式为：不设挡水板，全相变换热器壳体右上部蒸汽出口，与一級压汽泵入口连通，一级压汽泵的蒸汽出口，与二級压汽压汽泵入口连通，二級压汽泵的蒸汽出口，与低压级过热器换热管入口连通，该换热管出口与汽轮机低压级机组入汽口连通；一级、二级压汽泵，设有疏水出水口，一級、二级压汽泵的出水口与疏水泵入口连通，由疏水泵泵入除氧回热器除氧后，再由给水泵泵入锅炉加热后，高压蒸汽进入高压过热器后，高压过热蒸汽进入汽轮机高压机组作功后，进入再热器再热后，进入中压级、低压级作功后，乏汽进入全相变换热管内再循环。

第三种的实现方式为：制冷剂水箱的一个入水口与全相变换热器壳体下部出水口连通。

第四种实现方式为：全相变换热器壳体右下部的冷凝水出口与制冷剂水箱另一个入水口连通。

第五种实现方式为：如果低压级过热器的热源用地源热、水源热、气源热能、钢铁化工等行业的余热，作为汽轮机的热源，汽轮机只设有低压级机组，沒有中压级以上的汽轮机机组。

第六种实现方式为：如果热源用的是核能、各种燃料等，汽轮机就有中压级以上的机组，绿色热泵制冷制热装置中不设挡水板。

第七种实现方式为：汽轮机乏汽出口与全相变换热器的换热管入口连通，汽轮机帶动发电机或其它机械作功。

附图说明

图1是本发明总体构思示意图；

图2是本发明应用在汽轮机作功中的实施例示意图；

具体实施方式

为使本发明实施目的、技术方案、和优点更加清楚，下面将结合本发明実施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域所属技术人员在没有作出创造性劳动前提下，所获得的其它实施例，都属于本发明的保护范围。

图1是本发明总体构思示意图

如图1所示，绿色热泵制冷制热装置，包括制冷系统、制热系统，其中制冷系统包括全相变换热器3、制冷剂水箱6、制冷剂水泵7；制热系统包括一级压汽泵8、二级压汽泵9、低压过热器10。

图2是本发明应用在汽轮机作功中的实施例示意图

如图2所示，该装置包括制冷系统1、制热系统2，其中制冷系统1包括：全相变换热器3(该换热器3的换热腔内设有喷淋器和全相变换热管，全相变换热管设有入口、出口，该换热管入口处、出口处设有隔离板，将乏汽、冷凝水与制冷剂隔开。)、挡水板4、真空泵5、制冷剂水箱6、制冷剂水泵7、乏汽入口13；制热系统2包括：一级压汽泵8、二級压汽泵9、低压过热器10，还包括汽轮机11、发电机12。

全相变换热器3包括壳体，设置在壳体上的乏汽入口13，壳体的下部设有未蒸发的制冷剂液体出口，壳体右下部设有冷凝水出口，壳体右上部设有制冷剂蒸汽出口，蒸汽出口与挡水板4入口连通，壳体右上侧部设有空气出口与真空泵5连通，喷淋器设置在全相变换热管的上部。

制冷剂水泵7出水口与喷淋器入水口连通，该水泵7入水口与制冷剂水箱6的出水口连通，制冷剂水箱6的一个入水口与全相变换热器3壳体下部的出水口连通，制冷剂水箱6的另一个入水口与全相变换热器3壳体右下部冷凝水出口连通。

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第一种结构方式：当热源温度比较低时，过热器：就是工质的的热源，设有挡水板4，全相变换热器3壳体右上部蒸汽出口，与挡水板4的入口连通，一级压汽泵8的蒸汽入口与挡水板4的出汽口连通，一級压汽泵8的烝汽出口与二級压汽泵9的入汽口连通，二級压汽泵9的出汽口与低压过热器10的入汽口连通，低压过热器10的出汽口与汽轮机11低压机组的入汽口连通，汽轮机11的乏汽出口与全相变换热器3的乏汽入口13连通。

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第二种结构方式：增加设置有加热器、冷凝水泵、疏水泵，不设挡水板4，全相变换热器3壳体右上部蒸汽出口，与一級压汽泵8的蒸汽入口连通，该泵8的蒸汽出口，与二级压汽泵9的蒸汽入口连通，该泵9的出口，与加热器入口连通；一级8、二級9压汽泵设有疏水出口，疏水出口与疏水泵入口连通，疏水泵出水口与加热器入口连通；冷凝水泵将单位时间循环量≤10％的冷凝水，泵入加热器，加热器的蒸汽出口与低压过热器10的蒸汽入口连通，该过热器10的的蒸汽出口，与汽轮机11的低压机组连通，汽轮机11的乏汽出口与乏汽入口13连通。

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第三种结构方式：在有核能、各种燃料的高温热源时，增加设置：疏水泵，全相变换热器3壳体右上部蒸汽出口，与挡水板(4)入口连通，挡水板(4)出口，与一级压汽泵8的入口连通，一級压汽泵8的蒸汽出口，与二级压汽泵9的入口连通，二級压汽泵9的蒸汽出口，与低压过热器10的入口连通，低压过热器10的过热汽出口，与汽轮机11低压机组入汽口连通；一级8、二級9压汽泵还设有疏水出水口，一級压汽泵8、二級压汽泵9的疏水出口，与疏水泵入水口连通，疏水泵出水口与除氧回热器入水口连通，除氧回热器出水口与给水泵入水口连通，给水泵出水口与锅炉入水口连通，锅炉高压蒸汽出汽口与高压过热器入汽口连通，高压过热器出汽口与汽轮机11高压级机组入汽口连通，过热蒸汽在高压机组作功后，蒸汽经过再热器后，再经过中压级、低压级作功后，汽轮机11的乏汽，由乏汽入口13进入全相变换热管内再循环。

绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第四种结构方式：不设挡水板4、不设低压过热器10、增加设置有冷凝水泵、疏水泵，全相变换热器3壳体右上部蒸汽出口，与一级压汽泵8的入口连通，该泵8的蒸汽出口，与二级压汽泵9的入口连通，该泵9的蒸汽出口，与除氧回热器入口连通；一级8、二級9压汽泵设有疏水出口，一級压汽泵8、二級压汽泵9的疏水出口，与疏水泵入水口连通，疏水泵出水口与除氧回热噐入水口连通；冷凝水泵将单位时间循环量≤10％的冷凝水，泵入除氧回热器内；除氧回热器的出水口与给水泵入水口连通，给水泵出水口与锅炉入水口连通，锅炉高压蒸汽出口与高压过热器入口连通，高压过热器的蒸汽出口与汽轮机11高压机组入汽口连通，过热蒸汽在高压机组作功后，蒸汽进入再热器后，再进入中压级、低压级作功后，汽轮机11的乏汽，由乏汽入口13进入全相变换热管内再循环。

结合绿色热泵制冷制热的工作过程和原理给予解释说明：

汽轮机排出的乏汽，从乏汽入口13进入全相变换热器3的全相变换热管内，乏汽遇冷相变为冷凝水，同时施放潜热，该冷凝水从全相变换热器3的右下部壳体出口，进入到制冷剂水箱6内，进行再次循环。

当汽轮机乏汽从乏汽入口13进入到全相变换热管时，制冷剂水泵7开动，将制冷剂水箱6内的制冷剂，泵入喷淋器内，制冷剂水通过喷淋器喷向，全相变换热管外表面，吸收乏汽的相变潜热，一部分制冷剂水相变为汽体，回收了乏汽潜热的制冷剂汽体进入到挡水板4内，挡水板4将汽体携帶的液滴分离后，干饱和水蒸汽进入到一级压汽泵8内，压縮升温后的蒸汽进入二级压汽泵9内，再次压缩升温后的蒸汽，进入低压过热器10内，加热升温后的过热蒸汽进入汽轮机11的低压机组作功，作功后的乏汽由乏汽入口13，进入到全相变换热管内再循环。

绿色热泵制冷制热装置不设挡水板时，全相变换热器3换热腔内的湿饱和水蒸汽，进入一级压汽泵8内压縮升温后的蒸汽，进入二級压汽泵9内压縮升温后的蒸汽，进入低压过热器10内升温后，该过热蒸汽进入汽轮机11的低压机组作功后，由乏汽入口13进入到全相变换热管内再循环；一级压汽泵8、二级压汽泵9的疏水，由疏水泵泵入除氧回热器内加热除氧后，再由给水泵泵入锅炉内加热升温升压后，进入高压过热器升温后，高压高温的过热蒸汽进入汽轮机11的高压机组作功后，经过再热器后，再进入中压、低压机组作功后，乏汽由乏汽入口13进入全相变换热管内再循环。

喷淋器喷淋到全相变换热管外表面的制冷剂液体，其中大部分仍为液体，该降温后的制冷剂液体，从全相变换热器3的下部壳体出口，进入制冷剂水箱6内再循环。

在全相变换热器3的换热腔内，未相变的制冷剂液体与全相变换热管内的乏汽相变的冷凝水，两者单位时间流入到制冷剂水箱6的质量比值≤8

绿色热泵制冷制热装置，为什庅能使汽轮机大幅度提高循环热效率？

130多年来汽轮机只用热传导方式，对乏汽进行冷凝，最初只用水，上世纪有部分缺水地区，少数发电厂用空气作冷却工质，水或空气以热传导方式冷凝乏汽，其特奌为：多质量的水或空气只能冷凝很少质量的乏汽。用热传导方式将乏汽的潜热传递给水或空气，单位质量的冷却工质吸收很少量的潜热，冷却工质升温后的温度与环境温度相差很少，该潜热无法回收。绿色热泵制冷制热装置用的不是热传导方式，而是相变传热方式对乏汽冷凝，其特奌为：冷凝与被冷凝两者之间的质量相等时，两者各自吸收和施放的潜热也相等，制冷剂蒸汽的温度和乏汽的温度相差很小，乏汽的潜热全部予以回收。全世界所有汽轮机的潜热损失都在40％以上，全世界大多数汽轮机的循环热效率都在40％左右，极少数汽轮机的循环热效率也达不到50％。使用绿色热泵制冷制热装置技术方案后，汽轮机循环热效率为60％以上。全世界所有汽轮机，如果都使用緑色热泵制冷制热装置技术方案后，全球所有汽轮机的作功总量不变，以标准顿煤当量计算，能耗減少量可能在30亿顿左右。

Claims (7)

1.一种绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，其特征在于，该装置内全部抽真空，制冷系统(1)包括：全相变换热器(3){该换热器(3)的换热腔内有喷淋器、全相变换热管，喷淋器在全相变换热管的上部}、喷淋器设有入口、出口，全相变换热管设有入口、出口，该换热管入口、出口処设有隔板，将制冷剂与乏汽、冷凝水隔开，真空泵(5)、制冷剂水箱(6)、制冷剂水泵(7)、乏汽入口(13)；制热系统(2)包括：一级压汽泵(8)、二级压汽泵(9)；还包括汽轮机(11)及相关部件：低压过热器(10)、髙压过热器、除氧回热器、冷凝水泵、疏水泵、给水泵、加热器、锅炉、发电机(12)；

全相变换热器(3)包括壳体，设置在壳体上的乏汽入口(13)，壳体下部设有未相变制冷剂液体的出口，壳体右下部设有冷凝水出口，壳体右上部设有制冷剂蒸汽出口，壳体右上侧部设有空气出口，与真空泵(5)连通；

制冷剂水泵(7)出水口与喷淋器入口连通，该水泵(7)入水口与制冷剂水箱(6)的出口连通，该水箱(6)的一个入水口与全相变换热器(3)壳体下部出水口连通，该水箱(6)的另一个入水口与全相变换热器(3)壳体右下部冷凝水出口连通。

2.绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第一个结构作功方式，其特征在于：设有挡水板(4)，全相变换热器(3)的壳体右上部蒸汽出口，与挡水板(4)的蒸汽入口连通，挡水板(4)的出汽口与一级压汽泵(8)的蒸汽入口连通，该泵(8)的出汽口与二級压汽泵(9)的入口连通，该泵(9)的蒸汽出口与低压过热器(10)的入口连通，该过热器(10)的出汽口与汽轮机(11)的低压机组连通，汽轮机(11)的乏汽出口与乏汽入口(13)连通。

3.绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第二个结构作功方式，其特征在于：不设挡水板(4)，增加设置：加热器、冷凝水泵、疏水泵，全相变换热器(3)壳体右上部烝汽出口，与一級压汽泵(8)的蒸汽入口连通，该泵(8}的蒸汽出口，与二級压汽泵(9)的蒸汽入口连通，该泵(9)的烝汽出口，与加热器入口连通；该一级(8)、二级(9)的压汽泵设有疏水出口，疏水出口与疏水泵入口连通，疏水泵出水口与加热器入口连通；冷凝水泵将单位时间循环量≤10％的冷凝水，泵入加热器，加热器的蒸汽出口与低压过热器(10)的蒸汽入口连通，该过热器(10)的蒸汽出口，与汽轮机(11)的低压机组连通，汽轮机(11)的乏汽出口与乏汽入口(13)连通。

4.绿色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第三个结构作功方式，其特征在于：增加设置疏水泵，全相变换热器(3)壳体右上部蒸汽出口，与挡水板(4)的入口连通，挡水板(4)的出口，与一级压汽泵(8)入口连通，该汽泵(8)的蒸汽出口与二级压汽泵(9)入口连通，该汽泵(9)的出汽口与低压过热器(10)的入口连通，该过热器(10)的出汽口与汽轮机(11)低压机组连通；该一級(8)、二級(9)的压汽泵还设有疏水出口，该疏水出口与疏水泵入口连通，疏水泵出水口与除氧回热器入口连通，该除氧回热器出口与给水泵入口连通，该水泵出口与锅炉入口连通，锅炉髙压蒸汽出口与高压过热器入口连通，该过热器出口与汽轮机(11)的髙压机组连通，髙压机组蒸汽出口与再热器入口连通，经过再热器加热的蒸汽，在中压、低压机组作功后，汽轮机(11)的乏汽，由乏汽入口(13)进入全相变换热管内再循环。

5.緑色热泵制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，第四个结构作功方式，其特征在于：不设挡水板(4)、不设低压过热噐(10)，增加设置：冷凝水泵、疏水泵，全相变换热器(3)壳体右上部蒸汽出口，与一级压汽泵(8)的入口连通，该泵(8)的烝汽出口，与二级压汽泵(9)的入口连通，该泵(9)的蒸汽出口，与除氧回热器入口连通；一级(8)、二級(9)压汽泵设有疏水出口，一级压汽泵(8)、二級压汽泵(9)的疏水出口，与疏水泵入水口连通，疏水泵出水口与除氧回热器入水口连通；冷凝水泵将单位时间循环量≤10％的冷凝水，泵入除氧回热器内；除氧回热器的出水口与给水泵入水口连通，给水泵出水口与锅炉入水口连通，锅炉高压蒸汽出口与髙压过热器入口连通，髙压过热器的蒸汽出口与汽轮机(11)髙压机组入汽口连通，过热蒸汽在髙压机组作功后，蒸汽进入再热器加热后，进入中压級、低压级作功后，汽轮机(11)的乏汽，由乏汽入口(13)进入全相变换热管内再循环。

6.权利要求1所述的绿色热泵制冷装置，其特征在于：从全相变换热器(3)的壳体下部出口到，制冷剂水箱(6)的制冷剂液体质量，与从全相变换热器(3)的壳体右下部出口到，制冷剂水箱(6)的冷凝水质量的比值≤8。

7.权利要求2、3、4、5所述的制冷制热装置应用在汽轮机的作功中，其特征在于：使全世界所有汽轮机都不用大量冷却水(淡水、海水)、不用冷却塔、没有潜热损失、只有髙压和除氧回热；当代全球汽轮机循环热效率为40％；使用该装置技术方案后，能大幅度提髙汽轮机循环热效率，汽轮机的循环热效率≥60％。

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