CN113776231A - 一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统及方法，该系统将热泵系统、制冷系统以及凝汽器相耦合，实现了凝汽器余热利用，提高了凝汽器的真空度，减小了凝结水的过冷度，提高整个热力系统经济性。利用热泵系统将汽轮机排汽的热量回收，降低了排汽进入凝汽器的温度，降低了排汽进入凝汽器的温度，增大了凝汽器的真空度，降低了汽轮机的背压，增大了汽轮机的出力，同时，热泵产生的热量用于加热工业热水。利用制冷系统中冷却剂冷凝放热加热凝结水，减小了凝结水的过冷度，降低了凝结水中的氧汽含量，提高机组的热经济性能，同时，制冷系统中产生的冷冻水供给工厂。
Description
技术领域
本发明属于电厂节能领域，具体涉及一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统及方法。
背景技术
现阶段电源结构以火力发电为主，其中燃煤发电在火力发电中占据主导地位。受国家煤电停、缓建政策影响，火力发电装机容量增速将得到明显遏制。此外，近年来受环保、电源结构改革等政策影响，国内非化石能源装机快速增长，火电装机容量占电力装机容量的比重呈逐年小幅下降态势，且该趋势未来将长期保持，但同时受能源结构、历史电力装机布局等因素影响，国内电源结构仍将长期以火电为主。在这一长期趋势和大背景下，积极的探索清洁高效的火力发电技术就显得尤为重要。
燃煤发电系统工作原理为由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功驱动发电机发电，做功后的排汽经凝汽器、凝结水泵、给水加热器等送回锅炉循环使用。以水冷机组为例，汽轮机的排汽进入凝汽器后被循环水冷却成液态水，凝汽器内形成一定的真空度，凝汽器真空度越高，汽轮机排汽背压越低，从而汽轮机出力越多。目前电厂主要通过调节循环水流量来间接调节汽轮机排汽背压，调节作用有限。
同时，凝汽器出口的凝结水具有一定的过冷度，过冷度越大，说明被冷却水带走的损失的热量越多，而这部分热损失要靠锅炉多燃烧燃料来弥补，从而导致整个热力系统经济性降低。而且过冷度越大，凝结水中的含氧量也越多,从而加速了相关管道、设备的腐蚀速度。因此需从各个方面对凝结水水过冷度加以重视并采取措施使其减到最小，以此来提高机组运行的经济性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统及方法，以解决现有技术中凝结水过冷度过大的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，包括凝汽器、第一蒸发器、压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器和第二蒸发器；
所述压缩机的输出端分为两个支路，第一支路和第二冷凝器的热侧入口连接，第二冷凝器的热侧出口和第二蒸发器的冷侧入口连接，第二蒸发器的冷侧出口和压缩机连接；第二支路和第一冷凝器的热侧入口连接，第一冷凝器的热侧出口和第一蒸发器的冷侧入口连接，第一蒸发器的冷侧出口和压缩机连接；
汽轮机排汽和第一蒸发器的热侧入口连接，第一蒸发器的热侧出口和凝汽器的热侧入口连接，凝汽器的凝结水出口和第二冷凝器冷侧入口连接。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述第二冷凝器中凝结水出口连接至热水井。
优选的，所述第二蒸发器的热侧入口和工业冷冻进水管道连通，所述第二蒸发器的热侧出口和工业冷冻出水管道连通。
优选的，所述第一冷凝器的冷侧入口和工业热水进水管道连通，所述第一冷凝器的冷侧出口和工业热水出水管道。
优选的，所述凝汽器的冷侧入口和循环水进水管道连通，凝汽器的冷侧出口和循环水出水管道连通。
优选的，顺着冷却剂的流动方向，第一冷凝器的冷侧出口和第一蒸发器的冷侧入口连接管路上依次设置有第一电动截止阀和第一节流阀。
优选的，，顺着冷却剂的流动方向，第二冷凝器的热侧出口和第二蒸发器的冷侧入口连接管路上依次设置有第二电动截止阀和第二节流阀。
一种基于上述的基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统的利用方法，包括以下过程：
制冷剂经过压缩机加压后，分别通过第一支路流入第二冷凝器中，通过第二支路流入第一冷凝器中；制冷剂在第二冷凝器中与从凝汽器流出的凝结水换热后，制冷剂在第二凝汽器中被冷却后，流入第二蒸发器，制冷剂在第二蒸发器吸热后流回至压缩机；
制冷剂在第一冷凝器中被冷却后，流入至第一蒸发器中，在第一第一蒸发器被汽轮机排汽加热后流回至压缩机中；
汽轮机排汽在第一蒸发器中被冷却后，进入凝汽器中，汽轮机排汽在凝汽器中被冷却后，进入第二冷凝器中。
优选的，所述制冷剂为R22或R245fa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，该系统将热泵系统、制冷系统以及凝汽器相耦合，实现了凝汽器余热利用，提高了凝汽器的真空度，减小了凝结水的过冷度，提高整个热力系统经济性。利用热泵系统将汽轮机排汽的热量回收，降低了排汽进入凝汽器的温度，降低了排汽进入凝汽器的温度，增大了凝汽器的真空度，降低了汽轮机的背压，增大了汽轮机的出力，同时，热泵产生的热量用于加热工业热水。利用制冷系统中冷却剂冷凝放热加热凝结水，减小了凝结水的过冷度，降低了凝结水中的氧汽含量，提高机组的热经济性能，同时，制冷系统中产生的冷冻水供给工厂。本发明中汽轮机对外提供电能，热泵系统对外提供工业热水，制冷系统对外提供工业冷冻水，实现了燃煤电厂冷热电三联产，提高了系统的能量效率，实现了能量的梯级利用。
本发明还公开了一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统的利用方法，该方法通过热泵技术吸收汽轮机排汽的部分热量，减小汽轮机排汽在凝汽器中与循环水的换热温差，从而提高凝汽器真空度，降低汽轮机背压，增大汽轮机出力；同时，利用制冷系统的冷凝器中制冷剂放热加热凝汽器出口的凝结水，减小凝结水的过冷度，提高整个热力系统经济性。在电厂的热功转换过程中存在固有的冷源损失，现代发电厂循环热效率一般为40％～57％，因此回收凝汽器余热可以有效提高电厂的热经济性，具有显著的节能效果。
附图说明
图1为本发明一种基于热泵-制冷系统的凝汽器余热回收利用系统。
图1中：1-凝汽器；2-第一蒸发器；3-压缩机；4-第一冷凝器；5-第一电动截止阀；6-第一节流阀；7-第二冷凝器；8-第二电动截止阀；9-第二节流阀；10-第二蒸发器；11-循环水进水管道；12-循环水出水管道；13-工业热水进水管道；14-工业热水出水管道；15-工业冷冻水进水管道；16-工业冷冻水出水管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明通过以下技术方案实现：一种基于热泵、制冷系统的凝汽器余热回收利用系统主要包括凝汽器、热泵系统以及制冷系统。
如图1所示，一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统由凝汽器1、第一蒸发器2、压缩机3、第一冷凝器4、第一电动截止阀5、第一节流阀6、第二冷凝器7、第二电动截止阀8、第二节流阀9、第二蒸发器10、循环水进水管道11、循环水出水管道12、工业热水进水管道13、工业热水出水管道14、工业冷冻水进水管道15和工业冷冻水出水管道16组成。
热泵系统与制冷系统共用同一台压缩机3，制冷剂经压缩机3加压后分成两股分别进入热泵系统和制冷系统。热泵系统包括第一冷凝器4、第一电动截止阀5、第一节流阀6和第一蒸发器2；制冷系统包括第二冷凝器7、第二电动截止阀8、第二节流阀9和第二蒸发器10。
该系统压缩机3的冷却剂输出端分为两个支路，第一支路通向制冷系统中，第二支路通向热泵系统中。
更为具体的，第一支路和第二冷凝器7的热侧入口连接，第二冷凝器7的热侧出口和第二蒸发器10的冷侧入口连接，第二冷凝器7的冷侧入口和凝汽器1的凝结水出口连接，第二冷凝器7的冷侧出口和热水井连接。第二蒸发器10的冷侧入口和第二冷凝器7的热侧出口连接，第二蒸发器10的冷侧出口和压缩机3的入口连接。第二蒸发器10的热侧入口和工业冷冻进水管道15连接，第二蒸发器10的热侧出口和工业冷冻出水管道16连通。顺着冷却剂的流动方向，第二冷凝器7的热侧出口和第二蒸发器10的冷侧入口连接管路上依次设置有第二电动截止阀8和第二节流阀9。
第二支路和第一冷凝器4的热侧入口连接，第一冷凝器4的热侧出口和第一蒸发器2的冷侧入口连接，第一冷凝器4的冷侧入口和工业热水进水管道13连通，第一冷凝器4的冷侧出口和工业热水出水管道14连接。顺着冷却剂的流动方向，第一冷凝器4的冷侧出口和第一蒸发器2的冷侧入口连接管路上依次设置有第一电动截止阀5和第一节流阀6。
汽轮机排汽和第一蒸发器2的热侧入口连接，第一蒸发器2的热侧出口和凝汽器1的热侧入口连接，第二蒸发器10的冷侧入口和第一冷凝器4的热侧出口连接，第二蒸发器10的冷侧出口和压缩机3连接。
凝汽器1的热侧入口和第一蒸发器2的热侧出口连接，凝汽器1的凝结水出口和第二冷凝器7冷侧入口连接。凝汽器1的冷侧入口和循环水进水管道11连通，凝汽器1的冷侧出口和循环水出水管道12连通。
制冷剂可以选用R22或R245fa。
具体的，汽轮机排出的热蒸汽进入第一蒸发2器与来自热泵系统的制冷剂换热，冷却后的蒸汽进入凝汽器1，循环水进入凝汽器1后与蒸汽换热，将蒸汽的热量带走使其成为凝结水。
凝结水自凝汽器1出来后具有一定的过冷度，进入第二冷凝器7，被来自制冷系统的制冷剂加热，凝结水自第二冷凝器7出来后排入热水井。
热泵系统中制冷剂经压缩机加压后进入第一冷凝器4，与水进行换热，加热后的水经过工业热水管道供给工厂；冷凝后的制冷剂进入第一节流阀6节流降压，随后进入第一蒸发器2与汽轮机排出的热蒸汽换热，制冷剂被加热最后返回压缩机3。
制冷系统中制冷剂经压缩机3加压后进入第二冷凝器7，与凝汽器1出口的凝结水换热，加热后的凝结水排入热水井，冷凝后的制冷剂经第二节流阀9节流降压，进入第二蒸发器10与水换热，被冷却的水冷冻水经工业冷冻水管道供给工厂，被加热蒸发后的制冷剂返回压缩机。
汽轮机排汽进入第一蒸发器2热侧，与来自热泵系统中制冷剂在第一蒸发器2换热，冷却后的汽轮机排汽进入凝汽器1中。循环水通过循环水进水管道11进入凝汽器1中，与汽轮机排汽换热后从循环水出水管道12流出。凝汽器1中出来的凝结水进入第二冷凝器7的冷侧，与制冷系统中的制冷剂换热后流入热水井中。
本发明的工作过程：
制冷剂经压缩机3加压后分成两部分，一部分进入第一冷凝器4与工业供给热水换热，冷凝后的制冷剂依次进入第一电动截止阀5、第一节流阀6后，进入第一蒸发器2的冷侧，目的是冷却汽轮机排汽，最后制冷剂返回压缩机3。水经过工业热水进水管道13进入第一冷凝器4冷侧，加热升温后从工业热水出水管道14流出供给工厂。
另一部分制冷剂进入第二冷凝器7中与凝结水换热，冷凝后的制冷剂依次进入第二电动截止阀8、第二节流阀9后，进入第二蒸发器10冷侧吸热，最后与热泵系统的制冷剂汇合共同返回压缩机3。水经过工业冷冻水进水管道15进入第二蒸发器热侧，降温后从工业冷冻水出水管道16流出供给工厂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，包括凝汽器(1)、第一蒸发器(2)、压缩机(3)、第一冷凝器(4)、第二冷凝器(7)和第二蒸发器(10)；
所述压缩机(3)的输出端分为两个支路，第一支路和第二冷凝器(7)的热侧入口连接，第二冷凝器(7)的热侧出口和第二蒸发器(10)的冷侧入口连接，第二蒸发器(10)的冷侧出口和压缩机(3)连接；第二支路和第一冷凝器(4)的热侧入口连接，第一冷凝器(4)的热侧出口和第一蒸发器(2)的冷侧入口连接，第一蒸发器(2)的冷侧出口和压缩机(3)连接；
汽轮机排汽和第一蒸发器(2)的热侧入口连接，第一蒸发器(2)的热侧出口和凝汽器(1)的热侧入口连接，凝汽器(1)的凝结水出口和第二冷凝器(7)冷侧入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，所述第二冷凝器(7)中凝结水出口连接至热水井。
3.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，所述第二蒸发器(10)的热侧入口和工业冷冻进水管道(15)连通，所述第二蒸发器(10)的热侧出口和工业冷冻出水管道(16)连通。
4.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，所述第一冷凝器(4)的冷侧入口和工业热水进水管道(13)连通，所述第一冷凝器(4)的冷侧出口和工业热水出水管道(14)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，所述凝汽器(1)的冷侧入口和循环水进水管道(11)连通，凝汽器(1)的冷侧出口和循环水出水管道(12)连通。
6.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，顺着冷却剂的流动方向，第一冷凝器(4)的冷侧出口和第一蒸发器(2)的冷侧入口连接管路上依次设置有第一电动截止阀(5)和第一节流阀(6)。
7.根据权利要求1所述的一种基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统，其特征在于，顺着冷却剂的流动方向，第二冷凝器(7)的热侧出口和第二蒸发器(10)的冷侧入口连接管路上依次设置有第二电动截止阀(8)和第二节流阀(9)。
8.一种基于权利要求1所述的基于热泵及制冷系统的凝汽器余热回收利用系统的利用方法，其特征在于，包括以下过程：
制冷剂经过压缩机(3)加压后，分别通过第一支路流入第二冷凝器(7)中，通过第二支路流入第一冷凝器(4)中；制冷剂在第二冷凝器(7)中与从凝汽器(1)流出的凝结水换热后，制冷剂在第二凝汽器(7)中被冷却后，流入第二蒸发器(10)，制冷剂在第二蒸发器(10)吸热后流回至压缩机(3)；
制冷剂在第一冷凝器(4)中被冷却后，流入至第一蒸发器(2)中，在第一第一蒸发器(2)被汽轮机排汽加热后流回至压缩机(3)中；
汽轮机排汽在第一蒸发器(2)中被冷却后，进入凝汽器(1)中，汽轮机排汽在凝汽器(1)中被冷却后，进入第二冷凝器(7)中。
9.根据权利要求8所述的利用方法，其特征在于，所述制冷剂为R22或R245fa。
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