CN113864860A - 火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统 - Google Patents

火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，包括进水母管(4)、热泵供热站和回水母管(7)，在所述热泵供热站内设置有两级互联热泵，二级热泵对一级热泵的供热能力进行补充；城市中水(8)作为补充水源与回水母管(7)连通；在回水母管(7)与凝汽器(1)的循环冷却水进水端之间设置有恒温恒压控制单元(9)，用于控制热泵供热站的运行、城市中水(8)输入和进入凝气器(1)的循环冷却水的水量、温度和压力，使电厂可提供的热负荷与用户侧采暖所需热负荷达到平衡；其优点是：循环冷却水余热利用率高；热污染大幅降低；利用城市中水，节约水资源；热力管网造价低。

Description

火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统
技术领域
本专利涉及能源回收利用技术领域，特别是一种火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统。
背景技术
火力发电厂冷凝热通过循环冷却水在电厂冷却塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，是火力发电厂能源使用效率低下的主要原因；循环冷却水蕴含有大量的低品位热能，而且运行过程需要不断地补水维持冷却循环，这种降温方式不仅造成能量、水、电的浪费，同时也对大气产生严重热污染；火力发电厂冷凝热排空，是我国乃至世界普遍存在的问题。
目前，火电厂循环冷却水余热利用技术现状是城乡居民供暖，国内力主采用以压缩式热泵与吸收式热泵串联系统为主的技术路线，即利用压缩式热泵以循环冷却水为低温热源，制出低温热水，再采用吸收式热泵将水温提升至95℃～105℃。其优点是可利用既有的城市热力管网和用户端换热站，实现远距离集中供暖；这种方式只是回收利用了部分余热，没有从根本上解决热污染和水资源浪费问题，而且热力管网铺设造价高，由于是高温热水远距离输送，供暖过程中热损失大，热力不平衡，远端温度过低，而近端温度过高。
发明内容
本发明的目的就是设计一种火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，高效充分的利用循环冷却水余热，减小冷凝循环冷却水对空排放，从而减小因循环冷却水排空造成的热污染和水资源浪费。
本发明的技术方案是：火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：包括进水母管、热泵供热站和回水母管，在所述热泵供热站内设置有两级互联热泵，从火电厂凝汽器通过进水母管引出的循环冷却水在热泵供热站内作为一级热泵的低温热源，在一级热泵的蒸发器侧释放热量温度降低，再经过恒温恒压装置调整温度和压力后经回水母管回流到凝汽器形成冷却水循环；城市中水作为补充水源与回水母管连通；从集水器引出的采暖循环回水分别在热泵供热站内的一级热泵冷凝器侧和二级热泵吸收热量温度升高后汇集到分水器，再进入用户室内散热设备散热后回水到集水器，从而形成采暖热水循环；在回水母管与凝汽器的循环冷却水进水端之间设置有恒温恒压控制单元，用于控制热泵供热站的运行、城市中水输入和进入凝汽器的循环冷却水的水量、温度和压力，使火电厂可提供的热负荷与用户侧采暖所需热负荷达到平衡；
所述热泵供热站为多个，每个热泵供热站的一级热泵的蒸发器侧进水端与进水母管连通，每个一级热泵的蒸发器侧出水端通过恒温恒压装置与回水母管连通；
所述一级热泵为水源热泵，水源热泵以凝汽器引出的低温热水作为低温热源，其蒸发器侧进水端与进水母管连通，蒸发器侧出水端通过恒温恒压装置与回水母管连通；所述二级热泵为蓄热式热泵，作为用户侧用热的补充，提升用户侧采暖循环水的温度，蓄热式热泵的进水端与用户侧集水器出水端连通，蓄热式热泵的出水端与用户侧分水器的进水端连通；
所述进水母管和回水母管采用城市现有的热力管网或者新建低温管网；
所述恒温恒压装置包括换热器、变频水泵、循环泵Ⅳ、循环泵Ⅴ、小型闭式冷却塔和调温蓄能水池，调温蓄能水池内的水经循环泵Ⅳ提供动力提升到小型闭式冷却塔内循环冷却，调节温度至设定温度后再通过循环泵Ⅴ提供动力输入到换热器低温侧换热，经换热器后再回流到调温蓄能水池；从一级热泵蒸发器回水端返回的低温循环冷却水通过变频水泵调整压力输入到换热器高温侧，在换热器内换热，温度调节到要求的温度后进入回水母管；
所述恒温恒压控制单元为包含变频泵组和控制器的温度、压力、流量控制装置，变频泵组分别与回水母管的出水口、凝汽器的循环冷却水的进水口和冷却塔水池连通，通过变频泵组对从回水母管中进入凝汽器的水压力和流量进行调整，通过控制器分别对热泵供热站的热泵运行、城市中水进入回水母管的水流量进行控制以调整进入凝汽器内的水的温度；回水母管中的水一部分按凝汽器循环冷却水要求的温度、压力、流量进入凝汽器，其余的水进入冷却塔水池中。
本发明的优点是：
1)循环冷却水余热利用率高：由于把从凝汽器出来的低温水加压后通过城市热力管网直接远距离输送到用户侧的热泵供热站，再通过热泵提升用户侧采暖循环水的水温供用户采暖，由于在热力管网内较低温度(30摄氏度)输送沿途热损失小；同时由于电厂冷却塔水汽排空很少或者没有水汽排空，所以水汽带走的冷却水热量损失大幅降低；还由于用户侧采用水源热泵和蓄热式热泵组成升温机组，充分发挥了热泵的高能效比特征，进一步提高了余热利用效率；以上因素综合导致冷却水余热利用率大幅提高；
2)热污染大幅降低：由于从凝汽器出来的冷却水直接进入热力管网长距离输送到用户侧热泵机组，很少或者不经过电厂冷却塔，所以大幅减少了循环冷却水在电厂冷却塔排空时水汽对环境造成的热污染；
3)利用城市中水，节约水资源：采用城市污水处理后的中水作为补充水源，对循环冷却水中散失的水进行补充，保证冷却水水量的平衡，也缓解了城市水资源的短缺；
4)热力管网造价低：由于冷却水在较低温度(30摄氏度)长距离输送，对管网保温性能要求较低，所以管网建造成本低，同时可以利用城市现有的热力管网，组网成本低；
5)通过采用互联热泵，二级热泵对一级热泵的供热能力进行补充，充分利用凝汽器的循环冷却水的余热，同时也能保证用户侧采暖供热需求，通过恒温恒压控制单元实时控制，使电厂循环冷却水的余热利用供热与用户侧的采暖用热达到动态平衡，既保证了电厂可靠运行，也有效的利用了余热。
附图说明
图1：火电厂冷凝器循环冷却水余热利用系统原理结构示意图；
图2：热泵供热站恒温恒压装置结构示意图；
图中：1-凝汽器；2-母管增压过滤器；3-第一供热站；31-一级热泵；32-循环泵Ⅰ；33-二级热泵；34-循环泵Ⅱ；35-集水器；36-室内散热设备；37-集水器；38-恒温恒压装置；381-变频水泵；382-循环泵Ⅴ；383-换热器；4-进水母管；5-第二供热站；6-第三供热站；7-回水母管；8-城市中水；9-恒温恒压控制单元；10-电厂冷却塔；101-冷却塔水池；11-循环泵Ⅲ；12-小型闭式冷却塔；13-调温蓄能水池；14-循环泵Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。
如图1所示，本发明所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，是由进水母管4、热泵供热站和回水母管7组成的低温热水循环系统，从火电厂凝汽器1的冷凝循环冷却水出口引出的循环冷却水在用户侧的热泵供热站内释放热量，供用户侧采暖，实现余热再利用。以中国北方某火(热)电厂为例，温度较低(20℃)的循环冷却水从凝汽器1的循环冷却水进口进入凝汽器1的冷却通道，在凝汽器1内对做功后高温蒸汽(乏汽)进行冷却后，温度升高变为低温热水(30℃)从凝汽器1的循环冷却水出口流出，其中一部分按电厂常规循环冷却水冷却方式进入电厂冷却塔10，经电厂冷却塔10冷却后汇集在冷却塔水池101内，再把冷却塔水池101内的水通过循环泵Ⅲ11输入到凝汽器1的循环冷却水进口进行二次循环，从而实现对凝汽器1的持续冷却；另一部分通过进水母管4引出进行余热利用，进水母管4的与凝汽器1的循环冷却水出口端连通，通过母管增压过滤器2对循环冷却水加压和过滤后输送到热泵供热站，在热泵供热站内对循环冷却水的余热进行利用，温度降低后再通过回水母管7回流到凝汽器1的循环冷却水的进水端。
由于火(热)电厂凝汽器1的循环冷却水产生的余热量大，所以热泵供热站可以为多个，如第一热泵供热站3、第二热泵供热站5、第三热泵供热站6等等，在每个热泵供热站内设置互联热泵和用户用采暖系统，每个热泵供热站的循环冷却水进水端并联在进水母管上4，回水端并联在回水母管7上；多个热泵供热站分散建立在城市不同的采暖用户区域，而火(热)电厂一般在郊区，所以可采用城市现有的供热管网作为进水母管4和回水母管7，也可以根据需要重新铺设，但是由于输送的循环冷却水温度低，远距离输送输送热能损失很小，可以忽略不计，所以新建的管网不需要采用完备保温措施，相对于原来的热力管网建造成本大大降低。
为了表述简化，图1中只是具体显示了第一热泵供热站3的结构，其余热泵供热站与第一热泵供热站3结构相同。在第一热泵供热站3内设置有两级互联热泵，从火(热)电厂凝汽器1通过进水母管4引出的循环冷却水在第一热泵供热站3内作为一级热泵31的低温热源，一级热泵31采用水源热泵，循环冷却水在水源热泵的蒸发器侧释放热量温度降低，再经过恒温恒压装置38调整温度和压力后经回水母管7回流到凝汽器1形成冷却水循环；由于循环冷却水在循环过程有损耗需要补充，作为城市污水再生的城市中水8可作为补充水源为循环冷却水补水，并可调节水的温度，引入的城市中水8与回水母管7连通；
如图2所示，所述恒温恒压装置38包括换热器383、变频水泵381、循环泵Ⅴ382、循环泵Ⅳ14、小型闭式冷却塔12和调温蓄能水池13，调温蓄能水池13内的水经循环泵Ⅳ14提供循环动力在小型闭式冷却塔12内调节温度至设定温度后，再通过循环泵Ⅴ382输入到换热器383的低温侧换热，经与换热器383的高温侧换热温度升高后再回流到调温蓄能水池13；从进水母管4引入的低温循环冷却水从一级热泵31蒸发器侧回水端返回后通过变频水泵381调整压力输入换热器383内的高温侧，在换热器383内与来自调温蓄能水池13的循环水换热温度调节到要求的温度后进入回水母管7内，从而实现进入回水母管7的水为恒温恒压状态。
一级热泵31的冷凝器侧的进水端与用户侧集水器35的出水端连接，出水端与用户侧分水器37的进水端连接，输出的热水进入到用户室内散热设备36供用户采暖，在集水器35与一级热泵31的冷凝器侧进水端之间管路上设置有循环泵Ⅰ32，循环泵Ⅰ32为一级热泵31热水循环提供动力；二级热泵33为蓄热式热泵，可以是空气能热泵或者其它蓄热式热泵，从用户侧集水器35输出的采暖回水进入二级热泵33后，吸收热量温度升高输出的热水再通过分水器37进入用户室内散热设备36供用户采暖，在集水器35与二级热泵33的进水端之间的管路上设置有循环泵Ⅱ34，循环泵Ⅱ34为二级热泵33热水循环提供动力；二级热泵33与一级热泵31并联，二级热泵33作为一级热泵31供热不足时的补充，提升用户侧采暖循环水的温度，蓄热式热泵的进水端与用户采暖循环系统的集水器35出水端连通，蓄热式热泵的出水端与用户侧分水器37的进水端连通。从用户侧集水器35引出的采暖循环回水分别在第一热泵供热站3内的一级热泵31冷凝器侧和二级热泵33吸收热量温度升高后汇集到分水器37后，进入用户室内散热设备36散热供用户采暖，回水到汇集到集水器35，从而形成采暖热水循环。
由于多个热泵供热站的循环冷却水回水和城市中水8并入回水母管7中，所以回水母管7中的水温、水量和压力需要重新平衡和适当调整，在回水母管7与凝汽器1的循环冷却水进水端之间设置有恒温恒压控制单元9，用于控制进入凝汽器1的循环冷却水的温度、压力和流量满足凝汽器1的散热需求，以及用于控制一级热泵31和二级热泵33的运行，使电厂可提供的热负荷与用户侧采暖所需热负荷达到平衡；所述恒温恒压控制单元9为包含变频泵组和控制器的温度、压力、流量控制装置，变频泵组分别与回水母管7的回水口、凝汽器1的循环冷却水的进水口和冷却塔水池101连通，通过变频泵组对从回水母管7中进入凝汽器1的水压力和流量进行调整，控制器与恒温恒压控制单元9的变频泵组、一级热泵31、二级热泵33、城市中水8输入控制泵、循环泵Ⅰ32、循环泵Ⅱ34、循环泵Ⅲ11、循环泵Ⅳ14、变频水泵381、循环泵Ⅴ382等的电驱动执行单元电连接，通过控制器分别对各热泵供热站的一级热泵31和二级热泵33运行、城市中水8进入回水母管7的水流量进行控制以调整进入凝汽器1内的水的温度；回水母管7中的循环冷却水一部分按凝汽器1循环冷却水要求的温度、压力、流量进入凝汽器1，其余的水进入冷却塔水池101中。

Claims (6)

1.火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：包括进水母管(4)、热泵供热站和回水母管(7)，在所述热泵供热站内设置有两级互联热泵，从火电厂凝汽器(1)通过进水母管(4)引出的循环冷却水在热泵供热站内作为一级热泵(31)的低温热源，在一级热泵(31)的蒸发器侧释放热量温度降低，再经过恒温恒压装置(38)调整温度和压力后经回水母管(7)回流到凝汽器(1)形成冷却水循环；城市中水(8)作为补充水源与回水母管(7)连通；从集水器(35)引出的采暖循环回水分别在热泵供热站内的一级热泵(31)冷凝器侧和二级热泵(33)吸收热量温度升高后汇集到分水器(37)，再进入用户室内散热设备(36)散热后回水到集水器(35)，从而形成采暖热水循环；在回水母管(7)与凝汽器(1)的循环冷却水进水端之间设置有恒温恒压控制单元(9)，用于控制热泵供热站的运行、城市中水(8)输入和进入凝汽器(1)的循环冷却水的水量、温度和压力，使火电厂可提供的热负荷与用户侧采暖所需热负荷达到平衡。
2.根据权利要求1所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：所述热泵供热站为多个，每个热泵供热站的一级热泵(31)的蒸发器侧进水端与进水母管(4)连通，每个一级热泵(31)的蒸发器侧出水端通过恒温恒压装置(38)与回水母管(7)连通。
3.根据权利要求1所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：所述一级热泵(31)为水源热泵，水源热泵以凝汽器(1)引出的循环冷却水作为低温热源，其蒸发器侧进水端与进水母管(4)连通，蒸发器侧出水端通过恒温恒压装置(38)与回水母管(7)连通；所述二级热泵(33)为蓄热式热泵，作为用户侧用热的补充，提升用户侧采暖循环水的温度，蓄热式热泵的进水端与用户侧集水器(35)出水端连通，蓄热式热泵的出水端与用户侧分水器(37)的进水端连通。
4.根据权利要求1所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：所述进水母管(4)和回水母管(7)采用城市现有的热力管网或者新建低温管网。
5.根据权利要求1所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：所述恒温恒压装置(38)包括换热器(383)、变频水泵(381)、循环泵Ⅴ(382)、循环泵Ⅳ(14)、小型闭式冷却塔(12)和调温蓄能水池(13)，调温蓄能水池(13)内的水经循环泵Ⅳ(14)提供动力提升到小型闭式冷却塔(12)内循环冷却，调节温度至设定温度后再通过循环泵Ⅴ(382)提供动力输入到换热器(383)低温侧换热，经换热器(383)后再回流到调温蓄能水池(13)；从一级热泵(31)蒸发器侧回水端返回的低温循环冷却水通过变频水泵(381)调整压力输入到换热器(383)高温侧，在换热器(383)内换热，温度调节到要求的温度后进入回水母管(7)。
6.根据权利要求1所述的火电厂冷凝循环冷却水余热利用系统，其特征是：所述恒温恒压控制单元(9)为包含变频泵组和控制器的温度、压力、流量控制装置，变频泵组分别与回水母管(7)的出水口、凝汽器(1)的循环冷却水的进水口和冷却塔水池(101)连通，通过变频泵组对从回水母管(7)中进入凝汽器(1)的循环冷却水的压力和流量进行调整，通过控制器分别对热泵供热站的热泵运行、城市中水(8)进入回水母管(7)的水流量进行控制以调整进入凝汽器(1)内的水的温度；回水母管(7)中的循环冷却水一部分按凝汽器(1)循环冷却水要求的温度、压力、流量进入凝汽器(1)，其余的水进入冷却塔水池(101)中。
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