CN113883748A - 一种提取电厂循环水余热的管路布置系统 - Google Patents

一种提取电厂循环水余热的管路布置系统 Download PDF

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袁汉川
刘军
吴俊杰
季薇
谭茹
袁志先
张荣林
赵国亮
王雪平
潘翠翠
许祥训
惠英伟
俞潘俊
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Abstract

本发明涉及电厂余热利用技术领域，尤其涉及一种提取电厂循环水余热的管路布置系统，其包括汽轮机凝汽器、热泵、冷却塔和循环水泵，其中，所述汽轮机凝汽器的出口通过循环冷却水回水管道接入所述冷却塔，所述冷却塔的出口经所述循环水泵通过循环冷却水供水管道与所述汽轮机凝汽器的入口连通；其中，所述汽轮机凝汽器的出口还通过余热水供水管道与所述热泵的入口连通，所述热泵的出口通过余热水回水管道接入所述冷却塔。上述管路布置系统在确保不影响循环水泵的原有出力(扬程、流量)，确保循环水泵的出力满足汽轮机组各运行工况的要求，确保机组的安全稳定运行的情况下，最大限度的回收电厂排汽废热，降低电厂热耗。

Description

一种提取电厂循环水余热的管路布置系统
技术领域
本发明涉及电厂余热利用技术领域，尤其涉及一种提取电厂循环水余热的管路布置系统。
背景技术
火力发电厂以水(蒸汽)为工质，蒸汽在汽轮机作功后需要在凝汽器中冷凝为水，然后通过二次循环冷却系统的冷却塔将该过程产生大量的潜热释放到环境中，造成大量的热量损失，火力发电厂近50％的能量在此损失掉。在冬季，采用热泵机组回收该热量，提高温度后可用于城市集中供热，最大限度的提取电厂余热，提高热效率。
热泵机组的热源水(余热水)来自电厂经凝汽器升温后的循环冷却水，循环水系统与热泵机组的管路连接原采用串联方式(参见图1)。循环水系统串联热泵机组余热水系统运行方式为：在凝汽器的循环冷却水回水管道上设置电动蝶阀将管路隔断。在电动蝶阀前侧引出余热水供水管道接至热泵机组，从热泵机组引出的余热水回水母管8a再接至电动蝶阀后侧的循环冷却水回水管道上，余热水回水沿本台机的循环冷却水回水管道至冷却塔中央竖井冷却。此种管道串联方式，可以使管道的初期投资降低，但循环水系统串联热泵机组后阻力变大，使得循环水泵的耗电量变大，年运行成本增加。同时由于机组运行工况的不断变化，造成循环水的温度和水量也要不断变化，要满足热泵机组余热水温度的要求，循环水泵的运行工况也要不断调整。这在实际运行中对循环水的温度和水量调节带来诸多麻烦。其次，在机组负荷增大的情况下，循环水泵由于系统阻力增加而不能达到最大出力，影响机组安全运行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种提取电厂循环水余热的管路布置系统，旨在解决现有管路系统采用循环水系统串联热泵机组的方式而使阻力变大导致循环水泵的耗电量变大的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明的提取电厂循环水余热的管路布置系统包括：
汽轮机凝汽器、热泵、冷却塔和循环水泵，其中，所述汽轮机凝汽器的出口通过循环冷却水回水管道接入所述冷却塔，所述冷却塔的出口经所述循环水泵通过循环冷却水供水管道与所述汽轮机凝汽器的入口连通；
其中，所述汽轮机凝汽器的出口还通过余热水供水管道与所述热泵的入口连通，所述热泵的出口通过余热水回水管道接入所述冷却塔；
所述管路布置系统还包括控制器，所述控制器与所述热泵、所述循环水泵电连接。
可选地，所述汽轮机凝汽器的出口设置有第一电动蝶阀，所述第一电动蝶阀与所述控制器电连接；所述余热水供水管道的接入端位于所述第一电动蝶阀的下游。
可选地，所述余热水供水管道上设置有第二电动蝶阀，所述第二电动蝶阀与所述控制器电连接。
可选地，所述余热水供水管道上设置有均与所述控制器电连接的流量传感器、压力传感器和温度传感器。
可选地，所述余热水供水管道上设置有滤网和关断阀。
可选地，所述余热水回水管道上设置有第三电动蝶阀，所述第三电动蝶阀与所述控制器电连接。
可选地，所述余热水回水管道的出口端通过配水管喷淋水至所述冷却塔的水池。
可选地，与所述余热水回水管道连接的配水管位于离所述冷却塔的出口最远的一侧。
可选地，所述冷却塔的进风口用挡风板封闭；
和/或，所述冷却塔与所述循环水泵之间的连接通道内设置有格栅和闸门。
可选地，所述汽轮机凝汽器的数量为多组，多组所述汽轮机凝汽器的出口分别与对应的所述循环冷却水回水管道连通，所述余热水供水管道包括多根余热水支管，所述余热水支管的接入端分别与所述循环冷却水回水管道一一对应连通。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：上述技术方案中，循环冷却水回水管道和余热水回水管道为两条并联且同时打开流通的管道，两者的出口端均汇集到了冷却塔的水池，即循环冷却水和余热水在冷却塔的水池内混合，因此，增加余热水回水管道后并不会增加循环冷却水回水管道的运行阻力，即不增加电厂原有循环水系统的阻力。而且，上述管路布置系统在确保不影响循环水泵的原有出力(扬程、流量)，确保循环水泵的出力满足汽轮机组各运行工况的要求，确保机组的安全稳定运行的情况下，最大限度的回收电厂排汽废热，降低电厂热耗。同时，冷却塔是在满足循环冷却水的冷却要求即满足汽轮机凝汽器的运行要求的前提下，对余热水进行冷却的，因此，采用并联管道后，对余热水的流量的控制不会影响到原有的循环水系统，简化了系统的运行控制方式，方便电厂运行人员对系统的调控。
附图说明
图1为现有的管路布置系统的结构示意图；
图2为本发明的提取电厂循环水余热的管路布置系统的结构示意图；
图3为本发明的提取电厂循环水余热的管路布置系统的高程示意图。
【附图标记说明】
1：汽轮机凝汽器；2：热泵；3：冷却塔；4：循环水泵；5：循环冷却水回水管道；6：循环冷却水供水管道；7：余热水供水管道；8：余热水回水管道；
31：配水管；41：格栅；42：闸门；51：第一电动蝶阀；71：第二电动蝶阀；81：第三电动蝶阀；8a：余热水回水母管。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种提取电厂循环水余热的管路布置系统，如图2所示，其包括汽轮机凝汽器1、热泵2、冷却塔3和循环水泵4，其中，汽轮机凝汽器1的出口通过循环冷却水回水管道5接入冷却塔3，冷却塔3的出口经循环水泵4通过循环冷却水供水管道6与汽轮机凝汽器1的入口连通。其中，汽轮机凝汽器1的出口还通过余热水供水管道7与热泵2的入口连通，热泵2的出口通过余热水回水管道8接入冷却塔3。另外，管路布置系统还包括控制器，控制器与热泵2、循环水泵4电连接。汽轮机凝汽器1位于电厂的厂房内。余热水供水管道7和余热水回水管道8均可采用普通焊接管道，且管道型号可为DN1400，其中，“DN”为公称直径。
循环冷却水回水管道5和余热水回水管道8为两条并联且同时打开流通的管道，两者的出口端均汇集到了冷却塔3的水池，即循环冷却水和余热水在冷却塔3的水池内混合，因此，增加余热水回水管道8后并不会增加循环冷却水回水管道5的运行阻力，即不增加电厂原有循环水系统的阻力。而且，上述管路布置系统在确保不影响循环水泵4的原有出力(扬程、流量)，确保循环水泵4的出力满足汽轮机组各运行工况的要求，确保机组的安全稳定运行的情况下，最大限度的回收电厂排汽废热，降低电厂热耗。同时，冷却塔3是在满足循环冷却水的冷却要求即满足汽轮机凝汽器1的运行要求的前提下，对余热水进行冷却的，因此，采用并联管道后，对余热水的流量的控制不会影响到原有的循环水系统，简化了系统的运行控制方式，方便电厂运行人员对系统的调控。
再次参见图2，汽轮机凝汽器1的出口设置有第一电动蝶阀51，第一电动蝶阀51与控制器电连接；余热水供水管道7的接入端位于第一电动蝶阀51的下游。其中，蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为0°-90°之间，旋转到90°时，阀门则处于全开状态。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转90°即可快速启闭，操作简单，同时该阀门具有良好的流体控制特性。蝶阀有弹性密封和金属密封两种密封型式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。而采用与控制器电连接的电动蝶阀，可以方便对管道的流量进行远程控制。
而且，余热水供水管道7上设置有第二电动蝶阀71，第二电动蝶阀71与控制器电连接。并联运行通过热泵2的余热水量可以通过循环水泵4的调速和第二电动蝶阀71的开度进行微调，运行操作方便。此外，余热水供水管道7上还设置有均与控制器电连接的流量传感器、压力传感器和温度传感器，用以计量余热水的总量和监控余热水的压力和温度，控制器根据各个传感器检测到的信号，控制第二电动蝶阀71的开度、调整热泵2的工况等。
进一步地，余热水供水管道7上设置有滤网和关断阀，滤网可以过滤管道内的杂质，以免影响热泵2的运行，而关断阀可以作为备用阀门使用，当第二电动蝶阀71不起作用时，可以手动关闭关断阀来保护热泵2。
再次参见图2，余热水回水管道8上设置有第三电动蝶阀81，第三电动蝶阀81与控制器电连接，通过第三电动蝶阀81可以调整进入冷却塔3内的余热水量。第二电动蝶阀71、第三电动蝶阀81的结构和功能与第一电动蝶阀51类似。而且，配水管31位于冷却塔3的内部，余热水回水管道8的出口端通过配水管31喷淋余热水至冷却塔3的水池。余热水回水管道8内的余热水经配水管31配水后与冷却塔3里的水充分混合，而能够确保余热水也能够获得充分冷却。配水管31可以为带有多个喷水孔的管道，余热水可通过喷水孔进行喷淋。
进一步地，为使从热泵2出来的已降温的余热水与进入冷却塔3内的循环冷却水充分混合，与余热水回水管道8连接的配水管31位于离冷却塔3的出口最远的一侧，确保循环冷却水和余热水有足够的长度和时间进行混合。
为防止冷却塔3的水温过低，冷却塔3的进风口用挡风板(未图示)封闭。另外，如图3所示，冷却塔3与循环水泵4之间的连接通道内设置有格栅41和闸门42，格栅41能够过滤较大的异物，以避免影响循环水泵4的运行，而闸门42能够根据需求打开或关闭，以控制循环水系统的工作状态。其中，图3中符号
Figure BDA0003350415850000061
上的数字表示高程。
此外，再次参见图2，汽轮机凝汽器1的数量可以为多组，多组汽轮机凝汽器1的出口分别与对应的循环冷却水回水管道5连通，余热水供水管道7包括多根余热水支管，余热水支管的接入端分别与循环冷却水回水管道5一一对应连通。通过多组汽轮机凝汽器1共同作用能够分担汽轮机的冷却负担，以保证汽轮机能够正常运行，而多组汽轮机凝汽器1均能够向热泵2提供余热，以保证热泵2能够得到足够的热量，也能够提升余热的利用效率。
以下基于最优实施方式，对本发明的提取电厂循环水余热的管路布置系统的具体情况进行描述，从而实现对本发明的技术方案的进一步说明。
再次参见图2和图3，在2号机组的两根循环冷却水回水管道5上各设置一个DN1800电动蝶阀，将管路隔断。在每个DN1800电动蝶阀的下游引出一根DN1200的余热水支管，两根余热水支管合并成一根DN1400的余热水供水管道7接至热泵2。从热泵2的出口另外设置一根DN1400的余热水回水管道8，沿2号机循环冷却水回水管道5平行敷设，接至2号机冷却塔3的水池。
从管道系统阻力来看，循环水系统串联热泵余热水系统阻力较大，使得循环水泵4的耗电量变大，初步估算整个采暖期2928小时，采用循环水系统串联热泵余热水系统运行方式，2号机组循环水泵耗电量为537万度电；采用循环水系统并联热泵余热水系统运行方式，2号机组循环水泵4的耗电量为369万度电；并联方式比串联方式可节省厂用电168万度。同时在机组负荷增大的情况下，循环水泵4由于系统阻力增加而不能达到最大出力，影响机组安全运行。从这两方面考虑，采用循环水系统并联热泵余热水系统运行方式，更有利于节能减排和提高机组的运行效率。
具体地，若采用循环水系统串联热泵余热水系统运行方式，整个采暖期运行小时数为2928小时，在工况1下，采暖运行延续小时为2066小时，一台泵高速运行，水泵电机功率1700kW/台；在工况2、工况3下，采暖运行延续小时为862小时，两台泵低速运行，水泵电机功率1076kW/台。耗电量＝2066×1700+862×1076×2＝5367224≈537万度电。其中，工况1：供热高峰期(室外环境温度≤2℃)；工况2：供热初、末期(室外环境温度≥5℃)；工况3：供热过渡期(室外环境温度3℃～4℃)。
若采用循环水系统并联热泵余热水系统运行方式，整个采暖期运行小时数为2928小时，在工况1下，采暖运行延续小时为2066小时，一台泵低速运行，水泵电机功率1076kW/台；在工况2、工况3下，采暖运行延续小时为862小时，一台泵高速运行，水泵电机功率1700kW/台。耗电量＝2066×1076+862×1700＝3688416≈369万度电。由于2号机组在采暖季供暖中期一台循环水泵运行即可满足要求，故热泵系统不需再设置余热水升压泵。而且，并联方式比串联方式可节省厂用电168万度电，如果采用水泵变频控制，节能效果更好。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述管路布置系统包括汽轮机凝汽器(1)、热泵(2)、冷却塔(3)和循环水泵(4)，其中，所述汽轮机凝汽器(1)的出口通过循环冷却水回水管道(5)接入所述冷却塔(3)，所述冷却塔(3)的出口经所述循环水泵(4)通过循环冷却水供水管道(6)与所述汽轮机凝汽器(1)的入口连通；
其中，所述汽轮机凝汽器(1)的出口还通过余热水供水管道(7)与所述热泵(2)的入口连通，所述热泵(2)的出口通过余热水回水管道(8)接入所述冷却塔(3)；
所述管路布置系统还包括控制器，所述控制器与所述热泵(2)、所述循环水泵(4)电连接。
2.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述汽轮机凝汽器(1)的出口设置有第一电动蝶阀(51)，所述第一电动蝶阀(51)与所述控制器电连接；所述余热水供水管道(7)的接入端位于所述第一电动蝶阀(51)的下游。
3.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述余热水供水管道(7)上设置有第二电动蝶阀(71)，所述第二电动蝶阀(71)与所述控制器电连接。
4.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述余热水供水管道(7)上设置有均与所述控制器电连接的流量传感器、压力传感器和温度传感器。
5.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述余热水供水管道(7)上设置有滤网和关断阀。
6.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述余热水回水管道(8)上设置有第三电动蝶阀(81)，所述第三电动蝶阀(81)与所述控制器电连接。
7.如权利要求1所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述余热水回水管道(8)的出口端通过配水管(31)喷淋水至所述冷却塔(3)的水池。
8.如权利要求7所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，与所述余热水回水管道(8)连接的配水管(31)位于离所述冷却塔(3)的出口最远的一侧。
9.如权利要求1-8任意一项所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述冷却塔(3)的进风口用挡风板封闭；
和/或，所述冷却塔(3)与所述循环水泵(4)之间的连接通道内设置有格栅(41)和闸门(42)。
10.如权利要求1-8任意一项所述的提取电厂循环水余热的管路布置系统，其特征在于，所述汽轮机凝汽器(1)的数量为多组，多组所述汽轮机凝汽器(1)的出口分别与对应的所述循环冷却水回水管道(5)连通，所述余热水供水管道(7)包括多根余热水支管，所述余热水支管的接入端分别与所述循环冷却水回水管道(5)一一对应连通。
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