CN113899006B - 一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种适用于燃煤热电联供机组的利用低加疏水逐级驱动热泵回收循环水余热的优化系统，其特点是，采用低压回热加热器中具有一定温度的疏水代替汽轮机中高温抽汽，作为热泵的驱动热源，来回收循环水低品位余热。回收的循环水热量进一步用于加热热网水到一定温度。减少了原本所需的汽轮机高压缸的抽汽，高品位抽汽回到汽轮机中做功，使得汽轮机输出功增加。与此同时，低压回热加热器中的抽汽量增加，使得流入凝汽器的乏汽减少，从而汽轮发电机组的冷源损失减少。能够在燃煤量不变的情况下，汽轮机输出的总功增加。另一方面利用循环水中的热量来加热热网回水，低品位循环水热量得到高效利用，提高了整个系统的能源利用率。

Description

一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统
技术领域
本发明涉及燃煤热电联供机组，特别是涉及一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统。
背景技术
目前，能源消费在持续快速增长，其中化石能源为主要燃料。在未来几十年，化石燃料将广泛应用于燃煤热电联供机组。燃煤热电联供机组，发电同时又可以供热，可以提高综合能源利用效率，还有利于环保和降低投资成本。可见，燃煤热电联供机组在实现碳达峰和碳中和领域，节能降耗至关重要。常规的燃煤热电联供机组多为调整抽汽式供热机组，汽轮机侧乏汽冷源损失较大，循环水热量没有回收利用。目前对于燃煤热电联供机组而言，用汽轮机抽汽直接加热热网回水的换热温差大，能量等级不匹配，造成不可逆损失大；同时循环水低品位余热未能有效利用，造成汽轮机侧冷源损失大。因此，对于燃煤热电联供机组而言，通过回收利用低品位余热和能量高效梯级利用来提高发电供热效率，是实现节能减排的有效手段之一。
现有技术中，为回收低品位余热，燃煤热电联供机组大多数采用热泵技术，回收循环水的余热用于加热热网回水。但是，驱动热泵的热源选择汽轮机回热加热器的抽汽，这样会使高品位的抽汽量减少，回到汽轮机做功的蒸汽量减少，抽汽驱动热泵会降低机组的发电功率。另外，对于燃煤发电机组，回热系统中的疏水热量并未得到有效利用，由于疏水逐级自流入下一级压力较低的回热加热器的壳侧空间，排挤了低压缸抽汽，并且低压回热加热器中的疏水最终流入凝汽器，增加了凝汽器的冷源损失。这种疏水逐级自流方式热经济性是较差的，因此，用低压回热加热器中一定温度的疏水代替汽轮机抽汽，作为驱动热泵的高温热源，推动热泵做功的供热系统改造，目前尚未有文献报道和具体实施方案的利用。
发明内容
本发明目的是：克服现有技术的局限，优化选择现有技术的机组，为特定目的进行创新性的优化改造，扩展功能最大化，提出一种结构合理，适用性强，效果佳的利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统，所述的系统能够利用低压回热加热器中一定温度的疏水来代替部分高温抽汽，驱动热泵加热热网回水到一定温度，经热泵降温后的疏水引入凝汽器的热井；可以降低驱动热泵的高温抽汽量或减少直接加热热网水的高品位抽汽，同时使疏水热量得到有效利用，减小回热系统的不可逆损失，提升机组发电效率。
实现本发明目的采用技术方案是：一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统，其特征是，它包括：第一高压回热加热器1、第二高压回热加热器2、第三高压回热加热器3、第一低压回热加热器4、第二低压回热加热器5、第三低压回热加热器6、给水泵7、除氧器8、凝结水泵9、热网 10、凝汽器11、循环冷却塔12、锅炉13、二次换热器14、第一级溴化锂吸收式热泵19、汽轮机高压缸20、汽轮机中压缸21、汽轮机低压缸22和发电机23。所述第一级溴化锂吸收式热泵19 内置有冷凝器C15、发生器G16、吸收器A17、蒸发器E18，亦即冷凝器C的编号为15、发生器G的编号为16、吸收器A的编号为17、蒸发器E的编号为18。所述第一高压回热加热器1出口与锅炉13连接，第一高压回热加热器1入口与所述第二高压回热加热器2出口连接，第二高压回热加热器2入口与所述第三高压回热加热器3出口连接，第三高压回热加热器3入口与所述给水泵7出口连接，给水泵7入口与所述除氧器8出口连接，除氧器8入口与所述第一低压回热加热器4出口连接，第一低压回热加热器4入口与所述第二低压回热加热器5出口连接，第二低压回热加热器5入口与所述第三低压回热加热器6出口连接，第三低压回热加热器6入口与所述凝结水泵9出口连接，凝结水泵9入口与所述凝汽器11热井出口连接，凝汽器11入口端与所述循环冷却塔12连接且形成循环回路；所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第一级溴化锂吸收式热泵19中的蒸发器E入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵19中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接，第一低压回热加热器4的疏水管路与第一级溴化锂吸收式热泵19中发生器G入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵19中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述汽轮机高压缸20、所述汽轮机中压缸21、所述汽轮机低压缸22通过同一汽轮机主轴24与发电机23连接，所述汽轮机高压缸20通过第一抽汽管道28与第二 高压回热加热器2连接，汽轮机高压缸20通过第二抽汽管道29与第一高压回热加热器1连接，所述汽轮机中压缸21通过第三抽汽管道30与第三高压回热加热器3连接，汽轮机中压缸21通过第四抽汽管道31与除氧器8连接，所述汽轮机低压缸22通过第五抽汽管道32分别与第一低压回热加热器4、二次换热器14入口连接，汽轮机低压缸22通过第六抽汽管道33与第二低压回热加热器5连接，汽轮机低压缸22通过第七抽汽管道34与第三低压回热加热器6连接，二次换热器14出口与凝汽器11热井入口接通，将放热后疏水返回凝汽器11热井入口；所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第一级溴化锂吸收式热泵19中的吸收器A和冷凝器C连通，第一级溴化锂吸收式热泵19中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，二次换热器14的出口通过过热网供水管道26和第五抽汽管道32与热网10供水口连通。
进一步，所述第二低压回热加热器5的疏水管路与第二级溴化锂吸收式热泵35中发生器G入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵35中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第二级溴化锂吸收式热泵35中的吸收器A和冷凝器C连通，第二级溴化锂吸收式热泵35中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第二级溴化锂吸收式热泵35中的蒸发器E入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵35中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接。所述第三低压回热加热器6的疏水管路与第三级溴化锂吸收式热泵36中发生器G入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵36中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第三级溴化锂吸收式热泵36中的吸收器A和冷凝器C连通，第三级溴化锂吸收式热泵36中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第三级溴化锂吸收式热泵36中的蒸发器E入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵36中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接。
本发明一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统是克服现有技术的局限性，合理优化选择现有技术的单机，为特定目的进行创新性的改造和组合，实现系统功能更优化而提出的，其优化效益和创新性主要体现在：
1.利用热泵回收循环冷却水中的低品位余热，将热网回水提升到一定温度，对比于汽轮机抽汽直接加热热网回水的传热温差减小了，不可逆损失降低；同时本发明利用低加的疏水代替了汽轮机抽汽作为传统热泵的驱动热源，不但减小了换热温差，且使燃煤发电机组回热系统中的疏水部分的能量得到了利用，又减少了汽轮机抽汽量；
2.第一级低压回热加热器、第二级低压回热加热器、第三级低压回热加热器的疏水代替部分抽汽作为热泵驱动热源，省去了部分一次换热时的汽轮机抽汽量，且燃煤机组的汽轮机抽汽蒸汽参数较高。传统的方法利用抽汽驱动热泵使抽汽热能得到了有效利用，但驱动热泵和通入二次换热器的抽汽量增加，会降低汽轮发电机组的输出功。而利用疏水代替部分的抽汽，抽汽可返回汽轮机继续膨胀做功，对于机组的发电效益来说是极其有利的。因此，在锅炉输入的燃煤量不变的情况下，增加了汽轮机的输出功率，燃煤发电机组的发电量增加，提高了机组的发电效率；
3. 其结构合理，适用性强，效果佳。
附图说明
图1为实施例1的一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统结构示意图；
图2为实施例2，在图1具有一级溴化锂吸收式热泵基础之上，增加二、三级溴化锂吸收式热泵结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1和图2，具体实施例1和2对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为实施例1的一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统。参照图1 ，一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统，它包括：第一高压回热加热器1、第二高压回热加热器2、第三高压回热加热器3、第一低压回热加热器4、第二低压回热加热器5、第三低压回热加热器6、给水泵7、除氧器8、凝结水泵9、热网 10、凝汽器11、循环冷却塔12、锅炉13、二次换热器14、第一级溴化锂吸收式热泵19、汽轮机高压缸20、汽轮机中压缸21、汽轮机低压缸22和发电机23。所述第一级溴化锂吸收式热泵19 内置有冷凝器C15、发生器G16、吸收器A17、蒸发器E18，亦即冷凝器C的编号为15、发生器G的编号为16、吸收器A的编号为17、蒸发器E的编号为18。所述第一高压回热加热器1出口与锅炉13连接，第一高压回热加热器1入口与所述第二高压回热加热器2出口连接，第二高压回热加热器2入口与所述第三高压回热加热器3出口连接，第三高压回热加热器3入口与所述给水泵7出口连接，给水泵7入口与所述除氧器8出口连接，除氧器8入口与所述第一低压回热加热器4出口连接，第一低压回热加热器4入口与所述第二低压回热加热器5出口连接，第二低压回热加热器5入口与所述第三低压回热加热器6出口连接，第三低压回热加热器6入口与所述凝结水泵9出口连接，凝结水泵9入口与所述凝汽器11热井出口连接，凝汽器11入口端与所述循环冷却塔12连接且形成循环回路；所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第一级溴化锂吸收式热泵19中的蒸发器E入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵19中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接，第一低压回热加热器4的疏水管路与第一级溴化锂吸收式热泵19中发生器G入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵19中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述汽轮机高压缸20、所述汽轮机中压缸21、所述汽轮机低压缸22通过同一个汽轮机主轴24与发电机23连接，所述汽轮机高压缸20通过第一抽汽管道28与第二 高压回热加热器2连接，汽轮机高压缸20通过第二抽汽管道29与第一 高压回热加热器1连接，所述汽轮机中压缸21通过第三抽汽管道30与第三高压回热加热器3连接，汽轮机中压缸21通过第四抽汽管道31与除氧器8连接，所述汽轮机低压缸22通过第五抽汽管道32分别与第一低压回热加热器4、二次换热器14入口连接，汽轮机低压缸22通过第六抽汽管道33与第二低压回热加热器5连接，汽轮机低压缸22通过第七抽汽管道34与第三低压回热加热器6连接，二次换热器14出口与凝汽器11热井入口接通，将放热后疏水返回凝汽器11热井入口；所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第一级溴化锂吸收式热泵19中的吸收器A和冷凝器C连通，第一级溴化锂吸收式热泵19中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，二次换热器14的出口通过过热网供水管道26和第五抽汽管道32与热网10供水口连通。所述的第一、二、三级溴化锂吸收式热泵结构相同，均为市售产品。溴化锂为LiBr。为容易区分，图中采用第一级溴化锂吸收式热泵19（LiBr1），第二级溴化锂吸收式热泵35（LiBr2），第三级溴化锂吸收式热泵36（LiBr3）。
图2是实施例2具有三级溴化锂吸收式热泵的利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统。参照图1和图2，溴化锂吸收式热泵不局限于一级。可采用至少一级。图2为三级方式。所述第二低压回热加热器5的疏水管路与第二级溴化锂吸收式热泵35中发生器G入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵35中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第二级溴化锂吸收式热泵35中的吸收器A和冷凝器C连通，第二级溴化锂吸收式热泵35中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第二级溴化锂吸收式热泵35中的蒸发器E入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵35中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接。所述第三低压回热加热器6的疏水管路与第三级溴化锂吸收式热泵36中发生器G入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵36中发生器G的出口与凝汽器11热井入口连接，所述热网 10的回水口通过热网回水管道25与第三级溴化锂吸收式热泵36中的吸收器A和冷凝器C连通，第三级溴化锂吸收式热泵36中的冷凝器C通过二次换热器连接管道27与二次换热器14的入口连通，所述凝汽器11循环冷却水出口端与所述第三级溴化锂吸收式热泵36中的蒸发器E入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵36中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔12出口连接。
本发明所采用的单机产品均为市售产品，容易实施。
本实施例的一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热优化方法，以某一额定功率300MW亚临界燃煤热电联供机组为例，以回收部分的循环水热量为背景数据分析比较。
通过燃煤机组热力系统建模仿真原理，结合热力学第一定律，在保证供热机组的给水流量、主蒸汽流量、总供热量以及发电机功率不变的情况下，利用第一、二、三级的低压加热器的疏水驱动热泵加热热网回水，再将利用后的低加疏水汇流至凝汽器的热井，使热网回水温度提升至80℃左右，再利用汽轮机抽汽二次加热至热网要求温度。通过利用温度较低的疏水来代替传统的汽轮机抽汽驱动热泵，不但减小了换热温差，降低了系统中的不可逆损失，同时减少的汽轮机的抽汽可返回汽轮机继续膨胀做功。
利用低加疏水驱动吸收式热泵回收电厂循环水余热供热，不但可以回收电厂余热，而且无需消耗新的能源，可以有效减少汽轮机乏汽对环境的污染，较好的实现能源的梯级高效利用。以额定功率300MW亚临界煤热电联供机组为例，对比采用低加疏水驱动的吸收式热泵和传统煤热电联供机组，在机组供热负荷相同的情况下，采用了改造后热泵的联产机组供热抽汽量减少了28.287t/h，接近原机组的抽汽量的一半，这部分节省的抽汽继续回低压缸膨胀做功，使机组发电负荷增加了3.16MW，发电功率从41.39%增加到了41.90%，发电效率提升了0.51%，发电热耗降低了104KJ/KWh，汽耗量比原机组降低了1.10%。
最后，本发明方法将传统的热电联供机组与溴化锂吸收式热泵结合，并将传统的抽汽驱动热泵方式进行改造，由于热泵的传统驱动热源一般为汽轮机四抽汽或五抽汽，温度较高。通过利用几级低压加热器的中温疏水代替部分汽轮机的抽汽来驱动溴化锂热泵，可以减少高等级的汽轮机抽汽量，增加低压部分的抽汽量，从能量梯级利用的角度分析，整体减少了汽轮机抽汽量，相应的节省的汽轮机的抽汽可返回汽轮机继续膨胀做功。另外，此方法可以降低高温抽汽驱动热泵或直接加热热网水的过饱和度，使疏水得到有效利用，减小回热系统的不可逆损失。因此，在机组供热量、锅炉燃料量、主汽流量均不变的条件下，此方法会增加汽轮机的总做功，提高了机组的发电功率和发电效率，同时降低了机组的供热热耗和汽轮机汽耗，相同的发电负荷条件下，改造后的机组更加节省煤耗，也减少了碳排放，符合节能减排的要求。
本发明的具体实施例只有有限的实施方式，并非穷举，本领域技术人员根据本发明所获得的企业，不经过创造性劳动的复制和改进均属于本发明权利保护的范围。

Claims (2)

1.一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统，它包括给水泵（7）、除氧器(8)、热网 (10)、凝汽器(11)、循环冷却塔（12）、锅炉（13）、汽轮机高压缸（20）、汽轮机中压缸（21）、汽轮机低压缸（22）和发电机（23），第一级吸收式热泵，其特征是，还包括第一高压回热加热器（1）、第二高压回热加热器（2）、第三高压回热加热器（3）、第一低压回热加热器（4）、第二低压回热加热器（5）、第三低压回热加热器（6）、凝结水泵(9)、二次换热器（14）、第二级溴化锂吸收式热泵（35），所述的第一级吸收式热泵为第一级溴化锂吸收式热泵（19），所述第一级溴化锂吸收式热泵（19）和所述第二级溴化锂吸收式热泵（35）的结构相同，均在所述吸收式热泵内置有冷凝器C、发生器G、吸收器A、蒸发器E，所述第一高压回热加热器（1）出口与锅炉（13）连接，第一高压回热加热器（1）入口与所述第二高压回热加热器（2）出口连接，第二高压回热加热器（2）入口与所述第三高压回热加热器（3）出口连接，第三高压回热加热器（3）入口与所述给水泵（7）出口连接，给水泵（7）入口与所述除氧器（8）出口连接，除氧器（8）入口与所述第一低压回热加热器（4）出口连接，第一低压回热加热器（4）入口与所述第二低压回热加热器（5）出口连接，第二低压回热加热器（5）入口与所述第三低压回热加热器（6）出口连接，第三低压回热加热器（6）入口与所述凝结水泵（9）出口连接，凝结水泵（9）入口与所述凝汽器（11）热井出口连接，凝汽器（11）入口端与所述循环冷却塔（12）连接且形成循环回路；所述凝汽器（11）循环冷却水出口端与所述第一级溴化锂吸收式热泵（19）中的蒸发器E入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵（19）中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔（12）出口连接，第一低压回热加热器（4）的疏水管路与第一级溴化锂吸收式热泵（19）中发生器G入口连接，第一级溴化锂吸收式热泵（19）中发生器G的出口与凝汽器（11）热井入口连接，所述汽轮机高压缸（20）、所述汽轮机中压缸（21）、所述汽轮机低压缸（22）通过同一汽轮机主轴（24）与发电机（23）连接，所述汽轮机高压缸(20)通过第一抽汽管道(28)与第二 高压回热加热器(2)连接，汽轮机高压缸(20)通过第二抽汽管道(29)与第一 高压回热加热器(1)连接，所述汽轮机中压缸(21)通过第三抽汽管道(30)与第三高压回热加热器(3)连接，汽轮机中压缸(21)通过第四抽汽管道(31)与除氧器(8)连接，所述汽轮机低压缸(22)通过第五抽汽管道(32)分别与第一低压回热加热器(4)、二次换热器（14）入口连接，汽轮机低压缸(22)通过第六抽汽管道(33)与第二低压回热加热器(5)连接，汽轮机低压缸(22)通过第七抽汽管道(34)与第三低压回热加热器（6）连接，二次换热器（14）出口与凝汽器（11）热井入口接通，将放热后疏水返回凝汽器（11）热井入口；所述热网 (10)的回水口通过热网回水管道（25）与第一级溴化锂吸收式热泵（19）中的吸收器A和冷凝器C连通，第一级溴化锂吸收式热泵（19）中的冷凝器C通过二次换热器连接管道（27）与二次换热器(14)的入口连通，二次换热器(14)的出口通过过热网供水管道（26）和第五抽汽管道(32)与热网（10）供水口连通；所述第二低压回热加热器（5）的疏水管路与第二级溴化锂吸收式热泵（35）中发生器G入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵（35）中发生器G的出口与凝汽器（11）热井入口连接，所述热网 (10)的回水口通过热网回水管道（25）与第二级溴化锂吸收式热泵（35）中的吸收器A和冷凝器C连通，第二级溴化锂吸收式热泵（35）中的冷凝器C通过二次换热器连接管道（27）与二次换热器(14)的入口连通，所述凝汽器（11）循环冷却水出口端与所述第二级溴化锂吸收式热泵（35）中的蒸发器E入口连接，第二级溴化锂吸收式热泵（35）中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔（12）出口连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用低加疏水驱动热泵回收循环水余热的供热系统，所述第三低压回热加热器（6）的疏水管路与第三级溴化锂吸收式热泵（36）中发生器G入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵（36）中发生器G的出口与凝汽器（11）热井入口连接，所述热网(10)的回水口通过热网回水管道（25）与第三级溴化锂吸收式热泵（36）中的吸收器A和冷凝器C连通，第三级溴化锂吸收式热泵（36）中的冷凝器C通过二次换热器连接管道（27）与二次换热器(14)的入口连通，所述凝汽器（11）循环冷却水出口端与所述第三级溴化锂吸收式热泵（36）中的蒸发器E入口连接，第三级溴化锂吸收式热泵（36）中蒸发器E的出口与所述循环冷却塔（12）出口连接。
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