CN113945031B - 一种直接空冷机组复合循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直接空冷机组复合循环系统，包括汽轮机组、ORC动力循环系统和吸收式制冷循环系统，通过对汽轮机组、ORC系统和吸收式制冷系统进行合理的耦合连接，利用空冷机组排汽驱动复合循环系统，实现汽轮机排汽余热的有效利用，提升了系统整体的能量利用效率，同时用复合循环所制取的冷量来冷却空冷岛的入口空气，极大地改善了在夏季高温时期空冷岛的换热效果，改善机组的运行背压，提升了机组的运行效率及安全性。

Description

一种直接空冷机组复合循环系统
技术领域
本发明属于节能降耗技术领域，涉及一种直接空冷机组复合循环系统。
背景技术
在水资源相对比较匮乏的地区，燃煤机组通常采用空冷方式对机组排汽或循环水进行冷却，其整个循环过程为闭式循环，所以机组冷却所需的耗水量几乎为零，因此极大地降低了燃煤发电厂对于水资源的消耗。但同时，却带来机组设计及运行背压较高的问题，导致机组排汽乏热损失巨大，影响机组的运行效率。尤其是在夏季高温时节运行工况下，直接空冷机组运行背压甚至可达35～40kPa，背压高一方面降低了机组的运行效率，另一方面也给机组的安全运行带来了较大的隐患。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种直接空冷机组复合循环系统。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，包括汽轮机组、空冷岛、ORC蒸发器、ORC透平、冷凝器、蒸发器、吸收器和换热单元；汽轮机组产生的排汽进入到ORC蒸发器中，排汽与工质换热后进入空冷岛，工质蒸汽进入ORC透平，在ORC透平中膨胀做功后进入换热单元，在换热单元中放热后进入冷凝器中冷凝，冷凝工质返回至ORC蒸发器中；吸收器出口溶液进入换热单元换热后返回至吸收器中，所析出的工质蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝后进入蒸发器重新变为蒸汽后返回至吸收器中被吸收剂所吸收。
本发明的进一步改进在于：
所述换热单元包括发生器和溶液热交换器，ORC透平中的工质蒸汽先进入发生器，再进入溶液热交换器中放热；吸收器出口溶液进入溶液热交换器中，与从发生器来的溶液和工质蒸汽进行换热升温，再进入发生器中进一步升温之后返回溶液热交换器，在溶液热交换器中放热后返回到吸收器。
还包括凝结水箱和空气冷却器，空冷岛的出口连接凝结水箱，蒸发器出口的水进入空气冷却器中与环境空气进行换热，换热后的水重新返回至蒸发器中，冷却空气进入空冷岛中。
所述汽轮机组与ORC蒸发器之间设置第二阀门，汽轮机组与空冷岛之间设置第一阀门、ORC蒸发器与空冷岛之间设置第三阀门。
所述冷凝器出口冷凝工质一路经由工质泵升压后返回至ORC蒸发器中，另一路通过第一节流阀节流后进入蒸发器。
所述吸收器溶液经溶液泵升压后进入溶液热交换器中，换热后经第二节流阀节流后返回吸收器。
所述蒸发器出口的水经由第五阀门进入空气冷却器中，换热后的水经过第四阀门，由升压泵加压返回至蒸发器。
所述的直接空冷机组复合循环系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤一：将有机工质置于ORC蒸发器中，打开第二阀门和第三阀门，关闭第一阀门，汽轮机组中的排汽进入ORC蒸发器中冷却后进入空冷岛，工质蒸汽进入ORC动力循环；
步骤二：将吸收剂溶液置于吸收器中，打开第一节流阀和第二节流阀，吸收器中的溶液进入吸收式制冷循环；
步骤三：打开第四阀门和第五阀门，蒸发器出口的水进入空气冷却器中，与环境空气换热后返回至蒸发器中，被冷却的环境空气进入空冷岛。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明涉及一种直接空冷机组复合循环系统，通过在汽轮机组排汽口连接ORC蒸发器，ORC蒸发器中的有机工质吸收排汽的热量，排汽进入空冷岛，工质蒸汽进入ORC透平，在ORC透平中做功后经过放热、冷凝返回至ORC蒸发器中，利用汽轮机组排汽驱动ORC动力系统，增加了系统的对外供电量，提升系统供电能力，在夏季高温时期，汽轮机组的排汽先进入蒸发器进行初步降温后，再进入空冷岛中，减少了进入空冷岛的热负荷；吸收器中的工质在换热单元中经过换热重新返回至吸收器中，换热所产生的工质蒸汽经过冷凝、蒸发后返回至吸收器中被吸收，完成吸收式制冷系统循环，制冷循环所产生的冷量用于冷却空冷岛入口的空气，提升空冷岛的换热效果。
通过对ORC系统和吸收式制冷系统的耦合连接，在不引入外加热源的条件下，利用空冷机组排汽驱动复合循环系统，实现汽轮机排汽余热的有效利用，提升了系统整体的能量利用效率。同时采用复合循环所制取的冷量冷却空冷岛的入口空气，极大地改善了夏季高温时期空冷岛的换热效果，改善机组运行背压，提升了机组的运行效率及安全性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的系统示意图。
其中：1-汽轮机组，2-空冷岛，3-凝结水箱，4-空气冷却器，5-ORC蒸发器，6-ORC透平，7-发生器，8-溶液热交换器，9-冷凝器，10-工质泵，11-第一节流阀，12-蒸发器，13-压缩机，14-吸收器，15-溶液泵，16-第二节流阀，17-升压泵，18-第一阀门，19-第二阀门，20-第三阀门，21-第四阀门，22-第五阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，或一体地连接；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。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。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明实施例公开了一种直接空冷机组复合循环系统，包括汽轮机组1、空冷岛2、凝结水箱3、空气冷却器4、ORC蒸发器5、ORC透平6、发生器7、溶液热交换器8、冷凝器9、工质泵10、第一节流阀11、蒸发器12、压缩机13、吸收器14、溶液泵15、第二节流阀16、升压泵17、第一阀门18、第二阀门19、第三阀门20、第四阀门21和第五阀门22。
汽轮机组1排汽口连接空冷岛2蒸汽入口，进入空冷岛2的排汽经空气冷却后凝结进入凝结水箱3。
汽轮机组1排汽口连接ORC蒸发器5入口，进入ORC蒸发器5的排汽先在ORC蒸发器5中将部分热量传递给有机工质，进行初步降温，再进入空冷岛2。
ORC动力循环系统包括ORC蒸发器5、ORC透平6、发生器7、溶液热交换器8、冷凝器9和工质泵10，有机工质在ORC蒸发器5中吸收汽轮机组1排汽热量成为工质蒸汽，之后进入ORC透平6膨胀做功带动发电机发电，ORC透平6中的工质蒸气依次进入发生器7、溶液热交换器8中放热，之后再进入冷凝器9中冷凝，冷凝器9出口部分工质经工质泵10升压后返回ORC蒸发器5中，完成ORC动力系统循环。
吸收式制冷系统包括发生器7，溶液热交换器8，冷凝器9，第一节流阀11，蒸发器12，压缩机13，吸收器14，溶液泵15，第二节流阀16。吸收器14出口稀溶液经溶液泵15升压后进入溶液热交换器8中，与从发生器7来的浓溶液和工质蒸汽进行换热初步升温，之后进入发生器7中，吸收ORC透平6排汽余热进一步升温使工质析出而转变为浓溶液。浓溶液返回溶液热交换器8放热之后经第二节流阀16节流后返回吸收器14。所析出工质蒸汽进入冷凝器9中放热冷凝，再经第一节流阀11节流后进入蒸发器12中吸收热量重新变为蒸汽，经过压缩机13加压后返回吸收器14中被稀溶液吸收，完成吸收式制冷系统循环。
环境空气进入空气冷却器4中，与蒸发器12出口低温水进行换热，被冷却后再送入空冷岛2中与汽轮机组1排汽进行换热。空气冷却器出口升温水经升压泵17加压后重新返回蒸发器12中将热量传递给制冷剂。
ORC动力循环和吸收式制冷循环采用同一有机工质，有机工质建议选择R1234ze、R1234yf，吸收剂溶液建议选择离子液体[HMIM][Tf2N]。
当夏季环境温度较高，空冷岛换热效果较差时，打开第二阀门19，第三阀门20、第四阀门21、第五阀门22，关闭第一阀门18。汽轮机组1排汽先进入ORC蒸发器5中被初步冷却，之后再进入空冷岛2中被空气冷却器4出口冷却空气冷却凝结。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，包括汽轮机组（1）、空冷岛（2）、ORC蒸发器（5）、ORC透平（6）、冷凝器（9）、蒸发器（12）、吸收器（14）和换热单元；
汽轮机组（1）产生的排汽进入到ORC蒸发器（5）中，排汽与工质换热后进入空冷岛（2），工质蒸汽进入ORC透平（6），在ORC透平（6）中膨胀做功后进入换热单元，在换热单元中放热后进入冷凝器（9）中冷凝，冷凝工质返回至ORC蒸发器（5）中；
吸收器（14）出口溶液进入换热单元换热后返回至吸收器（14）中，所析出的工质蒸汽进入冷凝器（9）中冷凝，冷凝后进入蒸发器（12）重新变为蒸汽后返回至吸收器（14）中被吸收剂所吸收；
所述换热单元包括发生器（7）和溶液热交换器（8），ORC透平（6）中的工质蒸汽先进入发生器（7），再进入溶液热交换器（8）中放热；吸收器（14）出口溶液进入溶液热交换器（8）中，与从发生器（7）来的溶液和工质蒸汽进行换热升温，再进入发生器（7）中进一步升温之后返回溶液热交换器（8），在溶液热交换器（8）中放热后返回到吸收器（14）。
2.如权利要求1所述的一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，还包括凝结水箱（3）和空气冷却器（4），空冷岛（2）的出口连接凝结水箱（3），蒸发器（12）出口的水进入空气冷却器（4）中与环境空气进行换热，换热后的水重新返回至蒸发器（12）中，冷却空气进入空冷岛（2）中。
3.如权利要求2所述的一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，所述汽轮机组（1）与ORC蒸发器（5）之间设置第二阀门（19），汽轮机组（1）与空冷岛（2）之间设置第一阀门（18）、ORC蒸发器（5）与空冷岛（2）之间设置第三阀门（20）。
4.如权利要求3所述的一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，所述冷凝器（9）出口冷凝工质一路经由工质泵（10）升压后返回至ORC蒸发器（5）中，另一路通过第一节流阀（11）节流后进入蒸发器（12）。
5.如权利要求4所述的一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，所述吸收器（14）溶液经溶液泵（15）升压后进入溶液热交换器（8）中，换热后经第二节流阀（16）节流后返回吸收器（14）。
6.如权利要求5所述的一种直接空冷机组复合循环系统，其特征在于，所述蒸发器（12）出口的水经由第五阀门（22）进入空气冷却器（4）中，换热后的水经过第四阀门（21），由升压泵（17）加压返回至蒸发器（12）。
7.一种采用权利要求6所述的直接空冷机组复合循环系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将有机工质置于ORC蒸发器（5）中，打开第二阀门（19）和第三阀门（20），关闭第一阀门（18），汽轮机组（1）中的排汽进入ORC蒸发器（5）中冷却后进入空冷岛（2），工质蒸汽进入ORC动力循环；
步骤二：将吸收剂溶液置于吸收器（14）中，打开第一节流阀（11）和第二节流阀（16），吸收器（14）中的溶液进入吸收式制冷循环；
步骤三：打开第四阀门（21）和第五阀门（22），蒸发器（12）出口的水进入空气冷却器（4）中，与环境空气换热后返回至蒸发器（12）中，被冷却的环境空气进入空冷岛（2）。
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