CN201574791U - 小汽轮机热泵联合循环系统 - Google Patents

Abstract

小汽轮机热泵联合循环系统，它涉及一种小汽轮机热泵循环系统。以解决热电联产系统热能利用率低、对环境有污染及热泵系统能量损耗大的问题。电厂汽轮机的蒸汽出口通过管路与小汽轮机的蒸汽进口连通，小汽轮机的乏汽出口通过管路与热网加热器的乏汽入口连通，小汽轮机同轴驱动热泵工作，热泵的入水口通过管路与汽动循环泵的出水口连通，汽动循环泵的入水口与热网回水管连通，热泵的出水口与热网加热器的供水管连通。本实用新型具有热能利用率高、对环境污染小、整个系统能量损耗小的优点。本实用新型用于电厂向系统供热改造上。

Description

小汽轮机热泵联合循环系统

技术领域

本实用新型涉及一种小汽轮机热泵联合循环系统。

背景技术

我国一次能源的特点决定了电力工业以燃煤火电为主的格局，热能利用率很低。电厂热效率一般为40％左右，排汽中约60％的热能无谓的排入大气，这部分废热如果通过冷却塔排到大气中，会造成空气局部温升；如果是通过河水冷却，会改变局部水域的水温、溶解氧等指标，影响藻类、鱼类生物的生长，形成热污染。

电厂热电联产的供热改造，汽轮机低压缸在打孔抽汽用于采暖供热时，抽汽压力一般为0.5MPa～1.2MPa，而供暖用汽要求一般为0.12MPa～0.25MPa。这就需要在外部进行减温减压，将抽汽经过降温减压器后，才能进入热网交换器，这将造成很大的能量损失。

另一方面，由于火电厂汽轮机组大部分是凝汽式(含抽汽凝汽式)机组，排汽压力为0.004MPa～0.008MPa，冷凝温度在40℃左右，冷凝热对环境会产生热污染，但具有排量大、水质好和集中等特点，余热利用价值较大。

综上所述，为进一步提高热电联产系统的热能利用率，减少对环境的污染，一方面应梯度利用经过降温减压器的能源；另一方面应设法回收电厂循环水的冷凝余热，提高热电联产的能源利用率，减少对环境的污染。

热泵技术以消耗一定的有用能量(如：电能和热能)为代价，以其热泵系统中的工质作为热载体，可以利用余热源作为低温热源，驱动工质在低温环境下吸取热量，并将其能量提高后向高温环境输出热量，但热泵系统需消耗高位能源来驱动，这又带来额外的能量损耗，若能利用通过减温减压器的高位能量来驱动热泵，以提取火电厂凝汽器循环水的低位热能，既能降低循环水水温，有效的利用汽轮机凝汽器循环水的低位余热，减少汽轮机凝汽器循环水余热的排放；又能利用抽气的高位能量，达到节省汽轮机的蒸汽抽出量，提高能源利用率的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种小汽轮机热泵联合循环系统，以解决热电联产系统热能利用率低、对环境有污染及热泵系统能量损耗大的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：本实用新型的小汽轮机热泵联合循环系统由电厂汽轮机、小汽轮机、热泵、热网加热器、汽动循环泵和热网回水管组成；所述电厂汽轮机的蒸汽出口通过管路与小汽轮机的蒸汽进口连通，小汽轮机的乏汽出口通过管路与热网加热器的乏汽入口连通，小汽轮机同轴驱动热泵工作，热泵的入水口通过管路与汽动循环泵的出水口连通，汽动循环泵的入水口与热网回水管连通，热泵的出水口与热网加热器的供水管连通。

本实用新型具有以下有益效果：一、本实用新型能替代原热电联产系统的减温减压器，抽出的蒸汽在小汽轮机内做功，驱动热泵以回收火电厂循环水余热，小汽轮机的乏汽与原来减温减压器有相同的出口参数，形成小汽轮机、热泵与供热系统联合循环的电厂节能减排系统。二、本实用新型不仅结构简单，工作可靠，同时还具有热能利用率高、对环境污染小、整个系统能量损耗小的优点。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的小汽轮机热泵联合循环系统由电厂汽轮机1、小汽轮机2、热泵3、热网加热器4、汽动循环泵5和热网回水管6组成；所述电厂汽轮机1的蒸汽出口(蒸汽由中压缸打孔抽出)通过管路与小汽轮机2的蒸汽进口连通，小汽轮机2的乏汽出口通过管路与热网加热器4的乏汽入口连通，小汽轮机2同轴驱动热泵3工作，热泵3的入水口通过管路与汽动循环泵5的出水口连通，汽动循环泵5的入水口与热网回水管6连通，热泵3的出水口与热网加热器4的供水管7连通。热网回水经热泵提取电厂循环水热量后，再进入热网加热器。本实施方式中的电厂汽轮机1、小汽轮机2、热泵3、热网加热器4和汽动循环泵5均为现有技术(外购)。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的小汽轮机2为背压式汽轮机。其它与具体实施方式一相同。

实施例：本实施例是将本实用新型应用到某北方电厂供热改造工程上的一个具体实例：

一、工程背景

某北方电厂有4台350MW汽轮机发电机组，由于周边地区采暖供热的需求，供热面积约1200万平方米，四台汽轮机均拟采用中压缸连通管打孔抽汽方式，每台机组抽汽量为200t/h，实现热电联产，进行供热改造。机组中压缸分缸压力约为0.7MPa～0.9MPa，而供热蒸汽压力要求是0.3MPa～0.4MPa，所以中压缸排汽需经减温减压器降温降压后，才能向供热系统供热，但这样就使抽出蒸汽的高位热能在减温减压器内白白损失掉。

另一方面该电厂凝汽器循环水的冷却方式采用开放式，直接排入大海，循环水温冬季最低温度达10度～12度，由于流量大，即使温降5度，其热能利用潜力也极大。

因此，本实施例提出采用电厂汽轮机中压排气驱动热泵，以回收火电厂循环水余热的新技术，在某北方电厂供热系统改造中应用，通过研究设计，确定低成本、高产出效益型的电厂循环水余热回收利用系统，为电厂实现高效率的节能减排，带来经济和社会效益。

二、参数设计

(1)小汽轮机的输出功率

电厂汽轮机中压抽汽量200t/h、压力0.7MPa、温度315度，经小汽轮机绝热膨胀做功后，乏汽达到与原减温减压器相同的261度出口温度、0.3MPa压力，单台小汽轮机做功输出功率为

$W=\frac{200\×{10}^3\×\mathrm{\η}}{3600}(h_{\mathrm{315,0.7}}-h_{\mathrm{261,0.3}})=9000\mathrm{kW}$

式中：W为小功率汽轮机对热泵的输出功率，小功率汽轮机效率η按90％计算，h_315，0.7为0.7MPa压力下315℃蒸汽的焓，h_261，0.3为电厂汽轮机排汽0.3MkPa压力下261℃蒸汽的焓。

则四台小(指功率小)汽轮机可输出功率36MW。

(2)取海水循环水流量3000t/h，温度从10℃降到5℃，保守取热泵COP＝3，即：消耗1份高位热能，可汲取2份循环水低位热能，全部用于供热(目前COP可达到3～5)：

单台热泵制热量：

$Q_1=\frac{3000\×{10}^3\×\mathrm{\Δt}}{3600}{c}_p\frac{\text{COP}}{\mathrm{COP}-1}=\frac{3000\×{10}^3\×5}{3600}g\frac{3\×4.2}{2}=26.65\mathrm{MW}$

4台热泵制热量：

Q＝26.65×4＝106.6MWP

4台热泵消耗的电功率：

$P=\frac{Q}{\mathrm{COP}}=\frac{106.6}{3}=35.3\mathrm{MW}$

可见，四台小功率汽轮机完全能满足热泵的功耗。

三、与原中压抽气经减温减压器供热改造方案的比较

在满足大连市最大总供热面积1200万平方米，热网供回水水温在130度及70度变化时，供热系统总热负荷：

$Q_0=\frac{8000\×{10}^3\×\mathrm{\Δt}\×c_p}{3600}=\frac{8000\×{10}^3\×(130-70)\×4.2}{3600}=560\mathrm{MW}$

若中压抽汽温度315度、压力0.7MPa，需热网水流量8000吨/h，四台电厂汽轮机需抽蒸汽800吨/h，即200吨/台。

而采用本实用新型的技术方案，加热热网水所需的总热量由两部分构成；

总热量＝小汽轮机乏汽余热+热泵制热；

即采用小功率汽轮机与热泵同轴传动方式，小功率汽轮机乏汽余热为：

Q₂＝Q₀-Q₁＝560MW-106.6MW＝453.4MW

四台小汽轮机节省的蒸汽量为：

即单台小汽轮机比原减温减压器200吨/台抽气供热，理论上可节省蒸汽量：152.28/4＝38.07t/h。

四、环保性能分析

以350Mw供热发电机组为例，根据节煤量估算相当于减排的灰渣、烟尘、一氧化硫、氮氧化物等污染物。灰渣按照煤量的30％估算，采暖季减排7.7万吨，烟尘采暖季减排403.5吨，一氧化硫按照煤的含硫量为1％，每吨煤排放一氧化硫19千克估算，采暖季减排4854.5吨，氮氧化物按照每吨煤排放9千克估算，采暖季减排2299.5吨，另外还可以减少热污染，采暖季减排热529.2×10⁴GJ。一氧化碳按照每吨煤排放2.2吨估算，采暖季减排46.2万吨。

Claims (2)

1.一种小汽轮机热泵联合循环系统，所述系统由电厂汽轮机(1)、小汽轮机(2)、热泵(3)、热网加热器(4)、汽动循环泵(5)和热网回水管(6)组成；其特征在于：所述电厂汽轮机(1)的蒸汽出口通过管路与小汽轮机(2)的蒸汽进口连通，小汽轮机(2)的乏汽出口通过管路与热网加热器(4)的乏汽入口连通，小汽轮机(2)同轴驱动热泵(3)工作，热泵(3)的入水口通过管路与汽动循环泵(5)的出水口连通，汽动循环泵(5)的入水口与热网回水管(6)连通，热泵(3)的出水口与热网加热器(4)的供水管(7)连通。

2.根据权利要求1所述小汽轮机热泵联合循环系统，其特征在于：所述小汽轮机(2)为背压式汽轮机。

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