CN204693371U - 一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，包括与再热蒸汽管道相连通的汽轮机，所述汽轮机通过排汽管道和旁路压力调节阀与排汽装置相连通，通过热泵供汽管道与热泵供汽逆止门相连通；所述热泵供汽逆止门经热泵连通蒸汽凝结水管路至排汽装置；所述排汽装置通过蒸汽分配管连通热泵和凝结水回水管路构成回路；所述排汽装置通过凝结水泵和热泵连通低压加热器。该系统能有效回收汽轮机排汽余热，大幅提高汽轮机发电效率，降低发电热耗，大幅减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，大幅降低系统补水率，降低煤炭消耗，减少污染物排放，具有极强的节能减排效果。

Description

一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统
技术领域
本实用新型涉及属于汽轮机冷端优化领域，是利用热泵直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统。
背景技术
汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。汽轮机冷端系统是火电机组的重要组成部分，它是以水或空气为冷却介质，通过直接或间接的方式对汽轮机排汽冷却成水，以维持凝汽器真空，使汽水循环得以继续的装置。目前，汽轮机冷端系统现主要分为直接空冷系统、间接空冷系统及直接水冷系统等。直接空冷系统主要由排汽装置、蒸汽分配管道、空冷凝汽器、凝结水回收管道、空冷风机、抽真空系统等组成。它是将汽轮机排汽通过排汽管道引入空冷凝汽器，利用空冷风机使增压空气，直接冷却汽轮机排汽，将其冷却为凝结水。空气直接带走汽轮机排汽的热量。间接空冷系统是指汽轮机排汽以水为中间介质，将排汽与空气之间的热交换分两次进行：一次为蒸汽与冷却水之间在凝汽器中换热；一次为冷却水和空气在空冷塔里换热。它主要由凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环水供水系统、循环水冷却单元及抽真空系统等组成，其中采用表面式凝汽器的为表凝式间接空冷，采用混合式凝汽器的为混凝式间接空冷。直接水冷系统是由凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环水供水系统及抽真空系统等组成。
汽轮机排汽在冷端系统内释放汽化潜热后凝结成水，一般300MW超临近机组，主蒸汽焓值约为3500KJ/Kg，汽轮机排汽焓值约为2400KJ/Kg，排汽流量约为650t/h。凝结水焓值约为200-300KJ/Kg。从能源利用的角度来看，燃料 燃烧发热量中只有40％左右转变为电能，凝汽式汽轮机的排汽蕴含着50％以上的热量，但该能量品质较低，很难被直接利用，只能通过水或空气直接排放到环境中，这不仅造成了能量的巨大浪费，也对环境造成了极大的影响。
为增加水在锅炉内吸热过程的平均温度，降低换热温差引起的损，提高整个机组的效率，汽轮机排汽在冷端系统内冷却后，在进入锅炉前，需对其进行预加热。凝结水经凝结水泵升压，进入抽汽回热系统，其主要包括：抽汽管道、抽汽电动门、抽汽逆止门、低压加热器、除氧器及高压加热器、疏水管道等。该系统主要是利用汽轮机抽汽来加热凝结水及给水。从热能法的观点看，从汽轮机抽出的部分蒸汽未能继续在汽轮机内做功，在做内功量一定时增加了新汽耗量。
现有冷端系统的特点：
1、设备系统复杂，静态投资巨大。直接水冷系统需要建设巨大的冷却塔、循环水系统等，其静态投资巨大。在机组运行过程中，需要消耗大量的水资源。间接空冷系统需要建设巨大的冷却塔、循环水系统、空冷翅片等，其静态投资较直接水冷更大。其中混凝式间接空冷对除盐水需求巨大，还需额外增加化学水制水设备。直接空冷系统需要建设空冷塔、空冷翅片、排汽管道、空冷风机等，初期投资较小，但机组运行期间，需要消耗大量的电能，运行维护成本较高。
2、能量损失巨大，环境污染严重。每千克汽轮机排汽约有2000KJ的热量通过直接或间接的方式被释放到环境中去，这不仅造成了能量的巨大浪费，且对环境造成了巨大的热污染。
3、抽汽回热系统设备复杂，投资、运行成本高。抽汽回热系统中的加热器、抽汽管道、抽汽逆止门、抽汽电动门、疏水管道等初始投资巨大。加热器利用 汽轮机抽汽加热凝结水，汽轮机抽出的部分蒸汽未能继续在汽轮机内做功，降低了机组的做功能力。
4、水资源浪费巨大。直接水冷机组正常运行时，循环水在冷却塔内由于蒸发、风吹及排污等原因，每天需要对循环水系统补充大量的水。
近几年，国内电力行业开始关注和研究汽轮机冷端系统优化，但大多数研究机构主要着眼于汽轮机冷端性能的监测和优化控制、凝汽器的污垢问题以、循环水二次滤网问题、空冷凝汽器提高散热效率、提高机组真空等方面，无法最大限度的利用汽轮机排汽所蕴含的热量。
随着热泵技术的不断成熟及单机容量的不断增大，热泵被越来越广泛的用在余热利用的各个领域。热泵是一种以蒸汽或燃料为驱动，将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。它由发生器01、冷凝器02、蒸发器03、吸收器04及换热器05等主要部件及溶液泵和工质泵等辅助部分组成，如图1所示。蒸汽或燃料在发生器内释放热量Qg,加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后经节流阀进入蒸发器，冷剂水经工质泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内的低温热源的热量Qe，使热源释放热量后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器，被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Qa,加热流经吸收器传热管内的冷水。冷水流经吸收器、冷凝器升温后，从热水出口排出。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种利用热泵直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，本实用新型设计新颖、系统结构简单且使用操作方便，静态投资大幅降低，能有效回收汽轮机排汽余 热，大幅提高汽轮机发电效率，降低发电热耗，大幅减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，大幅降低系统补水率，降低煤炭消耗，减少污染物排放，具有极强的节能减排效果。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，包括与再热蒸汽管道相连通的汽轮机，所述汽轮机通过排汽管道和旁路压力调节阀与排汽装置相连通，通过热泵供汽管道与热泵供汽逆止门相连通；所述热泵供汽逆止门经热泵连通蒸汽凝结水管路至排汽装置；所述排汽装置通过蒸汽分配管连通热泵和凝结水回水管路构成回路；所述排汽装置通过凝结水泵和热泵连通低压加热器。
进一步地，所述热泵上连通有热泵抽真空管路。
进一步地，所述排汽装置内部设有凝结水热井，排汽装置中设有与凝结水回水管路相连的凝结水回水喷孔。
进一步地，所述热泵供汽逆止门上设有热泵供汽电动门Ⅰ。
进一步地，与所述热泵连通的蒸汽凝结水管路管线上还连通有再热冷段热泵供汽管路和锅炉或临机来汽热泵供汽管路；锅炉或临机来汽热泵供汽管路上设有供汽电动门Ⅲ及供汽逆止门Ⅲ；再热冷段热泵供汽管路上设有供汽电动门Ⅱ及供汽逆止门Ⅱ。
进一步地，热泵与凝结水泵之间管路上设有热泵水侧进口截止阀，热泵与低压加热器之间管路上设有热泵水侧出口截止阀和热泵水侧旁路截止阀。
进一步地，所述蒸汽分配管上设有热泵低压进汽截止阀。
进一步地，所述凝结水回水管路上设有凝结水回水截止阀。
进一步地，所述蒸汽凝结水管路上设有蒸汽凝结水回水截止阀。
进一步地，所述低压加热器上分别设有低压加热器进口门、低压加热器出 口门和低压加热器旁路口门。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、设计新颖。该设计的主要特点是将汽轮机排汽直接引入热泵，采用来自汽轮机抽汽的高压蒸汽对热泵进行驱动，利用凝结水吸收汽轮机排汽余热。
2、系统结构简单且使用操作方便。该设计利用汽轮机排汽在热泵汽侧释放热量，凝结水在热泵水侧吸收热量，所有的换热过程全部在热泵内部完成，该设计可布置多组热泵，在机组低负荷运行或热泵故障时，可仅保留部分热泵运行，操作灵活性极强。
3、静态投资大幅降低。该设计去将汽轮机冷端系统、抽汽回热系统进行了集成和优化。取消了现有的部分低压加热器、冷却塔(空冷塔、空冷风机)、循环水等，仅增加了热泵及相关管路阀门等，静态投资大幅降低。
4、具有极强的节能减排效果。该设计利用热泵可将低温热源向高温热源泵送热量的特性，将现有的直接排放的汽轮机排汽充分利用，不仅减少了汽轮机排汽的损失、更减少了原有回热系统的抽汽量，使得原有抽汽可继续在汽轮机内做功，增加了蒸汽的做功能力。由于大量汽轮机排汽被热泵吸收利用，减轻了对环境的热污染。该设计可以大幅提高汽轮机发电效率，降低发电热耗，减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，具有极强的节能减排效果。
5、大幅降低全厂补水率。直接水冷机组最主要的用水为循环水系统补水，由于该新设计系统彻底取消了循环水系统，可大幅降低因循环水损失造成的水资源的浪费。
6、降低煤炭消耗，减少污染物排放。该系统充分利用了汽轮机排汽余热，大幅降低压发电煤耗，可大幅节约煤炭资源。减少煤炭燃烧过程中释放的CO2、SO2、NOx及排烟粉尘的污染物。
综上所述，本实用新型设计新颖、系统结构简单且使用操作方便，静态投资大幅降低，能有效回收汽轮机排汽余热，大幅提高汽轮机发电效率，降低发电热耗，大幅减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，大幅降低全厂补水率，降低煤炭消耗，减少污染物排放具有极强的节能减排效果。
附图说明
图1是热泵工作原理图。
图2是本实用新型系统示意图。
图1中：01-发生器；02-冷凝器；03-蒸发器；04-吸收器；05-溶液热交换器；
图2中：1-再热蒸汽管道；2-汽轮机；3-发电机；4-热泵供汽管道；5-供汽逆止门Ⅰ；6-抽汽电动门Ⅰ；7-旁路压力调节阀；8-排汽管道；9-排汽装置；10-凝结水热井；11-蒸汽分配管；12-热泵；13-热泵低压进汽截止阀；14-凝结水回水截止阀；15-凝结水回水管路；16-凝结水回水喷孔；17-凝结水泵；18-热泵水侧进口截止阀；19-热泵水侧出口截止阀；20-热泵水侧旁路截止阀；21-热泵抽真空管路；22-抽真空截止阀；23-再热冷段热泵供汽管路；24-供汽逆止门Ⅱ；25-供汽电动门Ⅱ；26-锅炉或临机来汽热泵供汽管路；27-供汽逆止门Ⅲ；28-供汽电动门Ⅲ；29-蒸汽凝结水回水截止阀；30-蒸汽凝结水管路；31-低压加热器；32-低压加热器进口门；33-低压加热器出口门；34-低压加热器旁路口门。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图2所示，本实用新型直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，包括与再热蒸汽管道1相连通的汽轮机2，发电机3连接在汽轮机2上，汽轮机2 通过排汽管道8和旁路压力调节阀7与排汽装置9相连通，通过热泵供汽管道4与热泵供汽逆止门5相连通；热泵供汽逆止门5经热泵12连通蒸汽凝结水管路30至排汽装置9；排汽装置9内部设有凝结水热井10，排汽装置9中设有与凝结水回水管路15相连的凝结水回水喷孔16，凝结水回水喷孔16有多个。排汽装置9通过蒸汽分配管11连通热泵12和凝结水回水管路15构成回路；排汽装置9通过凝结水泵17和热泵12连通有低压加热器31。热泵12上连通有热泵抽真空管路21。
其中，热泵供汽逆止门5上设有热泵供汽电动门Ⅰ6。与热泵12连通的蒸汽凝结水管路30管线上还连通有再热冷段热泵供汽管路23和锅炉或临机来汽热泵供汽管路26；锅炉或临机来汽热泵供汽管路26上设有供汽电动门Ⅲ28及供汽逆止门Ⅲ27。再热冷段热泵供汽管路23上设有供汽电动门Ⅱ25及供汽逆止门Ⅱ24。热泵12与凝结水泵17之间管路上设有热泵水侧进口截止阀18，热泵12与低压加热器31之间管路上设有热泵水侧出口截止阀19和热泵水侧旁路截止阀20。蒸汽分配管11上设有热泵低压进汽截止阀13，凝结水回水管路15上设有凝结水回水截止阀14，蒸汽凝结水管路30上设有蒸汽凝结水回水截止阀29，低压加热器31上分别设有低压加热器进口门32、低压加热器出口门33和低压加热器旁路口门34。
本实用新型系统的工作原理是：
汽轮机2抽汽至热泵供汽管道4上，设有抽汽逆止门5及抽汽电动门Ⅰ6。汽轮机2排汽经过排汽管道8进入排汽装置9，排汽装置9与再热蒸汽管道间设有旁路系统，旁路系统上设有旁路压力调节阀7，排汽装置9内部设有凝结水热井10，部分汽轮机排汽对凝结水进行预加热并除氧，大部分蒸汽经蒸汽分配管11进入热泵12。蒸汽分配管11上设有真空截止阀13。汽轮机2排汽在热泵12 中释放汽化潜热后凝结成水，经凝结水回水管路15进入排汽装置热井10。凝结水回水管15在靠近热泵12处设置真空截止阀14。凝结水回水管15末端设有多个喷孔16。凝结水经凝结水泵17增压后进入热泵12水侧，用于吸收汽轮机2排汽余热，升温后经低压加热器31低压加热器旁路门34进入下一台加热器。凝结水在热泵进口设有热泵水侧进口截止阀18、出口设有热泵水侧出口截止阀19及热泵水侧旁路截止阀20。热泵12低温蒸汽侧管路末端设有热泵抽真空管路21，热泵抽真空管路21上设置真空截止阀22。热泵高压驱动蒸汽除来自热泵供汽管道4外，还包括再热冷段热泵供汽管路23及锅炉或临机来汽热泵供汽管路26。再热冷段热泵供汽管路23上设有供汽电动门Ⅱ25及供汽逆止门Ⅱ24，锅炉或临机来汽热泵供汽管路26上设有供汽电动门Ⅲ28及供汽逆止门Ⅲ27。蒸汽凝结水管路30返回至凝结水热井10，蒸汽凝结水管路30上设有蒸汽凝结水回水截止阀29。
汽轮机2的排汽经排汽装置9及蒸汽分配管路11进入热泵12，在热泵12内释放汽化潜热后，凝结成水，进入凝结水热井10，经凝结水泵17增压后进入热泵水侧，凝结水升温后经低压加热器31旁路口门34进入下一台加热器。汽轮机排汽直接进入热泵释放热量，并以此加热凝结水。
汽轮机2抽汽至热泵供汽管道4上，设置的抽汽电动门Ⅰ6必须为电动截止阀，供汽逆止门Ⅰ5必须为快关式逆止阀，要求关闭时间不大于1秒。
热泵供汽管道4、再热冷段热泵供汽管路23及锅炉或临机来汽热泵供汽管路26在临近热泵驱动蒸汽进汽管路处汇合成一根管路，且汇合后管路通流面积不得小于3支管路中最大的一支。
蒸汽分配管11、热泵抽真空管21上不得设有U型弯，蒸汽管路必须保证在运行期间有0.5％坡度。
汽轮机排汽进入多组并列运行的热泵，每组热泵均参照本要求执行。可根据机组不同负荷，决定投运热泵的数量。
实际使用时，在机组启动准备阶段，开启待投运热泵12凝结水侧进口电动截止阀18、热泵水侧出口截止阀19，关闭热泵水侧旁路截止阀20；开启蒸汽分配管路11上的热泵低压进汽截止阀13、开启凝结水回水管路15上的凝结水回水截止阀14；开启热泵抽真空管21上的抽真空截止阀22，对待投运热泵及系统进行抽真空。开启供汽电动门Ⅲ28，关闭供汽电动门Ⅱ25、关闭抽汽电动门Ⅰ6，启动热泵12。通过化学除盐水泵向凝结水热井10补水至正常水位，启动凝结水泵17，建立凝结水循环。锅炉点火后，再热蒸汽通过旁路压力调节阀7进入排汽装置9及热泵12，蒸汽在热泵12冷却后，通过凝结水回水管路15进入凝结水热井10，凝结水通过凝结水泵17升压后进入热泵水侧，在热泵内吸热后，通过低压加热器旁路口门34进入下一台加热器。当再热冷段热泵供汽管路23内蒸汽压力大于0.4MPa后，逐渐投入再热蒸汽至热泵供汽电动门，当汽轮机抽汽至热泵供汽管道4蒸汽压力大于0.4MPa后，投入汽轮机抽汽。当机组降负荷或停机时，汽轮机抽汽至热泵供汽管道4蒸汽压力低于0.4MPa时，将热泵12驱动蒸汽气源切换至再热冷段热泵供汽管路23或锅炉或临机来汽热泵供汽管路26。当机组彻底停运后，无任何热蒸汽进入排汽装置9后，可以切断热泵高压供汽汽源，停止热泵运行。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，包括与再热蒸汽管道(1)相连通的汽轮机(2)，其特征在于：所述汽轮机(2)通过排汽管道(8)和旁路压力调节阀(7)与排汽装置(9)相连通，通过热泵供汽管道(4)与热泵供汽逆止门(5)相连通；所述热泵供汽逆止门(5)经热泵(12)连通蒸汽凝结水管路(30)至排汽装置(9)；所述排汽装置(9)通过蒸汽分配管(11)连通热泵(12)和凝结水回水管路(15)构成回路；所述排汽装置(9)通过凝结水泵(17)和热泵(12)连通低压加热器(31)。
2.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述热泵(12)上连通有热泵抽真空管路(21)。
3.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述排汽装置(9)内部设有凝结水热井(10)，排汽装置(9)中设有与凝结水回水管路(15)相连的凝结水回水喷孔(16)。
4.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述热泵供汽逆止门(5)上设有热泵供汽电动门Ⅰ(6)。
5.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：与所述热泵(12)连通的蒸汽凝结水管路(30)管线上还连通有再热冷段热泵供汽管路(23)和锅炉或临机来汽热泵供汽管路(26)；锅炉或临机来汽热泵供汽管路(26)上设有供汽电动门Ⅲ(28)及供汽逆止门Ⅲ(27)；再热冷段热泵供汽管路(23)上设有供汽电动门Ⅱ(25)及供汽逆止门Ⅱ(24)。
6.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：热泵(12)与凝结水泵(17)之间管路上设有热泵水侧进口截止阀(18)，热泵(12)与低压加热器(31)之间管路上设有热泵水侧出口截止阀(19)和热泵水侧旁路截止阀(20)。
7.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述蒸汽分配管(11)上设有热泵低压进汽截止阀(13)。
8.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述凝结水回水管路(15)上设有凝结水回水截止阀(14)。
9.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述蒸汽凝结水管路(30)上设有蒸汽凝结水回水截止阀(29)。
10.根据权利要求1所述的直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统，其特征在于：所述低压加热器(31)上分别设有低压加热器进口门(32)、低压加热器出口门(33)和低压加热器旁路口门(34)。
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