CN205047261U - 基于余热回收的跨临界co2热泵和朗肯循环的耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统。CO₂热泵蒸发器内低温低压CO₂制冷剂在冷凝蒸发器内吸收来自汽轮机的乏汽余热，吸热后的CO₂制冷剂经制冷管道输送到压缩机内，在压缩机内被压缩后经制冷管道输送到冷却器，在冷却器内高温高压的CO₂制冷剂和来自第<b>一</b>凝结水泵的凝结水进行换热，换热后的冷凝水在回水加热器中经抽气继续升温，升温后的水经给水泵加压后经输送管道送至锅炉中，在锅炉内实现定压吸热，经过热器产生过热蒸汽，再经蒸汽管道输送至汽轮机进行膨胀发电。本实用新型不仅实现了电厂效率的提高，同时也减少了CO₂的排放，通过耦合系统的优化设计，为最大限度的提高电厂效率提供依据。

Description

基于余热回收的跨临界CO2热泵和朗肯循环的耦合系统

技术领域

本发明涉及热泵回收电厂余热的耦合系统，具体是一种基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统。

背景技术

目前，电站作为耗能大户，不仅大量的冷凝热从凝汽器被循环水带走，而且向大气排放数量可观的CO₂。凝汽器的余热回收具有回收热量大、设备运行温度低以及负荷波动小等优点，凝汽器余热温度接近环境温度做功能力小，传统方式回收这部分余热比较困难。

CO₂属于环境友好性的制冷剂，单位容积制冷量大，其用于跨临界循环时不仅温度滑移大，而且排气温度较高，特别适宜热泵循环。朗肯循环中大约55%～70%的热量由凝汽器耗散在环境中，且汽轮机排气温度接近环境温度。凝汽器冷凝水因与环境温差小，采用传统的余热回收方式具有一定的局限性。热泵循环在小温差下的效率较高，可以将热泵从凝汽器冷凝水中回收的热量加热锅炉给水温度，进而提高耦合系统的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，不仅实现了电厂效率的提高，同时也减少了CO₂的排放，为最大限度的提高电厂效率提供依据。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，包括：压缩机，冷凝蒸发器，冷却器，汽轮机，第一凝结水泵，第二凝结水泵，第一级回水加热器，第二级回水加热器，给水泵，锅炉，发电机；CO₂热泵蒸发器内低温低压CO₂制冷剂在耦合系统的冷凝蒸发器内吸收来自汽轮机的乏汽余热，吸热后的CO₂制冷剂经制冷管道输送到压缩机内，在压缩机内被压缩后经制冷管道输送到冷却器，在冷却器内高温高压的CO₂制冷剂和来自第一凝结水泵的凝结水进行换热，换热后的冷凝水在第一级回水加热器和第二级回水加热器中经抽气继续升温，升温后的水经给水泵加压后经输送管道送至锅炉中，在锅炉内实现定压吸热，经过热器产生过热蒸汽，再经蒸汽管道输送至汽轮机进行膨胀发电。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其优点在于：

基于热泵的良好性能，利用跨临界CO₂热泵蒸发器吸收朗肯循环凝汽器的热量，并把回收的热量提高锅炉给水温度，进而提高耦合系统的效率。耦合系统不仅实现了电厂效率的提高，同时也减少了CO₂的排放，通过耦合系统的优化设计，为最大限度的提高电厂效率提供依据。

作为优选，本发明进一步的技术方案是：

还包括膨胀机，膨胀机和压缩机同轴连接。耦合系统中热泵侧的节流阀被膨胀机代替，把节流回收的膨胀功驱动压缩机，减少了压缩机耗功。耦合系统不仅实现了电厂效率的提高，同时也减少了CO₂的排放，为最大限度的提高电厂效率提供依据。

还包括热用户，热用户分别设在一级抽气和二级抽气管路上，热用户侧管路上设有热网加热器，抽气管路上设有调节负荷大小的抽气控制阀。这样可使耦合系统操作更为简单，负荷变化易于调节，同时系统性能又能较大程度提高。

附图说明

图1为本发明实施例的系统流程示意图；

图2为耦合系统T-s图；

图中：压缩机1；冷凝蒸发器2；膨胀机3；冷却器4；汽轮机5；抽气控制阀6；第一凝结水泵7；第二凝结水泵8；第一级回水加热器9；第二级回水加热器10；给水泵11；锅炉12；过热器13；热用户14；热网加热器15；回水泵16；发电机17；

a，b，c，…为循环中各对应设备进出口状态点。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步阐述，但实施例不对本发明构成任何限制。

参见图1，本实施例给出的基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，主要由压缩机1、冷凝蒸发器2、膨胀机3、冷却器4、汽轮机5、抽气控制阀6、第一凝结水泵7、第二凝结水泵8、第一级回水加热器9、第二级回水加热器10、给水泵11、锅炉12、过热器13、热用户14、热网加热器15、回水泵16、发电机17构成。

CO₂热泵蒸发器内低温低压CO₂制冷剂在耦合系统的冷凝蒸发器2内吸收来自汽轮机5的乏汽余热，然后CO₂制冷剂经制冷管道输送到压缩机1内，在压缩机1内被压缩经制冷管道输送到冷却器4，在冷却器4内高温高压的CO₂制冷剂和来自第一凝结水泵7的凝结水进行换热，实现了CO₂制冷剂的冷却和凝结水的加热，加热后的冷凝水在第一级回水加热器9和第二级回水加热器10中经抽气继续升温，升温后的水经给水泵11加压后经输送管道送至锅炉12中，在锅炉12内实现定压吸热，经过热器13产生过热蒸汽，再经蒸汽管道输送至汽轮机5进行膨胀发电。在此耦合系统中，膨胀机3和压缩机1同轴连接，尽可能减少压缩机1耗功。热用户14分别设在一级抽气和二级抽气管路上，负荷大小可有抽气控制阀6调节，在热用户14侧管路上设有热网加热器15调节负荷大小。该耦合系统操作简单、负荷变化易于调节，同时系统性能又能较大程度提高。

参见图2，ba代表CO₂制冷剂在压缩机1内压缩，产生高温高压的CO₂制冷剂；ad代表高温高压的CO₂制冷剂在冷却器4中定压放热过程，实现CO₂制冷剂冷却；dc代表高压CO₂制冷剂在膨胀机3中膨胀做功，产生低温低压CO₂制冷剂；cb代表低温低压CO₂制冷剂在冷凝蒸发器2中定压吸热过程，实现对乏汽的冷却；hi代表来自汽轮机5的乏汽在冷凝蒸发器2中与低温CO₂制冷剂换热，实现乏汽的低温；ij代表来自冷凝蒸发器2的冷却水经第一凝结水泵7压缩升压；jk代表在冷却器4内冷却水从高温CO₂制冷剂吸热，实现升温；kl代表冷却水经第二凝结水泵8压缩升压；lm代表冷却水在第一级回水加热器9内和来自汽轮机5的抽气混合，进而冷却水升温；mn代表来自第一级回水加热器9的冷却水在第二级回水加热器10内与来自汽轮机5的抽气进一步混合，进而冷却水再次升温；no代表来自第二级回水加热器10的冷却水经给水泵11压缩升压，由管道输送至锅炉12中；oe代表水在锅炉12和过热器13内定压吸热实现升温，进而产生过热蒸汽；eh代表过热蒸汽在汽轮机5内膨胀做功，进而由发电机17向外输出电能。

利用本发明可以在跨临界CO₂热泵作用下将朗肯循环凝汽器余热回收，为最大限度的提高电厂效率提供依据。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (3)

1.一种基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，其特征在于：

包括：压缩机（1），冷凝蒸发器（2），膨胀机（3），冷却器（4），汽轮机（5），抽气控制阀（6），第一凝结水泵（7），第二凝结水泵（8），第一级回水加热器（9），第二级回水加热器（10），给水泵（11），锅炉（12），过热器（13），热用户（14），热网加热器（15），回水泵（16），发电机（17）；

CO₂热泵蒸发器内低温低压CO₂制冷剂在耦合系统的冷凝蒸发器（2）内吸收来自汽轮机（5）的乏汽余热，吸热后的CO₂制冷剂经制冷管道输送到压缩机（1）内，在压缩机（1）内被压缩后经制冷管道输送到冷却器（4），在冷却器（4）内高温高压的CO₂制冷剂和来自第一凝结水泵（7）的凝结水进行换热，换热后的冷凝水在第一级回水加热器（9）和第二级回水加热器（10）中经抽气继续升温，升温后的水经给水泵（11）加压后经输送管道送至锅炉（12）中，在锅炉（12）内实现定压吸热，经过热器（13）产生过热蒸汽，再经蒸汽管道输送至汽轮机（5）进行膨胀发电。

2.根据权利要求1所述的基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，其特征在于，还包括膨胀机（3），膨胀机（3）和压缩机（1）同轴连接。

3.根据权利要求1所述的基于余热回收的跨临界CO₂热泵和朗肯循环的耦合系统，其特征在于，还包括热用户（14），热用户（14）分别设在一级抽气和二级抽气管路上，热用户（14）侧管路上设有热网加热器（15），抽气管路上设有调节负荷大小的抽气控制阀（6）。