專利名稱：低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)效率的裝置，特別是一種以減少冷源損
失、提高熱力循環(huán)效率為目的的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)裝置采用的是朗肯循環(huán)方式，其過程描述為工質(zhì)在余熱鍋爐中吸收煙氣低溫余熱定壓升溫，形成低壓和高壓兩種具有不同做功能力的蒸汽；高壓蒸汽進入蒸汽輪機的主汽口進行定熵做功，將蒸汽所攜帶的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝啓C轉(zhuǎn)子的機械能；低壓蒸汽作為補汽由補汽口進入汽輪機，與相應(yīng)位置的主汽混合后繼續(xù)做功，混合蒸汽做功完畢后，離開汽輪機低壓缸出口形成乏汽；汽輪機轉(zhuǎn)子的機械能被與蒸汽輪機同軸的發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，輸送給配電系統(tǒng)；乏汽在凝汽器中被冷卻水冷卻放出汽化潛熱后形成冷凝水，冷卻水吸收乏汽的汽化潛熱后，在循環(huán)水泵的作用下進入冷卻塔，并將該部分熱能釋放到環(huán)境中；凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送至除氧器，在除氧器內(nèi)與補水一起進行除氧；除氧水經(jīng)給水泵加壓后重新進入余熱鍋爐吸收煙氣低溫余熱，進行下一個余熱發(fā)電熱力循環(huán)。 綜上所述，乏汽的凝結(jié)過程是在凝汽器中完成的，乏汽凝結(jié)放出大量汽化潛熱，該部分熱量被冷卻水吸收，并在冷卻塔中釋放到環(huán)境大氣中。由于目前公知的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)采用的是朗肯循環(huán)方式，根據(jù)工程熱力學(xué)基本原理，余熱源即循環(huán)體系中的熱源，環(huán)境大氣即循環(huán)體系中的冷源。因此，乏汽凝結(jié)放出的汽化潛熱通過冷卻水釋放到環(huán)境大氣中，形成了朗肯循環(huán)中的冷源損失。 眾所周知，工質(zhì)進行發(fā)電熱力循環(huán)的目的是要將余熱轉(zhuǎn)變成電能，公知的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)最大問題是熱力循環(huán)效率很低，一般在22% _25%之間，熱力循環(huán)過程的無效損失高達75 % -78 % ，其中由循環(huán)冷卻水釋放到環(huán)境大氣中的冷源損失高達55 % -65 % ，由此可見，熱力循環(huán)中的冷源損失是導(dǎo)致郎肯循環(huán)效率低下的最大制約因素，降低熱力循環(huán)中的冷源損失是提高低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)效率的最有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決已有技術(shù)之缺陷，而提供一種可以減少低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)冷源損失、提高低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)效率，將工質(zhì)自身(冷凝水及給水)耦合為冷源的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置。 本發(fā)明解決上述問題采用的技術(shù)方案是一種低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置，包括構(gòu)成常規(guī)低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)的余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機、水冷式凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔、凝結(jié)水泵、補水泵、除氧器、給水泵，所述汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器并列設(shè)置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態(tài)工質(zhì)輸出口分成三路，分別通過熱泵系統(tǒng)壓縮機后，一路經(jīng)熱泵凝結(jié)水加熱器、二路經(jīng)熱泵除氧加熱器、三路經(jīng)熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態(tài)工質(zhì)輸入口 ，所述熱泵凝結(jié)水加熱器裝于凝結(jié)水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝于除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝于給水泵與余熱鍋爐給水入口處。 上述技術(shù)方案是對低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)的改進，涉及兩個方面，一方面是乏汽凝結(jié)過程的改進，另一方面是乏氣凝結(jié)所放出汽化潛熱的利用方式。本發(fā)明將在汽輪機中做功完畢的乏汽分成兩部分一部分乏汽進入熱泵式凝汽器，熱泵式凝汽器實際上是以乏汽為熱源的熱泵的蒸發(fā)器，在熱泵式凝汽器中，乏汽凝結(jié)放出的汽化潛熱被熱泵工質(zhì)吸收，吸熱后熱泵工質(zhì)通過熱泵循環(huán)系統(tǒng)進入熱泵凝結(jié)水加熱器、熱泵除氧加熱器及熱泵給水加熱器，在熱泵凝結(jié)水加熱器、熱泵除氧加熱器及熱泵給水加熱器中，熱泵工質(zhì)將所吸收汽化潛熱分別釋放給凝結(jié)水、待除氧水、鍋爐給水，從而將低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)中部分乏汽的汽化潛熱進行有效回收利用，達到提高熱力循環(huán)效率的目的。由于凝結(jié)水、鍋爐給水預(yù)熱及給水除氧用熱數(shù)量無法回收全部乏汽的汽化潛熱，剩余的乏汽進入常規(guī)水冷式凝汽器中完成凝結(jié)過程，該部分乏汽的冷卻方式與公知低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)的乏汽凝結(jié)過程完全一致，該部分乏氣凝結(jié)放出的汽化潛熱通過冷卻水在冷卻塔中釋放到大氣中，該部分熱量形成改進后低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)的冷源損失。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢是一是將發(fā)電循環(huán)工質(zhì)本身(給水、凝結(jié)水、補水)耦合成冷源，將乏汽凝結(jié)放出的部分汽化潛熱通過熱泵循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移出來，用于加熱冷凝水、補水、給水除氧及給水預(yù)熱，從而減少了通過冷卻塔釋放到大氣中的熱量，即降低了冷源損失，提高了熱力循環(huán)熱效率。二是與公知低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)系統(tǒng)除氧工藝不同，用乏汽汽化潛熱代替低壓蒸氣作為除氧熱源，不但減少了冷源損失，而且取消了除氧用汽，使進入汽輪機的補汽量增加，能夠在余熱源條件不變的條件下，提高發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量，提高了發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性。三是由于冷源損失減少，循環(huán)水量相應(yīng)減少，所以冷卻系統(tǒng)循環(huán)泵耗電量減少。四是可以利用熱泵技術(shù)降低乏汽凝結(jié)溫度，從而降低汽輪機背壓，使熱力循環(huán)效率提高。本發(fā)明技術(shù)措施的應(yīng)用，能夠使低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)效率在扣除乏汽冷凝自藕冷源加熱系統(tǒng)自用電耗后仍提高5% _8%左右，較大幅度的提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)效率。同時，本發(fā)明也為降低火力發(fā)電熱力循環(huán)冷源損失提供了新的思路。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1為余熱鍋爐；2為蒸汽輪機；3為發(fā)電機；4為熱泵式凝汽器；5為水冷式凝汽器；6為循環(huán)水泵；7為冷卻塔；8為凝結(jié)水泵；9為補水泵；10為熱泵系統(tǒng)壓縮機；11為熱泵凝結(jié)水加熱器；12為除氧器；13為熱泵除氧加熱器；14為給水泵；15為熱泵給水加熱器。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明。 —種低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置，如圖1所示，與公知低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)相比，本發(fā)明的特別之處采用了乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)對乏汽凝結(jié)放出的汽化潛熱進行了回收利用。圖中，余熱鍋爐1、蒸汽輪機2、發(fā)電機3、水冷式凝汽器5、循環(huán)水泵6、冷卻塔7、凝結(jié)水泵8、補水泵9、除氧器12、給水泵14構(gòu)成公知的低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)，而熱泵式凝汽器4、熱泵系統(tǒng)壓縮機10、熱泵凝結(jié)水加熱器11、熱泵除氧加熱器13、熱泵給水加熱器15構(gòu)成乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置。 熱泵式凝汽器4與水冷式凝汽器5并列安裝在汽輪機2低壓缸乏汽出口處，該熱泵式凝汽器4的氣態(tài)工質(zhì)輸出口分成三路，分別通過熱泵系統(tǒng)壓縮機10后，一路經(jīng)熱泵凝結(jié)水加熱器11、二路經(jīng)熱泵除氧加熱器13、三路經(jīng)熱泵給水加熱器15再回到熱泵式凝汽器4的液態(tài)工質(zhì)輸入口，熱泵凝結(jié)水加熱器11裝于凝結(jié)水泵8與除氧器12之間，熱泵除氧加熱器13裝于除氧器12上，熱泵給水加熱器15裝于給水泵14與余熱鍋爐1的給水入口處。
本裝置的工作原理如下 蒸汽在汽輪機2中做功完畢后形成乏汽，部分乏汽進入熱泵式凝汽器4中凝結(jié)，乏汽凝結(jié)放出的汽化潛熱通過熱泵式凝汽器4中的換熱器傳遞給乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)的工質(zhì)，使其由液態(tài)變成氣態(tài)，所述熱泵式凝汽器4中換熱器的作用與通常所知的熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器作用相同，結(jié)構(gòu)也與通常所知的熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)基本相同。乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)的工質(zhì)在所述熱泵式凝汽器4中吸熱蒸發(fā)后，通過所述熱泵系統(tǒng)壓縮機10加壓，并分別進入熱泵凝結(jié)水加熱器11、熱泵除氧加熱器13和熱泵給水加熱器15中，在上述三個部件中凝結(jié)放熱，在熱泵凝結(jié)水加熱器11中，乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)將熱量傳遞給由乏汽凝結(jié)形成的凝結(jié)水，將凝結(jié)水由42. 5°C預(yù)熱至8(TC左右；在熱泵除氧加熱器13中，乏汽冷凝過程自藕冷源乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)將熱量傳遞給待除氧水，將待除氧水由8(TC加熱至104t:進行熱力除氧；在熱泵給水加熱器15中，乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)將熱量傳遞給經(jīng)所述給水泵14加壓后的鍋爐給水，將待鍋爐給水由104t:加熱至14(TC左右。所述熱泵凝結(jié)水加熱器11、所述熱泵除氧加熱器13、所述熱泵給水加熱器15的結(jié)構(gòu)與通常所知的熱泵系統(tǒng)的冷凝器結(jié)構(gòu)相同。 本發(fā)明與公知的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)相比最大的區(qū)別在于本發(fā)明將工質(zhì)自身(冷凝水及給水)通過熱泵技術(shù)耦合成冷源，使低溫余熱發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)存在兩個冷源，即環(huán)境大氣及工質(zhì)自身。通過這種全新的循環(huán)工藝及裝置，可以將原有發(fā)電系統(tǒng)的部分汽化潛熱轉(zhuǎn)移給發(fā)電循環(huán)工質(zhì)，用來加熱冷凝水、給水除氧及給水預(yù)熱，從而減少釋放到大氣環(huán)境中的冷源損失，最終提高低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力循環(huán)效率。 本發(fā)明的優(yōu)點是通過減少冷源損失，不但提高了低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)熱力循環(huán)的熱效率，而且增加了進入汽輪機的蒸汽量，在余熱源相同的條件下提高了發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量。同時隨著冷源損失的減少，循環(huán)冷卻水量減少，降低了循環(huán)水泵耗電量。
權(quán)利要求
一種低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自藕冷源熱泵循環(huán)裝置，包括構(gòu)成常規(guī)低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)的余熱鍋爐、蒸汽輪機、發(fā)電機、水冷式凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔、凝結(jié)水泵、補水泵、除氧器、給水泵，其特征在于，所述汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器并列設(shè)置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態(tài)工質(zhì)輸出口分成三路，分別通過熱泵系統(tǒng)壓縮機后，一路經(jīng)熱泵凝結(jié)水加熱器、二路經(jīng)熱泵除氧加熱器、三路經(jīng)熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態(tài)工質(zhì)輸入口，所述熱泵凝結(jié)水加熱器裝于凝結(jié)水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝于除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝于給水泵與余熱鍋爐給水入口處。
全文摘要
本發(fā)明涉及低溫余熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環(huán)裝置。包括常規(guī)低溫余熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)，該裝置中的汽輪機低壓缸乏汽出口處裝有與水冷式凝汽器并列設(shè)置的熱泵式凝汽器，該熱泵式凝汽器的氣態(tài)工質(zhì)輸出口分成三路，分別通過熱泵系統(tǒng)壓縮機后，一路經(jīng)熱泵凝結(jié)水加熱器、二路經(jīng)熱泵除氧加熱器、三路經(jīng)熱泵給水加熱器再回到熱泵式凝汽器的液態(tài)工質(zhì)輸入口，所述熱泵凝結(jié)水加熱器裝于凝結(jié)水泵與除氧器之間，所述熱泵除氧加熱器裝于除氧器上，所述熱泵給水加熱器裝于給水泵與余熱鍋爐給水入口處。本發(fā)明較大幅度提高了低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的余熱利用效率，在余熱源相同的條件下使系統(tǒng)發(fā)出更多的電能。
文檔編號F01K27/02GK101705849SQ200910223748
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者張玉柱, 張闖, 王子兵, 王宏利, 王春波, 胡長慶 申請人:河北理工大學(xué)