CN203114364U - 一种电厂余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电厂余热利用装置，包括汽轮机，与汽轮机连接的发电机，接收汽轮机蒸汽的凝汽器及与凝汽器连接的冷却塔，在汽轮机连接凝汽器的排汽管上设置有排汽支管，所述排汽支管与余热循环装置连接。本实用新型采用吸收式热泵为余热加热器，使得汽轮机所排乏汽所含大量低温余热可以有效回收，本方案能够显著减少由于低压加热器所需的从汽轮机抽取蒸汽的量，节省更多的蒸汽可以做功发电或对外供热并可常年运行，使电厂的热效率得以有效提高且经济性好。

Description

一种电厂余热利用装置

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体涉及一种利用电厂中汽轮机的泛汽中的热量再次进行热交换的余热利用装置。

背景技术

现有技术中，火电厂的燃料燃烧总发热量中只有35%左右转变为电能，60%以上的热能主要通过锅炉烟囱和汽轮机、凝汽器的循环冷却水散失到环境中，而循环冷却水携带走的废热量又占其中绝大部分。以一座300MW的凝汽式发电机组为例，其循环冷却水放热量约为454MW，单从数量上讲，该热量约可供600万m²建造物采暖之用。但是由于这部分热量的能量品味很低（一般在50℃以下）而一直没有被利用，多数电厂还是通过冷却设备或天然江河排放到自然环境中，浪费掉大量的冷源热量。对于直接空冷电厂来说，其设计的汽轮机满发背压一般为30kPa左右，而在夏季时由于受环境温度的影响，汽轮机背压往往高达50kPa左右。背压过高，不仅导致汽轮机出力下降，而且对其安全运行构成威胁。此外冷却汽轮机所排乏汽时的冷却塔需要大量流动空气作为冷却介质，其大规模的轴流风机机组耗费大量高品位的电能；另一方面，这些空气带走大量低品位的低温余热热能，也造成了电厂的冷源损失，这部分损失占到发电过程总输入热的一半以上。

因此利用电厂的余热加热是一种提高热效率、降低锅炉负荷、节省燃料的重要措施。采用的包括利用汽轮机抽汽供热，这样可有效减少蒸汽动力循环的冷端损失，但实际运行中热电厂仍然有大量余热通过循环冷却水排放到环境，特别是对采用抽凝机组的热电厂，即使在冬季最大供热工况下，也必须有一部分热量由循环水（一般通过冷却塔）排放到环境。

另一种利用电厂回热加热方式主要是在凝汽器和除氧器之间安装一个低压加热器，用汽轮机的低压抽汽来加热凝结水的设备。但现有技术中这种方式主要针对集中供暖的应用方向，而集中供暖受到地理纬度、采暖周期长短的制约，导到一年内大部分时间热泵设备都处在闲置状态，造成浪费。此外系统中的除氧器压力会随着风机负荷的变化而变化，压力波动较大，电厂的运行控制方式较为复杂。

实用新型内容

为解决现有技术中电厂余热利用率较低的问题，本实用新型提供一种采用多种方式利用余热的电厂余热利用装置，具体方案如下：一种电厂余热利用装置，包括汽轮机，与汽轮机连接的发电机，接收汽轮机蒸汽的凝汽器及与凝汽器连接的冷却塔，其特征在于，在汽轮机连接凝汽器的排汽管上设置有排汽支管，所述排汽支管与余热循环装置连接。

为提蒸汽余热的利用率：所述余热循环装置包括一个余热加热器，在余热加热器内部设置有盘旋管道，盘旋管道的一端通过供热管与转化热能的热泵连接，盘旋管道的另一端与设备回流的冷水管连接，冷水管的另一端与凝汽器和冷却塔连接的冷凝水管连接。

为方便不同的用户：所述热泵连接有的供暖设备。

为充分利用余热：所述余热循环装置包括与排汽支管连接的蒸汽加热器，热量交换器和余热循环器，其中余热加热器内部设置有吸热溶液及与排汽支管连接的蒸汽盘管，蒸汽盘管的另一端与回收冷凝水的冷凝器连接，热量交换器通过吸热溶液进入管接收余热加热器内的吸热溶液，再通过吸热溶液进入管将吸热溶液输送到余热循环器，余热循环器内部设置有一端与冷却塔冷凝水管连接另一端与冷凝器连接的盘旋管道，余热循环器通过吸热溶液排出管穿过热量交换器内部后与余热加热器连接。

为提高余热利用率：所述冷却塔的排汽管与冷凝水管之间设置有蒸发器，进汽管在蒸发器内部形成盘旋管道后与冷却塔的冷凝水管连接，蒸发器一端与冷凝器连接另一端与余热循环器连接。

本实用新型采用吸收式热泵为余热加热器，使得汽轮机所排乏汽所含大量低温余热可以有效回收，本方案能够显著减少由于低压加热器所需的从汽轮机抽取蒸汽的量，节省更多的蒸汽可以做功发电或对外供热并可常年运行，使电厂的热效率得以有效提高且经济性好。相对目前常用的热泵热源相比，具有资源量大、温度适中而稳定、有利于环保筹优点。本方案相当于在不增加电厂容量、不增加当地排放的情况下，扩大了电厂的供热能力。管网中输送的是低温循环水，对管道保温要求低，散热损失小，因此输送成本较低；另外热泵的高效特点也使该供热方式的综合能源利用效率高于常规的锅炉房供热方式。而且本实用新型的实施不会对电厂原热力系统产生不利影响。有效回收汽轮机乏汽所蕴含的大量低温余热，相比于现有低压加热回热系统有效减少了从汽轮机抽出的用于回热加热的蒸汽的用量，提高了电厂的整体热效率；减少了冷却塔的散热负荷，不仅减少了乏汽在冷却塔的冷源损失，同时也减少了冷却塔的轴流风机机组的电能消耗。特别是在夏季高温条件下运行时，可有效降低汽轮机背压，确保汽轮机安全运行。另外本实用新型还具有不受采暖周期限制、常年运行、经济性更好的优点。

附图说明

图1本实用新型的余热供暖结构示意图；

图2本实用新型的供暖和加热同时安装的结构示意图；

附图中标号说明：1-汽轮机、101-蒸汽器、102-排汽管、103-排汽支管、2-发电机、3-冷却塔、301-冷凝水管、4-余热加热器、401-循环泵、402-供热管、403-冷水管、404-蒸汽加热器、405-热量交换器、406-余热循环器、407-吸热溶液进入管、408-吸热溶液排出管、409-冷凝器、410-蒸发器、411-5-热泵、6-供暖设备。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的电厂余热利用装置，包括汽轮机1，与汽轮机1连接的发电机2，接收汽轮机1蒸汽的凝汽器101及与凝汽器101连接的冷却塔3，在汽轮机1连接凝汽器101的排汽管102上设置有排汽支管103，排汽支管103与余热循环装置连接。

常规电厂的工作方式为：来自锅炉的蒸汽进入汽轮机1做功，驱动发电机2发电，乏汽经汽轮机1的排汽管102进入凝汽器101，被循环冷却水冷却后凝结放热变成凝结水，由冷凝水管301返回锅炉，完成一个循环。而循环冷却水吸收凝汽器101中蒸汽凝结放出的热量后升温，在循环水泵的驱动下，进入冷却塔3放热降温，冷却塔3将热量排放到环境中，降温后的循环水由冷却塔3的蓄水池再进入凝汽器101吸热，完成一个循环。在上述过程中，本实用新型就是利用汽轮机1的泛汽通过专门的排汽管102输送到利用泛汽余热进行加热或供暖的余热循环装置中，以提高或加大电厂余热的利用率。被加热的水可以是凝结水、也可以是热网水、生活用水以及其他需要换热的水源。

具体的余热循环装置包括一个余热加热器4，在余热加热器4内部设置有盘旋管道，盘旋管道的一端通过供热管402与转化热能的热泵5连接，盘旋管道的另一端与设备回流的冷水管403连接，冷水管的另一端与凝汽器101和冷却塔3连接的冷凝水管301连接。余热加热器4可以是表面式的管壳加热器，也可以是混合式的除氧加热器。对混合式的除氧器，相应配置凝结水升压泵。

本实用新型通过增加的与凝汽器101并联的余热加热器4，通过管线将电厂汽轮机1排汽的全部或一部分分至余热加热器4，利用泛汽凝结时的放热来加热供热管，为用热设备提供热源，而余热加热器内泛汽降温后凝结成的凝结水，与凝汽器中冷凝的凝结水一起被重新送到锅炉进行循环利用。供热管内的水在余热加热器中吸热升温后，通过供热管由热泵再次进行温度提升，达到要求后输送到使用热能的设备或用户处，经过设备或用户使用后降温的水通过冷水管返回到余热加热器，在余热加热器中吸热升温后再输送到用户，经过不断循环而达到将电厂余热用于供热的目的。此时发电厂原冷却系统起着稳定汽轮机排汽背压的作用，即如果当余热加热器的放热量大于用户总负荷时，热水管内水的温度升高，造成汽轮机排汽压力升高，此时通过调整增加冷却塔的放热量，以加大凝汽器的凝结量并减小余热加热器的凝结放热量，使余热加热器的热负荷与用户需热量相匹配，从而使汽轮机背压稳定在要求的范围之内，反之亦然。热泵从循环水中吸热供给用户，在输送同样热量的情况下，热水与回水之间的温差越大，循环水的流量就越小，管网初投资和输送能耗也就越小。

本实用新型的热泵采用吸收式热泵，其主要由热能而非电能或机械能驱动，可将低品位余热提升至更高品位加以回收利用，因此对电厂汽轮机乏汽所蕴含的大量低品位余热可以采用吸收式热泵加以回收。以采用溴化锂溶液作为工质对的单效吸收式热泵为例，其由高温驱动热源如0.1～1.0MPa、20～60℃的低温余热进入热泵，经过转化吸收后，制得较高温度如60～100℃的热水，其性能系数约1.8，即1份热量的低压蒸汽即可回收0.8份热量的低温余热，最终制得1.8份热量的较高温度的热水。为加快管内水的流速，在供热管或冷水管上设置有加快管内水循环的循环泵。

如图2所示，为充分利用泛汽中的热量，本实用新型的余热循环装置包括与排汽支管103连接的蒸汽加热器404，热量交换器405和余热循环器406，其中蒸汽加热器404内部设置有吸热溶液及与排汽支管103连接的蒸汽盘管，蒸汽盘管的另一端与回收冷凝水的冷凝器409连接，热量交换器405通过吸热溶液进入管407接收蒸汽加热器404内的吸热溶液，再通过吸热溶液进入管407将吸热溶液输送到余热循环器406，余热循环器406内部设置有一端与冷却塔3冷凝水管301连接另一端与冷凝器409连接的盘旋管道，余热循环器406通过吸热溶液排出管408穿过热量交换器405内部后与蒸汽加热器404连接。

本方案的设备安装在汽轮机1和冷却塔3之间的管路上，余热循环装置中的蒸汽加热器404内部的吸热溶液采用溴化锂溶液，由汽轮机1引出的排汽支管103在蒸汽加热器404内部形成蒸汽盘管，温度较高的泛汽通过蒸汽盘管加热蒸汽加热器404内的溴化锂溶液，溴化锂溶液受热后放出工质水蒸汽而提高自身的浓度，工质水蒸气由蒸汽加热器404顶部的管道送到冷凝器409中，被加热的溴化锂溶液由蒸汽加热器404的底部通过吸热溶液进入管407排到热量交换器405内，再由热量交换器405内送到余热循环器406中，由冷却塔3蒸汽凝结后的冷凝水通过冷凝水管301穿过余热循环器406、冷凝器409后回到锅炉循环系统中，其中冷凝水管301在余热循环器406和冷凝器409内都是以盘旋管道的形式存在，这样能够充分吸收溴化锂溶液的热量，余热循环器406中的溴化锂溶液在释放出热量后，会吸收工质水蒸气从而降低自身的浓度，稀释后的溴化锂溶液通过吸热溶液排出管408穿过热量交换器405被初步加热后回到蒸汽加热器404内，此时溴化锂溶液形成一个吸热-放热循环。为充分利用系统内部的水，本实用新型在冷却塔3的排汽管102与冷凝水管301之间设置有蒸发器410，排汽管102在蒸发器410内部形成盘旋管道后与冷却塔3的冷凝水管301连接，蒸发器410一端与冷凝器409连接另一端与余热循环器406连接。这样蒸发器410就可以为余热循环器406提供工质水蒸气。在设备的各个管道上安装调节阀以控制各个管路的通断及流量调整。

蒸汽加热器404内受热释放出的工质水蒸气经连通管道送入冷凝器409，并受换热管束内热水回水的冷却而释放热量凝结成工质水；工质水经节流阀降低压力后送入蒸发器，并受蒸发器换热管束内余热的加热而吸收汽化潜热成为工质水蒸气，工质水蒸气通过连通管路进入余热循环器，上述构成了工质水的循环。

本实用新型的方案可以独立实施也可以合并实施，以最大限度的利用当地资源，减少浪费。由汽轮机抽出的低压蒸汽（一般为0.1～lMPa的饱和蒸汽）作为高温热源驱动发生器，低压蒸汽放热后凝结产生的疏水送至锅炉系统的除氧器或凝汽水箱；由汽轮机排出的乏汽(一般压力为10～50kPa)作为低温热源驱动蒸发器，由于蒸发器压力很低，工质水在较低温度下汽化，同时吸收乏汽所含的冷凝潜热，乏汽冷凝后变为疏水送回凝结水箱；余热循环器内的溴化锂溶液受热解析出的工质水蒸气送入冷凝器内，被冷却后冷凝并释放凝结潜热，蒸发器内水受热汽化为工质水蒸气再送入余热循环器，并为溴化锂溶液所吸收且释放吸收热，由于汽轮机抽汽管道上设置了调节阀，蒸发器内换热管束通往凝结水箱和汽轮机排汽管道的两条管道上也设置了调节阀，这样，可以根据不同的气温条件及汽轮机出力状况，适当调整进入空冷凝汽器的乏汽和进入蒸发器的乏汽的比例。例如，夏季时，尽可能多的提高进入蒸发器的乏汽的比例，以减少空冷凝汽器的散热负荷，保证其安全度夏；冬季时，则适当降低进入蒸发器的乏汽的比例，以确保空冷凝汽器防冻所需的最小热流量；而在深冬极端寒冷条件下，可以将通往空冷凝汽器的乏汽切断，而使汽轮机乏汽全部进入蒸发器，空冷凝汽器不工作且保持内部真空从而也能做到防冻。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (5)

1.一种电厂余热利用装置，包括汽轮机（1），与汽轮机连接的发电机（2），接收汽轮机蒸汽的凝汽器（101）及与凝汽器连接的冷却塔（3），其特征在于，在汽轮机连接凝汽器的排汽管（102）上设置有排汽支管（103），所述排汽支管（103）与余热循环装置连接。

2.如权利要求1所述的一种电厂余热利用装置，其特征在于，所述余热循环装置包括一个余热加热器（4），在余热加热器（4）内部设置有盘旋管道，盘旋管道的一端通过供热管（402）与转化热能的热泵（5）连接，盘旋管道的另一端与设备回流的冷水管（403）连接，冷水管（403）的另一端与凝汽器（101）和冷却塔（3）连接的冷凝水管（301）连接。

3.如权利要求2所述的一种电厂余热利用装置，其特征在于，所述热泵（5）连接有的供暖设备（6）。

4.如权利要求3所述的一种电厂余热利用装置，其特征在于，所述余热循环装置包括与排汽支管（102）连接的蒸汽加热器（404），热量交换器（405）和余热循环器（406），其中蒸汽加热器（404）内部设置有吸热溶液及与排汽支管（102）连接的蒸汽盘管，蒸汽盘管的另一端与回收冷凝水的冷凝器（409）连接，热量交换器（405）通过吸热溶液进入管（407）接收蒸汽加热器（404）内的吸热溶液，再通过吸热溶液进入管（407）将吸热溶液输送到余热循环器（406），余热循环器（406）内部设置有一端与冷却塔（3）冷凝水管（301）连接另一端与冷凝器（409）连接的盘旋管道，余热循环器（406）通过吸热溶液排出管（408）穿过热量交换器（405）内部后与蒸汽加热器（404）连接。

5.如权利要求4所述的一种电厂余热利用装置，其特征在于，所述冷却塔（3）的排汽管（102）与冷凝水管（301）之间设置有蒸发器（410），排汽管（102）在蒸发器（410）内部形成盘旋管道后与冷却塔（3）的冷凝水管（301）连接，蒸发器（410）一端与冷凝器（409）连接另一端与余热循环器（406）连接。

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