汽轮机凝汽液氮深冷却工艺.pdf

一种汽轮机凝汽液氮深冷却工艺，其特征是：原料空气进入氮厂，由氮厂生产氮气送往集气站，经增压站升压后由制冷机母管进入制冷机组冷却；经制冷机组生产出-192℃的液氮进入液氮罐；分离后的液氮进入液氮收集箱后由增压站升压；分离出的废气进入废气收集箱，然后排入大气；分离出的氮气经增压站后送入制冷机入口的氮厂母管，本发明的技术优点是；本发明的冷却温度为-192℃，降低了冷源损失，提高了冷凝效率，采用液氮深冷却技术可以提高乏气的冷凝效率，使汽轮机的热效率由目前的40％提高到80％，汽轮机热耗可降低到4589.07KJ/kw.h，发电煤耗新建电厂可降低140g/kw.h，已建成电厂可降低80-100g/kw.h，机组的热效率达到0.7292。

1、  一种汽轮机凝汽液氮深冷却工艺，本发明是这样实现的，其特征是：
(1)、原料空气进入氮厂，由氮厂生产氮气送往集气站，经增压站升压后由制冷机母管进入制冷机组冷却；
(2)、经制冷机组生产出—192℃的液氮进入液氮罐，液氮罐的液氮由并行的母管进入液氮总联箱，再经一级入口联箱进入二级入口联箱，在液氮凝气器内设置有S型冷凝管，S型冷凝管内的液氮做功后变成气液混合物；
(3)、经二级出口联箱进入一级出口联箱，进入气液分离装置进行液氮与气体分离，分离后的液氮进入液氮收集箱后由增压站升压；
(4)、由增压站升压的液氮一路进入制冷机入口母管，另一路进入液氮罐；
(5)、分离出的废气进入废气收集箱，然后排入大气；
(6)、分离出的N₂、NO₂、NO气体分别进入N₂、NO₂、NO气体分离装置，分离出的NO、NO₂装入钢瓶，分离出的氮气经增压站后送入制冷机入口的氮厂母管。

2、  根椐权利要求1所述的汽轮机凝汽液氮深冷却工艺，其特征是凝汽器的冷凝介质为液氮。

汽轮机凝汽液氮深冷却工艺
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，特别是一种用于300MW以上容量凝汽式燃煤单元机组的汽轮机凝汽液氮深冷却工艺。
背景技术
火力发电厂是利用燃煤、石油、天燃气等燃料的化学能产生出电能的工厂，在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸气的热能并驱动汽轮机的转子旋转，通过发电机转为电能，目前、电站锅炉水冷却壁中的水经过煤粉燃烧加热成蒸汽后进入汽包，汽包中的蒸汽继续吸热，成为过热蒸汽，过热蒸汽有很高的压力和温度，经管道进入汽轮机，推动汽轮机的转子转动，形成机械能，当汽轮机转子转动时便带动发电机转子旋转，发电机定子内的导线切割磁力线产生感应电流，发电机将汽轮机的机械能转换为电能，电能经变压器升压后送至用户，释放出热能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏气，乏气在凝汽器内被冷却系统冷却后凝结成水，经凝结水泵送入低压加热器并回到除氧器内，完成一个循环，在循环的过程中有汽水损失，因此，要适量地向循环水系统内补充一定量的水，以保证循环的正常运行，它存在的问题是凝汽式燃煤单元机组热效率不高，采用现有的、传统的(江河水、地下水、海水、空气)冷却技术，其发电的热效率分别为；
300—600MW亚临界机组热效率为：38％—41％。
300—600MW超临界机组热效率为：41％—43％。
600—1000MW超超临界机组热效率为：44％—45％。
凝汽式发电厂的总效率为；
η_ndc＝η_gl*η_gd*η_oi*η_t*η_jη_d
η_ndc＝3600N_d/B_dQDW
η_ndc—发电厂的总效率
η_gl—锅炉效率
η_gd—管道效率
η_oi—汽轮机的相对内效率
η_t—汽轮机的绝对内效率
η_j—汽轮机的机械效率
η_d—发电机的效率
η_ndc—发电厂的效率
由上述计算公式和热平衡图可以看出凝汽式发电机组对燃料热能的有效利用程度很低，主要原因是乏汽冷凝过程中进入凝气器的乏汽量过大，冷源温度高，来不及冷凝大量的乏汽，造成大部分蒸气损失，凝气式燃煤单元机组60％左右的热量通过凝气器散失了，造成汽轮机效率偏低，汽轮机热耗偏高，机组的发电煤耗居高不下，因此，要提高汽轮机效率，降低发电煤耗，必须寻找新的冷却介质，开发出新的冷却系统，最大程度的减少通过凝气器的热量损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型冷却介质，提高冷却能力和减少通过凝气器的热量损失的汽轮机凝汽液氮深冷却工艺。
本发明是这样实现的，其特征是：
(1)、原料空气进入氮厂，由氮厂生产氮气送往集气站，经增压站升压后由制冷机母管进入制冷机组冷却；
(2)、经制冷机组生产出—192℃的液氮进入液氮罐，液氮罐的液氮由并行的母管进入液氮总联箱，再经一级入口联箱进入二级入口联箱，在液氮凝气器内设置有S型冷凝管，S型冷凝管内的液氮做功后变成气液混合物；
(3)、经二级出口联箱进入一级出口联箱，进入气液分离装置进行液氮与气体分离，分离后的液氮进入液氮收集箱后由增压站升压；
(4)、由增压站升压的液氮一路进入制冷机入口母管，另一路进入液氮罐；
(5)、分离出的废气进入废气收集箱，然后排入大气；
(6)、分离出的N₂、NO₂、NO气体分别进入N₂、NO₂、NO气体分离装置，分离出的NO、NO₂装入钢瓶，分离出的氮气经增压站后送入制冷机入口的氮厂母管。
本发明的技术优点是；
(1)、冷却温度低、冷却能力强，现有的冷却系统最低冷却温度为4℃以上，冷却效率低，而本发明的冷却温度为—192℃，降低了冷源损失，提高了冷凝效率。
(2)、目前使用的冷凝器是由14676根直线钛管构成，消耗了大量的合金管材，而本发明的冷凝器只需用72根S型冷凝管组成。
(3)、采用液氮深冷却技术可以提高乏气的冷凝效率，使汽轮机的热效率由目前的40％提高到80％，汽轮机热耗可降低到4589.07KJ/kw.h，发电煤耗新建电厂可降低140g/kw.h，已建成电厂可降低80—100g/kw.h，机组的热效率达到0.7292。
表1 为低压缸内汽压阻液氮与现有冷却介质数据的比较；

注低压缸内汽压阻；表征蒸汽在汽缸内的综合作功能力，内汽压阻越大汽机作功能力越强
附图说明
以下结合附图对发明做进一步的说明；
图1是凝汽式燃煤电厂生产过程示意图，
图2是凝汽式发电机组的热平衡图，
图3是汽轮机凝汽液氮深冷却工艺流程图，
图4是氮气液化工艺流程图，
图5是冷凝器的结构示意图。
具体实施方式
如图1—5所示
设计条件；
温度                      33℃
相对湿度                  80％
大气压                     101Kpa(A)
原料空气杂质常规
二氧化碳(CO₂)             ≤400ppm
乙炔(C₂H₂)                ≤1ppm
氢(H₂)                    ≤1ppm
一氧化碳(CO)              ≤1ppm
公用工程条件
循环冷却水
进水温度                ≤32℃
出水温度                ≤40.5℃
进水压力                0.25Mpa(G)
出水压力                0.15Mpa(G)
PH值                    7一8
悬浮物                  2mg/L
总硬度                  145mg/L(CaCO₃)
(1)、原料空气进入氮厂(氮厂出力：10000M³/h)，由氮厂生产出99.99％氮气送往集气站，经增压站升压后由制冷机母管进入制冷机入口氮厂母管，再进入制冷机冷却，制冷机最大功率为2000KW，2台运行、2台备用、一台事故备用，经制冷机组生产出—192℃的液氮被储存在6个液氮罐内，3台液氮罐为一组，一组运行，一组备用，每个液氮罐容量为25吨，
(2)、液氮经液氮罐出口进入3条并行的母管再进入液氮总联箱，再经4个一级入口联箱进入8个二级入口联箱，每个二级入口联箱由9根联络管路对应进入凝气器中的9根S型冷凝管，S型冷凝管中的液氮对进入凝气器中的乏汽进行充分的冷凝完成热交换变后成汽液混合物；
(3)、气液混合物经9根联络管路进入二级出口联箱、一级出口联箱，再进入气液分离装置进行液氮与气体分离，分离后的液氮进入液氮收集箱由增压站升压；
(4)、由增压站升压的液氮一路进入制冷机入口母管，另一路进入液氮罐；
(5)、分离出的废气进入废气收集箱，然后排入大气；
(6)、分离出的N₂、NO₂、NO气体分别进入N₂、NO₂、NO气体分离装置，分离出的NO、NO装入钢瓶，分离出的氮气经增压站后送入制冷机入口的氮厂母管。