一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置.pdf

本发明公开了一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，包括汽轮机低压缸，汽轮机低压缸连接喷射式凝汽器，汽轮机低压缸上有排汽管道，排汽管道连接空冷凝汽器，排汽管道与空冷凝汽器的蒸汽分配管道内有冷却混合装置，空冷凝汽器连接有凝结水箱和抽气装置，凝结水箱连接有循环凝结水集箱，循环凝结水集箱与抽气装置连接；抽气装置连接有电驱动压缩制冷系统，电驱动压缩制冷系统与循环凝结水集箱连接，电驱动压缩制冷系统与冷却混合装置连接，电驱动压缩制冷系统、干式空气冷却器系统与光伏厂用电联合供电装置环形连接，干式空气冷却器系统同时连通电驱动压缩制冷系统与循环凝结水集箱之间的管路。

权利要求书
1.   一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，包括汽轮机低压缸（1），其特征在于，所述汽轮机低压缸（1）下端连接有喷射式凝汽器（19），并且汽轮机低压缸（1）上设置有相匹配的排汽管道（3），所述排汽管道（3）连接有空冷凝汽器（4），所述排汽管道（3）与所述空冷凝汽器（4）的蒸汽分配管道内设置有冷却混合装置（2），所述空冷凝汽器（4）下端连接有相匹配的凝结水箱（8）和抽气装置，其中，所述凝结水箱（8）连接有循环凝结水集箱（23），所述循环凝结水集箱（23）还与所述抽气装置相连接；所述抽气装置的另一端连接有电驱动压缩制冷系统，所述电驱动压缩制冷系统与所述循环凝结水集箱（23）相连接，所述电驱动压缩制冷系统通过循环水泵一（13）、截断阀二（16）、调节阀二（17）与所述冷却混合装置相连接，所述电驱动压缩制冷系统中的压缩机（10）连接有光伏厂用电联合供电装置（40），所述光伏厂用电联合供电装置（40）通过干式空气冷却器系统（47）连接所述电驱动压缩制冷系统中的蒸发器（9），并且所述干式空气冷却器系统（47）还同时连通所述电驱动压缩制冷系统与所述截断阀三（26）之间的管路，并且所述抽气装置也与所述干式空气冷却器系统（47）连接；所述循环水泵一（13）与所述喷射式凝汽器（19）相连接，并且所述喷射式凝汽器（19）通过循环水泵二（21）、调节阀四（22）与相连接；所述排汽管道（3）与所述喷射式凝汽器（19）之间连通有分路管道，所述分路管道通过蝶形控制阀二（45）连接有热网加热器（34），所述热网加热器（34）一端分别通过截断阀六（42）和调节阀七（29）同时与所述凝结水箱（8）相连接，并且所述热网加热器（34）还通过取水泵二（37）与尖峰加热器（38）相连接，所述尖峰加热器（38）另一端通过取水泵三（39）与所述凝结水箱（8）相连接。

2.   根据权利要求1所述的提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，其特征在于，所述抽气装置包括与空冷凝汽器（4）相连接的水环式真空泵（5），所述水环式真空泵（5）的左右两端分别连接有气水分离器（6）和冷却器（7），并且所述气水分离器（6）与所述冷却器（7）相连接。

3.   根据权利要求1所述的提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，其特征在于，所述电驱动压缩制冷系统包括与所述冷却器（7）相连接的蒸发器（9），所述蒸发器（9）的一端依次连接有压缩机（10）和冷凝器（11），所述冷凝器（11）通过节流阀（12）与所述蒸发器（9）相连接。

4.   根据权利要求1所述的提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，其特征在于，所述汽轮机低压缸（1）与所述喷射式凝汽器（19）之间连接有蝶形控制阀一（20）；所述凝结水箱（8）与所述循环凝结水集箱（23）之间依次连接有取水泵四（46）、调节阀六（28）和调节阀十一（41）；所述抽气装置与所述电驱动压缩制冷系统依次连接有调节阀一（15）、截断阀一（14）和循环水泵一（13），并且所述循环凝结水集箱（23）与所述电驱动压缩制冷系统之间依次连接有调节阀五（24）、取水泵一（25）和截断阀三（26）；所述循环水泵一（13）与所述喷射式凝汽器（19）之间连接有调节阀三（18）；所述热网加热器（34）还通过凝结水泵（35）和调节阀十（36）连接所述截断阀六（42）与所述凝结水箱（8）之间的管路。

说明书一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置
技术领域
本发明涉及热力循环技术领域，具体来说，涉及一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置。
背景技术
随着我国经济的蓬勃发展及一系列相关政策的落地实施，以制造业为基础的轻、重工业产业链条向北方延伸，在以京津冀为首的华北地区、老工业基地东北和西北等地区催生了巨大的电能需求市场，为满足以工业为首的各行业电能利用需求，也为了保证北方地区居民用电的安全可靠性，同时能够兼顾北方地区居民冬季采暖需求，国家在近20年间在以内蒙古为首的山西、陕西、河北、东北三省等经济发展较为突出的省份，依托其煤炭等能源的优势，投资兴建了一大批火电燃煤机组。由于北方地区气候特点和水资源短缺现状，众多数量的火电机组使用直接空冷凝汽器，以期节约用水。
但随着直接空冷火电机组的不断投运，夏季真空差的问题逐渐显露出来。直接空冷机组使用空冷凝汽器，其原理是：蒸汽通过空冷凝汽器换热管束与环境换热，热量传递的驱动力为环境温度与凝结蒸汽存在的温差，夏季环境温度高会导致热量传递不畅、空冷凝汽器内压力升高、且压力波动频繁、真空可达35kPa以上，严重影响机组运行安全性和经济性。
根据热力学第二定律，使用高品位蒸汽来加热给水会导致大量做功能力损失，造成巨大能量浪费。而目前大多数北方地区直接空冷机组，冬季都负担有向居民供热的任务，通常使用汽轮机中段抽汽，来加热热网来水。这将造成大量做功能力损失，供电煤耗增加，与目前国家节能减排大方针相背离。
因此，研发出一种用于提高空冷火电机组真空及冬季低真空供热联合装置，提高并维持机组的真空，保证机组运行经济性，提高机组节能环保水平，便成为业内人士亟需解决的问题。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，能够提高空冷火电机组真空及冬季低真空供热，提高并维持机组的真空，保证机组运行经济性，提高机组节能环保水平。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，包括汽轮机低压缸，所述汽轮机低压缸下端连接有喷射式凝汽器，并且汽轮机低压缸上设置有相匹配的排汽管道，所述排汽管道连接有空冷凝汽器，所述排汽管道与所述空冷凝汽器的蒸汽分配管道内设置有冷却混合装置，所述空冷凝汽器下端连接有相匹配的凝结水箱和抽气装置，其中，所述凝结水箱连接有循环凝结水集箱，所述循环凝结水集箱还与所述抽气装置相连接；所述抽气装置的另一端连接有电驱动压缩制冷系统，所述电驱动压缩制冷系统与所述循环凝结水集箱相连接，所述电驱动压缩制冷系统通过循环水泵一、截断阀二、调节阀二与所述冷却混合装置相连接，所述电驱动压缩制冷系统中的压缩机连接有光伏厂用电联合供电装置，所述光伏厂用电联合供电装置通过干式空气冷却器系统连接所述电驱动压缩制冷系统中的蒸发器，并且所述干式空气冷却器系统还同时连通所述电驱动压缩制冷系统与所述截断阀三之间的管路，并且所述抽气装置也与所述干式空气冷却器系统连接；所述循环水泵一与所述喷射式凝汽器相连接，并且所述喷射式凝汽器通过循环水泵二、调节阀四与所述循环凝结水集箱相连接；所述排汽管道与所述喷射式凝汽器之间连通有分路管道，所述分路管道通过蝶形控制阀二连接有热网加热器，所述热网加热器一端分别通过截断阀六和调节阀七同时与所述凝结水箱相连接，并且所述热网加热器还通过取水泵二与尖峰加热器相连接，所述尖峰加热器另一端通过取水泵三与所述凝结水箱相连接。
进一步的，所述抽气装置包括与空冷凝汽器相连接的水环式真空泵，所述水环式真空泵的左右两端分别连接有气水分离器和冷却器，并且所述气水分离器与所述冷却器相连接。
进一步的，所述电驱动压缩制冷系统包括与所述冷却器相连接的蒸发器，所述蒸发器的一端依次连接有压缩机和冷凝器，所述冷凝器通过节流阀与所述蒸发器相连接。
进一步的，所述汽轮机低压缸与所述喷射式凝汽器之间连接有蝶形控制阀一；所述凝结水箱与所述循环凝结水集箱之间依次连接有取水泵四、调节阀六和调节阀十一；所述抽气装置与所述电驱动压缩制冷系统依次连接有调节阀一、截断阀一和循环水泵一，并且所述循环凝结水集箱与所述电驱动压缩制冷系统之间依次连接有调节阀五、取水泵一和截断阀三；所述循环水泵一与所述喷射式凝汽器之间连接有调节阀三；所述热网加热器还通过凝结水泵和调节阀十连接所述截断阀六与所述凝结水箱之间的管路。
本发明的有益效果：本发明能够迅速减小工质比容，优化空冷凝汽器末端换热效果；加强机组冷却能力，大幅提高机组真空；能够循环利用珍贵水资源，具有投资小、效益高、布置紧凑、占地小等优点，提高了环保经济性，避免了做功能力损失，充分回收利用凝结水余热或排汽余热，极大减小汽轮机冷端损失，大幅提高机组热效率和经济性，降低机组煤耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置的连接示意图。
图中：
    1、汽轮机低压缸；2、冷却混合装置；3、排汽管道；4、空冷凝汽器；5、水环式真空泵；6、气水分离器；7、冷却器；8、凝结水箱；9、蒸发器；10、压缩机；11、冷凝器；12、节流阀；13、循环水泵一；14、截断阀一；15、调节阀一；16、截断阀二；17、调节阀二；18、调节阀三；19、喷射式凝汽器；20、蝶形控制阀一；21、循环水泵二；22、调节阀四；23、循环凝结水集箱；24、调节阀五；25、取水泵一；26、截断阀三；28、调节阀六；29、调节阀七；31、调节阀八；34、热网加热器；35、凝结水泵；36、调节阀十；37、取水泵二；38、尖峰加热器；39、取水泵三；40、光伏厂用电联合供电装置；41、调节阀十一；42、截断阀六；45、蝶形控制阀二；46、取水泵四；47、干式空气冷却器系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，包括汽轮机低压缸1，所述汽轮机低压缸1下端连接有喷射式凝汽器19，并且汽轮机低压缸1上设置有相匹配的排汽管道3，所述排汽管道3连接有空冷凝汽器4，所述排汽管道3与所述空冷凝汽器4的蒸汽分配管道内设置有冷却混合装置2，所述空冷凝汽器4下端连接有相匹配的凝结水箱8和抽气装置，其中，所述凝结水箱8连接有循环凝结水集箱23，所述循环凝结水集箱23还与所述抽气装置相连接；所述抽气装置的另一端连接有电驱动压缩制冷系统，所述电驱动压缩制冷系统与所述循环凝结水集箱23相连接，所述电驱动压缩制冷系统通过循环水泵一13、截断阀二16、调节阀二17与所述冷却混合装置相连接，所述电驱动压缩制冷系统中的压缩机10连接有光伏厂用电联合供电装置40，所述光伏厂用电联合供电装置40通过干式空气冷却器系统47连接所述电驱动压缩制冷系统中的蒸发器9，并且所述干式空气冷却器系统47还同时连通所述电驱动压缩制冷系统与所述截断阀三26之间的管路，并且所述抽气装置也与所述干式空气冷却器系统47连接；所述循环水泵一13与所述喷射式凝汽器19相连接，并且所述喷射式凝汽器19通过循环水泵二21、调节阀四22与所述循环凝结水集箱23相连接；所述排汽管道3与所述喷射式凝汽器19之间连通有分路管道，所述分路管道通过蝶形控制阀二45连接有热网加热器34，所述热网加热器34一端分别通过截断阀六42和调节阀七29同时与所述凝结水箱8相连接，并且所述热网加热器34还通过取水泵二37与尖峰加热器38相连接，所述尖峰加热器38另一端通过取水泵三39与所述凝结水箱8相连接。
在一个实施例中，所述抽气装置包括与空冷凝汽器4相连接的水环式真空泵5，所述水环式真空泵5的左右两端分别连接有气水分离器6和冷却器7，并且所述气水分离器6与所述冷却器7相连接。
在一个实施例中，所述电驱动压缩制冷系统包括与所述冷却器7相连接的蒸发器9，所述蒸发器9的一端依次连接有压缩机10和冷凝器11，所述冷凝器11通过节流阀12与所述蒸发器9相连接。
在一个实施例中，所述汽轮机低压缸1与所述喷射式凝汽器19之间连接有蝶形控制阀一20；所述凝结水箱8与所述循环凝结水集箱23之间依次连接有取水泵四46、调节阀六28和调节阀十一41；所述抽气装置与所述电驱动压缩制冷系统依次连接有调节阀一15、截断阀一14和循环水泵一13，并且所述循环凝结水集箱23与所述电驱动压缩制冷系统之间依次连接有调节阀五24、取水泵一25和截断阀三26；所述循环水泵一13与所述喷射式凝汽器19之间连接有调节阀三18；所述热网加热器34还通过凝结水泵35和调节阀十36连接所述截断阀六42与所述凝结水箱8之间的管路。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，根据本发明所述的提高真空与凝结水余热供热并列式复合系统与装置，汽轮机排汽经过所述蝶形控制阀二20进入到所述热网加热器34，所述热网加热器34为表面式换热器，汽轮机排汽在所述热网加热器34中对热用户回水一级加热，放热后形成的凝结水通过进入到所述凝结水箱8中，经过一级加热的热用户回水通过所述取水泵二37进入到所述尖峰加热器38中，所述尖峰加热器38为表面式换热器，汽轮机低段抽汽在所述尖峰加热器38中向热用户回水二级加热后凝结成水，并通过所述取水泵三39进入到所述凝结水箱8中，经过二级加热后的热用户回水通过热网向热用户输送，一部分凝结水从所述凝结水箱8中依次通过所述取水泵四46、所述调节阀六28、所述调节阀七29进入到所述热网加热器34中，对热用户回水进行补充加热，放热降温后的凝结水通过所述截断阀六42进入到所述凝结水箱8中。
值得一提的是，所述电驱动压缩制冷系统与所述干式空气冷却器系统为并列运行，而且干式空气冷却器系统为主要冷却方式，即所述凝结水集箱中来水主要在所述干式空气冷却器系统中冷却，所述电泵驱动制冷装置为辅助冷却装置。具体的，循环凝结水集箱23中温度较高的来水进入到干式空气冷却器系统的换热管束中，与由干式空气冷却器系统，风机带动的外界空气强制对流换热。在北方缺水地区使用，具有容易获得空气的技术效果，并且不需要耗水来进行冷却，空气腐蚀性低，不需特殊清垢措施，不但如此，其运行及维护费用也很低。
所述冷却器7中冷却用水来自所述电驱动压缩制冷装置，所述气水分离器6中分离所得水经过所述冷却器7冷却后，一部分进入所述水环式真空泵5的吸气管，使即将进入所述水环式真空泵5的气体中的可凝结部分冷凝下来，以提高所述水环式真空泵5的抽气能力；另一部分直接进入所述水环式真空泵5的泵体，作为工作水的补充水，稳定所述水环式真空泵5的工作出力。
所述循环凝结水集箱23中的来水在所述蒸发器9中冷却，冷却所得冷却水温度低于环境温度，一方面通过管道输送进入到所述喷射式凝汽器19中，另一方面使用所述冷却水混合装置进入汽轮机低压缸至空冷系统的排汽管道3和空冷凝汽器4的空冷凝汽器蒸汽分配管道中，与汽轮机排汽混合式无端差接触换热，可以显著提升凝汽器的真空。
所述冷却混合装置包括冷却水输送管道和设置在所述冷却水输送管道上的若干冷却水喷嘴，其中，所述冷却水喷嘴安装在空冷凝汽器4的排汽管道和空冷凝汽器蒸汽分配管道内侧，所述冷却水输送管道固定在所述汽轮机低压缸1与空冷凝汽器4的排汽管道及空冷凝汽器蒸汽分配管道的外侧。
其中，当夏季投运提高真空系统及装置时，截断阀六42关断，蝶形控制阀二45关闭、凝结水余热供热系统被旁路。当冬季投运凝结水余热供热系统时，根据提高真空系统采取不同的防腐措施分为两种情况，情况一为：当提高真空系统采用充惰性气体方式防腐时，提高真空系统所包括的各装置均停运，即截断阀一14关断、截断阀二16关断、截断阀三26关断，提高真空系统被旁路；情况二为：当提高真空系统采用低流量运行方式防腐时，各截断阀均为开状态，提高真空系统所包括各装置正常运行。
所述循环水泵一13、循环水泵二21、取水泵一25、取水泵二37、取水泵三39、取水泵四46的拖动电机皆为相匹配的双速电机。在夏季时，所述双速电机在恶劣环境、机组高负荷时运行在高速档，以提高所述循环水泵一13、所述循环水泵二21、所述取水泵一25、所述取水泵二37出力，保证所述空冷凝汽器4较好真空，所述双速电机在机组低负荷运行时运行在低速状态，并配合设置于管路上的相应调节阀的节流调节作用，可以有效节约厂用电，减少对能源额外消耗，并节约成本；在冬季运行时，所述喷射式凝汽器中凝结蒸汽量增加，所述循环水泵一13、循环水泵二21、取水泵一25、取水泵二37、取水泵三39、取水泵四46根据工作状态需要选择相应运行速度档，以保证凝结水余热供热系统的正常运行，并取得较好的运行调节过程中的节能效果。
其中，所述热网加热器34为表面式换热器，所述循环冷却水箱中循环凝结水在所述热网加热器34中一级加热热用户回水，换热降温后的循环凝结水通过调节阀十进入到所述喷射式凝汽器中，参与下一次换热过程。
热用户回水经过所述热网加热器34一级加热后，通过所述取水泵二37进入到所述尖峰加热器38中，所述尖峰加热器38为表面式换热器，汽轮机低段抽汽在所述尖峰加热器38对经过一级加热的热用户回水进行二级加热后凝结成水通过取水泵三39输送至凝结水箱8中，而热用户回水经过二级加热后达到供热要求，输送回热网，向热用户供热。
其中，所述循环凝结水集箱23的来水四部分，一部分来自所述凝结水箱8，一部分来自在所述抽气装置中的冷却器中吸热升温的冷却水，一部分来自除盐水补充水，一部分来自喷射式凝汽器19的凝结水。
对于所述冷却混合装置，其具体的工作原理如下：冷却水通过所述冷却水输送管道后，由所述冷却水喷嘴喷入到所述汽轮机至所述空冷凝汽器4的排汽管道及空冷凝汽器蒸汽分配管道内，一方面，可以使蒸汽迅速比容减小，使蒸汽流通能力增强；另一方面，冷却水喷入后迅速加快蒸汽冷凝，大幅度提高了机组整体的真空度。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过新增一套喷射式凝汽器系统、冷却混合装置、干式空气冷却器系统及电驱动压缩制冷系统，能够使汽轮机低压缸排汽直接接触混合冷却水，迅速减小工质比容，促进蒸汽在空冷凝汽器系统中的流动，尤其优化了空冷凝汽器末端换热效果；利用喷射式凝汽器分流低压缸排汽，加强机组冷却能力，依托直接混合化换热的优势，以较小占地取得大冷却面积的效果，大幅提高机组真空；当直接空冷系统在运行时受环境风扰动，将造成机组真空频繁大幅波动，本装置通过新增提高真空系统及装置，在原有直接空冷系统中加入了大量具有很大热惯性和热容的循环冷却水作为稳定工质，当外界环境不稳定时，本装置中参与循环流动的循环水可以缓冲直接空冷凝汽器换热恶化造成的背压波动，在取得提高真空的同时，能够起到稳定真空的作用；本发明可以维持真空下的稳定状态，减少风机频繁变工况动作，提高其运行安全性，保证空冷凝汽器正常运行，有效的提高了装置运行的稳定性和可靠性，延长了装置的使用寿命；同时也可提高真空系统，使用闭式冷却水循环来达到提高机组真空的目的，不同于采用湿式尖峰冷却塔，能够循环利用珍贵水资源，避免湿式冷却塔造成的大量水资源浪费，非常切合北方华电机组采用直接空冷的初衷，具有投资小、效益高、布置紧凑、占地小等优点，通过冷却水与蒸汽直接混合来实现大量增加换热面积的目的，能够以较少投资换取较大经济效益和提高真空的能力，通过闭式循环来提高空冷机组真空，不需外喷除盐水来增强空冷凝汽器换热，能为设立在北方缺水地区的空冷机组节约大量宝贵水资源，提高其环保经济性，有利于市场的推广与应用还可通过一种凝结水余热供热系统及装置，避免了通常机组使用汽轮机抽汽来直接加热热用户回水造成的高品质蒸汽的浪费，也就避免了使用仍可以发电的蒸汽供热而造成的做功能力损失；本发明以汽轮机低段抽汽来尖峰加热热用户回水，能够做到在满足供热需求的前提下，尽可能使用蒸汽来获得高品位的电能，充分避免蒸汽直接供热而造成的大量做功能力损失；值得一提的是，使用无发电能力的凝汽器中凝结水或汽轮机低压缸排汽来加热热用户回水，充分回收利用凝结水余热或排汽余热，极大减小汽轮机冷端损失，大幅提高机组热效率和经济性，降低机组煤耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。