本發(fā)明涉及一種低溫余熱利用循環(huán)系統(tǒng)和方法,屬于熱工技術(shù)領(lǐng)域。主要用于火電廠、鋼廠、化工廠等低溫余熱的循環(huán)利用。
技術(shù)背景
火力發(fā)電廠絕大部分熱量經(jīng)冷卻塔白白排放到大氣中,即造成了熱能的浪費(fèi)和寶貴水資源的流失,又對(duì)環(huán)境造成了熱污染;火電廠余熱量大面廣、綠色環(huán)保,循環(huán)利用對(duì)緩解能源的缺乏和環(huán)境污染的雙重壓力意義重大。
火力發(fā)電廠余熱的特點(diǎn)是水量大、水溫低、溫差小,余熱利用首先提高溫度滿足熱負(fù)荷對(duì)水溫基本要求,現(xiàn)行采用的技術(shù),一是傳統(tǒng)的通過凝汽器升溫“大流量小溫差”循環(huán)水直供余熱利用技術(shù)。二是通過熱泵升溫余熱利用技術(shù)。
傳統(tǒng)的凝汽器升溫循環(huán)水直供余熱利用技術(shù)。是通過凝汽器采用熱-熱換熱方式,降低了換熱損耗回收部分通過冷卻塔的換熱損失,余熱能夠全部利用;具有廠區(qū)內(nèi)改動(dòng)工作量小投資低損耗小效率高的優(yōu)點(diǎn);主要問題,一是高低背壓工況轉(zhuǎn)化對(duì)機(jī)組的影響較大,不能適時(shí)的轉(zhuǎn)換,凝汽器與熱網(wǎng)直接連通后,當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水溫度、壓力變化較大時(shí),發(fā)電側(cè)又不能獨(dú)立調(diào)節(jié),嚴(yán)重影響機(jī)組安全,凝汽器水室需要強(qiáng)度改造;二是采用降低循環(huán)水流量提高溫差,滿足熱平衡和水平衡量的要求,其結(jié)果流速降低容易產(chǎn)生污垢,使換熱能力成倍下降,換熱端差上升,由于熱網(wǎng)回水溫度較高,使排汽溫度升高超出汽輪機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則允許的安全溫度范圍,影響到機(jī)組的安全運(yùn)行,需要采取安全和降溫措施,如采用低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù),決絕排氣溫度升高造成葉片顫震的問題(排汽溫度超過85℃時(shí))。轉(zhuǎn)子互換使投資增加,發(fā)電出力降低20%-30%,每年需要停機(jī)更換轉(zhuǎn)子兩次,另外葉片的減少使通流密度降低渦流增加,低壓缸溫度遠(yuǎn)超安全溫度需增加噴淋疏水等系統(tǒng),大幅度增加了技改投資。
熱泵升溫余熱利用技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)通過熱泵提溫可以實(shí)現(xiàn)余熱的全部利用,對(duì)電廠機(jī)組的影響小。缺點(diǎn)是由于需要高品質(zhì)能源驅(qū)動(dòng),增加了壓縮機(jī)(啟動(dòng)器)、蒸發(fā)器和凝汽器等換熱設(shè)備,以及配套的電源(汽源)和土建工程建設(shè),采用熱泵不僅增加了投資,而且還降低了效率,壽命短維護(hù)工作量大。
供熱技術(shù)比較,凝汽器循環(huán)水直供雖然投資低效率高,經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)優(yōu)于抽汽供熱和熱泵升溫供熱技術(shù),主要的問題在于對(duì)發(fā)電機(jī)組存在有不安全隱患。
發(fā)明的目的
發(fā)明的目的在于選擇投資低效率高凝汽器循環(huán)水直供技術(shù),并重點(diǎn)對(duì)其存在的主要問題進(jìn)行改進(jìn),一是解決熱網(wǎng)循環(huán)水水溫和壓力變化對(duì)機(jī)組的不良影響,使高低背壓工況轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單容易,在發(fā)電側(cè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)安全可控;二是降低排汽溫度提高機(jī)組安全。改變由減少循環(huán)水量提高溫差為增加流量提高溫差的方案,滿足熱平衡和水平衡量的要求;通過增加流量成倍提高傳熱系數(shù),降低換熱端差提高余熱利用能力和機(jī)組效率,不需要采用其它安全和降溫措施。為低溫余熱循環(huán)利用提供一種實(shí)施容易投資低,安全可控效率高的新方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供的一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng),特征在于:通過既有凝汽器形成了兩個(gè)并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng),采用近路循環(huán)和隔離循環(huán)泵,降低凝汽器水側(cè)進(jìn)出口壓力和熱網(wǎng)回水壓力,避免余熱利用系統(tǒng)壓力變化對(duì)凝汽器超溫超壓的安全影響,適時(shí)根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的需求加入退出高背壓運(yùn)行,充分發(fā)揮電廠供熱和發(fā)電能力,獨(dú)立調(diào)節(jié)安全可控;采用近路循環(huán)增加凝汽器水側(cè)的換熱流量,提速防垢強(qiáng)化換熱,提高傳熱系數(shù)降低換熱端差,提高機(jī)組發(fā)電能力和供熱能力;采用近路循環(huán)混水升溫和凝汽器換熱升溫實(shí)現(xiàn)熱泵功能,“大溫差小流量”提高輸送能力,降低熱網(wǎng)投資和輸送能耗,使發(fā)電和供熱系統(tǒng)匹配高效運(yùn)行。
附圖說明
圖1本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)直供原理意示圖
圖2本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)的雙近路循環(huán)原理意示圖
圖3本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)間供原理意示圖
圖4本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)間供原理意示圖
圖5本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)降低回水溫度原理意示圖
圖一、二、三、四中
1-凝汽器;21-冷卻水循環(huán)泵;22-近路循環(huán)隔離泵3-冷卻塔;4-供水閥門;
5-回水閥門;6-近路循環(huán)閥門;61-隔離板換7-單向旁通閥門;8-熱網(wǎng)循環(huán)泵;
9-熱網(wǎng)加熱器;10-旁通閥;11-供水管線;12-回水管線;13-換熱站
圖五中
113-進(jìn)水閥門;213-出水閥門;313-調(diào)節(jié)閥門;413-板式換熱器;513-直供循環(huán)水泵;
613-回水閥門;813-二次熱網(wǎng)循環(huán)水泵;713-熱用戶;913-熱泵;1013熱用戶
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作如下說明:
一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng),主要由凝汽器1、冷卻水循環(huán)泵21、近路循環(huán)泵22、冷卻塔3、供水閥門4、回水閥門5、近路循環(huán)閥門6、單向旁通閥門7、熱網(wǎng)循環(huán)泵8、熱網(wǎng)加熱器9、旁通閥10、供水管線11、回水管線12、換熱站13等組成。如圖一、圖二所示
采用近路循環(huán)環(huán)閥門6和近路循環(huán)隔離泵22,降低凝汽器水側(cè)進(jìn)出口壓力和熱網(wǎng)回水壓力,避免凝汽器超壓的不良影響,使系統(tǒng)切換容易安全可靠;根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)需求適時(shí)進(jìn)行切換,既可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰,又可以實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)調(diào)峰。其特征在于:
通過同一凝汽器1形成兩個(gè)并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng),即由凝汽器1、供水閥門4、熱網(wǎng)循環(huán)泵8、熱網(wǎng)加熱器9、供水管線11、換熱站13、回水管線12和近路循環(huán)閥門6、近路循環(huán)隔離泵22、回水閥門5組成,近路循環(huán)水與回水經(jīng)近 路循環(huán)隔離泵22和回水閥門5送入凝汽器1形成余熱利用循環(huán)系統(tǒng),也叫高溫水循環(huán)系統(tǒng);由凝汽器1、循環(huán)泵21和冷卻塔3組成的冷卻循環(huán)系統(tǒng),也叫低溫水循環(huán)系統(tǒng);通過開關(guān)近路循環(huán)隔離泵22,可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的安全切換。根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的需求適時(shí)啟動(dòng)切換,需要增加供熱時(shí),啟動(dòng)近路循環(huán)隔離泵22,關(guān)閉循環(huán)水泵21,使凝汽器1的進(jìn)出口壓力降低,冷卻水不再通過冷卻塔冷卻實(shí)現(xiàn)熱平衡,冷卻循環(huán)系統(tǒng)停用,熱平衡通過低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn),增加供熱能力。需要增加供電能力時(shí),通過冷卻塔冷卻實(shí)現(xiàn)熱平衡,即啟動(dòng)循環(huán)水泵21,關(guān)閉近路循環(huán)隔離泵22和供水閥門4,使凝汽器1進(jìn)出口壓力自動(dòng)升高,冷卻循環(huán)系統(tǒng)通過冷卻塔冷卻循環(huán)運(yùn)行,通過增加凝汽量和降低運(yùn)行背壓,增加機(jī)組發(fā)電能力滿足用電高峰電負(fù)荷的需求;同時(shí)熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng),通過近路閥門6提供的通道和熱網(wǎng)循環(huán)泵8實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)連續(xù)換熱,將轉(zhuǎn)換到熱網(wǎng)中的熱能轉(zhuǎn)換到熱用戶,實(shí)現(xiàn)熱平衡匹配運(yùn)行和調(diào)峰發(fā)電供熱。如圖一、圖二所示
采用近路循環(huán)熱泵22的隔離作用,降低熱網(wǎng)回水壓力和凝汽器進(jìn)出口壓力,避免凝汽器超壓的不良影響;其特征在于:
熱網(wǎng)回水管線12連接到近路循環(huán)隔離泵22的進(jìn)水口,使回水壓力降到最低點(diǎn),從而避免凝汽器的超壓不良影響;凝汽器1出口壓力,通過供水閥門4、近路循環(huán)閥門6連接到近路循環(huán)隔離泵22進(jìn)水口,加上熱網(wǎng)循環(huán)泵8的作用,使凝汽器1進(jìn)出口壓力遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)通過冷卻塔循環(huán)的時(shí)的壓力(約0.2MPa),不再通過冷卻塔3實(shí)現(xiàn)熱平衡,冷卻循環(huán)運(yùn)行停用。
采用近路循環(huán)隔離泵22后,不僅可以避免熱網(wǎng)壓力變化對(duì)設(shè)備凝汽器的不良影響,而且還大大降低了熱網(wǎng)循環(huán)水壓力增加壓差,有利于熱網(wǎng)的安全運(yùn)行。如圖一、圖二所示
采用近路循環(huán)混水升溫和凝汽器換熱升溫,滿足熱網(wǎng)“小流量大溫差”輸 送要求,降低熱網(wǎng)投資和能耗。其特征在于:
依據(jù)供回水溫差和輸送能耗變化規(guī)律,當(dāng)供回水溫差提高到原來的兩倍時(shí),循環(huán)水量也降至原來的二分之一,而管網(wǎng)的沿程阻力降至原來的四分之一,而水泵的功率要降至原來的八分之一。
凝汽器1換熱后的部分循環(huán)水,通過供水閥門4、近路循環(huán)閥門6與回水管線12低溫混水升溫,再通過近路循環(huán)隔離泵22和回水閥門5,送入凝汽器換熱再升溫,升溫后的通過供水閥門4、部分循環(huán)水通過熱網(wǎng)循環(huán)泵8送到熱網(wǎng)加熱器9、供水管線11、換熱站13和回水管線12形成供熱循環(huán);部分升溫后循環(huán)水通過近路循環(huán)閥門6、近路循環(huán)隔離泵22、回水閥門5和凝汽器換1組成了不斷的混水升溫和換熱升溫系統(tǒng),提高供回水溫差,實(shí)現(xiàn)大溫差小流量輸送,提高輸送能力增加供熱半徑,降低熱網(wǎng)投資和能耗。如圖一、圖二所示
近路循環(huán)增加通過凝汽器水側(cè)的流量,提高流速?gòu)?qiáng)化換熱效果,降低換熱端差,提高機(jī)組效率和供熱能力。其特征在于:
傳統(tǒng)的低真空技術(shù),通過凝汽器的水量等于熱網(wǎng)的水量,滿足了高凝結(jié)倍率強(qiáng)化換熱,滿足不了“大溫差小流量”降低投資減少能耗的要求,采用近路循環(huán)閥門6和近路循環(huán)隔離泵22后,不僅滿足了“大溫差小流量”降低熱網(wǎng)投資減少能耗的要求,同時(shí)也滿足了高凝結(jié)倍率強(qiáng)化換熱的要求,采用近路循環(huán)后,使通過冷卻水循環(huán)泵22和凝汽器1的流量等于通過近路循環(huán)閥門6加通過熱網(wǎng)循環(huán)泵8的熱網(wǎng)流量,凝結(jié)倍率一般選擇50-120倍,遠(yuǎn)大于熱網(wǎng)流量,凝汽器水側(cè)的流速提高強(qiáng)化換熱效果,提高了傳熱系數(shù)降低了換熱端差,例如,采用近路循環(huán)凝結(jié)倍率按80倍計(jì)算,凝汽量230t/h,循環(huán)水量約為18400t/h,流速約為1.2m/s,如果按熱網(wǎng)水量5000t/h換熱循環(huán),流速約0.32m/s,按傳熱系數(shù)與流速的關(guān)系公式計(jì)算,不考慮其他因素的變化,采用近路循環(huán)后傳熱系數(shù) 增加約一倍,不僅提高了機(jī)組效率,而且增加了余熱的供熱能力。如圖一、圖二所示
圖二與圖一的區(qū)別在于凝汽器1水側(cè)進(jìn)出口端,增加了由閥門41、51和近路循環(huán)水泵23組成的近路循環(huán)通道,其作用在于增加凝結(jié)倍率提高換熱效果,即可以提高余熱利用循環(huán)系統(tǒng)的水溫降低流量,又可以提高上塔冷卻水系統(tǒng)的溫度降低流量,降低輸送能耗;同時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)的流量降低,有利于高低背壓工況切換,降低切換流量變化對(duì)機(jī)組的影響。
實(shí)施例2
實(shí)施例2其特征在于:采用熱源側(cè)循環(huán)冷卻水換熱循環(huán),兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)通過隔離板換61分隔,降低余熱利用系統(tǒng)失水對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。
用利用既有的冷卻水循環(huán)泵21替代近路循環(huán)隔離泵22,形成兩個(gè)并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng),即由凝汽器1、供水閥門4、近路循環(huán)閥門6、隔離板換61、冷卻環(huán)泵21、回水閥門5組成,形成余熱利用循環(huán)系統(tǒng),也叫高溫水循環(huán)系統(tǒng);由凝汽器1、循環(huán)泵21和冷卻塔3組成的冷卻循環(huán)系統(tǒng),也叫低溫水循環(huán)系統(tǒng);通過開回水閥門5(或者關(guān)供水閥門4);可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的快速切換。例如開通回水閥門5,凝汽器1的進(jìn)出口的壓力降低,冷卻水不再上冷卻塔冷卻,冷卻循環(huán)系統(tǒng)停用,冷卻水通過循環(huán)升溫達(dá)到所需溫度時(shí),通過隔離板換將熱能轉(zhuǎn)換到余熱循環(huán)利用系統(tǒng),經(jīng)過隔離板換61換熱后的回水與通過近路循環(huán)閥門6的循環(huán)水混水升溫后通過冷卻水循環(huán)泵21在送入凝汽器1,實(shí)現(xiàn)大流量強(qiáng)化換熱,大溫差供熱循環(huán);當(dāng)余熱利用失水嚴(yán)重對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大時(shí),關(guān)閉回水閥門5,循環(huán)水不再通過近路循環(huán)閥門6和隔離板換61循環(huán),使凝汽器1出口壓力自動(dòng)升高,通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行。如圖三所示
采用部分直供和熱泵方法,降低回水溫度,解決熱網(wǎng)失調(diào),提高低溫余熱利 用能力和機(jī)組的安全性。其特征在于:
換熱站13的熱負(fù)荷部分通過板換間接供熱降低二次熱網(wǎng)對(duì)一次熱網(wǎng)的影響,部分采用通過板換換熱后具有供熱能力的一次熱網(wǎng)回水直供,通過充分利用降低回水溫度,或再采用熱泵進(jìn)一步提高供熱能力滿足要求降低回水溫度;不但可以提高熱網(wǎng)輸送能力,而且有利于低溫余熱利用和機(jī)組的安全性,還可以通過回水溫度的控制,解決熱網(wǎng)失調(diào)問題。如圖五所示
降低回水溫度有利于低溫余熱利用和機(jī)組的安全性。如遠(yuǎn)距離供熱,采用熱泵降低回水溫度,當(dāng)回水溫度低于20℃,通過隔離板換61換熱,換熱后的低溫水,送到冷卻塔3底池,再有循環(huán)水泵21實(shí)現(xiàn)循環(huán),不存在壓力變化對(duì)機(jī)組的不良影響;循環(huán)水升溫滿足供熱水溫要求,主要由閥門41、51和近路循環(huán)水泵23組成的近路循環(huán)通道完成≤75℃的水溫?zé)崮埽⑼ㄟ^隔離板換61將熱能轉(zhuǎn)換到熱網(wǎng)。