一种蒸汽乏汽再生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种蒸汽乏汽再生装置，包括：乏蒸汽入口、凝汽换热器蒸汽出口、凝气换热器、凝气换热器换热入口、凝气换热器换热出口、凝气换热器冷凝水出口、低温换热器入口、低温换热器、低温换热器出口、高压水泵入口、高压水泵、高压水泵出口、高压锅炉水入口、高压锅炉、高压锅炉烟气出口、高压锅炉蒸汽出口、高温换热器烟气入口、高温换热器出口、高温换热器、高温换热器入口、高温换热器烟气出口、低温换热器烟气入口、烟气排放口、锅炉燃料补充、气体放大器高压蒸汽入口、气体放大器入口、气体放大器、气体放大器蒸汽输出、乏汽歧路及乏汽直供阀；，本实用新型实现乏蒸汽再生，避免冷凝热流失，实现节能减排、增效。应用于工业生产，特别是火力发电生产环节，可以大幅度节能。
【专利说明】一种蒸汽乏汽再生装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于蒸汽动力循环领域，具体涉及一种蒸汽乏汽再生装置。
【背景技术】
[0002] 朗肯循环(英语：Rankine Cycle)也被称为兰金循环，是一种将热能转化为功的热 力学循环。郎肯循环从外界吸收热量，将其闭环的工质(通常使用水)加热，实现热能转化做 功。朗肯循环理论虽然诞生于19世纪中期，但即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90% 的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。郎肯循环是支持蒸汽 机的基本热力学原理。
[0003] 因为郎肯循环诞生的年代也有必然的历史局限性，那个时代研究热力学的机械条 件、流体力学理论和现在差距很大，难免存在一些缺陷和不足。
[0004] 朗肯循环实现工质水的闭环循环，大幅减少水资源的消耗，但是为了实现闭环，除 了将水蒸气冷凝为水，然后再把几乎不能被压缩的液态工质加压，才能使之进入下一个压 力循环。对于不可压缩流体的压缩过程效率很高，所以整个循环中水泵的作用至关重要，但 是能耗往往忽略不计。
[0005] 实现蒸汽直接利用的常用方法是机械再压缩，由于工作过程中需要消耗机械能， 通过直观的能量守恒定律分析，实际应用中均没有采用这种技术来实现蒸汽再循环。
[0006] 当时不考虑热回收，形成凝汽环节的大量热量必须以低温形态散失。另外，水的凝 结热几乎是常见工质中最大的，工作温段也偏高，但是综合考虑当时的条件，从成本、安全 性、环保等综合因素考虑，直到现在，也只有水是最理想的工质。
[0007] 目前传统朗肯循环理论应用中多用回热、再热等改进循环方式提高效率，还采用 增加蒸汽温度、压力的临界、超临界工作模式来提高效率。这些方法根本的思路都是尽可能 提高有效功在全部消耗热能中的比例。
[0008] 还有其它的方法主要的出发点则是设法采用消耗少量热能、机械能的方式，直接、 间接对排放的低温废热进行再利用，用于工业热水制备、生活采暖等环节，实现余热利用来 提高有效功在全部消耗热能中的比例。
[0009] 上述两种方法在成本、安全性、提高比例、应用便捷可行性等方面都受到诸多限 制，很难实现热能利用效率的大幅度提高，特别是难以实现热电转换效率的大幅度提高。 [0010] 流体力学里面有些基本原理，具有一定的"特殊"功能，在流体流动过程中，作为流 体的物质属性本身，也会附带实现热传导交换、物质传输、物质压缩等效果。唯一的特点，就 是几乎都是在不需要机械装置运动的情况下，仅仅在空间变化、热能传递、流动过程就能实 现。
[0011] 气体放大器原理：当高压气体通过气体放大器〇. 05?0. 1毫米的环形窄缝后， 向一侧喷出，通过科恩达效应原理及气体放大器特殊的几何形状，另一侧最大ΚΓ100倍的 低压气体可被吸入，并与原始高压气体一起从气体放大器同侧吹出。近两年来气体放大器 (空气放大器）应用领域迅速扩展，常用大比例节约压缩空气，并且利用压缩空气实现吹尘、 吸尘、物料运送等工业应用。技术成熟稳定。
[0012] 如果被吸入的气体是低温、低压蒸汽，驱动气流是高温、高压过热蒸汽，在高温蒸 汽从环形喷口喷出时，会膨胀、降温、降压，同时与低温、低压蒸汽混合，达到热量、动量平 衡，最终气流是中温、中压混合蒸汽，从出口排出。
[0013] 在蒸汽流动速度不大的时候，以下定律都适用：
[0014] 波义耳定律：温度恒定时，一定量气体的压力和它的体积的乘积为恒量。数学表达 式为：pV =恒量（n、T 恒定）或 plVl = p2V2 (nl = n2、Tl = T2)。
[0015] 查理-盖吕萨克气体定律：压力恒定时，一定量气体的体积（V)与其温度（Τ)成正 比。
[0016] 根据上述两条定律，分析朗肯循环中没有提及蒸汽传输过程中的气体气动、热力 学问题，仅仅把蒸汽按照理想状态去研究，存在一定的局限性。
[0017] 在火电厂、化工厂、轮胎厂等高耗能环境大量使用蒸汽，这些蒸汽在释放出温度或 压力后变成温度较低的蒸汽，此蒸汽称之为乏汽。目前乏汽再生的难度很大，限于已有理 论，乏汽再生如果考机械能进行增压、补，则成本非常高，所以普遍不采用机械能加压来实 现机械能的再利用。
[0018] 目前火电厂普遍还采用实用了一百多年的郎肯循环，其中最耗能的一个环节是乏 汽再生，采用的是通过凝汽器将乏汽凝结为冷凝水，把冷凝水通过水泵从低压环节压入高 压环节，然后在高压环节实现等压补热增焓，这个环节由于是在低温的条件下释放大量热 能，给冷却带来很大负担，同时释放的大量温度较低的热量很难再利用，浪费了大量热量， 也造成火电厂的效率始终在百分之三十五到百分之四十二左右，很难有大的突破。
[0019] 目前也有两种方式来解决这个问题，一种是蒸汽再热，一种是蒸汽回热，蒸汽再热 是蒸汽使用过程中散出一部分热量，还有一定热量的时候，采用锅炉进行补热，进入下一个 做功过程，有限的提高利用率，尽可能降低有用的功和大量凝结散热的比例，相对提高了热 量的利用率；回热是在蒸汽还有一定的压力和温度的情况下，特别利用压力，和冷凝器冷凝 后的水进行混热，用来循环的回热，使冷凝水升温，但不达到沸腾，通过水泵压入锅炉等压 升温加压，减少了通过冷凝水散热，这两种方式都不能实现最低焓值情况下的升温、加压， 不能实现低温热能利用；效果不大，系统复杂性较大，由于没有实现大量的蒸汽利用，不是 根本解决问题的办法。
【发明内容】
[0020] 本实用新型的目的是利用流体力学理论，利用少量冷凝水通过高压锅炉再生产生 的高压蒸汽，带动乏汽，加压、升温，实现直接再生利用。
[0021] 本实用新型针对上述问题，提供一种蒸汽乏汽再生装置。
[0022] 本实用新型采用的技术方案是：一种蒸汽乏汽再生装置，包括：乏蒸汽入口、凝汽 换热器蒸汽出口、凝气换热器、凝气换热器换热入口、凝气换热器换热出口、凝气换热器冷 凝水出口、低温换热器入口、低温换热器、低温换热器出口、高压水泵入口、高压水泵、高压 水泵出口、高压锅炉水入口、高压锅炉、高压锅炉烟气出口、高压锅炉蒸汽出口、高温换热器 烟气入口、高温换热器出口、高温换热器、高温换热器入口、高温换热器烟气出口、低温换热 器烟气入口、烟气排放口、锅炉燃料补充、气体放大器高压蒸汽入口、气体放大器入口、气体 放大器、气体放大器蒸汽输出、乏汽歧路及乏汽直供阀；所述乏蒸汽入口连接凝气换热器； 所述凝汽换热器蒸汽出口输出端连接凝气换热器换热入口；所述凝汽换热器蒸汽出口输入 端连接凝气换热器；所述凝气换热器换热入口连接凝气换热器；所述凝气换热器换热出口 输出端连接高温换热器入口，输入端连接凝气换热器；所述凝气换热器冷凝水出口连接低 温换热器入口；所述低温换热器入口连接低温换热器；所述低温换热器输入端连接低温换 热器烟气入口，输出端分别连接烟气排放口和低温换热器出口；所述低温换热器出口连接 高压水泵入口；所述高压水泵入口输出端连接高压水泵；所述高压水泵输出端连接高压水 泵出口；所述高压水泵出口连接高压锅炉水入口；所述高压锅炉水入口连接高压锅炉；所 述锅炉燃料补充连接高压锅炉；所述高压锅炉烟气出口连接高温换热器烟气入口；所述高 温换热器烟气入口连接高温换热器；所述高温换热器烟气出口分别连接低温换热器烟气入 口和高温换热器；所述乏汽歧路输入端连接乏蒸汽入口，输出端连接乏汽直供阀；所述乏 汽直供阀输出端连接高温换热器入口；所述高温换热器入口连接高温换热器；所述高压锅 炉蒸汽出口输入端连接高温换热器，输出端连接气体放大器入口；所述气体放大器入口连 接气体放大器；所述气体放大器连接气体放大器蒸汽输出；所述高压锅炉蒸汽出口输入端 连接高压锅炉，输出端连接气体放大器高压蒸汽入口；所述气体放大器高压蒸汽入口输出 端连接气体放大器入口。
[0023] 本实用新型的优点：
[0024] 本实用新型实现乏蒸汽再生，避免冷凝热流失，实现节能减排、增效。应用于工业 生产，特别是火力发电生产环节，可以大幅度节能。
[0025] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优 点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】 [0026]
[0027] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的 示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0028] 图1是本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第一实施例结构示意图；
[0029] 图2是本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第二实施例结构示意图；
[0030] 图3是本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第三实施例结构示意图；
[0031] 图4是本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第四实施例结构示意图；
[0032] 图5是本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置的工作方法流程图。
[0033] 说明附图中的零部件与附图标记的对应关系说明：
[0034] 1、乏蒸汽入口；2、凝汽换热器蒸汽出口；3、凝气换热器；4、凝气换热器换热入口； 5、凝气换热器换热出口；6、凝气换热器冷凝水出口；7、低温换热器入口；8、低温换热器；9、 低温换热器出口；10、高压水泵入口；11、高压水泵；12、高压水泵出口；13、高压锅炉水入 口；14、高压锅炉；15、高压锅炉烟气出口；16、高压锅炉蒸汽出口；17、高温换热器烟气入 口； 18、高温换热器出口； 19、高温换热器；20、高温换热器入口；21、高温换热器烟气出口； 22、低温换热器烟气入口；23、烟气排放口；24、锅炉燃料补充；25、气体放大器高压蒸汽入 口；26、气体放大器入口；27、气体放大器；28、气体放大器蒸汽输出；29、乏汽歧路；30、乏汽 直供阀。
【具体实施方式】 [0035]
[0036] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本 实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0037] 图1示出了本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第一实施例的结构示意图。
[0038] 参考图1，如图1所示的一种蒸汽乏汽再生装置，包括：乏蒸汽入口 1、凝汽换热器 蒸汽出口 2、凝气换热器3、凝气换热器换热入口 4、凝气换热器换热出口 5、凝气换热器冷 凝水出口 6、低温换热器入口 7、低温换热器8、低温换热器出口 9、高压水泵入口 10、高压水 泵11、高压水泵出口 12、高压锅炉水入口 13、高压锅炉14、高压锅炉烟气出口 15、高压锅炉 蒸汽出口 16、高温换热器烟气入口 17、高温换热器出口 18、高温换热器19、高温换热器入口 20、高温换热器烟气出口 21、低温换热器烟气入口 22、烟气排放口 23、锅炉燃料补充24、气 体放大器高压蒸汽入口 25、气体放大器入口 26、气体放大器27、气体放大器蒸汽输出28、乏 汽歧路29及乏汽直供阀30 ;所述乏蒸汽入口 1连接凝气换热器3 ;所述凝汽换热器蒸汽出 口 2输出端连接凝气换热器换热入口 4 ;所述凝汽换热器蒸汽出口 2输入端连接凝气换热 器3 ;所述凝气换热器换热入口 4连接凝气换热器3 ;所述凝气换热器换热出口 5输出端连 接高温换热器入口 20,输入端连接凝气换热器3 ;所述凝气换热器冷凝水出口 6连接低温换 热器入口 7 ;所述低温换热器入口 7连接低温换热器8 ;所述低温换热器8输入端连接低温 换热器烟气入口 22,输出端分别连接烟气排放口 23和低温换热器出口 9 ;所述低温换热器 出口 9连接高压水泵入口 10 ;所述高压水泵入口 10输出端连接高压水泵11 ;所述高压水泵 11输出端连接高压水泵出口 12 ;所述高压水泵出口 12连接高压锅炉水入口 13 ;所述高压 锅炉水入口 13连接高压锅炉14 ;所述锅炉燃料补充24连接高压锅炉14 ;所述高压锅炉烟 气出口 15连接高温换热器烟气入口 17 ;所述高温换热器烟气入口 17连接高温换热器19 ; 所述高温换热器烟气出口 21分别连接低温换热器烟气入口 22和高温换热器19 ;所述乏汽 歧路29输入端连接乏蒸汽入口 1，输出端连接乏汽直供阀30 ;所述乏汽直供阀30输出端连 接高温换热器入口 20 ;所述高温换热器入口 20连接高温换热器19 ;所述高压锅炉蒸汽出 口 16输入端连接高温换热器19,输出端连接气体放大器入口 26 ;所述气体放大器入口 26 连接气体放大器27 ;所述气体放大器27连接气体放大器蒸汽输出28 ;所述高压锅炉蒸汽 出口 16输入端连接高压锅炉14,输出端连接气体放大器高压蒸汽入口 25 ;所述气体放大器 高压蒸汽入口 25输出端连接气体放大器入口 26。
[0039] 图2示出了本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第二实施例的结构示意图。
[0040] 本实施例相对于第一实施例，凝汽换热器蒸汽出口 2和凝气换热器换热入口 4没 有连接。
[0041] 图3示出了本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第三实施例的结构示意图。
[0042] 本实施例相对于第一实施例，简化掉了低温换热器8、高温换热器19以及相连接 的部分。因为现在的很多超高压蒸汽锅炉都是管式直供式，热效率较高，输出的烟气已经没 有高温余热可以利用。
[0043] 图4示出了本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置第四实施例的结构示意图。
[0044] 本实施例相对于第二实施例，简化掉了低温换热器8、高温换热器19以及相连接 的部分。因为现在的很多超高压蒸汽锅炉都是管式直供式，热效率较高，输出的烟气已经没 有高温余热可以利用。
[0045] 图5示出了本实用新型的一种蒸汽乏汽再生装置的工作方法流程图。
[0046] 参考图5,如图5所示的一种蒸汽乏汽再生装置的工作方法，包括以下步骤：
[0047] S1，乏汽通过乏蒸汽入口 1进入后，进入到凝气换热器3,和管路进行接触，如果管 路管壁温度较低，就会有部分蒸汽凝结为水，把热量传递给管路，凝结的水积累在凝气换热 器3的底部，尚未凝结的饱和蒸汽返回到凝气换热器3的热交换管路，通过凝气换热器换热 出口 5接入到高温换热器19,然后再通过高温换热器入口 20接入到高温换热器19,再接入 到高温换热器出口 18,再到气体放大器入口 26,再到气体放大器27,最后到气体放大器蒸 汽输出28 ;
[0048] S2,气体放大器27工作的时候，产生很强的抽真空效应，通过凝气换热器换热出 口 5产生负压，使得从凝汽换热器蒸汽出口 2到凝气换热器换热入口 4,进入换热器管路内 的蒸汽进一步降压，压力降低，温度下降，有利于吸收蒸汽释放的凝结热，使得在凝气换热 器3的热交换空间和管壁接触的蒸汽部分凝结；
[0049] S3,从乏蒸汽入口 1进入的一部分蒸汽凝结的水，通过凝气换热器冷凝水出口 6出 来，然后到低温换热器入口 7再到低温换热器8吸收从高温换热器烟气出口 21到低温换热 器烟气入口 22的温度较低的烟气的余热，通过低温换热器出口 9和高压水泵入口 10,再通 过高压水泵11压入到高压水泵出口 12,再到高压锅炉水入口 13,再到高压锅炉14进行等 压升温，形成高温高压蒸汽作为驱动从高压锅炉蒸汽出口 16排出，与气体放大器高压蒸汽 入口 25相连，驱动气体放大器27,产生真空负压，吸引气体放大器入口 26中尚未凝结的乏 汽，和这些乏汽物理混合，升温、升压、增焓后形成中温的满足条件的蒸汽输出；降温后的烟 气则从烟气排放口 23排出。
[0050] 本实用新型接入空气放大器的压力远超百倍于乏汽的高温、高压、过热蒸汽从环 形喷口高速喷出，膨胀、扩散，同时基于流体的粘滞作用、气体分子的混合、碰撞作用，依据 科恩达效应，带动大量乏汽一起运动，两种蒸汽的动量、热量混合、交换，达到平衡。最后形 成中温、中压混合汽流。
[0051] 全过程也没有对第三方做功，属于绝热过程，能量损失少。
[0052] 对于冷凝换热器中冷凝空间和换热管路空间比例来说，冷凝中空间部分要较小， 管路部分要较大，加上后续的抽真空效应，使蒸汽冷凝，换热，整体比例至少大于1比2。
[0053] 如果冷凝水比例不足，则加大上述的比例，形成天然温差，加大空气放大器抽真空 力度，进一步提高锅炉压力，增加空气放大器的流量，即降低输出压力或提高驱动蒸汽的压 力。
[0054] 如果冷凝水冷凝过量，则部分或全部打开3 Q，让一部分乏汽不热后进入到放大 器中。
[0055] 高压锅炉是系统常用高压锅炉压力的1 0倍以上，吨位是常压锅炉的十分之一左 右，压力应在lOMPa以上。
[0056] 本系统中火电厂出来的蒸汽压力约为0· 0 1 - 0 · 1 MPa，温度1 0 0 - 4 0 °C， 凝汽换热器蒸汽出口 2出口的压力为约0 . 0 0 1 - 0 . 0 1 MPa，温度约4 0 °C。
[0057] 凝气换热器换热出口 5压力约为0 · 0 0 1 - 0 · 0 1 MPa，温度约4 0°C。
[0058] 气体从高温换热器19到气体放大器入口 26时，温度为8 0 - 12 (TC，压力约 0 . 0 5 一 0 . 2MPa〇
[0059] 气体放大器蒸汽输出28压力约为0 · 3 MPa以上。
[0060] 水泵出口压力为1 OMPa以上，入口压力为0 · 0 1 - 0 · 0 0 IMPa，入口温度为 4 0 - 1 0 0 °C以内，烟气排放口 23温度约为7 0 °C。
[0061] 本实用新型利用流体力学原理，在换热管中膨胀、减压降温吸热，使乏汽放热冷 凝；膨胀靠流体空间变化和流管截面积变化实现；减压靠气体放大器产生的抽真空作用实 现；动力来自于高压蒸汽，没有用其它机械动力装置和其它高品位能源(如电力）；用流体动 力学附壁效应的空气放大器来实现大部分乏汽通过高压、高温、过热蒸汽直接补压、补热， 可以进入后续高压锅炉循环，避免了通过"冷凝-加压-蒸发"造成的低温热量散失的问题。
[0062] 本实用新型实现乏蒸汽再生，避免冷凝热流失，实现节能减排、增效。应用于工业 生产，特别是火力发电生产环节，可以大幅度节能。
[〇〇63] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种蒸汽乏汽再生装置，其特征在于，包括：乏蒸汽入口（ 1 )、凝汽换热器蒸汽出口 (2)、凝气换热器（3)、凝气换热器换热入口（4)、凝气换热器换热出口（5)、凝气换热器冷 凝水出口（6)、低温换热器入口（7)、低温换热器（8)、低温换热器出口（9)、高压水泵入口 (10)、高压水泵（11)、高压水泵出口（12)、高压锅炉水入口（13)、高压锅炉（14)、高压锅炉 烟气出口（15)、高压锅炉蒸汽出口（16)、高温换热器烟气入口（17)、高温换热器出口（18)、 高温换热器（19)、高温换热器入口（20)、高温换热器烟气出口（21)、低温换热器烟气入口 (22)、烟气排放口（23)、锅炉燃料补充（24)、气体放大器高压蒸汽入口（25)、气体放大器入 口（26)、气体放大器（27)、气体放大器蒸汽输出（28)、乏汽歧路（29)及乏汽直供阀（30);所 述乏蒸汽入口（1)连接凝气换热器（3);所述凝汽换热器蒸汽出口（2)输出端连接凝气换热 器换热入口（4);所述凝汽换热器蒸汽出口（2)输入端连接凝气换热器（3);所述凝气换热器 换热入口（4)连接凝气换热器（3);所述凝气换热器换热出口（5)输出端连接高温换热器入 口（20)，输入端连接凝气换热器（3);所述凝气换热器冷凝水出口（6)连接低温换热器入口 (7 );所述低温换热器入口（ 7 )连接低温换热器（8 );所述低温换热器（8 )输入端连接低温换 热器烟气入口（22)，输出端分别连接烟气排放口（23)和低温换热器出口（9);所述低温换 热器出口（9)连接高压水泵入口（ 10);所述高压水泵入口（ 10)输出端连接高压水泵（11); 所述高压水泵（11)输出端连接高压水泵出口（ 12);所述高压水泵出口（ 12)连接高压锅炉 水入口（ 13);所述高压锅炉水入口（ 13)连接高压锅炉（14);所述锅炉燃料补充（24)连接高 压锅炉（14);所述高压锅炉烟气出口（ 15)连接高温换热器烟气入口（ 17);所述高温换热器 烟气入口（17)连接高温换热器（19);所述高温换热器烟气出口（21)分别连接低温换热器 烟气入口（22)和高温换热器（19);所述乏汽歧路（29)输入端连接乏蒸汽入口（1)，输出端 连接乏汽直供阀（30);所述乏汽直供阀（30)输出端连接高温换热器入口（20);所述高温换 热器入口（20)连接高温换热器（19);所述高压锅炉蒸汽出口（ 16)输入端连接高温换热器 (19)，输出端连接气体放大器入口（26);所述气体放大器入口（26)连接气体放大器（27); 所述气体放大器（27)连接气体放大器蒸汽输出（28);所述高压锅炉蒸汽出口（16)输入端 连接高压锅炉（14)，输出端连接气体放大器高压蒸汽入口（25);所述气体放大器高压蒸汽 入口（25)输出端连接气体放大器入口（26)。
【文档编号】F22B1/00GK203848257SQ201420218842
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月1日 优先权日:2014年5月1日
【发明者】苟仲武 申请人:苟仲武