专利名称：一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法。
背景技术：
在电厂中汽轮机排汽所含的潜热非常可观，是锅炉吸收总热能的50%以上。目前，在电厂中这部分潜热没有得到充分利用，而且还需要投建冷却塔，并使用大量冷却水来将其冷凝成饱和水。该过程不但浪费了大量热能，而且建造冷却塔需要大量的投资、占用大量空间，同时还需要消耗总发电量1% 3%的电能使冷却水循环，极不经济，极不环保。俄罗斯工程师Alexander Kalina在上个世纪末提出采用变浓度非共沸混合物作为动力循环工质，能够实现将低温热能高效转换成电能，即kalina循环(参见中国知识产权专利号91105805)。在热源温度为98t:时，kalina循环的发电效率可达到11% (见日中环境合作信息电子杂志第46期之《日本住友Klina循环系统回收炼钢余热创佳绩》)。这项技术使得汽轮机排汽潜热的利用成为可能，但是根据日本住友的实践经验，为保证kalina循环的发电效率达到11%，需要在使用kalina循环之前将汽轮机排汽潜热通过热泵技术转换成98°C以上的热源，达到发电目的。当然，98°C以上的热源也可以用来供热。
发明内容
为了充分利用汽轮机排汽所浪费掉的热能，本发明提供一种方法将其用以发电或供热，不再使用冷却塔，节省了大量的热能和电能，同时还节省了大量的投资和空间。
本发明为实现利用汽轮机排汽潜热来发电或供热的目的所采用的技术方案是将汽轮机排汽引入吸收式热泵循环中的蒸发器(5)，用热泵工质来吸收汽轮机排汽释放的潜热，并通过吸收式热泵循环提升为高品位的热源，将热能传递给kalina动力循环中的工质。Kalina动力循环中的工质依次在热泵循环吸收塔(6)中被一级加热，在冷凝器(2)中被二级加热，在热交换器(10)中被三级加热，成为过热蒸汽，进入kalina循环中的汽轮机作功发电。该方法实际上是用热泵循环中的蒸发器代替了原发电系统中的凝汽器，蒸发器两侧温差大且均为相变过程，换热强度远超过凝汽器，因此实现了汽轮机排汽的高效快速冷凝。为了保证原汽轮机排汽背压不变，在蒸发器内汽机排汽侧设抽真空接口，并在蒸发器的底部设置凝结水箱，箱内设有防止凝结水过冷的加热系统，这样既实现了蒸发器取代凝汽器，又保证了原汽轮机的发电效率不变。 上述吸收式热泵循环工质为非共沸混合工质对，非共沸混合工质对的分离所需的热能由汽轮机(13)抽取的低级别蒸汽来提供(抽汽温度为120 140°C )或者由锅炉尾部烟气中的热能、太阳能等电厂中弃之可惜的较低品位热源提供。吸收式热泵工质在蒸发器(5)中吸收汽轮机排汽中蕴含的热能后发生相变，成为低温蒸汽，进入过冷器(3)预热后，进入吸收塔(6)中以混合工质溶解热的形式将热能中的一部分释放出来；工质混合后被溶液泵(7)送至热交换器(9)吸热后，进入发生器(l)，在发生器(1)中低沸点工质从其上部引出，在冷凝器(2)中被一级冷凝，最后在过冷器(3)中与来自蒸发器(5)的低温蒸汽换热凝的工质经节流阀(4)降压后进入蒸发器(5)中吸收热量蒸发成为低温蒸汽，从而完成一个热泵循环。经发生器(1)分离得到的高沸点工质从其底部引出，经过热交换器(9)降温后被节流阀(8)节流降压后进入吸收塔(6)来重新吸收低沸点工质，吸收过程产生的溶解热用来加热kalina循环(12)的工质。 同样的，汽轮机排汽潜热通过吸收式热泵循环提升品位后也可以作为供热循环系统的热源来利用，只需用供热循环系统(14)取代kalina循环(12)即可，这里不再赘述。
本发明的有益效果是可以在冷凝汽轮机排汽的同时将其中所含的热能用来发电，提高电厂发电效率3%以上，或者将这部分热能用来供热，降低了单位产能的煤耗，同时节省大量原电厂中冷却系统所必需的占地、投资、水资源的消耗及循环水泵的能耗(占总发电量的1% 3% )，既节能又环保。
图1为利用汽轮机排汽潜热发电的原理图。
图2为利用汽轮机排汽潜热供热的第一实施例流程图。
图3为利用汽轮机排汽潜热发电或供热的第二实施例流程图。
图4为利用汽轮机排汽潜热发电的第三实施例流程图。 图中虚线为汽轮机排汽及抽汽的运行路径，点划线为Kalina循环系统工质的运行路径，双点划线为供热循环系统工质的运行路径，细实线为吸收式热泵循环工质的运行路径。
图中1-发生器；2-冷凝器；3-过冷器；4，8-节流阀；5-蒸发器；6-吸收塔；7_溶
液泵；9，10-热交换器；ll-凝结水泵；12-Kalina循环系统；13-汽轮机；14-供热循环系统；15-精馏塔(a-发生段，b-提馏段，c-精馏段，d-分凝段)；16，18-截断阀；17，19-三
通切换阀。
具体实施例方式
在图1中，将汽轮机排汽引入吸收式热泵循环中的蒸发器(5)，用热泵工质来吸收汽轮机排汽释放的潜热，并通过吸收式热泵循环提升为高品位的热源，将热能传递给kalina动力循环中的工质。Kalina动力循环中的工质依次在热泵循环吸收塔(6)中被一级加热，在冷凝器(2)中被二级加热，在热交换器(10)中被三级加热，成为过热蒸汽，进入kalina循环中的汽轮机作功发电。吸收式热泵循环工质为非共沸混合工质对，非共沸混合工质对的分离所需的热能由汽轮机(13)抽取的低级别蒸汽来提供(抽汽温度为120 14(TC)或者由锅炉尾部烟气中的热能、太阳能等电厂中弃之可惜的较低品位热源提供。吸收式热泵工质在蒸发器(5)中吸收汽轮机排汽中蕴含的热能后发生相变，成为低温蒸汽，进入过冷器(3)预热后，进入吸收塔(6)中以混合工质溶解热的形式将热能中的一部分释放出来；工质混合后被溶液泵(7)送至热交换器(9)吸热后，进入发生器(l)，在发生器(1)中低沸点工质从其上部引出，在冷凝器(2)中被一级冷凝，最后在过冷器(3)中与来自蒸发器(5)的低温蒸汽换热后进一步被彻底冷凝，被冷凝的工质经节流阀(4)降压后进入蒸发器(5)中吸收热量蒸发成为低温蒸汽，从而完成一个热泵循环。经发生器(1)分离得到的高沸点工质从其底部引出，经过热交换器(9)降温后被节流阀(8)节流降压后进入吸收塔
4(6)来重新吸收低沸点工质，吸收过程产生的溶解热用来加热kalina循环(12)的工质。同 样的，汽轮机排汽潜热通过吸收式热泵循环提升品位后也可以作为供热循环系统的热源来 利用，如图2所示第一实施例中，只需用供热循环系统(14)取代图1中的kalina循环系统 (12)即可，这里不再赘述。 在图3所示第二实施例中，kalina循环系统(12)和供热循环系统(14)并列布 置，当由发电转为供热时，关闭截断阀(16)，将三通切换阀(17) (19)都切换到同时关闭供 热循环系统(14)和kalina循环系统(12)通路并打开排空阀的位置，排空换热器管路中的 kalina循环系统(12)工质，用供热循环系统(14)工质清洗干净后，将三通切换阀(17)切 换到同时关闭kalina循环系统(12)和排空阀并打开供热循环系统(14)通路的位置，排空 换热器管路中的空气，再将三通切换阀(19)切换到同时关闭kalina循环系统(12)和排空 阀并打开供热循环系统(14)通路的位置，最后打开截断阀(18)运行供热循环系统(14)。 由供热转为发电时，反向操作即可。系统中吸收式热泵循环工质为溴化锂水溶液工质对，工 作流程同图l，不再赘述。 在图4所示第三实施例中，用精馏塔(15)取代图1中的发生器(1)，以系统中吸收 式热泵循环工质为氨水混合工质对为例，讲解其运行流程如下主发电机组的主蒸汽分三 部分，一部分占主蒸汽质量17%的级别各不相同的蒸汽作为回热加热系统及除氧系统的热 源被抽走，一部分占主蒸汽质量26.8%的低级别蒸汽作为热泵系统的热源被抽走(抽汽温 度为120 140°C )，剩余部分经过汽轮机(13)将内能转化为机械能后由汽轮机排出，这部 分汽轮机排汽进入蒸发器(5)中快速冷凝成饱和水，放出大于2000KJ/kg的潜热，凝结水在 凝结水泵(11)中升压后开始新一轮热力循环。 氨水吸收式热泵中液态氨在蒸发器(5)中吸收汽轮机排汽中蕴含的热能后发 生相变，成为低温氨蒸汽，进入过冷器(3)预热后，进入吸收塔(6)中以混合工质溶解热的 形式将热能Qi中的一部分93在吸收塔(6)中以混合工质溶解热的形式释放出来。工质混 合后被溶液泵(7)送至热交换器(9)吸热后，进入精馏塔(15)，精馏塔(15)分离工质所需 的热92由较低级别汽轮机抽汽提供(抽汽温度为120°C 14(TC即可)。低沸点工质(氨蒸 汽)从上部引出，进入冷凝器(2)释放热泵系统输入总热能中另一部分Q4加热来自kalina 循环(12)的工质后，低沸点工质(氨蒸汽)本身在冷凝器(2)中被一级冷凝，最后在过冷 器(3)中与来自蒸发器(5)的低温蒸汽换热后进一步被彻底冷凝。被冷凝的液氨经节流阀 (4)降压后进入蒸发器(5)中吸收热量(^蒸发成为低温氨蒸汽，从而完成一个热泵循环。高 沸点工质从精馏塔(15)底部引出，经过热交换器(9)降温后被节流阀(8)节流降压后进入 吸收塔(6)来重新吸收氨蒸汽，吸收过程产生的溶解热用来加热kalina循环(12)的工质。
Kalina循环工质进入热泵循环的吸收塔(6)中吸收热量Q3被一级加热，进入精 馏塔(15)的分凝段(d)中吸收热量Qe被二级加热，接着在热泵循环的冷凝器(2)中吸收 热量94被三级加热，最后在热交换器(10)中吸收从精馏塔(15)引出的由汽轮机抽汽变成 100°C 12(TC水的热量Q5被四级加热，成为过热蒸汽后进入Kalina动力系统作功发电而 完成一个Kalina动力循环。
在上述过程中热量存在如下数量关系
= Q3+Q4+Q6 Q工=292(热泵效能比为3)
用来发电的热能Q = Q3+Q4+Q5+Q6 根据热源温度为98t:时，kalina循环的发电效率可达到11% (见日中环境合作 信息电子杂志第46期之《日本住友Klina循环系统回收炼钢余热创佳绩》)来计算，净发电 量为W = (Q3+Q4+Q5+Q6) X 11% -W抽汽，其中W抽汽为抽汽原本可以驱动汽轮机组所发的电會g。 其中QpQyQs分别占锅炉总吸热量的45%、22. 5%和0. 4X，热能Q(Q = Q3+Q4+Q5+Q6)驱动 Kalina循环所发的电能为锅炉总热耗的7. 4%。又依据实际运行经验，热泵循环系统所消 耗的抽汽能驱动主汽轮机组所发的电能约为锅炉总热耗的4. 2% (即Wa^= 4. 2%的锅炉 总热耗)，因此净发电量为锅炉总热耗的3. 2% 。 从汽轮机抽出主蒸汽质量26.8%的低级别蒸汽作为热泵系统的热源，该部分抽 汽被精馏塔利用后成为100°C 12(TC以上水，对kalina循环(12)的工质进行第三级加 热后回收时仍有较高的焓值，可以直接送入回热加热系统中同品位的疏水中开始新一轮热 力循环，减少了回热加热的抽汽量，从而间接提高了发电量，相当于提高了电厂的发电效率 0. 4%。用热泵循环中的蒸发器代替了原发电系统中的凝汽器后，不再使用循环水和循环水 泵了，节省了循环水泵的能耗占总发电量的1% 3%，按节省总发电量的1%来计算，相当 于提高了电厂的发电效率0.3%。 由上述实施例可见，本发明完全可以提高电厂的发电效率3%以上。 综上所述，本发明中吸收式热泵所需的热能可以由电厂内所有温度为120°C
14(TC的热源提供，甚至是太阳能，而且汽轮机排汽潜热经过吸收式热泵提升品位后既可以
被Kalina动力循环用来发电也可以用来供热，因此本发明用途广泛，使用灵活。
权利要求
一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是用吸收式热泵循环系统中的蒸发器取代汽轮机发电系统中的凝汽器，用热泵工质来吸收汽轮机排汽在热泵系统蒸发器中释放的潜热，该潜热及驱动热泵循环的汽轮机抽汽中的热能在热泵系统的换热器中将热能传递给kalina动力循环中的工质，使之成为过热蒸汽，进入kalina循环中的汽轮机作功发电，也可以将汽轮机排汽潜热经吸收式热泵循环提升品位后用来供热。
2. 根据权利要求1所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是用 热泵工质来吸收汽轮机排汽在热泵系统蒸发器中释放的潜热，并通过热泵循环提升吸收来 的潜热的品位。
3. 根据权利要求1所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是热 泵循环系统采用吸收式，除了工质溶液泵需要消耗一小部分电能外，热泵循环系统由较低 品位的热能来驱动，吸收式热泵中分离非共沸混合工质对所需的能量，可以由作过一部分 功的低参数汽轮机抽汽中的热能、锅炉尾部烟气中的热能、太阳能提供。
4. 根据权利要求1所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是热泵循环系统中的蒸发器设有抽真空接口 ，并在蒸发器的底部设置凝结水箱，箱内设有防止 凝结水过冷的加热系统。
5. 根据权利要求1和2所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是热泵工质吸收汽轮机排汽释放的潜热后，通过热泵循环提升为较高品位的热源，用来加热kalina动力循环中的工质。
6. 根据权利要求1和5所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是 Kalina动力循环中的工质依次在热泵循环吸收塔(6)中被一级加热，在冷凝器(2)中被二 级加热，最后在热交换器(10)中被三级加热成为过热蒸汽，进入kalina循环中的汽轮机作 功发电。
7. 根据权利要求1和2所述的一种利用汽轮机排汽潜热发电或供热的方法，其特征是 热泵工质吸收汽轮机排汽释放的潜热后，通过热泵循环提升为较高品位的热源，通过加热 供热循环系统中的工质来供热。
全文摘要
一种利用汽轮机排汽潜热发电的方法。用吸收式热泵循环中的蒸发器(5)取代原发电系统中的凝汽器，用热泵工质来吸收汽轮机排汽在热泵系统蒸发器中释放的潜热，该潜热被吸收式热泵循环提升为高品位的热源，将热能传递给kalina动力循环(12)中的工质。Kalina动力循环中的工质依次在热泵循环吸收塔(6)中被一级加热，在冷凝器(2)中被二级加热，在热交换器(10)中被三级加热成为过热蒸汽，进入kalina循环中的汽轮机作功发电。利用该方法能提高电厂发电效率3％以上，节能环保。
文档编号F01K23/10GK101737106SQ20081019771
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者周现华 申请人:周现华