一种新型电厂冷端余热循环利用系统及方法与流程

本发明涉及一种余热利用技术，更具体地说，它涉及一种新型电厂冷端余热循环利用系统及方法。

背景技术：

传统的电厂冷端循环系统是汽轮发电热力循环系统的一极；其主要作用一是把做完功的乏蒸汽通过表面式凝汽器（水冷或空冷）冷凝放热变成水，通过主凝结水泵送入循环回路再进行加热，二是把乏蒸汽的巨大凝结放热量带出，因为只有带出凝结放热才能凝结成水，完成前次循环、启动再次循环。传统的冷端系统有直流供水冷却系统、湿式冷却塔冷却系统、干式空气冷却系统、间接空气冷却系统。直流供水冷却系统，用于海边或江边。湿式冷却塔冷却系统，用于水源不足的地区，汽轮机排出的乏水蒸汽把热量通过冷却塔排放进大气后变成低温水重复使用。间接空气冷却系统，用于半缺水的地区，汽轮机排出的乏水蒸汽把热量通过混合式凝汽器和空冷凝汽器排放进大气变成水后重复使用。这三种传统的冷端系统水冷表面式凝汽器的电厂循环的火电近54%（以二次再热火电为例、其他更大）、核电近63%的热量，被排入江河或大气，又回到大自然，同时带来生态环境问题，造成缺水、干旱。电厂燃料产生的热量，最先进的火电厂有近54%热量被上述冷端系统的乏蒸汽的巨大凝结放热带走，白白扔掉进大自然，同时带来气候变化、周边植物、动物等生态环境问题，还有水体被污染，动物迁移、进化困难或灭绝等等负面影响。如果是核电，则有近63%的更大热量被扔掉，还有可能带来严峻核污染问题。大型的冷却塔直径大的有近200米、高的有近300米，安全隐患多，比如江西丰城冷却塔倒塌重大事故；投资大，单塔超过1亿人民币；影响景观和风水流动等等。空冷机组发电效率低、煤耗大，煤耗比水冷高5%左右，高约15g/kw，浪费严重，百万机组现在一年运行5000小时，单台每年浪费7.5万吨煤，多产生近18万吨二氧化碳。综上所述，现有技术中发电过程产生的余热利用率低，易造成大部分能量的浪费和环境污染。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中发电过程产生的余热利用率低，易造成能量的浪费和环境污染的不足，提供了一种新型电厂冷端余热循环利用系统及方法，它的余热利用率高，不易造成能量的浪费和环境污染。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种新型电厂冷端余热循环利用系统，包括主蒸发凝汽器、吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱、制冷压缩机组、压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱、若干换热器、液态制冷剂接收联箱、液态制冷剂节流阀组、主流制冷剂稳压联箱；主蒸发凝汽器内安装制冷剂蒸发管，制冷剂蒸发管一端与吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱连通，另一端与主流制冷剂稳压联箱连通；换热器内设有制冷剂凝结腔，制冷剂凝结腔连通在压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱和液态制冷剂接收联箱之间；液态制冷剂节流阀组的进液口与液态制冷剂接收联箱连通，液态制冷剂节流阀组的出液口与主流制冷剂稳压联箱连通；主蒸发凝汽器的进汽口与汽轮机乏汽口连通，主蒸发凝汽器的出液口与一换热器进口连通，该换热器出口连通循环水管；其它换热器的进口连通低温回水管网，其它换热器的出口连通高温水用户管网。

汽轮机乏汽口排出的蒸汽流入主蒸发凝汽器内，对制冷剂蒸发管进行加热，使制冷剂蒸发管内的液态制冷剂转变成气态制冷剂流入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱内，吸热蒸发后的气态制冷剂含有巨大能量，气态制冷剂通过制冷压缩机组进行升温升压，被封闭在系统内进行循环利用。高温高压的气态制冷剂流入换热器作为热源进行热交换，对低温回水管网流入换热器内的低温回水或主蒸发凝汽器排出流入换热器的冷凝水进行加热，换热器输出高温水到高温水用户管网供用户使用。经过换热器加热后的冷凝水送入循环水管供汽轮发电机组循环使用。经过热交换后的制冷剂变成液态送入液态制冷剂接收联箱，经过液态制冷剂节流阀组进行节流降压后流入主流制冷剂稳压联箱进行稳压，当主蒸发凝汽器的制冷剂蒸发管内的制冷剂蒸发后，主流制冷剂稳压联箱内的制冷剂流过来补充，形成制冷剂的循环利用。利用制冷剂作循环冷却剂去代替传统水和空气，通过压缩制冷剂把传统火电厂有近54%热量（传统核电厂有近63%）回收进封闭系统进行良性循环，避免了传统循环冷却系统把乏汽热白白扔进大自然、带来的气候变化、动植物变迁等生态环境问题，消除了水体被污染，动物迁移、进化困难或灭绝等等负面影响。取消了传统的大型冷却塔，既保证了安全、又节省了单塔超过1亿人民币的投资。取消了原来空冷机组的空冷岛，使原空冷机组的煤耗降低30g/kw，百万机组现在一年运行5000小时，单台每年节省15万吨煤，减排近38万吨二氧化碳。

作为优选，主蒸发凝汽器出液口和换热器连通的管道上安装主凝结水泵。主凝结水泵的设置有利于冷凝水的循环利用。

作为优选，主蒸发凝汽器内设有换热腔，主蒸发凝汽器两侧分别设有液态制冷剂进口腔和气态制冷剂出口腔，换热腔底端设有热井，换热腔内安装若干均热隔板，制冷剂蒸发管安装在换热腔内，制冷剂蒸发管竖向倾斜设置，制冷剂蒸发管下端与液态制冷剂进口腔下端连通，制冷剂蒸发管上端与气态制冷剂出口腔上端连通，制冷剂蒸发管倾斜设置。制冷剂蒸发管进口低、出口高、有倾角，便于制冷剂在制冷剂蒸发管内的换热蒸发，液流和气流流动更加顺畅。均热隔板的设置有利于制冷剂蒸发管的均匀受热。

作为优选，液态制冷剂进口腔上端和气态制冷剂出口腔上端之间连通流场布置管，流场布置管包括螺旋段、分别设置在螺旋段两端的两连接段，一连接段与液态制冷剂进口腔连通，另一连接段与气态制冷剂出口腔连通，螺旋段螺旋设置，螺旋段的螺旋直径从中间向两端逐渐增加，流场布置管的管径从与液态制冷剂进口腔连通端向另一端逐渐增加；流场布置管置于换热腔内上部位置。流场布置管利用进口细，流体蒸发吸热快，迅速吸引蒸汽改变流向，出口粗、换热面积大也可吸引流体。流场布置管置于换热腔内上部位置，进行均布流场布置，克服了传统的中心集流、四周流量少、传热不均现象，同时克服振动，提高寿命。

作为优选，液态制冷剂接收联箱连通另一液态制冷剂节流阀组，该液态制冷剂节流阀组连通次流制冷剂稳压联箱，次流制冷剂稳压联箱和吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱之间安装其它流体蒸发冷却器，其它流体蒸发冷却器内安装其它流体换热管，其它流体换热管一端与次流制冷剂稳压联箱连通，另一端与吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱连通，其它流体蒸发冷却器的进口连通高温流体进液管，其它流体蒸发冷却器的出口连通低温流体出液管。将需要冷却的热流体通过高温流体进液管输送到其它流体蒸发冷却器内，进行热交换冷却后输出低温冷流体到低温流体出液管，进行制冷输出，服务周边城市或小区。液态制冷剂变成气态送入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱。

作为优选，液态制冷剂节流阀组包括节流阀体、阀芯、汇流环，节流阀体内设有阀腔，阀芯适配安装在阀腔内，阀芯上连接阀杆，阀杆可升降调节安装在节流阀体上，阀芯外壁上设有节流环槽，节流阀体下端设有进液口，汇流环上设有出液口，阀芯下端设有节流孔，节流孔连通到节流环槽，阀腔内壁上节流环槽上方和下方位置均设有上下布置的若干圈通液孔，通液孔和汇流环之间连通节流管。液态制冷剂节流阀组工作时，通过阀杆调节阀芯的上下位置，阀芯向上移动，一部分通液孔与阀腔连通，一部分通液孔与节流环槽连通，制冷液从通液孔流入汇流环，调节阀芯移动的距离，开启不同数量的通液孔实现节流降压。

作为优选，阀芯外壁上节流环槽的上方和下方位置均套装有活塞环。活塞环的设置提高了阀芯与阀腔连接的密封性能。

一种新型电厂冷端余热循环利用系统的余热利用方法，汽轮机乏汽口排出的蒸汽流入主蒸发凝汽器内，对制冷剂蒸发管进行加热，使制冷剂蒸发管内的液态制冷剂转变成气态制冷剂流入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱内，吸热蒸发后的气态制冷剂含有巨大能量，气态制冷剂通过制冷压缩机组进行升温升压，被封闭在系统内进行循环利用；高温高压的气态制冷剂流入换热器作为热源进行热交换，对低温回水管网流入换热器内的低温回水或主蒸发凝汽器排出流入换热器的冷凝水进行加热，换热器输出高温水到高温水用户管网供用户使用；经过换热器加热后的冷凝水送入循环水管供汽轮发电机组循环使用；经过热交换后的制冷剂变成液态送入液态制冷剂接收联箱，经过液态制冷剂节流阀组进行节流降压后分别流入主流制冷剂稳压联箱和次流制冷剂稳压联箱进行稳压，当主蒸发凝汽器的制冷剂蒸发管内的制冷剂吸热蒸发获取能量后，主流制冷剂稳压联箱内的制冷剂自动流过来补充，形成制冷剂的循环利用；将需要冷却的热流体通过高温流体进液管输送到其它流体蒸发冷却器内，进行热交换冷却后输出低温冷流体到低温流体出液管，进行制冷输出，服务周边城市或小区，液态制冷剂变成气态送入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱，其它流体蒸发冷却器的其它流体换热管内的制冷剂蒸发吸能后，次流制冷剂稳压联箱内的制冷剂自动流过来补充。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）电厂冷端余热循环利用系统的余热利用率高，不易造成能量的浪费和环境污染；（2）利用制冷剂作循环冷却剂去代替传统水和空气，通过压缩制冷剂把传统火电厂有近54%热量（核电63%）回收进封闭系统进行良性循环，避免了传统循环冷却系统把乏汽热白白扔进大自然、带来的气候变化、动植物变迁等生态环境问题，消除了水体被污染，动物迁移、进化困难或灭绝等等负面影响；（3）取消了传统的大型冷却塔，既保证了安全、又节省了单塔超过1亿人民币的投资。取消了原来空冷机组的空冷岛，使原空冷机组的煤耗降低30g/kw，百万机组现在一年运行5000小时，单台每年节省15万吨煤，减排近38万吨二氧化碳；（4）实现供电、供热、供冷进行循环冷端余热利用，并同时较大规模减排、抑制全球变暖、保护生态环境。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的主蒸发凝汽器的结构示意图；

图3是本发明的液态制冷剂节流阀组的结构示意图；

图中：1、主蒸发凝汽器，2、吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱，3、制冷压缩机组，4、压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱，5、换热器，5.1、低压加热器，5.2热网加热器，5.3、其它加热器，6、液态制冷剂接收联箱，7、液态制冷剂节流阀组，8、主流制冷剂稳压联箱，9、制冷剂蒸发管，10、制冷剂凝结腔，11、循环水管，12、主凝结水泵，13、换热腔，14、液态制冷剂进口腔，15、气态制冷剂出口腔，16、热井，17、均热隔板，18、流场布置管，19、螺旋段，20、连接段，21、次流制冷剂稳压联箱，22、其它流体蒸发冷却器，23、其它流体换热管，24、高温流体进液管，25、低温流体出液管，26、节流阀体，27、阀芯，28、汇流环，29、阀腔，30、阀杆，31、节流环槽，32、节流孔，33、通液孔，34、节流管，35、活塞环，36、加热器，37、加热管，38、蒸汽进口，39、排水口。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：一种新型电厂冷端余热循环利用系统（参见附图1至附图3），包括主蒸发凝汽器1、吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱2、制冷压缩机组3、压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱4、若干换热器5、液态制冷剂接收联箱6、液态制冷剂节流阀组7、主流制冷剂稳压联箱8；主蒸发凝汽器内安装制冷剂蒸发管9，制冷剂蒸发管一端与吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱连通，另一端与主流制冷剂稳压联箱连通，换热器内设有制冷剂凝结腔10，制冷剂凝结腔连通在压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱和液态制冷剂接收联箱之间，液态制冷剂节流阀组的进液口与液态制冷剂接收联箱连通，液态制冷剂节流阀组的出液口与主流制冷剂稳压联箱连通；换热器内安装换热管，主蒸发凝汽器的进汽口与汽轮机乏汽口连通，主蒸发凝汽器的出液口与一换热器的换热管进口连通，该换热器的换热管出口连通循环水管11，其它换热器的换热管进口连通低温回水管网，其它换热器的换热管出口连通高温水用户管网。换热器包括一低压加热器5.1、若干热网加热器5.2、若干其它加热器5.3，低压加热器安装在主蒸发凝汽器和循环水管之间；热网加热器的进口连通低温回水管网，热网加热器的出口连通高温水用户管网，服务城市或小区；与若干其它加热器出口连通的高温水用户管网服务周边企业等。

液态制冷剂接收联箱连通另一液态制冷剂节流阀组，该液态制冷剂节流阀组连通次流制冷剂稳压联箱21，次流制冷剂稳压联箱和吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱之间安装其它流体蒸发冷却器22，其它流体蒸发冷却器内安装其它流体换热管23，其它流体换热管一端与次流制冷剂稳压联箱连通，另一端与吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱连通，其它流体蒸发冷却器的进口连通高温流体进液管24，其它流体蒸发冷却器的出口连通低温流体出液管25。

主蒸发凝汽器内设有换热腔13，主蒸发凝汽器两侧分别设有液态制冷剂进口腔14和气态制冷剂出口腔15，换热腔底端设有热井16，换热腔内安装若干均热隔板17，制冷剂蒸发管安装在换热腔内，制冷剂蒸发管竖向倾斜设置，制冷剂蒸发管下端与液态制冷剂进口腔下端连通，制冷剂蒸发管上端与气态制冷剂出口腔上端连通，制冷剂蒸发管倾斜设置。液态制冷剂进口腔上端和气态制冷剂出口腔上端之间连通流场布置管18，流场布置管包括螺旋段19、分别设置在螺旋段两端的两连接段20，一连接段与液态制冷剂进口腔连通，另一连接段与气态制冷剂出口腔连通，螺旋段螺旋设置，螺旋段的螺旋直径从中间向两端逐渐增加，流场布置管的管径从与液态制冷剂进口腔连通端向另一端逐渐增加；流场布置管置于换热腔内上部位置。换热腔的容积大于液态制冷剂进口腔和气态制冷剂出口腔的容积之和，液态制冷剂进口腔容积小于气态制冷剂出口腔容积。换热腔上端设有与汽轮机乏汽口相连的排汽颈。

液态制冷剂节流阀组包括节流阀体26、阀芯27、汇流环28，节流阀体内设有阀腔29，阀芯适配安装在阀腔内，阀芯上连接阀杆30，阀杆可升降调节安装在节流阀体上，阀芯外壁上设有节流环槽31，节流阀体下端设有进液口，汇流环上设有出液口，阀芯下端设有节流孔32，节流孔呈t形结构，节流孔连通到节流环槽，阀腔内壁上节流环槽上方和下方位置均设有上下布置的若干圈通液孔33，通液孔和汇流环之间连通节流管34。阀芯外壁上节流环槽的上方和下方位置均套装有活塞环35。

主蒸发凝汽器出液口和换热器连通的管道上安装主凝结水泵12。循环水管上安装加热器36，该加热器为低压加热器，加热器内安装加热管37，加热管与循环水管连通，加热器上设有蒸汽进口38和排水口39，蒸汽进口用于通蒸汽对加热管内液体进行加热。

吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱、压缩后高温高压气态制冷剂接收联箱、液态制冷剂接收联箱、主流制冷剂稳压联箱、次流制冷剂稳压联箱均为封闭的箱体结构。

一种新型电厂冷端余热循环利用系统的余热利用方法，汽轮机乏汽口排出的蒸汽流入主蒸发凝汽器内，对制冷剂蒸发管进行加热，使制冷剂蒸发管内的液态制冷剂转变成气态制冷剂流入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱内，吸热蒸发后的气态制冷剂含有巨大能量，气态制冷剂通过制冷压缩机组进行升温升压，以提高制冷剂的凝结温度，被封闭在系统内进行循环利用；高温高压的气态制冷剂流入换热器作为热源进行热交换，对低温回水管网流入换热器内的低温回水或主蒸发凝汽器排出流入换热器的冷凝水进行加热，换热器输出高温水到高温水用户管网供用户使用，进行制热输出，服务电厂回热系统和周边城市或小区；经过换热器加热后的冷凝水送入循环水管供汽轮发电机组循环使用；经过热交换后的制冷剂变成液态送入液态制冷剂接收联箱，经过液态制冷剂节流阀组进行节流降压后分别流入主流制冷剂稳压联箱和次流制冷剂稳压联箱进行稳压，当主蒸发凝汽器的制冷剂蒸发管内的制冷剂吸热蒸发获取能量后，主流制冷剂稳压联箱内的制冷剂自动流过来补充，形成制冷剂的循环利用；将需要冷却的热流体通过高温流体进液管输送到其它流体蒸发冷却器内，进行热交换冷却后输出低温冷流体到低温流体出液管，进行制冷输出，服务周边城市或小区，液态制冷剂变成气态送入吸热蒸发后气态制冷剂接收联箱，其它流体蒸发冷却器的其它流体换热管内的制冷剂蒸发吸能后，次流制冷剂稳压联箱内的制冷剂自动流过来补充。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。