专利名称：一种回收热电厂凝汽余热的蒸汽喷射式热泵供热系统的制作方法
技术领域：
本发明属于回收热电厂抽汽供热机组凝汽余热的热泵供热系统领域，特别是 一种能够利用高压供热蒸汽通过喷射器抽取汽轮机凝气的回收热电厂凝汽余热 的蒸汽喷射式热泵供热系统。
背景技术：
近几年，随着热泵技术的日趋成熟和发展，各种热泵供热技术在我国得到了 普遍的推广应用。热泵是一种利用高位能使低位热源流向高位热源的装置，热泵 所供给的热量(即高位热源所获得的热量)是消耗的高位能与从低位热源吸取的 热量的总和，因此采用热泵装置可以充分利用低品位能量而节约高品位能量。目前，热电联产中的蒸汽供热系统高品质蒸汽低品质使用的现象还比较普 遍，热电厂生产的不少中压蒸汽因工艺上或公用设施上无法利用而放空或者降压 使用，造成了能源贬值和浪费。而电厂在各个生产环节中还产生相当数量的低压 蒸汽被弃之不用，例如为了保证低压缸的冷却，必须要有一定的蒸汽量通过低压 缸，以便带走因鼓风摩擦损失所产生的热量，这部分汽轮机凝汽中的热量占热电 联产机组输入总能量的15%以上， 一般通过循环冷却水经过冷却塔直接排放到 环境，因而造成巨大的能源浪费。蒸汽喷射器是提高流体压力而不直接消耗机械能的设备，因其结构简单可 靠、运转费用低廉而得到广泛应用，如真空系统、制冷循环、火箭和喷气飞机的 推进系统、乃至核电厂的核心冷却系统。喷射器在电厂内以及跟供热相关的领域 也有普遍的应用，包括电厂中用于回收除氧器废汽的蒸汽喷射器，集中供热系统 用户入口的水喷射器等。发明内容针对上述问题，本发明的目的是提供一种回收热电厂凝汽余热的蒸汽喷射式 热泵供热系统，充分利用热电厂内已有的供热蒸汽作为高压气源，通过喷射器引 射汽轮机乏汽，将原本排放到环境中的蕴含于乏汽中的低品位热量回收用于直接 向热网供热。从而可以提高热电厂的综合能源利用效率。本发明的技术方案如下一种用于回收热电厂汽轮机凝汽余热的蒸汽喷射式热泵供热系统，其特征在于所述供热系统由蒸汽轮机、发电机、蒸汽喷射器、 循环水泵、热网换热器、凝气器、节流装置组成，其中，蒸汽轮机与发电机连接， 在蒸汽轮机尾部出口与凝汽器之间用蒸汽管路连接，所述蒸汽管路为低压蒸汽管 路，在所述低压蒸汽管路上增加旁通管路与蒸汽喷射器的引射入口连通；蒸汽轮 机、蒸汽喷射器和热网换热器通过蒸汽管路连接，所述蒸汽管路为高压蒸汽管路， 在蒸汽喷射器和汽轮机之间设置有节流阀，高压蒸汽通过喷射器加速降压后，将 汽轮机凝汽即乏汽从引射入口巻吸至喷管内的混合室，混合后的低压高速蒸汽再 经过喷射器扩散段减速压縮后排出至热网换热器，混合蒸汽通过热网换热器加热 热网回水，放热后的凝结水进入热电厂的回水系统，通过循环水泵完成热电联产 机组的热力循环。当额定最大供热抽汽流量未能引射全部的汽轮机乏汽时，乏汽通过凝汽器后 的凝结水与热网换热器出口的凝结水汇合后进入热电厂的回水系统，完成热电联 产机组的热力循环。引射低压凝汽的工作蒸汽量由高压蒸汽管路及其旁通管路上的节流装置控 制，其余供热抽汽经过原蒸汽管路即旁通管路直接供热。本发明的效果是能够回收热电厂内汽轮机乏汽中的废热用于直接向热网供 热。装置的结构特点在于电厂内原本用于供热的蒸汽经过高压蒸汽管路被输送 到喷射器入口，在喷射器的喷管内加速减压，形成高速低压气流；电厂内汽轮机 乏汽通过低压蒸汽管路采用旁通连接方式接至喷射器的相应入口，被工作蒸汽 (高压供热蒸汽)巻吸进混合室，两股蒸汽在迅速完成热量以及动量交换后，形 成状态均匀的混合蒸汽，再经过蒸汽喷射器的扩散段混合蒸汽减速压縮到一定的 背压后(压力介于供热抽汽与低压凝汽之间)排往热网换热器用于加热热网回水。 在热网换热器中放热完毕后混合蒸汽凝结水进入热电厂原有的回水系统，通过循 环水泵被送回锅炉的给水管路，重新被加热成为高温高压蒸汽，在热电联产机组 中循环。由于在喷射器中，低压蒸汽被压縮，提高了压力和温度，即提高了能级；而 高压的工作蒸汽由于其压力、温度降低，其能级有所降低。从工程热力学的观点， 可以认为喷射器中发生的是绝热混合过程，因此它是一个熵增过程，即能量贬值 过程。从这一角度看，该技术同简单的不同压力等级的蒸汽混合有相似之处，但 是蒸汽喷射压縮技术又不同于简单的两种压力等级的蒸汽混合，该技术是用高压 蒸汽把低压蒸汽压縮到合适的参数下供工艺使用，这个参数介于低压蒸汽与高压 蒸汽之间。另外，从安全运行的角度考虑汽轮机尾部乏汽排放口必须保持一个稳 定的较低压力P!，通常的数值为接近真空的绝对压力0.002 0.010MPa，为了不恶化汽轮机尾部的真空，也决不允许将低压乏汽管路中的低压蒸汽与供热抽汽管 路中的高压蒸汽直接混合。喷射系数U是衡量蒸汽喷射器性能的一个重要指标，其定义为lkg工作蒸汽 所能引射的冷蒸汽量，即在一定工况下，单位质量的工作蒸汽通过喷射器所能抽 吸的引射流体(被抽气体)的量，在数值上等于引射流体的质量流量与工作流体的 质量流量之比。喷射系数U的大小直接影响到蒸汽喷射式热泵的性能系数COP。 喷射器中两股蒸汽在混合过程虽然存在"火用"损失，但由于回收了大量原本白 白浪费掉的乏汽，增加了可使用能量的数量，在特定场合，不失为一项有效的节 能措施。不同于传统意义上的压縮式热泵或者吸收式热泵供热系统，本发明所提出的 蒸汽喷射式热泵供热系统利用原本直接用于供热的较高压蒸汽通过喷射器引射 低压蒸汽(比如汽轮机乏汽)后形成的中压混合蒸汽进入热网换热器加热热网回 水，从而实现低温汽轮机乏汽中废热量的回收，使能源得到梯级有效利用。本发明相比现有的水源热泵技术具有以下优点及突出性效果1、蒸汽喷射式 热泵的运行不对热电厂原有机组运行造成任何影响；2、蒸汽喷射式热泵供热系 统无机械运转部件，设备制造简单，占地面积小，无需专设定员操作；3、增强 了换热器的换热效果，并可使蒸汽冷凝水从换热设备中畅通排出，充分利用了换 热面积，加强热介质的扰动，起到了强化传热的作用。下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1为典型的单级蒸汽喷射器的结构简图；图2为本发明的在热电厂冬季供热抽汽工况下的流程连接示意图。 图中标号l一蒸汽轮机；2 —发电机；3 —蒸汽喷射器；4一循环水泵； Exl—热网换热器； Ex2 —凝气器；Vl—工作蒸汽管路节流阀；V2 —供热抽汽管路节流阀；Ph—供热蒸汽压力； Pt —乏汽压力；Po—混合室内混合蒸汽压力；Pm—喷射器出口混合蒸汽压力；
具体实施方式
参看附图1，图1为典型的单级蒸汽喷射器的结构简图，根椐喷射器的工 作原理工作蒸汽(压力为Ph的较高压力的蒸汽)经过喷射器中的喷管加速形成高速乃至超音速射流，而引射流体(压力为P,的低压汽轮机乏汽)则被高速 射流巻吸至混合室，在那里进行速度均衡与动量(热量)传递，同时还伴随着压 力的升高，继而逐渐形成一股单一均匀的混合蒸汽(压力为Po的中压蒸汽， P^P0〈Pk)。混合蒸汽从混合室出来进入扩散段，压力将继续升高到Pm(P^Po〈Pm <Pk)。在扩散段出口处，混合蒸汽的压力Pm高于进入混合室引射蒸汽的压力 Pp从而实现了将引射蒸汽的压力提升用于压力较高的场合，蒸汽喷射器不直接 消耗机械能，没有旋转部件，结构简单，运行可靠。参看附图2，图2为本发明在热电厂冬季供热抽汽工况下的流程连接示意图。 锅炉主蒸汽进入蒸汽轮机1后带动发电机2发电，同时在蒸汽轮机1中段某处抽取压力为Ph的供热蒸汽，全部或部分供热蒸汽通过高压蒸汽管路进入喷射器3， 通过喷射器3内的喷管加速减压，形成高速气流。进入喷射器的供热蒸汽量可以 由工作蒸汽管路节流阀VI和供热抽汽管路节流阀V2来控制。锅炉主蒸汽在蒸 汽轮机1做功(发电)和抽汽供热完成以后，压力为P,的乏汽通过汽轮机尾部 排出，在低压蒸汽管路中通过旁通连接方式接入喷射器引射入口。压力为P,汽 轮机乏汽被减压加速后的工作蒸汽巻吸入混合室，两股蒸汽在迅速完成热量以及 动量交换后，形成状态均匀的压力为Po的混合蒸汽(PPPPP。，压力为Po的 混合蒸汽再经过蒸汽喷射器的扩散段混合蒸汽减速压縮到一定的背压Pm后 (Ph>Pm>Po)，排往热网换热器Exl用于加热热网回水。供热蒸汽未能引射全部 的汽轮机乏汽时，凝气器Ex2仍然可以起到冷却剩余汽轮机乏汽的作用，乏汽 经过乏汽凝汽管路进入凝汽器Ex2后放热后的冷凝水与热网换热器Exl出口的 凝结水汇合，进入热电厂的回水系统，通过循环水泵4被送回锅炉给水管路，重 新被加热成为高温高压蒸汽，在热电联产机组中循环。
权利要求
1、一种用于回收热电厂汽轮机凝汽余热的蒸汽喷射式热泵供热系统，其特征在于所述供热系统由蒸汽轮机、发电机、蒸汽喷射器、循环水泵、热网换热器、凝气器、节流装置组成，其中，蒸汽轮机与发电机连接，在蒸汽轮机尾部出口与凝汽器之间用蒸汽管路连接，所述蒸汽管路为低压蒸汽管路，在所述低压蒸汽管路上增加旁通管路与蒸汽喷射器的引射入口连通；蒸汽轮机、蒸汽喷射器和热网换热器通过蒸汽管路连接，所述蒸汽管路为高压蒸汽管路，在蒸汽喷射器和汽轮机之间设置有节流阀，高压蒸汽通过喷射器加速降压后，将汽轮机凝汽即乏汽从引射入口卷吸至喷管内的混合室，混合后的低压高速蒸汽再经过喷射器扩散段减速压缩后排出至热网换热器，混合蒸汽通过热网换热器加热热网回水，放热后的凝结水进入热电厂的回水系统，通过循环水泵完成热电联产机组的热力循环。
2、 根据权利要求1所述的用于回收热电厂汽轮机凝汽余热的蒸汽喷射式热泵 供热系统，其特征在于当额定最大供热抽汽流量未能引射全部的汽轮机乏汽时， 乏汽通过凝汽器后的凝结水与热网换热器出口的凝结水汇合后进入热电厂的回 水系统，完成热电联产机组的热力循环。
3、 根据权利要求1所述的一种用于回收热电厂汽轮机凝汽余热的蒸汽喷射式 热泵供热系统，其特征在于引射低压凝汽的工作蒸汽量由高压蒸汽管路及其旁 通管路上的节流装置控制，其余供热抽汽经过原蒸汽管路即旁通管路直接供热。
全文摘要
可以提高热电厂的综合能源利用效率的一种用于回收热电厂汽轮机凝汽余热的蒸汽喷射式热泵供热系统。技术方案是由蒸汽喷射器、高压蒸汽管路、低压蒸汽管路、节流装置和旁通连接管路组成。高压蒸汽通过喷射器引射较低压的汽轮机低温凝汽后再进入换热器加热热网回水，从而实现汽轮机低温凝汽中废热的回收。核心部件为蒸汽喷射器，高压的供热抽汽作为工作蒸汽在喷管中加速形成高速射流，而低压汽轮机凝汽作为被引射流体被卷吸至混合室，再经过蒸汽喷射器的扩散段混合蒸汽减速压缩到一定的背压后，排往热网换热器用于加热热网回水，一定背压的混合蒸汽在换热器中放热后凝结成水，返回到电厂的回水系统，完成热电联产机组的热力循环。
文档编号F22D11/00GK101240909SQ20081010222
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者林 付, 张世钢, 亿 江, 鹏 胡 申请人:清华大学