一种火力发电厂余热综合利用系统的制作方法

本实用新型属于电站余热综合利用领域，是利用热泵回收循环水余热并加热凝结水及锅炉送风，利用锅炉高品质的排烟加热部分高压给水及凝结水的工艺流程，该工艺实现了汽轮机冷端余热的有效回收及锅炉排烟热量的逐级利用。

背景技术：

汽轮机循环水系统是汽轮机冷端的主要组成部分，循环水在凝汽器内冷却汽轮机排汽，在冷却塔内通过直接或间接的方式进行冷却，冷却后经循环水泵升压重新进行循环。它的功能是将冷却水(海水)送至凝汽器去冷却汽轮机排汽，以维持凝汽器的真空，使汽水循环得以继续。目前，循环水系统主要应用在直接水冷系统及间接空冷中。直接水冷系统是由凝汽器、冷却塔、拦污栅、循环水泵、出口液控蝶阀、循环水供水系统等组成。其系统基本流程为：冷却塔→循泵房前池→拦污栅→旋转滤网→循泵→出口电动蝶阀→供水管路→凝汽器→回水管路→冷却塔。间接空冷系统是指汽轮机排汽以水为中间介质，将排汽与空气之间的热交换分两次进行：一次为蒸汽与冷却水之间在凝汽器中换热；一次为冷却水和空气在空冷塔里换热。它主要由凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环水供水系统、循环水冷却单元及抽真空系统等组成，其中采用表面式凝汽器的为表凝式间接空冷，采用混合式凝汽器的为混凝式间接空冷。其系统基本流程为：冷却塔→循环水泵→出口电动蝶阀→供水管路→凝汽器→回水管路→间接空冷冷却单元。

汽轮机排汽所蕴含的热量经循环水带走，通过直接或间接的方式释放到环境中去，一般300MW超临近机组，主蒸汽焓值约为3500KJ/Kg，汽轮机排汽焓值约为2400KJ/Kg，排汽流量约为650t/h。凝结水焓值约为200-300KJ/Kg。从能源利用的角度来看，燃料燃烧发热量中只有40％左右转变为电能，凝汽式汽轮机的排汽蕴含着50％以上的热量，但该能量品质较低，很难被直接利用，只能通过水或空气直接排放到环境中，这不仅造成了能量的巨大浪费，也对环境造成了极大的影响。

锅炉的设计排烟温度大多在120--140℃，实际运行排烟温度一般还要略高些，而一部分燃用高硫煤和褐煤的电站锅炉排烟温度可达160℃甚至更高。锅炉效率约为88％--94％，在各种热损失中，排烟热损失占锅炉热损失的一半以上。如果能有效降低电站锅炉的排烟温度至70--90℃，锅炉效率将提高2-5个百分点，供电煤耗将下降2--6g/(kWh)。目前，运用最广泛的电站锅炉烟气余热利用方式是在空气预热器出口的尾部烟道内加装低温省煤器，利用电站锅炉的低温烟气加热汽轮机凝结水，节省部分汽轮机抽汽，增加机组出力，但该方案未实现对烟气的逐级利用，效率相对较低。

为增加水在锅炉内吸热过程的平均温度，降低换热温差引起的损，提高整个机组的效率，汽轮机排汽在冷端系统内冷却后，在进入锅炉前，需对其进行预加热。凝结水经凝结水泵升压，进入抽汽回热系统，其主要包括：抽汽管道、抽汽电动门、抽汽逆止门、低压加热器、除氧器及高压加热器、疏水管道等。该系统主要是利用汽轮机抽汽来加热凝结水及给水。从热能法的观点看，从汽轮机抽出的部分蒸汽未能继续在汽轮机内做功，在做内功量一定时增加了新汽耗量。

近几年，国内电力行业开始关注和研究汽轮机冷端系统优化，但大多数研究机构主要着眼于汽轮机冷端性能的监测和优化控制、凝汽器的污垢问题以、循环水二次滤网问题、空冷凝汽器提高散热效率、提高机组真空等方面，无法最大限度的利用汽轮机排汽所蕴含的热量。

随着热泵技术的不断成熟及单机容量的不断增大，热泵被越来越广泛的用在余热利用的各个领域。热泵是一种以蒸汽或燃料为驱动，将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。它由发生器101、冷凝器102、蒸发器103、吸收器104及换热器105等主要部件及溶液泵和工质泵等辅助部分组成，如图1所示。蒸汽或燃料在发生器内释放热量Qg,加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后经节流阀进入蒸发器，冷剂水经工质泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内的低温热源的热量Qe，使热源释放热量后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器，被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Qa,加热流经吸收器传热管内的冷水。冷水流经吸收器、冷凝器升温后，从热水出口排出。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种火力发电厂余热综合利用新工艺，综上所述，本实用新型设计新颖、节能效果明显，能有效回收汽轮机排汽余热，实现锅炉排烟的逐级利用，大幅提高汽轮机发电机组效率，降低发电煤耗，大幅减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，大幅降低全厂补水率，减少煤炭消耗，降低有害气体排放，具有极强的节能减排效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种火力发电厂余热综合利用系统，包括汽轮机，与汽轮机相连通的两个热泵，两个热泵通过凝结水泵连通至1#低压加热器，其中一个1#热泵通过循环管道连通低温省煤器、2#低压加热器和1#低压加热器构成回路，低温省煤器并依次连通3#低压加热器、除氧器至给水泵；低温省煤器一路与另一个2#热泵共同连通至空气预热器，空气预热器经省煤器连通至锅炉；低温省煤器另一路经中温省煤器连通省煤器至锅炉；

给水泵分别经管道连通中温省煤器和高压加热器至省煤器连通到锅炉。

进一步,所述汽轮机通过排汽管道和汽轮机抽汽至热泵供汽管道分别连通1#热泵和2#热泵。

进一步,所述1#热泵和2#热泵分别通过1#、2#热泵驱动蒸汽疏水管道和1#、2#热泵凝结水管路共同连通凝结水管至凝结水泵。

进一步,所述1#热泵通过凝结水出热泵管路连通低温省煤器至2#低压加热器、通过凝结水至热泵进水管路连通1#低压加热器和2#低压加热器构成回路。

进一步,所述低温省煤器通过引风机连通至烟囱。

进一步,所述2#热泵通过送风机出口管道连通送风机。

进一步,所述汽轮机抽汽至热泵供汽管道、排汽管道、1#、2#蒸汽疏水管道、热泵凝结水管路、1#、2#凝结水管路、凝结水出热泵管路、凝结水至热泵进水管路、送风机出口管道、给水泵连通中温省煤器的管路、低温省煤器连通中温省煤器的管路、中温省煤器连通省煤器的管路上分别设有阀门。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、设计新颖。该设计的主要特点是将汽轮机排汽直接引入热泵，利用汽轮机抽汽的高压蒸汽驱动热泵，吸收汽轮机排汽汽化潜热，将凝结水进行加热，可降低低压加热器抽汽量，提高汽轮机效率。在常规回转式空气预热器前加装热泵，利用热泵吸收汽轮机排汽汽化潜热，来加热锅炉送风，提高空预器入口送风温度，减少空预器所需烟气量；将所减少的烟气，用于对锅炉给水进行预加热，以降低高压加热器所需抽汽量，节省较高级的汽轮机抽汽，从而实现更好的节能效果。

2、节能效果明显。该设计利用热泵可将低温热源向高温热源泵送热量的特性，将汽轮机排汽余热充分利用，不仅减少了汽轮机排汽的损失、更对锅炉尾部受热面布置进行了调整，实现了锅炉排烟的逐级利用，大幅减少了汽轮机回热系统的抽汽量，减轻了对环境的热污染。该设计可以大幅提高汽轮机发电机组效率，降低发电煤耗，减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，实现锅炉排烟的逐级利用，具有极强的节能减排效果。

3、大幅降低全厂补水率。直接水冷机组最主要的用水为循环水系统补水，由于该新设计系统彻底取消了循环水系统，可大幅降低因循环水损失造成的水资源的浪费。

4、节约用煤量。煤炭在燃烧时，释放出的热量被锅炉内水吸收产生蒸汽，经管道进入换热器，锅炉效率越高煤炭的利用率越高。热泵在投入运行后，回收了大量的热量，可减少锅炉出力，节约大量的煤炭。据估算300MW机组，每年可节约煤炭12万吨左右。

5、减少有害气体排放。煤炭在燃烧的过程中，会释放出大的废气，按照每吨煤排放CO2 2.62吨，SO2 8.5kg NOx 7.4kg计算[13]，每年可减少CO2排放42万吨，减少SO2排放12吨,减少NOx排放12吨。

本实用新型设计新颖、节能效果明显，能有效回收汽轮机排汽余热，实现锅炉排烟的逐级利用，大幅提高汽轮机发电机组效率，降低发电煤耗，大幅减少现有汽轮机排汽造成的冷端损失，减少煤炭消耗，降低有害气体排放，具有极强的节能减排效果。

附图说明

图1热泵工作原理示意图；

图2为本实用新型结构示意图。

附图标记说明：101—发生器；102—冷凝器；103—蒸发器；104—吸收器；105—换热器。

1-汽轮机；2-1#热泵；2’-2#热泵；3-锅炉；4-排汽管道；5/5’-1#、2#汽轮机排汽至热泵进汽门；6-汽轮机抽汽至热泵供汽管道；7-汽轮机抽汽至热泵供汽逆止门；7’-辅助蒸汽至热泵供汽逆止门；8’-辅助蒸汽至热泵供汽电动门；8-汽轮机抽汽至热泵供汽电动门；9/9’-1#、2#热泵驱动蒸汽进气截止阀；10/10’-1#、2#热泵驱动蒸汽疏水管道；11/11’-1#、2#热泵驱动蒸汽疏水电动门；12/12’-1#、2#热泵凝结水管路；13/13’-1#、2#热泵凝结水排水电动门；14-凝结水箱；15-凝结水泵；16-凝结水出口管道；17-1#低压加热器；18-1#低压加热器进口电动门；19-凝结水至热泵进水管路；20-凝结水进热泵电动截止阀；21-凝结水出热泵管路；22-凝结水出热泵电动截止阀；23-低温省煤器；24-2#低压加热器；25-2#低压加热器出口电动门；26-3#低压加热器；27-除氧器；28-给水泵；29-中温省煤器进水管路；30-中温省煤器；31-中温省煤器进水电动截止阀；32-中温省煤器出水电动截止阀；33-高压加热器；34-高压加热器出水管路；35-省煤器进水管路；36-省煤器；37-省煤器出口至空预器排烟管道；38-空气预热器；39-空预器出口排烟管道；40-省煤器出口至中温省煤器排烟管道；41-中温省煤器入口挡板；42-中温省煤器出口挡板；43-中温省煤器出口排烟管道；44-低温省煤器排烟管道；45-引风机；46-烟囱；47-送风机；48-送风机出口管道；49-送风机至热泵入口挡板；50-送风机至热泵出口挡板；51-热泵旁路挡板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图2所示，本实用新型火力发电厂余热综合利用系统，包括汽轮机1，与汽轮机1相连通的两个热泵2、2’，两个热泵2、2’通过凝结水泵15连通至1#低压加热器17，其中一个1#热泵2通过循环管道连通低温省煤器23、2#低压加热器24和1#低压加热器17构成回路，低温省煤器23并依次连通3#低压加热器26、除氧器27至给水泵28；低温省煤器23一路与另一个2#热泵2’共同连通至空气预热器38，空气预热器38经省煤器36连通至锅炉3；低温省煤器23另一路经中温省煤器30连通省煤器36至锅炉3；给水泵28分别经管道连通中温省煤器30和高压加热器33至省煤器36连通到锅炉3。

其中，汽轮机1通过排汽管道4和汽轮机抽汽至热泵供汽管道6分别连通1#热泵2和2#热泵2’。1#热泵2和2#热泵2’通过1#、2#热泵驱动蒸汽疏水管道10/10’和1#、2#热泵凝结水管路12/12’共同连通凝结水箱14至凝结水泵15。

其中，1#热泵2通过凝结水出热泵管路21连通低温省煤器23至2#低压加热器24、通过凝结水至热泵进水管路19连通1#低压加热器17和2#低压加热器24构成回路。低温省煤器23通过低温省煤器排烟管道44经引风机45连通至烟囱46。2#热泵2’通过送风机出口管道48连通送风机47。

其中，汽轮机抽汽至热泵供汽管道6上设有汽轮机抽汽至热泵供汽逆止门7、汽轮机抽汽至热泵供汽电动门8和1#、2#热泵驱动蒸汽进气截止阀9、9’；汽轮机抽汽至热泵供汽管道6上还设有一个辅助支路，设有辅助蒸汽至热泵供汽逆止门7’、辅助蒸汽至热泵供汽电动门8’；排汽管道4上设有1#、2#汽轮机排汽至热泵进汽门5、5’；1#、2#热泵驱动蒸汽疏水管道10、10’和1#、2#热泵凝结水管路12、12’上分别设有1#、2#热泵驱动蒸汽疏水电动门11、11’和1#、2#热泵凝结水排水电动门13、13’；凝结水出热泵管路21上设有凝结水出热泵电动截止阀22，2#低压加热器24上设有2#低压加热器出口电动门25；凝结水至热泵进水管路19上设有凝结水进热泵电动截止阀20，凝结水泵15经凝结水出口管道16连通1#低压加热器17，1#低压加热器17上设有1#低压加热器进口电动门18；送风机出口管道48上设有送风机至热泵入口挡板49、热泵旁路挡板51和送风机至热泵出口挡板50，给水泵28连通中温省煤器30的中温省煤器进水管路29上设有中温省煤器进水电动截止阀31，低温省煤器23连通中温省煤器30的中温省煤器出口排烟管道43上设有中温省煤器出口挡板42，中温省煤器30连通省煤器36的省煤器进水管路35上设有中温省煤器出水电动截止阀32，和省煤器出口至中温省煤器排烟管道40上设有中温省煤器入口挡板41。

本系统的工作原理如下：

实际使用时，凝结水泵启动前，先向凝结水箱14补水至正常水位，启动凝结水泵，凝结水走再循环，当凝结水泵运行稳定后，逐渐开启待投运1#热泵2凝结水进热泵电动截止阀20、凝结水出热泵电动截止阀22，关闭凝结水至1#低压加热器进口电动门18、2#低压加热器出口电动门25。辅助蒸汽压力大于0.4MPa后，开启辅助蒸汽至热泵供汽逆止门7’，微开辅助蒸汽至热泵供汽电动门8’，微开1#热泵2的1#热泵驱动蒸汽进气截止阀9，开启1#热泵驱动蒸汽疏水电动门11，对辅助蒸汽至热泵供汽管路进行暖管。汽轮机启动前，全开汽轮机排汽至1#热泵2的1#汽轮机排汽至热泵进汽门5及1#热泵凝结水排水电动门13，开启2#汽轮机排汽至热泵进汽门5’及2#热泵凝结水排水电动门13’。汽轮机启动后，全开辅助蒸汽至热泵供汽电动门8’及2#热泵驱动蒸汽疏水电动门11’。微开待投运2#热泵2’送风机至热泵入口挡板49、送风机至热泵出口挡板50,关小热泵旁路挡板51；开启辅助蒸汽至2#热泵2’的2#热泵驱动蒸汽进气截止阀9’及热泵驱动蒸汽疏水电动门11’，启动2#热泵2’。当空预器入口送风温度逐渐上升时，微开给中温省煤器进水电动截止阀31及中温省煤器出水电动截止阀32，微开中温省煤器入口挡板41，微开中温省煤器出口挡板42。当空预器出口温度大于2#低压加热器24出口温度10℃以上时，全开凝结水至热泵进出水电动截止阀，关小1#低压加热器进口电动门18、2#低压加热器出口电动门25。

当机组负荷升高时，汽轮机抽汽至热泵供汽管路(6)压力达到0.4MPa后，将热泵驱动汽源逐渐从辅助蒸汽切换至汽轮机抽汽。当机组负荷下降时，汽轮机抽汽至热泵供汽管路(6)压力达到低于0.4MPa后，将热泵驱动汽源逐渐从汽轮机抽汽切换至辅助蒸汽。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。