一种给水加热系统混合工质的回收利用装置及方法

本发明涉及发电设备技术领域，特别涉及一种给水加热系统混合工质的回收利用装置及方法。

背景技术：

能源长时间内维持着以煤炭为主，其他能源形式为辅供给方式；粗放型的煤炭利用方式，导致能量利用效率较低。超临界水煤气化发电技术利用超临界水作为反应介质，可以实现煤的热分解、气化和分离净化等过程在同一容积中进行，煤炭完全气化后产生超临界水、co2和h2混合工质。煤炭气化反应后将氢气分离获得超临界水蒸汽和co2混合工质，再进入汽轮机中进行热功转化发电。

为了提高超临界水煤气化发电技术的热经济性，采取蒸汽动力循环中给水加热方法来降低锅炉烟气与水的换热温差；具体方法如下：从汽轮机抽取部分已做功的超临界水蒸汽/co2混合工质，在给水加热器中放热，加热给水，减少液态区低温水的吸热，提高水的平均吸热温度，使超临界水煤气化发电循环热效率增大。在给水加热器中放热后，超临界水蒸汽/co2混合工质中的水蒸汽凝结为液态水，混合工质转变为气液两相态混合工质。

目前的现有技术是直接将给水加热系统排出的混合工质输送至发电系统的凝汽器中，并在凝汽器中通过抽吸方式分离出co2气体，其存在以下问题包括：

(1)在给水加热系统降温后的气液两相态混合工质仍具有较高温度，该部分余热没有回收利用；

(2)凝汽器抽吸分离co2气体过程中造成大量水蒸汽损失，故超临界水煤气化发电循环需要大量补水。

综上所述，若给水加热系统降温后的混合工质能够被高效回收利用，则能够有效节省生产成本，提高经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种给水加热系统混合工质的回收利用装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的装置，能够循环利用给水加热系统疏水，并实现co2气体余热梯级回收，可减少发电机组混合工质抽汽量与补水量，有效节省生产成本，能够解决现存的浪费水资源及co2气体余热的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种给水加热系统混合工质的回收利用装置，包括：

高压加热器，所述高压加热器设置有进水口、出水口、工质进口、工质出口；所述高压加热器的工质进口用于从超临界水煤气化汽轮机高压缸获取高压混合工质；

中压加热器，所述中压加热器设置有进水口、出水口、第一工质进口、工质出口；所述中压加热器的第一工质进口用于从超临界水煤气化汽轮机中压缸获取中压混合工质，所述中压加热器的出水口与所述高压加热器的进水口相连通；

低压加热器，所述低压加热器设置有进水口、出水口、第一工质进口、工质出口；所述低压加热器的第一工质进口用于从超临界水煤气化汽轮机低压缸获取低压混合工质，所述低压加热器的出水口与所述中压加热器的进水口相连通，所述低压加热器的进水口用于通入凝结水；

高压分离器，所述高压分离器设置有工质进口、气体出口和液体出口；所述高压分离器的进口与所述高压加热器的工质出口相连通，所述高压分离器的液体出口与所述高压加热器的出水口相连通；

中压分离器，所述中压分离器设置有工质进口、气体出口和液体出口；所述中压分离器的进口与所述中压加热器的工质出口相连通，所述中压分离器的液体出口与所述中压加热器的出水口相连通；

低压分离器，所述低压分离器设置有工质进口、气体出口和液体出口；所述低压分离器的进口与所述低压加热器的工质出口相连通，所述低压分离器的液体出口与所述低压加热器的出水口相连通。

本发明的进一步改进在于，所述中压加热器设置有第二工质入口；所述高压分离器的气体出口与所述中压加热器的第二工质入口相连通。

本发明的进一步改进在于，所述低压加热器设置有第二工质入口；所述中压分离器的气体出口与所述低压加热器的第二工质入口相连通。

本发明的进一步改进在于，还包括：气体收集装置，所述气体收集装置的进口与所述低压分离器的气体出口相连通。

本发明的进一步改进在于，高压混合工质、中压混合工质、低压混合工质均为包括co2气体和水蒸气的混合工质。

本发明的进一步改进在于，还包括：气体收集装置，所述气体收集装置的进口与所述高压分离器、中压分离器、低压分离器的气体出口相连通。

本发明的一种给水加热系统混合工质的回收利用方法，基于本发明上述的装置，包括以下步骤：

将凝结水依次输送至给水加热系统的高压加热器、中压加热器和低压加热器；在超临界水煤气化汽轮机高压缸、中压缸和低压缸分别抽取部分高压混合工质、中压混合工质和低压混合工质；高压混合工质、中压混合工质和低压混合工质分别通入高压加热器、中压加热器和低压加热器；

混合工质在加热器中与凝结水进行换热，混合工质中的水蒸气凝结为液态水；

co2气体与液态水的气液混合物在分离器中分离，液态水形成的疏水从分离器的液体出口流出，co2气体从分离器的气体出口排出。

本发明的进一步改进在于，还包括：将高压分离器排出的co2气体输入中压加热器中继续换热。

本发明的进一步改进在于，还包括：将中压分离器排出的co2气体输入低压加热器中继续换热。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的装置，能够循环利用给水加热系统疏水，并实现co2气体余热梯级回收，可减少发电机组混合工质抽汽量与补水量，有效节省生产成本；其中，按照能量梯级利用原理，能够回收co2气体显热，减少汽轮机抽汽量，增加汽轮机做功能力，节能效果明显；另一方面由于设置了气液分离器，大部分加热器产生的疏水能够被重新输入系统中循环利用，能够减少发电系统的补水量，可有效节省生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种给水加热系统混合工质的回收利用装置的结构示意图；

图1中，1、高压混合工质进气管；2、中压混合工质进气管；3、低压混合工质进气管；4、高压加热器出水管；5、高压加热器；6、高压加热器进水管；7、中压加热器；8、中压加热器进水管；9、低压加热器；10、低压加热器进水管；11、高压分离器疏水管；12、高压分离器进口管；13、高压分离器；14、高压分离器排气管；15、中压分离器疏水管；16、中压分离器进口管；17、中压分离器；18、中压分离器排气管；19、低压分离器疏水管；20、低压分离器进口管；21、低压分离器；22、低压分离器排气管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种给水加热系统混合工质的回收利用装置，包括：高压混合工质进气管1、中压混合工质进气管2、低压混合工质进气管3、高压加热器出水管4、高压加热器5、高压加热器进水管6、中压加热器7、中压加热器进水管8、低压加热器9、低压加热器进水管10、高压分离器疏水管11、高压分离器进口管12、高压分离器13、高压分离器排气管14、中压分离器疏水管15、中压分离器进口管16、中压分离器17、中压分离器排气管18、低压分离器疏水管19、低压分离器进口管20、低压分离器21、低压分离器排气管22。

其中，高压混合工质进气管1、中压混合工质进气管2、低压混合工质进气管3分别与高压加热器5、中压加热器7、低压加热器9的上端进口相连通；低压加热器进水管10、低压加热器9、中压加热器进水管8、中压加热器7、高压加热器进水管6、高压加热器5和高压加热器出水管4从右至左依次连通；高压分离器进口管12连接高压加热器5的下端出口与高压分离器13左端进口，高压分离器疏水管11连接高压分离器13下端疏水出口与高压加热器出水管4，高压加热器出水管4另一端与外部超临界水气化炉相连通，高压分离器排气管14连接高压分离器13上端气体出口和中压加热器7下端进气口；中压分离器进口管16连接中压加热器7的下端出口与中压分离器17左端进口，中压分离器疏水管15连接中压分离器17下端疏水出口与中压加热器出水管6，中压分离器排气管18连接中压分离器17上端气体出口和低压加热器9下端进气口；低压分离器进口管20连接低压加热器9的下端出口与低压分离器21左端进口，低压分离器疏水管19连接低压分离器21下端疏水出口与低压加热器出水管8，低压分离器排气管22连接外部co2气体收集装置。

本发明实施例的上述装置，按照能量梯级利用原理，针对三种不同压力等级(0.5～1.5mpa、1.5～5mpa、5～15mpa)的混合工质，设置了高、中、低压加热器，在混合工质分别加热进水管内部给水后，水蒸气组分凝结为液态疏水，与不凝性co2气体组成气液两相混合物；设置了高、中、低压分离器，实现不同压力等级气液混合物深度分离，提升了分离效率，可去除疏水中85％～90％不凝性co2气体；改进了疏水管连接外部凝汽器的结构，本装置中分离器疏水管直接连通加热器进水管，利用凝结疏水压力向系统输送疏水，大幅缩短了管道长度，实现疏水重复利用，减少了发电系统的补水量，可有效节省生产成本。另一方面，本装置在高压分离器、中压加热器及中压分离器、低压加热器之间设置了均设置了分离器排气管，利用分离器排出的气体分别加热中压、低压回热器进水，实现不凝性co2气体的余热梯级利用，可回收co2气体显热，减少汽轮机抽汽量，增加汽轮机做功能力，节能效果明显。

本发明实施例的一种给水加热系统混合工质的回收利用方法，包括以下步骤：

将凝结水输送至给水加热系统换热器中，所述给水加热系统换热器包括高压加热器、中压加热器和低压加热器，在汽轮机高压缸、中压缸和低压缸分别抽取部分混合工质，所述混合工质包括co2气体和水蒸气，高压混合工质、中压混合工质和低压混合工质分别通入高压加热器、中压加热器和低压加热器，温度较高的混合工质在每个加热器中与温度较低的凝结水进行换热，降温后混合工质内部水蒸气凝结为液态水，co2气体与液态水的气液混合物在分离器中分离，液态水形成的疏水从分离器下端出口流出，排入至加热器出水管中，co2气体则从分离器上端出口排出。高压分离器排出的高压co2气体流入中压加热器中继续换热，中压分离器排出的中压co2气体流入低压加热器中继续换热，低压分离器排出的低压co2气体直接排入大气中。

根据本发明实施例的技术方案，本发明将给水加热系统的液态水与co2通过分离器分离，将疏水输送至系统中循环利用，同时对co2气体余热进行了梯级利用，充分回收高压与中压co2气体的余热。

综上所述，本发明公开了一种给水加热系统混合工质回收利用方法及装置，在高压给水加热器降温后的高压混合工质经气液分离器得到高压co2气体和高压疏水，高压疏水利用压力差自流到高压加热器出水管中，实现疏水循环利用，再利用高压co2气体加热中压给水加热器的给水，实现co2气体余热回收利用。降温后的中压混合工质以相同方式回收中压疏水及中压co2气体余热。本发明包括高、中、低压给水加热器及气液分离器以及附属管道，可实现co2气体余热梯级回收利用及疏水循环利用，从而降低系统补水量及汽轮机抽取混合工质耗量，节能效果明显。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。