专利名称：一种利用余热供热的热电联产节能装置及节能方法
技术领域：
本发明属于能源技术领域，涉及一种利用热电联产余热供热、降低机组发电煤耗 的装置及其节能方法。
背景技术：
根据《世界能源导报》报道，我国能源形势严峻。中国人口占世界人口的20 %，人 均能源的资源占有量不到世界平均水平的一半。中国是一个能源结构以煤为主的国家，自 上世纪50年代开始发展以热电联产为主、锅炉房为辅的集中供热方式供应城市工业、民用 采暖。到本世纪集中供热已成为城市一项重要基础设施，在提高能源利用率、改善城市大气 环境质量、促进生产、方便群众等方面起到了重要作用。热电联产是将煤炭燃烧产生的较高品位热能转化为高品位电能，同时对于发电后 剩余的低品位热能加以利用的过程。在这个过程中，热电厂供热效率远高于采用其他方式 的集中供热。热电联产能将不同品位的热能分级利用，即高品位的热能用于发电，低品位 的热能用于集中供热。是热能和电能联合生产的一种高效能源生产方式，其热效率可达 80-90 %。与其他供热方式相比，热电联产集中供热具有能耗低，经济性好等特点，在资源配 置与环境保护上都具有明显优势。因此，热电联产是解决城市集中供热和提高电厂能源综 合利用率的有效途径。随着经济的持续快速增长和居民生活水平的日益提高，我国未来的工业和居民采 暖热力需求仍将保持快速增长趋势。到2010年，热电联产装机容量将在2005年的基础上 翻番，以满足不断增长的工业和居民采暖热力需求。热电联产集中供热的发展有助于实现 我国“十一五”的节能减排目标，做出积极的贡献。从中长期看，我国未来的热电联产仍然 存在着巨大的发展潜力。热电联产尽管热循环效率较纯凝式汽轮发电机组高出许多，但仍有一部分蒸汽 (俗称乏汽)虽然有较大热量，但品位太低(排汽压力P = O. 003-0. 013MPa,排汽温度 20-55°C)无法再加以利用。这部分蒸汽只有在凝汽器的高真空条件下，凝结为凝结水，并 与锅炉补给水一起再加热供给锅炉。蒸汽(乏汽)在凝汽器凝结时放出的汽化潜热，通过多根管子传给冷却水(循环 水)带走。这部分带走热量的冷却水，在冷却塔内被对流的空气冷却后再由循环水泵送入 凝汽器内循环使用。作为冷却介质的空气依靠冷却塔塔身的高度形成的自然抽吸力，自下而上的流 动。由凝汽器吸热后的循环水经水泵送到冷却塔上部通过配水槽喷淋下来，在下落过程中 被自下而上的空气流冷却。在进行热交换时，一部分循环水被蒸发而排到大气中，一部分循 环水受到周围环境的影响被风吹而损失掉，还有一部分循环水因多次循环浓缩而排污损失 掉。为了不减少凝汽器的冷却效果，因此对循环冷却水还需定期予以补充。其用水量可达 全厂用水量的60%以上，从而造成水资源的极大浪费。这部分循环水中的热量被空气带走而排到大气中，我们统称“被一直废弃的而可以利用的低位热能”。热电联产发电供热等企业按现有工艺将这部分可利用的废弃余热白白地排放到 周围环境(大气)中。通过测算，一台6(MW供热160t/h热电联产机组，每小时将排出可利 用废弃热量达4700万大卡；一台300MW供热550t/h热电联产机组，每小时将排出可利用废 弃热量达6000多万大卡。如何根据供热(特别是城市热网)需要，回收这些废弃的热能满足供热的需要，达 到节能之功效是本发明的目的。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种利用余热供热的热电 联产节能装置及方法，本发明能够减少冷源损失、提高综合热效率和电热比例、降低机组发 电煤耗。本发明的技术解决方案是本发明提供的一种利用余热供热的热电联产节能装置，包括蒸汽锅炉、汽轮机、发 电机、凝汽器、除氧器和冷却塔，所述汽轮机通过排汽缸与所述凝汽器连接，所述凝汽器与 所述冷却塔通过管路连接形成水路大循环；该装置还包括余热利用热水加热器，所述余热 利用热水加热器包括吸收式热泵和换热器，所述吸收式热泵的蒸汽进口通过管路与所述汽 轮机的抽汽口连接，所述吸收式热泵的进水端通过管路与热水管网的回水端连接，所述凝 汽器、所述吸收式热泵与所述冷却塔通过管路连接形成水路小循环；所述换热器的蒸汽进 口通过管路与所述汽轮机的抽汽口连接，所述换热器的进水端通过管路与所述吸收式热泵 的出水端连接，所述换热器的出水端通过管路与热水管网的进水端连接；所述换热器的疏 水与所述吸收式热泵的疏水汇合后与所述除氧器连接。本发明提供的一种利用余热供热的热电联产节能方法，包括以下步骤A、汽轮机通过排汽缸将乏汽废热排入凝汽器，凝汽器与冷却塔形成水路大循环， 所述乏汽里的汽化潜热在凝汽器里由冷却塔送来的冷却水对其冷凝形成凝结水；B、所述凝汽器、所述冷却塔与吸收式热泵形成水路小循环，通过管路将热水管网 的回水输送到所述吸收式热泵中，作为吸收式热泵的进水，所述吸收式热泵利用所述凝汽 器送来的循环水中的热量对进水加热，并将加热后的热水通过管路送入换热器中进一步加 热到需要的温度，所述换热器将升温后的高温热水送到热水管网的进水端，所述吸收式热 泵将失去热量的循环水送到所述冷却塔；C、所述汽轮机抽出的蒸汽分为两股，一股进入所述吸收式热泵，作为驱动蒸汽，另 一股进入所述换热器，作为热水进一步升温的热源，两股蒸汽经所述吸收式热泵和所述换 热器换热后凝结成疏水，两路疏水汇合后送入除氧器。进一步地，(1)若所述换热器出水端的水温小于设定温度，则首先增加所述吸收式 热泵的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量和水路小循环中所述吸收式热泵的循环水进口流 量，其次增加所述换热器的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量；(2)若所述换热器出水端的 水温大于设定温度，则首先减少所述换热器的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量，其次减少 所述吸收式热泵的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量和水路小循环中所述吸收式热泵的循 环水进口流量。
本发明与现有技术相比具有如下优点(1)本发明由余热利用热水加热器代替现有技术中的表面式热网加热器，增加吸 收式热泵与凝汽器、冷却塔之间的水路小循环，吸收式热泵利用凝汽器送来的循环水中的 热量对供热管网(也即热水管网)的回水加热，再将加热后的回水送回供热管网，进而供热 管网向外供热。不但有效利用了循环水中的热量，而且减少了加热蒸汽与供热管网中回水 的温差造成的传热不可逆损失。(2)本发明的吸收式热泵由汽轮机抽出的蒸汽驱动，有效利用了循环水中的热量 加热供热管网中的回水，从而减小了从汽轮机抽取的蒸汽，使得继续在汽轮机内做功的蒸 汽量增加，进而增加了发电量，提高机组效率。同等热量消耗的情况下，由于发电量增加，使 得机组的发电煤耗得到了降低；同样供热量的情况下，电热比例得到提高。(3)本发明针对不同场合对热水温度的需要，增加了换热器，使得出水温度的调节 范围更宽，能满足广泛的需求。(4)本发明增加了温度控制器和流量控制器，若余热利用热水加热器出口的回水 温度小于设定温度，则首先增加吸收式热泵进口汽轮机抽汽量和水路小循环中吸收式热泵 的循环水进口流量，其次增加换热器进口汽轮机抽汽量；若余热利用热水加热器出口的回 水温度大于设定温度，则首先减少换热器进口汽轮机抽汽量，其次减少吸收式热泵进口汽 轮机抽汽量和水路小循环中吸收式热泵的循环水进口流量。使得热电联产行业的自动化水 平更高。(5)本发明通过监控器，能够显示温度值和流量值，使得装置操作更加方便。
图1是现有技术的热电联产示意图。图2是根据本发明的利用余热供热的热电联产节能装置示意图。图中，1-余热利用热水加热器，2-吸收式热泵，3-换热器，4-汽轮机，5-凝汽器， 6-除氧器，7-冷却塔，8-循环水池，9- 一次热网，10- 二次热网，11-二次热网加热器，12-表 面式热网加热器。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的具体实施方式
进行说明。如图1所示，现有技术的典型特点是一次热网加热器是表面式热网加热器，利用 汽轮机抽出的蒸汽对供热管网(也叫热水管网)送来的回水加热。供热管网有两级一次热网和二次热网。与表面式热网加热器通过管路连接的是 一次热网，二次热网用于对外部供热。如图2所示，根据本发明的利用余热供热的热电联产节能装置，包括蒸汽锅炉、汽 轮机4、发电机、凝汽器5、除氧器6和冷却塔7，所述汽轮机4通过排汽缸与所述凝汽器5连 接，所述凝汽器5与所述冷却塔7通过管路连接形成水路大循环；该装置还包括余热利用热 水加热器1，所述余热利用热水加热器1包括吸收式热泵2和换热器3，所述吸收式热泵2 的蒸汽进口通过管路与所述汽轮机4的抽汽口连接，所述吸收式热泵2的进水端通过管路 与热水管网的回水端(供热管网有两级一次热网和二次热网，与所述吸收式热泵通过管
6路连接的是一次热网，二次热网用于对外部供热)连接，所述凝汽器5、所述吸收式热泵2与 所述冷却塔7通过管路连接形成水路小循环；所述换热器3的蒸汽进口通过管路与所述汽 轮机4的抽汽口连接，所述换热器3的进水端通过管路与所述吸收式热泵2的出水端连接， 所述换热器3的出水端通过管路与热水管网的进水端(供热管网有两级一次热网和二次 热网，与所述换热器通过管路连接的是一次热网，二次热网用于对外部供热)连接；所述换 热器3的疏水与所述吸收式热泵2的疏水汇合后与所述除氧器6连接。在所述凝汽器5与所述吸收式热泵2的连接管路上设有升压泵和流量调节阀，在 所述吸收式热泵2的蒸汽进口与所述汽轮机4的抽汽口的连接管路上设有抽汽调节阀，在 所述换热器3的蒸汽进口与所述汽轮机4的抽汽口的连接管路上设有抽汽调节阀。上述连接管路上(对应进水口、出水口、进汽口、出汽口)设控制阀门，本发明采用 自动调节阀门(也可以采用手动阀门)。该装置中的自动装置包括第一温度控制器，安装在所述吸收式热泵的出水端管路上；第二温度控制器，安装在所述换热器热水的出水端管路上；第一流量控制器，安装在所述吸收式热泵与所述汽轮机抽汽口连接的抽汽管路 上；第二流量控制器，安装在所述换热器与所述汽轮机抽汽口连接的抽汽管路上；第三流量控制器，安装在水路小循环中所述吸收式热泵的循环水入口。监控器，与所述第一温度控制器、所述第二温度控制器、所述第一流量控制器、所 述第二流量控制器和所述第三流量控制器连接，用于显示温度值和流量值。本发明提供的利用余热供热的热电联产节能方法，包括以下步骤A、汽轮机通过排汽缸将乏汽废热排入凝汽器，凝汽器与冷却塔形成水路大循环， 所述乏汽里的汽化潜热在凝汽器里由冷却塔送来的冷却水对其冷凝形成凝结水；B、所述凝汽器、所述冷却塔与吸收式热泵形成水路小循环，通过管路将热水管网 的回水输送到所述吸收式热泵中，作为吸收式热泵的进水，所述吸收式热泵利用所述凝汽 器送来的循环水中的热量对进水加热，并将加热后的热水通过管路送入换热器中进一步加 热到需要的温度，所述换热器将升温后的高温热水送到热水管网的进水端，所述吸收式热 泵将失去热量的循环水送到所述冷却塔；C、所述汽轮机抽出的蒸汽分为两股，一股进入所述吸收式热泵，作为驱动蒸汽，另 一股进入所述换热器，作为热水进一步升温的热源，两股蒸汽经所述吸收式热泵和所述换 热器换热后凝结成疏水，两路疏水汇合后送入除氧器。吸收式热泵中进水吸收的热量相当于两股蒸汽凝结水放热与小回路循环水放热 的总和。冬季极端工况下，循环水温度较低(如低于25°C )，运行过程中所述凝汽器将降低 真空度运行，适当提高所述汽轮机的排汽压力，维持所述凝汽器循环水出水温度满足所述 吸收式热泵的运行要求(即此时循环水温度> 25°C )。由于有效利用了循环水中的热量加热给水，减小了从汽轮机抽取的蒸汽，使得继 续在汽轮机内做功的蒸汽量增加，从而增加了发电量，进而提高机组效率，同样供热量的情 况下，电热比例得到提高，机组的发电煤耗得到下降；另外，由于收回了循环水中的热量，循环水温降低，还可以减少循环水量，将循环水泵改为调速电机(变频)减少循环水泵用电 量，节约用电。工作过程中，(1)若余热利用热水加热器的出口水温(即换热器出水端的水温)小于设定温度， 如60-130°C内的某一数值(随气候温度自动优化设定)，则有三种情况一是，可能是吸收 式热泵进汽量少了 ；二是，可能是水路小循环中进入吸收式热泵的循环水少了 ；三是，进入 换热器的进汽量少了。这时首先要增加吸收式热泵的蒸汽进口处汽轮机的抽汽量和加大 水路小循环中吸收式热泵的循环水进口流量；其次增加换热器的蒸汽进口处汽轮机的抽汽 量；(2)若余热利用热水加热器的出口水温(即换热器出水端的水温)大于设定温度， 如60-130°C内的某一数值(随气候温度自动优化设定)，则有三种情况一是，可能是吸收 式热泵进汽量多了 ；二是，可能是水路小循环中进入吸收式热泵的循环水量大了 ；三是，进 入换热器的进汽量大了。这时首先减少换热器的蒸汽进口处汽轮机的抽汽量，其次减少吸 收式热泵的蒸汽进口处汽轮机的抽汽量和减小水路小循环中吸收式热泵的循环水进口流 量。本发明主要是采用汽轮机抽汽驱动吸收式热泵，回收汽轮发电机组各系统在热 能交换过程中所排放的余热，加热热网回水，改变一直沿用的以汽轮机抽汽为热源的表面 式换热模式，达到降低循环水温度，减少循环水补水量，提高能量效率进而减少循环水泵功 率，减少厂用电。并在同等汽机入口蒸汽量时增加发电量或在汽轮发电机额定功率下，减少 锅炉供气量节约烧煤量，提高全厂综合热效率，降低机组发电煤耗，达到节能减排和提高经 济效益的目的。以一台300M设计供热550t/t的亚临界汽轮发电机组为例，年供热季节按照利用 小时按2880小时计算。(1)本发明年节约标煤达11000多吨，减少二氧化碳排放29000多吨，减少二氧化 硫排放95吨，减少氮氧化物排放84吨。(2)本发明利用余热供热，降低了机组的发电煤耗，增加了机组的发电能力，一个 供热季节可多发电4700万KWh。(3)本发明凝汽器按设计将通过14000吨/小时循环水冷却乏汽(230t/h排汽 量)，通过计算热泵型热网加热器将用循环水量的63%近9000吨循环水中的热量。按设计 由于循环水在冷却塔冷却过程中，蒸发损失、风吹损失以及排污损失，其补充水量按4% 6%考虑，由于近9000T/H循环水通过热泵型热网加热器，已将水温降到约20°C左右，故其 可减少损失，若补充水量按4%考虑，即可减少损失水量近100万吨，而且可以节省大量循 环泵的电耗，按厂用电率0. 4%计算，电厂供电将增加200万kWh。(4)本发明在设计工况下余热供热后将降低机组发电煤耗5_25g/kWh。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。本发明不局限于权利要求和上述实施例所述及的内容，只要是根据本发明的构思 所创作出来的任何发明，都应归属于本发明的保护范围之内。
权利要求
一种利用余热供热的热电联产节能装置，包括蒸汽锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器和冷却塔，所述汽轮机通过排汽缸与所述凝汽器连接，所述凝汽器与所述冷却塔通过管路连接形成水路大循环；其特征在于，该装置还包括余热利用热水加热器，所述余热利用热水加热器包括吸收式热泵和换热器，所述吸收式热泵的蒸汽进口通过管路与所述汽轮机的抽汽口连接，所述吸收式热泵的进水端通过管路与热水管网的回水端连接，所述凝汽器、所述吸收式热泵与所述冷却塔通过管路连接形成水路小循环；所述换热器的蒸汽进口通过管路与所述汽轮机的抽汽口连接，所述换热器的进水端通过管路与所述吸收式热泵的出水端连接，所述换热器的出水端通过管路与热水管网的进水端连接；所述换热器的疏水与所述吸收式热泵的疏水汇合后与所述除氧器连接。
2.根据权利要求1所述的利用余热供热的热电联产节能装置，其特征在于，在所述凝 汽器与所述吸收式热泵的连接管路上设有升压泵和流量调节阀。
3.根据权利要求1所述的利用余热供热的热电联产节能装置，其特征在于，在所述吸 收式热泵的蒸汽进口与所述汽轮机的抽汽口的连接管路上设有抽汽调节阀。
4.根据权利要求1所述的利用余热供热的热电联产节能装置，其特征在于，在所述换 热器的蒸汽进口与所述汽轮机的抽汽口的连接管路上设有抽汽调节阀。
5.根据权利要求1所述的利用余热供热的热电联产节能装置，其特征在于，该装置还包括第一温度控制器，安装在所述吸收式热泵的出水端管路上；第二温度控制器，安装在所述换热器热水的出水端管路上；第一流量控制器，安装在所述吸收式热泵与所述汽轮机抽汽口连接的抽汽管路上；第二流量控制器，安装在所述换热器与所述汽轮机抽汽口连接的抽汽管路上；第三流量控制器，安装在水路小循环中所述吸收式热泵的循环水入口。
6.根据权利要求5所述的利用余热供热的热电联产节能装置，其特征在于，该装置还 包括用于显示温度值和流量值的监控器，所述监控器与所述第一温度控制器、所述第二温 度控制器、所述第一流量控制器、所述第二流量控制器和所述第三流量控制器连接。
7.一种利用余热供热的热电联产节能方法，其特征在于，包括以下步骤A、汽轮机通过排汽缸将乏汽废热排入凝汽器，凝汽器与冷却塔形成水路大循环，所述 乏汽里的汽化潜热在凝汽器里由冷却塔送来的冷却水对其冷凝形成凝结水；B、所述凝汽器、所述冷却塔与吸收式热泵形成水路小循环，通过管路将热水管网的回 水输送到所述吸收式热泵中，作为吸收式热泵的进水，所述吸收式热泵利用所述凝汽器送 来的循环水中的热量对进水加热，并将加热后的热水通过管路送入换热器中进一步加热到 需要的温度，所述换热器将升温后的高温热水送到热水管网的进水端，所述吸收式热泵将 失去热量的循环水送到所述冷却塔；C、所述汽轮机抽出的蒸汽分为两股，一股进入所述吸收式热泵，作为驱动蒸汽，另一股 进入所述换热器，作为热水进一步升温的热源，两股蒸汽经所述吸收式热泵和所述换热器 换热后凝结成疏水，两路疏水汇合后送入除氧器。
8.根据权利要求7所述的利用余热供热的热电联产节能方法，其特征在于，(1)若所述换热器出水端的水温小于设定温度，则首先增加所述吸收式热泵的蒸汽进 口处所述汽轮机的抽汽量和水路小循环中所述吸收式热泵的循环水进口流量，其次增加所述换热器的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量；(2)若所述换热器出水端的水温大于设定温度，则首先减少所述换热器的蒸汽进口处 所述汽轮机的抽汽量，其次减少所述吸收式热泵的蒸汽进口处所述汽轮机的抽汽量和水路 小循环中所述吸收式热泵的循环水进口流量。
全文摘要
一种利用余热供热的热电联产节能装置及节能方法，该装置包括蒸汽锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器和冷却塔，汽轮机通过排汽缸与凝汽器连接，凝汽器与冷却塔连接形成水路大循环；该装置还包括余热利用热水加热器，其包括吸收式热泵和换热器，吸收式热泵的蒸汽进口与汽轮机的抽汽口连接，吸收式热泵的进水端与热水管网的回水端连接，凝汽器、吸收式热泵与冷却塔连接形成水路小循环；换热器的蒸汽进口与汽轮机的抽汽口连接，换热器的进水端与吸收式热泵的出水端连接，换热器的出水端与热水管网的进水端连接；换热器的疏水与吸收式热泵的疏水汇合后与除氧器连接。本发明能够减少冷源损失、提高综合热效率和电热比例、降低机组发电煤耗。
文档编号F24D19/10GK101943435SQ201010291010
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者刘锋, 向文国, 夏彦龙, 田海江, 高迎旭 申请人:北京联合优发能源技术有限公司