專利名稱：一種回收熱電廠凝汽余熱的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于回收熱電廠抽汽供熱機組凝汽余熱的熱泵供熱系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是 一種能夠利用高壓供熱蒸汽通過噴射器抽取汽輪機凝氣的回收熱電廠凝汽余熱 的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著熱泵技術(shù)的日趨成熟和發(fā)展，各種熱泵供熱技術(shù)在我國得到了 普遍的推廣應(yīng)用。熱泵是一種利用高位能使低位熱源流向高位熱源的裝置，熱泵 所供給的熱量(即高位熱源所獲得的熱量)是消耗的高位能與從低位熱源吸取的 熱量的總和，因此采用熱泵裝置可以充分利用低品位能量而節(jié)約高品位能量。目前，熱電聯(lián)產(chǎn)中的蒸汽供熱系統(tǒng)高品質(zhì)蒸汽低品質(zhì)使用的現(xiàn)象還比較普 遍，熱電廠生產(chǎn)的不少中壓蒸汽因工藝上或公用設(shè)施上無法利用而放空或者降壓 使用，造成了能源貶值和浪費。而電廠在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中還產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的低壓 蒸汽被棄之不用，例如為了保證低壓缸的冷卻，必須要有一定的蒸汽量通過低壓 缸，以便帶走因鼓風(fēng)摩擦損失所產(chǎn)生的熱量，這部分汽輪機凝汽中的熱量占熱電 聯(lián)產(chǎn)機組輸入總能量的15%以上， 一般通過循環(huán)冷卻水經(jīng)過冷卻塔直接排放到 環(huán)境，因而造成巨大的能源浪費。蒸汽噴射器是提高流體壓力而不直接消耗機械能的設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)簡單可 靠、運轉(zhuǎn)費用低廉而得到廣泛應(yīng)用，如真空系統(tǒng)、制冷循環(huán)、火箭和噴氣飛機的 推進系統(tǒng)、乃至核電廠的核心冷卻系統(tǒng)。噴射器在電廠內(nèi)以及跟供熱相關(guān)的領(lǐng)域 也有普遍的應(yīng)用，包括電廠中用于回收除氧器廢汽的蒸汽噴射器，集中供熱系統(tǒng) 用戶入口的水噴射器等。發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種回收熱電廠凝汽余熱的蒸汽噴射式 熱泵供熱系統(tǒng)，充分利用熱電廠內(nèi)已有的供熱蒸汽作為高壓氣源，通過噴射器引 射汽輪機乏汽，將原本排放到環(huán)境中的蘊含于乏汽中的低品位熱量回收用于直接 向熱網(wǎng)供熱。從而可以提高熱電廠的綜合能源利用效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于回收熱電廠汽輪機凝汽余熱的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于所述供熱系統(tǒng)由蒸汽輪機、發(fā)電機、蒸汽噴射器、 循環(huán)水泵、熱網(wǎng)換熱器、凝氣器、節(jié)流裝置組成，其中，蒸汽輪機與發(fā)電機連接， 在蒸汽輪機尾部出口與凝汽器之間用蒸汽管路連接，所述蒸汽管路為低壓蒸汽管 路，在所述低壓蒸汽管路上增加旁通管路與蒸汽噴射器的引射入口連通；蒸汽輪 機、蒸汽噴射器和熱網(wǎng)換熱器通過蒸汽管路連接，所述蒸汽管路為高壓蒸汽管路， 在蒸汽噴射器和汽輪機之間設(shè)置有節(jié)流閥，高壓蒸汽通過噴射器加速降壓后，將 汽輪機凝汽即乏汽從引射入口巻吸至噴管內(nèi)的混合室，混合后的低壓高速蒸汽再 經(jīng)過噴射器擴散段減速壓縮后排出至熱網(wǎng)換熱器，混合蒸汽通過熱網(wǎng)換熱器加熱 熱網(wǎng)回水，放熱后的凝結(jié)水進入熱電廠的回水系統(tǒng)，通過循環(huán)水泵完成熱電聯(lián)產(chǎn) 機組的熱力循環(huán)。當(dāng)額定最大供熱抽汽流量未能引射全部的汽輪機乏汽時，乏汽通過凝汽器后 的凝結(jié)水與熱網(wǎng)換熱器出口的凝結(jié)水匯合后進入熱電廠的回水系統(tǒng)，完成熱電聯(lián) 產(chǎn)機組的熱力循環(huán)。引射低壓凝汽的工作蒸汽量由高壓蒸汽管路及其旁通管路上的節(jié)流裝置控 制，其余供熱抽汽經(jīng)過原蒸汽管路即旁通管路直接供熱。本發(fā)明的效果是能夠回收熱電廠內(nèi)汽輪機乏汽中的廢熱用于直接向熱網(wǎng)供 熱。裝置的結(jié)構(gòu)特點在于電廠內(nèi)原本用于供熱的蒸汽經(jīng)過高壓蒸汽管路被輸送 到噴射器入口，在噴射器的噴管內(nèi)加速減壓，形成高速低壓氣流；電廠內(nèi)汽輪機 乏汽通過低壓蒸汽管路采用旁通連接方式接至噴射器的相應(yīng)入口，被工作蒸汽 (高壓供熱蒸汽)巻吸進混合室，兩股蒸汽在迅速完成熱量以及動量交換后，形 成狀態(tài)均勻的混合蒸汽，再經(jīng)過蒸汽噴射器的擴散段混合蒸汽減速壓縮到一定的 背壓后(壓力介于供熱抽汽與低壓凝汽之間)排往熱網(wǎng)換熱器用于加熱熱網(wǎng)回水。 在熱網(wǎng)換熱器中放熱完畢后混合蒸汽凝結(jié)水進入熱電廠原有的回水系統(tǒng)，通過循 環(huán)水泵被送回鍋爐的給水管路，重新被加熱成為高溫高壓蒸汽，在熱電聯(lián)產(chǎn)機組 中循環(huán)。由于在噴射器中，低壓蒸汽被壓縮，提高了壓力和溫度，即提高了能級；而 高壓的工作蒸汽由于其壓力、溫度降低，其能級有所降低。從工程熱力學(xué)的觀點， 可以認為噴射器中發(fā)生的是絕熱混合過程，因此它是一個熵增過程，即能量貶值 過程。從這一角度看，該技術(shù)同簡單的不同壓力等級的蒸汽混合有相似之處，但 是蒸汽噴射壓縮技術(shù)又不同于簡單的兩種壓力等級的蒸汽混合，該技術(shù)是用高壓 蒸汽把低壓蒸汽壓縮到合適的參數(shù)下供工藝使用，這個參數(shù)介于低壓蒸汽與高壓 蒸汽之間。另外，從安全運行的角度考慮汽輪機尾部乏汽排放口必須保持一個穩(wěn) 定的較低壓力P!，通常的數(shù)值為接近真空的絕對壓力0.002 0.010MPa，為了不惡化汽輪機尾部的真空，也決不允許將低壓乏汽管路中的低壓蒸汽與供熱抽汽管 路中的高壓蒸汽直接混合。噴射系數(shù)U是衡量蒸汽噴射器性能的一個重要指標，其定義為lkg工作蒸汽 所能引射的冷蒸汽量，即在一定工況下，單位質(zhì)量的工作蒸汽通過噴射器所能抽 吸的引射流體(被抽氣體)的量，在數(shù)值上等于引射流體的質(zhì)量流量與工作流體的 質(zhì)量流量之比。噴射系數(shù)U的大小直接影響到蒸汽噴射式熱泵的性能系數(shù)COP。 噴射器中兩股蒸汽在混合過程雖然存在"火用"損失，但由于回收了大量原本白 白浪費掉的乏汽，增加了可使用能量的數(shù)量，在特定場合，不失為一項有效的節(jié) 能措施。不同于傳統(tǒng)意義上的壓縮式熱泵或者吸收式熱泵供熱系統(tǒng)，本發(fā)明所提出的 蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)利用原本直接用于供熱的較高壓蒸汽通過噴射器引射 低壓蒸汽(比如汽輪機乏汽)后形成的中壓混合蒸汽進入熱網(wǎng)換熱器加熱熱網(wǎng)回 水，從而實現(xiàn)低溫汽輪機乏汽中廢熱量的回收，使能源得到梯級有效利用。本發(fā)明相比現(xiàn)有的水源熱泵技術(shù)具有以下優(yōu)點及突出性效果1、蒸汽噴射式 熱泵的運行不對熱電廠原有機組運行造成任何影響；2、蒸汽噴射式熱泵供熱系 統(tǒng)無機械運轉(zhuǎn)部件，設(shè)備制造簡單，占地面積小，無需專設(shè)定員操作；3、增強 了換熱器的換熱效果，并可使蒸汽冷凝水從換熱設(shè)備中暢通排出，充分利用了換 熱面積，加強熱介質(zhì)的擾動，起到了強化傳熱的作用。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。


圖1為典型的單級蒸汽噴射器的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為本發(fā)明的在熱電廠冬季供熱抽汽工況下的流程連接示意圖。 圖中標號l一蒸汽輪機；2 —發(fā)電機；3 —蒸汽噴射器；4一循環(huán)水泵； Exl—熱網(wǎng)換熱器； Ex2 —凝氣器；Vl—工作蒸汽管路節(jié)流閥；V2 —供熱抽汽管路節(jié)流閥；Ph—供熱蒸汽壓力； Pt —乏汽壓力；Po—混合室內(nèi)混合蒸汽壓力；Pm—噴射器出口混合蒸汽壓力；具體實施方式
參看附圖1，圖1為典型的單級蒸汽噴射器的結(jié)構(gòu)簡圖，根椐噴射器的工 作原理工作蒸汽(壓力為Ph的較高壓力的蒸汽)經(jīng)過噴射器中的噴管加速形成高速乃至超音速射流，而引射流體(壓力為P,的低壓汽輪機乏汽)則被高速 射流巻吸至混合室，在那里進行速度均衡與動量(熱量)傳遞，同時還伴隨著壓 力的升高，繼而逐漸形成一股單一均勻的混合蒸汽(壓力為Po的中壓蒸汽， P^P0〈Pk)?；旌险羝麖幕旌鲜页鰜磉M入擴散段，壓力將繼續(xù)升高到Pm(P^Po〈Pm <Pk)。在擴散段出口處，混合蒸汽的壓力Pm高于進入混合室引射蒸汽的壓力 Pp從而實現(xiàn)了將引射蒸汽的壓力提升用于壓力較高的場合，蒸汽噴射器不直接 消耗機械能，沒有旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。參看附圖2，圖2為本發(fā)明在熱電廠冬季供熱抽汽工況下的流程連接示意圖。 鍋爐主蒸汽進入蒸汽輪機1后帶動發(fā)電機2發(fā)電，同時在蒸汽輪機1中段某處抽取壓力為Ph的供熱蒸汽，全部或部分供熱蒸汽通過高壓蒸汽管路進入噴射器3， 通過噴射器3內(nèi)的噴管加速減壓，形成高速氣流。進入噴射器的供熱蒸汽量可以 由工作蒸汽管路節(jié)流閥VI和供熱抽汽管路節(jié)流閥V2來控制。鍋爐主蒸汽在蒸 汽輪機1做功(發(fā)電)和抽汽供熱完成以后，壓力為P,的乏汽通過汽輪機尾部 排出，在低壓蒸汽管路中通過旁通連接方式接入噴射器引射入口。壓力為P,汽 輪機乏汽被減壓加速后的工作蒸汽巻吸入混合室，兩股蒸汽在迅速完成熱量以及 動量交換后，形成狀態(tài)均勻的壓力為Po的混合蒸汽(PPPPP。，壓力為Po的 混合蒸汽再經(jīng)過蒸汽噴射器的擴散段混合蒸汽減速壓縮到一定的背壓Pm后 (Ph>Pm>Po)，排往熱網(wǎng)換熱器Exl用于加熱熱網(wǎng)回水。供熱蒸汽未能引射全部 的汽輪機乏汽時，凝氣器Ex2仍然可以起到冷卻剩余汽輪機乏汽的作用，乏汽 經(jīng)過乏汽凝汽管路進入凝汽器Ex2后放熱后的冷凝水與熱網(wǎng)換熱器Exl出口的 凝結(jié)水匯合，進入熱電廠的回水系統(tǒng)，通過循環(huán)水泵4被送回鍋爐給水管路，重 新被加熱成為高溫高壓蒸汽，在熱電聯(lián)產(chǎn)機組中循環(huán)。
權(quán)利要求
1、一種用于回收熱電廠汽輪機凝汽余熱的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于所述供熱系統(tǒng)由蒸汽輪機、發(fā)電機、蒸汽噴射器、循環(huán)水泵、熱網(wǎng)換熱器、凝氣器、節(jié)流裝置組成，其中，蒸汽輪機與發(fā)電機連接，在蒸汽輪機尾部出口與凝汽器之間用蒸汽管路連接，所述蒸汽管路為低壓蒸汽管路，在所述低壓蒸汽管路上增加旁通管路與蒸汽噴射器的引射入口連通；蒸汽輪機、蒸汽噴射器和熱網(wǎng)換熱器通過蒸汽管路連接，所述蒸汽管路為高壓蒸汽管路，在蒸汽噴射器和汽輪機之間設(shè)置有節(jié)流閥，高壓蒸汽通過噴射器加速降壓后，將汽輪機凝汽即乏汽從引射入口卷吸至噴管內(nèi)的混合室，混合后的低壓高速蒸汽再經(jīng)過噴射器擴散段減速壓縮后排出至熱網(wǎng)換熱器，混合蒸汽通過熱網(wǎng)換熱器加熱熱網(wǎng)回水，放熱后的凝結(jié)水進入熱電廠的回水系統(tǒng)，通過循環(huán)水泵完成熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱力循環(huán)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于回收熱電廠汽輪機凝汽余熱的蒸汽噴射式熱泵 供熱系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)額定最大供熱抽汽流量未能引射全部的汽輪機乏汽時， 乏汽通過凝汽器后的凝結(jié)水與熱網(wǎng)換熱器出口的凝結(jié)水匯合后進入熱電廠的回 水系統(tǒng)，完成熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱力循環(huán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于回收熱電廠汽輪機凝汽余熱的蒸汽噴射式 熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于引射低壓凝汽的工作蒸汽量由高壓蒸汽管路及其旁 通管路上的節(jié)流裝置控制，其余供熱抽汽經(jīng)過原蒸汽管路即旁通管路直接供熱。
全文摘要
可以提高熱電廠的綜合能源利用效率的一種用于回收熱電廠汽輪機凝汽余熱的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)。技術(shù)方案是由蒸汽噴射器、高壓蒸汽管路、低壓蒸汽管路、節(jié)流裝置和旁通連接管路組成。高壓蒸汽通過噴射器引射較低壓的汽輪機低溫凝汽后再進入換熱器加熱熱網(wǎng)回水，從而實現(xiàn)汽輪機低溫凝汽中廢熱的回收。核心部件為蒸汽噴射器，高壓的供熱抽汽作為工作蒸汽在噴管中加速形成高速射流，而低壓汽輪機凝汽作為被引射流體被卷吸至混合室，再經(jīng)過蒸汽噴射器的擴散段混合蒸汽減速壓縮到一定的背壓后，排往熱網(wǎng)換熱器用于加熱熱網(wǎng)回水，一定背壓的混合蒸汽在換熱器中放熱后凝結(jié)成水，返回到電廠的回水系統(tǒng)，完成熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱力循環(huán)。
文檔編號F22D11/00GK101240909SQ20081010222
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者林 付, 張世鋼, 億 江, 鵬 胡 申請人:清華大學(xué)