一种低温余热循环利用系统的制作方法

本发明涉及一种低温余热利用循环系统和方法，属于热工技术领域。主要用于火电厂、钢厂、化工厂等低温余热的循环利用。

技术背景

火力发电厂绝大部分热量经冷却塔白白排放到大气中，即造成了热能的浪费和宝贵水资源的流失，又对环境造成了热污染；火电厂余热量大面广、绿色环保，循环利用对缓解能源的缺乏和环境污染的双重压力意义重大。

火力发电厂余热的特点是水量大、水温低、温差小，余热利用首先提高温度满足热负荷对水温基本要求，现行采用的技术，一是传统的通过凝汽器升温“大流量小温差”循环水直供余热利用技术。二是通过热泵升温余热利用技术。

传统的凝汽器升温循环水直供余热利用技术。是通过凝汽器采用热-热换热方式，降低了换热损耗回收部分通过冷却塔的换热损失，余热能够全部利用；具有厂区内改动工作量小投资低损耗小效率高的优点；主要问题，一是高低背压工况转化对机组的影响较大，不能适时的转换，凝汽器与热网直接连通后，当热网循环水温度、压力变化较大时，发电侧又不能独立调节，严重影响机组安全，凝汽器水室需要强度改造；二是采用降低循环水流量提高温差，满足热平衡和水平衡量的要求，其结果流速降低容易产生污垢，使换热能力成倍下降，换热端差上升，由于热网回水温度较高，使排汽温度升高超出汽轮机运行导则允许的安全温度范围，影响到机组的安全运行，需要采取安全和降温措施，如采用低压转子互换技术，决绝排气温度升高造成叶片颤震的问题(排汽温度超过85℃时)。转子互换使投资增加，发电出力降低20％-30％，每年需要停机更换转子两次，另外叶片的减少使通流密度降低涡流增加，低压缸温度远超安全温度需增加喷淋疏水等系统，大幅度增加了技改投资。

热泵升温余热利用技术。优点通过热泵提温可以实现余热的全部利用，对电厂机组的影响小。缺点是由于需要高品质能源驱动，增加了压缩机(启动器)、蒸发器和凝汽器等换热设备，以及配套的电源(汽源)和土建工程建设，采用热泵不仅增加了投资，而且还降低了效率，寿命短维护工作量大。

供热技术比较，凝汽器循环水直供虽然投资低效率高，经济效益远优于抽汽供热和热泵升温供热技术，主要的问题在于对发电机组存在有不安全隐患。

发明的目的

发明的目的在于选择投资低效率高凝汽器循环水直供技术，并重点对其存在的主要问题进行改进，一是解决热网循环水水温和压力变化对机组的不良影响，使高低背压工况转换简单容易，在发电侧可独立调节安全可控；二是降低排汽温度提高机组安全。改变由减少循环水量提高温差为增加流量提高温差的方案，满足热平衡和水平衡量的要求；通过增加流量成倍提高传热系数，降低换热端差提高余热利用能力和机组效率，不需要采用其它安全和降温措施。为低温余热循环利用提供一种实施容易投资低，安全可控效率高的新方案。

技术实现要素：

本发明提供的一种低温余热循环利用系统，特征在于：通过既有凝汽器形成了两个并联方式的循环系统，采用近路循环和隔离循环泵，降低凝汽器水侧进出口压力和热网回水压力，避免余热利用系统压力变化对凝汽器超温超压的安全影响，适时根据电网和热网的需求加入退出高背压运行，充分发挥电厂供热和发电能力，独立调节安全可控；采用近路循环增加凝汽器水侧的换热流量，提速防垢强化换热，提高传热系数降低换热端差，提高机组发电能力和供热能力；采用近路循环混水升温和凝汽器换热升温实现热泵功能，“大温差小流量”提高输送能力，降低热网投资和输送能耗，使发电和供热系统匹配高效运行。

附图说明

图1本发明一种低温余热循环利用系统直供原理意示图

图2本发明一种低温余热循环利用系统的双近路循环原理意示图

图3本发明一种低温余热循环利用系统间供原理意示图

图4本发明一种低温余热循环利用系统间供原理意示图

图5本发明一种低温余热循环利用系统降低回水温度原理意示图

图一、二、三、四中

1-凝汽器；2₁-冷却水循环泵；2₂-近路循环隔离泵3-冷却塔；4-供水阀门；

5-回水阀门；6-近路循环阀门；6₁-隔离板换7-单向旁通阀门；8-热网循环泵；

9-热网加热器；10-旁通阀；11-供水管线；12-回水管线；13-换热站

图五中

1₁₃-进水阀门；2₁₃-出水阀门；3₁₃-调节阀门；4₁₃-板式换热器；5₁₃-直供循环水泵；

6₁₃-回水阀门；8₁₃-二次热网循环水泵；7₁₃-热用户；9₁₃-热泵；10₁₃热用户

具体实施方式

结合附图对本发明的实施作如下说明：

一种低温余热循环利用系统，主要由凝汽器1、冷却水循环泵2₁、近路循环泵2₂、冷却塔3、供水阀门4、回水阀门5、近路循环阀门6、单向旁通阀门7、热网循环泵8、热网加热器9、旁通阀10、供水管线11、回水管线12、换热站13等组成。如图一、图二所示

采用近路循环环阀门6和近路循环隔离泵2₂，降低凝汽器水侧进出口压力和热网回水压力，避免凝汽器超压的不良影响，使系统切换容易安全可靠；根据电网和热网需求适时进行切换，既可以实现电网调峰，又可以实现热网调峰。其特征在于：

通过同一凝汽器1形成两个并联方式的循环系统，即由凝汽器1、供水阀门4、热网循环泵8、热网加热器9、供水管线11、换热站13、回水管线12和近路循环阀门6、近路循环隔离泵2₂、回水阀门5组成，近路循环水与回水经近 路循环隔离泵2₂和回水阀门5送入凝汽器1形成余热利用循环系统，也叫高温水循环系统；由凝汽器1、循环泵2₁和冷却塔3组成的冷却循环系统，也叫低温水循环系统；通过开关近路循环隔离泵2₂，可实现两个系统的安全切换。根据电网和热网的需求适时启动切换，需要增加供热时，启动近路循环隔离泵2₂，关闭循环水泵2₁，使凝汽器1的进出口压力降低，冷却水不再通过冷却塔冷却实现热平衡，冷却循环系统停用，热平衡通过低温余热循环利用系统运行实现，增加供热能力。需要增加供电能力时，通过冷却塔冷却实现热平衡，即启动循环水泵2₁，关闭近路循环隔离泵2₂和供水阀门4，使凝汽器1进出口压力自动升高，冷却循环系统通过冷却塔冷却循环运行，通过增加凝汽量和降低运行背压，增加机组发电能力满足用电高峰电负荷的需求；同时热网循环系统，通过近路阀门6提供的通道和热网循环泵8实现热网连续换热，将转换到热网中的热能转换到热用户，实现热平衡匹配运行和调峰发电供热。如图一、图二所示

采用近路循环热泵2₂的隔离作用，降低热网回水压力和凝汽器进出口压力，避免凝汽器超压的不良影响；其特征在于：

热网回水管线12连接到近路循环隔离泵2₂的进水口，使回水压力降到最低点，从而避免凝汽器的超压不良影响；凝汽器1出口压力，通过供水阀门4、近路循环阀门6连接到近路循环隔离泵2₂进水口，加上热网循环泵8的作用，使凝汽器1进出口压力远低于原设计通过冷却塔循环的时的压力(约0.2MPa)，不再通过冷却塔3实现热平衡，冷却循环运行停用。

采用近路循环隔离泵2₂后，不仅可以避免热网压力变化对设备凝汽器的不良影响，而且还大大降低了热网循环水压力增加压差，有利于热网的安全运行。如图一、图二所示

采用近路循环混水升温和凝汽器换热升温，满足热网“小流量大温差”输 送要求，降低热网投资和能耗。其特征在于：

依据供回水温差和输送能耗变化规律，当供回水温差提高到原来的两倍时，循环水量也降至原来的二分之一，而管网的沿程阻力降至原来的四分之一，而水泵的功率要降至原来的八分之一。

凝汽器1换热后的部分循环水，通过供水阀门4、近路循环阀门6与回水管线12低温混水升温，再通过近路循环隔离泵2₂和回水阀门5，送入凝汽器换热再升温，升温后的通过供水阀门4、部分循环水通过热网循环泵8送到热网加热器9、供水管线11、换热站13和回水管线12形成供热循环；部分升温后循环水通过近路循环阀门6、近路循环隔离泵2₂、回水阀门5和凝汽器换1组成了不断的混水升温和换热升温系统，提高供回水温差，实现大温差小流量输送，提高输送能力增加供热半径，降低热网投资和能耗。如图一、图二所示

近路循环增加通过凝汽器水侧的流量，提高流速强化换热效果，降低换热端差，提高机组效率和供热能力。其特征在于：

传统的低真空技术，通过凝汽器的水量等于热网的水量，满足了高凝结倍率强化换热，满足不了“大温差小流量”降低投资减少能耗的要求，采用近路循环阀门6和近路循环隔离泵2₂后，不仅满足了“大温差小流量”降低热网投资减少能耗的要求，同时也满足了高凝结倍率强化换热的要求，采用近路循环后，使通过冷却水循环泵2₂和凝汽器1的流量等于通过近路循环阀门6加通过热网循环泵8的热网流量，凝结倍率一般选择50-120倍，远大于热网流量，凝汽器水侧的流速提高强化换热效果，提高了传热系数降低了换热端差，例如，采用近路循环凝结倍率按80倍计算，凝汽量230t/h，循环水量约为18400t/h，流速约为1.2m/s，如果按热网水量5000t/h换热循环，流速约0.32m/s，按传热系数与流速的关系公式计算，不考虑其他因素的变化，采用近路循环后传热系数 增加约一倍，不仅提高了机组效率，而且增加了余热的供热能力。如图一、图二所示

图二与图一的区别在于凝汽器1水侧进出口端，增加了由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道，其作用在于增加凝结倍率提高换热效果，即可以提高余热利用循环系统的水温降低流量，又可以提高上塔冷却水系统的温度降低流量，降低输送能耗；同时两个系统的流量降低，有利于高低背压工况切换，降低切换流量变化对机组的影响。

实施例2

实施例2其特征在于：采用热源侧循环冷却水换热循环，两个循环系统通过隔离板换6₁分隔，降低余热利用系统失水对生产系统的影响。

用利用既有的冷却水循环泵2₁替代近路循环隔离泵2₂，形成两个并联方式的循环系统，即由凝汽器1、供水阀门4、近路循环阀门6、隔离板换6₁、冷却环泵2₁、回水阀门5组成，形成余热利用循环系统，也叫高温水循环系统；由凝汽器1、循环泵2₁和冷却塔3组成的冷却循环系统，也叫低温水循环系统；通过开回水阀门5(或者关供水阀门4)；可实现两个系统的快速切换。例如开通回水阀门5，凝汽器1的进出口的压力降低，冷却水不再上冷却塔冷却，冷却循环系统停用，冷却水通过循环升温达到所需温度时，通过隔离板换将热能转换到余热循环利用系统，经过隔离板换6₁换热后的回水与通过近路循环阀门6的循环水混水升温后通过冷却水循环泵2₁在送入凝汽器1，实现大流量强化换热，大温差供热循环；当余热利用失水严重对生产系统影响较大时，关闭回水阀门5，循环水不再通过近路循环阀门6和隔离板换6₁循环，使凝汽器1出口压力自动升高，通过冷却循环系统运行。如图三所示

采用部分直供和热泵方法，降低回水温度，解决热网失调，提高低温余热利 用能力和机组的安全性。其特征在于：

换热站13的热负荷部分通过板换间接供热降低二次热网对一次热网的影响，部分采用通过板换换热后具有供热能力的一次热网回水直供，通过充分利用降低回水温度，或再采用热泵进一步提高供热能力满足要求降低回水温度；不但可以提高热网输送能力，而且有利于低温余热利用和机组的安全性，还可以通过回水温度的控制，解决热网失调问题。如图五所示

降低回水温度有利于低温余热利用和机组的安全性。如远距离供热，采用热泵降低回水温度，当回水温度低于20℃，通过隔离板换6₁换热，换热后的低温水，送到冷却塔3底池，再有循环水泵2₁实现循环，不存在压力变化对机组的不良影响；循环水升温满足供热水温要求，主要由阀门4₁、5₁和近路循环水泵2₃组成的近路循环通道完成≤75℃的水温热能，并通过隔离板换6₁将热能转换到热网。