300MW及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统的制作方法

本发明涉及低品位工业余热利用技术领域，特别是300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统。

背景技术：

高背压循环水供热技术，是将凝汽器中乏汽的压力提高、降低凝汽器的真空度、提高冷却水温，将凝汽器改为供热系统的热力网加热器，而热力网的循环水直接用作冷却水，充分利用凝汽式机组排汽的汽化潜力加热循环水，将冷源损失降低为零，从而提高机组的循环热效率。采用该方法供热，在不增加机组发电容量的前提下，减小了供热抽汽量、增大了供热面积，经济效益显著。

从目前国内采用低真空循环水供热技术的系统参数来看，由于汽轮机长期稳定运行时排汽温度不高于80℃的限制，考虑凝汽器端差，低真空供热的循环水出水温度一般不高于75℃，供水温度范围一般为60-75℃、回水温度范围一般为40-55℃，对应运行背压为25-45kpa。

常规300mw及以上等级湿冷机组的给水泵汽轮机的排汽直接排入主凝汽器内，然后通过水塔的循环水进行冷却循环，给水泵汽轮机的驱动蒸汽为主汽轮机的0.5mpa以上压力的抽汽。对于高背压供热机组来说，如果采用同样的供汽和冷却方式，非采暖期，即纯凝工况，会与低背压常规纯凝机组一样运行，不会受任何因素的影响，但到了采暖期，即高背压工况，将采用高背压进行供热，由于主汽轮机背压的升高会导致给水泵汽轮机的进汽压力以及相应的排汽压力均升高，给水泵汽轮机的出力将会降低，给水泵汽轮机本身的转速偏离设计值，导致振动加剧，影响机组安全运行，此时必须对给水泵汽轮机进行通流改造，更换全部高低压喷嘴、转子、隔板，这不仅增加了拆装零部件的工作量，影响机组安全运行，还增加了大量的投资。

现阶段，湿冷火电机组高背压改造面临的问题有，第一，给水泵汽轮机排汽压力无法匹配的问题，需要对小机本体和相应管道进行改造，更换转子或者增加单独的凝汽器；第二，对给水泵汽轮机本体和相应管道进行改造，采暖季与非采暖季需要更换转子，工程量较大，投资较大，而且需要将小机汽源调整为高压缸排汽，降低了机组循环效率；第三，设置专用的给水泵汽轮机凝汽器，相对投资较大，系统复杂，而且小机乏汽无法利用，第四，现有的湿冷机组辅机冷却水余热温度一般在30-40℃，品位较低，难以直接利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，要解决现阶段300mw及以上等级湿冷机组低品位热量无法直接利用、机组高背压改造与给水泵汽轮机排汽压力无法匹配、能源利用率低等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明一方面提供300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，所述供热系统包括高背压凝汽器、热泵机组、尖峰加热器、1#机组、2#机组、给水泵汽轮机和小汽轮机，采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器内进行一级加热；

高背压凝汽器的出水口通过管路与热泵机组的进水口连接，采暖回水在热泵机组内进行二级加热；

热泵机组的出水口通过管路与尖峰加热器的进水口连接；采暖回水在尖峰加热器内进行三级加热；热泵机组的驱动热源为抽汽供热母管上的高品位蒸汽，低位热源是给水泵汽轮机排汽余热；

尖峰加热器的出水口连接采暖供水管道，尖峰加热器的驱动热源为小汽轮机排汽或抽汽供热母管上的高品位蒸汽。（将采暖回水最终加热升温至供水温度后通过采暖供水管道送出热电厂。

进一步，高背压凝汽器进水口处的管路与高背压凝汽器出水口处的管路之间设置有第一旁通管；第一旁通管上还设置有第一旁通阀。

进一步，300mw及以上等级湿冷机组，一台进行了高背压改造，另一台为正常背压。

进一步，300mw及以上等级湿冷机组，给水泵用汽轮机拖动。

进一步，高背压凝汽器的驱动热源是1#机组25-45kpa乏汽。

进一步，尖峰加热器出水口的采暖供水水温小于等于130℃。

进一步，小汽轮机排汽压力为0.11mpa-0.25mpa（绝对压力）。

进一步，给水泵汽轮机排汽压力为4.9-20kpa（绝对压力）。

进一步，热泵机组为吸收式热泵；吸收式热泵进水口处的管路与出水口处的管路之间设置有第二旁通管；第二旁通管上设置有第二旁通阀。

进一步，热泵机组包括压缩式热泵与表面换热器；压缩式热泵的驱动热源为抽汽供热母管上的高品位蒸汽，压缩式热泵的低位热源是给水泵汽轮机排出的乏汽；

在高背压凝汽器中完成一次加热的采暖回水通过管路进入压缩式热泵的进水口，压缩式热泵出水口处通过管路与表面换热器的进水口连通，表面换热器的出水口通过管路与尖峰加热器的进水口连通。

进一步，压缩式热泵进水口处的管路与压缩式热泵出水口处的管路之间设置有第三旁通管；第三旁通管上还设置有第三旁通阀。

进一步，给水泵汽轮机与压缩式热泵之间设置有常压凝汽器，在常压凝汽器与压缩式热泵之间设置有小循环冷却水泵，给水泵汽轮机排汽余热通过常压凝汽器加热经压缩式热泵提取热量后的冷却循环水，周而复始循环。

进一步，热泵机组包括压缩式热泵与表面换热器；压缩式热泵的驱动热源为抽汽供热母管上的高品位蒸汽，压缩式热泵的低位热源是辅机循环冷却水。

本发明另一方面提供300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，包括高背压凝汽器、热泵机组、尖峰加热器、1#机组、2#机组给水泵汽轮机和小汽轮机；采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器内进行一级加热；高背压凝汽器出水口通过管路与热泵机组的进水口连接，采暖回水在热泵机组内进行二级加热；热泵机组的出水口通过管路与尖峰加热器的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器内进行三级加热，尖峰加热器的出水口接入采暖供水管道；

小汽轮机排汽主管路设置有第一支管和第二支管，第一支管将排汽送入吸收式热泵，作为吸收式热泵的驱动热源；

尖峰加热器的驱动热源为抽汽供热母管上的高品位蒸汽或小汽轮机的第二支管送出的排汽。

进一步，第一支管和第二支管上均设置有旁通阀门。

本发明的有益效果体现在：

1，现有的300mw及以上等级湿冷机组，一般只对其中一台机组进行高背压改造，另一台不做调整改造，面临与给水泵汽轮机排汽压力无法匹配问题。本发明提供300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，通过对热泵加热流程的合理设计，给水泵汽轮机排汽余热或辅机冷却水余热作为热泵低位热源，有效减少高品位蒸汽的用量，扩大对外供热能力，运行调节灵活，能源利用效率高。

2，通过利用小汽轮机的排汽作为吸收式热泵的驱动蒸汽，吸收式热泵运行时间可以大大延长。

3，辅机冷却水余热作为蒸汽驱动压缩式热泵的低位热源，增大对外供热能力。

4，湿冷机组高背压和热泵联合供热，实现了对低品位热源的充分利用，对采暖回水进行了梯级加热，减少换热过程不可逆损失，运行费用低。

本发明提供的系统既能充分回收给水泵汽轮机排汽余热和辅机冷却水余热，梯级加热，运行调节灵活，能源利用效率高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一的流程示意图。

图2是本发明实施例二的流程示意图。

图3是本发明实施例三的流程示意图。

图4是本发明实施例四的流程示意图。

附图标记：1-1#机组、2-2#机组、3-小汽轮机、4-第一旁通阀、5-第二旁通阀、6-第三旁通阀、7-第四旁通阀、8-第五旁通阀、9-高背压凝汽器、10-吸收式热泵、11-尖峰加热器、12-给水泵汽轮机、13-压缩式热泵、14-表面换热器、15-小循环冷却水泵、16-抽汽供热母管。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。

300mw及以上等级湿冷机组，一台进行了高背压改造，另一台为正常背压。300mw及以上等级湿冷机组，给水泵用汽轮机拖动。

实施例1

如图1所示，300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，包括高背压凝汽器9、吸收式热泵10、尖峰加热器11、1#机组1、2#机组2、给水泵汽轮机12和小汽轮机3。

热网供水在与热力站的末端用户换热之后，通过供热回水管线，流回热电厂。随后采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热进行升温；

高背压凝汽器9的出水口通过管路与吸收式热泵10的进水口连接，吸收式热泵10进水口处的管路与出水口处的管路之间设置有第二旁通管；第二旁通管上设置有第二旁通阀5。采暖回水在吸收式热泵10内进行二级加热持续升温；吸收式热泵10为超低压蒸汽即可驱动，大于0.11mpa（绝对压力）以上即可。高背压凝汽器9根据热网回水温度的不同工况，实时调整其负荷。

其中，吸收式热泵10的低位热源是给水泵汽轮机12排汽余热，排汽压力为4.9-20kpa绝对压力。源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽。吸收式热泵10的出水口通过管路与尖峰加热器11的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器11内进行三级加热后达到小于等于130℃的排出温度送出。

尖峰加热器11的出水口接入采暖供水管道并送出热电厂，周而复始循环。尖峰加热器11的驱动热源为抽汽供热母管16上的0.5mpa以上高品位蒸汽或小汽轮机3排汽。小汽轮机3排汽压力为0.11mpa-0.25mpa（绝对压力）。

具体的，高背压凝汽器9的热源是1#机组125kpa-45kpa乏汽。高背压凝汽器9进水口处的管路与高背压凝汽器9出水口处的管路之间设置有第一旁通管；第一旁通管上还设置有常闭第一旁通阀4，在高背压凝汽器9故障退出投运时，第一旁通阀4开启。

抽汽供热母管16与尖峰加热器11之间设置有第四旁通管，第四旁通管上还设置有第四旁通阀7。抽汽供热母管16与小汽轮机3之间设置有第五旁通阀8。

实施例2，300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，同实施例1，不同之处在于，参见图2所示。热泵机组可以为超低压驱动的吸收式热泵10，其驱动热源为小汽轮机3排汽，排汽压力为0.11mpa-0.25mpa（绝对压力）；低位热源是给水泵汽轮机12排汽，排汽压力为4.9-20kpa（绝对压力）。

采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热；高背压凝汽器9出水口通过管路与吸收式热泵10的进水口连接，采暖回水在吸收式热泵10内进行二级加热；吸收式热泵10的出水口通过管路与尖峰加热器11的进水口连接，采暖回水在尖峰加热器11内进行三级加热，尖峰加热器11最终将采暖回水管道加热升温至供水温度后，通过采暖供水管道送出热电厂，周而复始循环。

小汽轮机3排汽主管路设置有第一支管和第二支管，其中，第一支管将排汽送入吸收式热泵10，作为吸收式热泵10的驱动热源；吸收式热泵10的低位热源是给水泵汽轮机12排汽。尖峰加热器11的驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽或小汽轮机3经第二支管送出的排汽。

实施例3，300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，同实施例1，不同之处在于，参见图3所示。热泵机组包括压缩式热泵13与表面换热器14。采暖回水管道通过管路与高背压凝汽器9的进水口连接，采暖回水在高背压凝汽器9内进行一级加热；

高背压凝汽器9出水口通过管路与热泵机组内压缩式热泵13的进水口连接，压缩式热泵13的出水口通过管路与表面换热器14的进水口连接表面换热器14提取蒸汽驱动压缩式热泵13小汽轮机3排汽热量；

表面换热器14的出水口通过管路与尖峰加热器11的进水口连接；采暖回水在尖峰加热器11内进行四级加热。尖峰加热器11的出水口连接采暖供水管道并送出热电厂，周而复始循环。

压缩式热泵13的低位热源是给水泵汽轮机12排出的4.9kpa乏汽，驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽（0.5mpa以上的蒸汽）。压缩式热泵13最高出水温度82℃及以上，蒸汽驱动压缩式热泵13的排汽对表面换热器14进行加热到110℃以上。

具体的，压缩式热泵13进水口处的管路与压缩式热泵13出水口处的管路之间设置有第三旁通管；第三旁通管上还设置有第三旁通阀6。给水泵汽轮机12与压缩式热泵13之间设置有常压凝汽器，在常压凝汽器与压缩式热泵13之间设置有小循环冷却水泵15，给水泵汽轮机12排汽余热通过常压凝汽器加热经压缩式热泵13提取热量后的冷却循环水，周而复始循环。给水泵汽轮机12与压缩式热泵13之间还设置有小循环冷却水泵15。

实施例4，300mw及以上等级湿冷机组高背压和热泵联合供热系统，同实施例3，不同之处在于，参见图4所示。压缩式热泵13的低位热源是给水泵汽轮机12循环冷却水，驱动热源为抽汽供热母管16上的高品位蒸汽（0.5mpa以上的蒸汽）。压缩式热泵13最高出水温度82℃及以上，蒸汽驱动压缩式热泵13的排汽对表面换热器14进行加热到110℃以上。

上述实施例1-4中，所述热泵机组可以包括：最高出口温度82℃以上的蒸汽驱动离心压缩式热泵13，或最高出口温度95℃以上的蒸汽驱动吸收式热泵10。并且其中，热网的回水梯级与高背压凝汽器9、最高出口温度82℃以上的蒸汽驱动离心压缩式热泵13或出口温度95℃以上的蒸汽驱动吸收式热泵10以及尖峰加热器11换热，加热升温至供热温度后通过供热供水管线送出热电厂。抽汽供热母管16上均设置有关断阀。

综上，本发明在热电厂采用高背压凝汽器9、热泵机组和尖峰加热器11组合的方式回收热电厂余热并逐级加热一次热网的回水的方式，一方面有效回收利用了热电厂的冷端损失，能源利用效率高，另一方面高背压、热泵和抽汽加热多种方式，运行调节灵活，从而提高系统综合能源利用效率，降低供热成本。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。