一种直接空冷机组余热梯级利用系统及方法与流程

1.本发明属于低温余热利用技术领域，涉及一种直接空冷机组余热梯级利用系统及方法。


背景技术：

2.在低温余热利用技术中，有机朗肯循环(orc)技术由于具有结构简单、稳定性强、发电效率高和较低的密封需求等优点而受到青睐。orc系统是采用卤代烃或碳氢化合物等低沸点有机物作为工质的朗肯循环，可以有效利用多种低品位热能，在低温余热利用领域有着广阔的应用前景。
3.在部分地区，由于水资源相对匮乏，燃煤机组通常采用空冷方式对机组排汽或循环水进行冷却。由于其冷却系统为闭式循环，耗水量几乎为零，因此极大地降低了燃煤发电厂对于水资源的消耗。但同时，却带来机组设计及运行背压较高的问题，导致机组排汽乏热损失巨大，影响了机组的运行效率。特别是在夏季运行工况，直接空冷机组运行背压甚至可达35～40kpa。背压高一方面降低了机组的运行效率，另一方面也给机组的安全运行带了较大隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种直接空冷机组余热梯级利用系统及方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种直接空冷机组余热梯级利用系统，包括汽轮机组、冷凝单元、凝结水箱、第一蒸发器、透平、换热单元、冷凝器、第二蒸发器和吸收器；
7.所述汽轮机组的排汽分两路，一路进入冷凝单元冷却凝结后进入凝结水箱，另一路进入第一蒸发器与工质换热，换热后的蒸汽进入换热单元再次换热，产生的冷凝水进入第二蒸发器冷却后进入凝结水箱，工质吸热产生的热蒸汽进入透平做功，所述透平产生的工质乏汽进入换热单元换热后进入冷凝器中冷凝；
8.所述冷凝器中产生的冷凝工质分为两路，一路回到第一蒸发器，另一路进入第二蒸发器换热，产生的工质蒸汽进入吸收器，所述吸收器中的溶液吸收工质蒸汽后进入换热单元换热；
9.换热单元中换热后的溶液回到吸收器，换热析出的工质蒸汽进入冷凝器。
10.本发明的进一步改进在于：
11.所述换热单元包括发生器和溶液换热器；
12.所述第一蒸发器的蒸汽进入发生器内换热，产生的冷凝水进入第二蒸发器；
13.所述透平产生的工质乏汽依次进入发生器和溶液热交换器中换热后进入凝汽器；
14.所述吸收器中的溶液依次进入所述溶液热交换器和发生器中进行换热，换热后的溶液通过溶液热交换器再回到吸收器，溶液换热析出的工质蒸汽进入冷凝器。
15.所述冷凝器的冷凝工质出口与第一蒸发器工质入口之间设置有工质泵。
16.所述冷凝器的冷凝工质出口与第二发生器的冷凝工质入口之间设置第一节流阀。
17.所述第二发生器的工质蒸汽出口与吸收器的工质蒸汽入口之间设置压缩机。
18.所述吸收器的溶液出口与溶液换热器的溶液入口之间设置溶液泵。
19.所述溶液换热器的溶液出口与吸收器的溶液入口之间设置有第二节流阀。
20.所述冷凝单元包括空冷岛，所述空冷岛的蒸汽入口连接汽轮机组的蒸汽出口，空冷岛的凝水出口连接凝水箱的入口。
21.一种直接空冷机组余热梯级利用方法，包括以下步骤：
22.所述汽轮机组的排汽分为两路，一路进入冷凝单元冷却凝结，产生的冷凝水进入凝结水箱；
23.另一路蒸汽进入第一蒸发器与第一蒸发器内部的工质换热；
24.所述第一蒸发器中，换热后的蒸汽进入发生器再次降温成为冷凝水，然后进入第二蒸发器中进一步冷却后进入凝结水箱；工质吸热产生热蒸汽，所述热蒸汽进入透平做功带动发动机发电，所述透平产生的工质乏汽依次进入发生器和溶液热交换器中放热；放热之后再进入冷凝器中冷凝，冷凝器中一部分冷凝工质返回第一蒸发器，实现动力循环；
25.所述冷凝器中的另一部分冷凝工质进入第二蒸发器中，与第二蒸发器中的冷凝水换热，冷凝工质吸热成为工质蒸汽并进入吸收器，被吸收器中的吸收剂溶液吸收，吸收剂溶液依次进入溶液热交换器和发生器中吸热，换热后的溶液再次回到溶液热交换器放热后回到吸收器，溶液换热析出的工质蒸汽进入冷凝器中放热冷凝，产生的冷凝工质再回到第二蒸发器，实现制冷循环。
26.进一步的，所述工质采用r1234ze或r1234yf；
27.所述吸收剂溶液采用离子液体[hmim][tf2n]。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029]
本发明公开了一种直接空冷机组余热梯级利用系统，包括汽轮机组、冷凝单元、凝结水箱、第一蒸发器、换热单元、冷凝器、第二蒸发器、吸收器和透平；汽轮机组的排汽分两路，一路进入冷凝单元冷却凝结后产生冷凝水进入凝结水箱，另一路进入第一蒸发器与工质换热，换热后的蒸汽进入换热单元再次换热，产生的冷凝水进入第二蒸发器中继续冷却，之后进入凝结水箱，工质在第一蒸发器中吸热产生热蒸汽进入透平做功，透平产生的工质乏汽进入换热单元；换热单元出口的工质蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝器中产生的冷凝工质分为两路，一路回到第一蒸发器，完成动力循环。冷凝器中产生冷凝工质的另一路进入第二蒸发器，第二蒸发器产生的凝结水进入凝结水箱，产生的工质蒸汽进入吸收器，吸收器中的溶液吸收工质蒸汽后进入换热单元换热，换热后的溶液回到吸收器，溶液换热析出的工质蒸汽进入冷凝器，实现制冷循环，该系统利用汽轮机排汽余热驱动复合循环系统，实现汽轮机排汽余热的有效梯级利用，提升系统整体能量利用效率，汽轮机排汽驱动动力循环，增加了系统对外供电量，提升系统供电能力；同时减少了进入冷凝单元的蒸汽量，使冷凝单元热负荷减少，可改善冷凝单元的换热效果，改善空冷机组背压。
附图说明
[0030]
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
[0031]
图1为本发明的为本发明的系统示意图。
[0032]
其中：1
‑
汽轮机组，2
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空冷岛，3
‑
凝结水箱，4
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第一蒸发器，5
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透平，6
‑
发生器，7
‑
溶液热交换器，8
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冷凝器，9
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工质泵，10
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第一节流阀，11
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第二蒸发器，12
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压缩机，13
‑
吸收器，14
‑
溶液泵，15
‑
第二节流阀。
具体实施方式
[0033]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0034]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0036]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0037]
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0038]
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0039]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0040]
参见图1，本发明实施例公开了一种直接空冷机组余热梯级利用系统，包括汽轮机组1、冷凝单元、凝结水箱3、第一蒸发器4、换热单元、冷凝器8、第二蒸发器11和吸收器13；汽轮机组1的排汽分两路，一路进入冷凝单元冷却凝结后产生冷凝水进入凝结水箱3，另一路进入第一蒸发器4与工质换热，换热后的蒸汽进入换热单元再次换热，产生的高温水进入第二蒸发器11中进一步冷却，工质吸热产生的热蒸汽进入透平5做功，所述透平5产生的工质乏汽进入换热单元；换热单元出口的工质蒸汽进入冷凝器8中冷凝，冷凝器8中产生的冷凝
工质分为两路，一路回到第一蒸发器4，另一路进入第二蒸发器11，与第二蒸发器11中的高温水换热，高温水变成低温水进入冷凝水箱3中，工质吸收高温水的热量产生的工质蒸汽进入吸收器13，所述吸收器13中的溶液吸收工质蒸汽后进入换热单元换热，换热后的溶液回到吸收器13，换热析出的工质蒸汽进入冷凝器8。
[0041]
换热单元包括发生器6和溶液换热器7；第一蒸发器4的出口蒸汽进入发生器6内换热，产生的高温水进入第二蒸发器11中进一步冷却；透平5产生的工质乏汽进入所述发生器6内进行换热，换热后的工质进入溶液换热器7再次换热降温，吸收器13中的溶液依次进入所述溶液换热器7和发生器6中进行换热，换热后的溶液再回到溶液换热器7中放热，放热后的溶液回到吸收器13，换热析出的工质蒸汽进入冷凝器8，冷凝器8的冷凝工质出口与蒸发器的工质入口之间设置有工质泵9，冷凝器8的冷凝工质出口与第二发生器11的冷凝工质入口之间设置有第一节流阀10。第二发生器11的工质蒸汽出口与所述吸收器13的工质蒸汽入口之间设置有压缩机12。吸收器13的溶液出口与溶液换热器7的溶液入口之间设置有溶液泵14。溶液换热器7的溶液出口与吸收器13的溶液入口之间设置有第二节流阀15。冷凝单元包括空冷岛2，所述空冷岛2的蒸汽入口连接汽轮机组1的蒸汽出口，空冷岛2的凝水出口连接凝水箱入口。
[0042]
本发明还公开了一种直接空冷机组余热梯级利用方法，包括以下步骤：
[0043]
汽轮机组1设置两个排汽口，一个排汽口连接空冷岛2蒸汽入口，另一个排汽口连接第一蒸发器4入口，进入空冷岛2的排汽经环境空气冷却后凝结进入凝结水箱3，进入第一蒸发器4的排汽先在第一蒸发器4中与有机工质换热，进行初步降温，之后进入发生器6进行再次降温成为高温水，最后进入蒸发器11中冷却成低温水，返回凝结水箱3。
[0044]
本发明公开的系统中，第一蒸发器4，透平5，发生器6，溶液热交换器7，冷凝器8，工质泵9组成了动力循环单元，动力循环单元的工作方法为：
[0045]
有机工质在第一蒸发器4中吸收汽轮机组1排汽热量成为过热蒸汽，之后进入透平5膨胀做功带动发电机发电，透平5的工质乏汽依次进入发生器6和溶液热交换器7中放热，之后再进入冷凝器8中冷凝，冷凝器8出口部分工质经工质泵9升压后返回第一蒸发器4中，完成动力单元循环。
[0046]
本发明公开的系统中，发生器6，溶液热交换器7，冷凝器8，第一节流阀10，蒸发器11，压缩机12，吸收器13，溶液泵14，第二节流阀15组成了制冷单元，制冷单元的工作方法为：
[0047]
吸收器13出口稀溶液经溶液泵14升压后进入溶液换热器7中，与从发生器6返回的浓溶液进行换热，之后进入发生器6中，吸收透平5排汽余热及汽轮机组1排汽余热使有机工质析出而转变为浓溶液。浓溶液进入溶液热交换器7放热之后经第二节流阀15节流后返回吸收器13，溶液所析出有机工质蒸汽进入冷凝器8中放热冷凝。再经第一节流阀10节流后进入蒸发器11吸收热量重新变为工质蒸汽，并经过压缩机12加压后返回吸收器13中被稀溶液所吸收，完成制冷单元循环。
[0048]
动力循环和制冷循环采用同一有机工质。
[0049]
有机工质可以选择r1234ze或r1234yf；
[0050]
吸收剂溶液可以选择离子液体[hmim][tf2n]。
[0051]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。