汽轮机乏汽潜热综合利用的方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于热能综合利用【技术领域】，具体涉及一种汽轮机乏汽潜热综合利用的方法与系统。本发明方法包括：汽轮机排出乏汽；将汽轮机排出的乏汽传输至余热利用冷凝系统，余热利用冷凝系统利用乏汽潜热，并将乏汽冷凝为水，完成郎肯循环。本发明系统包括：汽轮机；余热利用冷凝系统，与所述汽轮机连接，以利用汽轮机的乏汽潜热，并将乏汽冷凝，完成郎肯循环。利用余热的凝汽器既可以是特别设计的低温多效蒸发海水淡化装置，也可以是单效溴化锂吸收式空调机组。本方法和系统在保证汽轮机组的发电效率较高的条件下还能够高效利用低压乏汽的潜热。
【专利说明】汽轮机乏汽潜热综合利用的方法与系统
【技术领域】
[0001]本发明属于热能综合利用【技术领域】，具体涉及一种汽轮机乏汽潜热综合利用的方法与系统。
【背景技术】
[0002]利用传统的汽轮机发电已有百余年的历史。通常，在这些系统中，热能用于产生高温高压蒸汽，蒸汽通过汽轮机推动转子转动，将高压蒸汽的热能转化成机械能做功，机械能既可以直接应用，也可以通过发电机进行发电。为获得较高的(30-45%)热电转换效率，汽轮机出口排出的乏汽尾气的压力必须越低越好；通常使用水冷或风冷，尾气的凝气压力低于0.1MPa。传统的水冷冷凝器结构都是管壳式换热器，其中冷凝水在管中进行循环，将壳层中的蒸汽冷凝成水。这种结构的优点是不需对冷凝用的循环水进行特殊处理，系统的维修和除垢也比较容易。乏汽冷凝为水之后才能被泵回至系统再次循环，完成郎肯循环。这种传统的冷凝过程通常会扔掉超过总热量50%的能量，即水蒸气乏汽中的潜热没有被利用而被白白扔掉。采用水冷时，尽管冷凝过程中所产生的热水可用于商业或居民供热，从而能在一定程度上提升热能的利用效率，但这种方式只是一种低效的热能利用。
[0003]目前低温多效蒸发海水淡化所用蒸汽大都是从发电厂汽轮机的中间段抽气，压力大于0.1MPa,需要经降压后再送入多效蒸发海水淡化装置的输入端开始进行蒸发制水，浪费了高压优质蒸汽。而且，汽轮机乏汽常通过管壳式换热器冷凝，乏汽潜热没有被利用直接冷凝为水，造成了热能的浪费。
[0004]另一方面，在冷热电建筑一体化的应用中，为了将吸收式制冷机与汽轮机相结合，通常必须采用出口压力高达0.4至0.SMPa的所谓背压式汽轮机。然而，此种结构的不足之处是发电效率会明显降低——通常背压式汽轮机的发电效率仅为10%甚至更低。
[0005]上述两种情况都必须采用较高压力的蒸汽，牺牲了汽轮机的循环效率，同时汽轮机乏汽的潜热也没有得到应用。因此，实有必要提供一种方法及系统，以克服传统方法浪费汽轮机乏汽低温潜热的缺陷，在保持较高热能发电效率的同时还能够高效利用低压乏汽的潜热。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种即能有效地利用低压乏汽的潜热，还能保持较高的发电效率的汽轮机乏汽潜热综合利用的方法与系统。
[0007]本发明利用低温多效蒸发海水淡化系统、吸收式制冷机组或其它热转换系统作为汽轮机的凝汽器，既有效地利用低压乏汽的潜热，还能保持较高的发电效率。
[0008]本发明一方面，提供了一种利用汽轮机排放乏汽潜热的方法，包括以下步骤:汽轮机排出乏汽；将汽轮机排出的乏汽传输至余热利用冷凝系统。
[0009]可选的，所述余热利用冷凝系统为低温多效蒸馏海水淡化系统，以产生纯水；在这里，低温多效蒸馏海水淡化系统作为汽轮机乏汽的冷凝器，其结构和方法都与上述传统的乏汽冷凝器不一样:传统的乏汽冷凝器都是管壳式换热器，冷却水走管，乏汽走壳层而被冷却成水。本发明则是采用特殊设计的低温多效蒸发海水淡化装置的第一级，一个喷淋式换热器，其中乏汽走管，并使用壳层中的冷却水(经过过滤处理之后的海水或污水)喷淋到管壁的换热方法将乏汽冷却成水，完成郎肯循环，同时生成下一效的换热蒸汽，如此类推，多级换热制水。
[0010]本发明的另一个方面，采用特殊设计的溴化锂吸收式制冷机组的发生器，一个喷淋式换热器，其中乏汽走管，并使壳层中的冷却水(稀释的溴化锂溶液)喷淋到管壁的换热方法将乏汽冷却成水，完成郎肯循环，同时将稀释的溴化锂溶液蒸发，生成浓缩的溴化锂溶液，作为溴化锂制冷机组内循环的一个部分。
[0011]可选的，所述低温多效蒸发海水淡化系统的输入乏汽压强范围为0.013至0.1MPa,较佳的压强范围是0.013至0.05MPa ;温度范围为30°C -100 °C，较佳的为300C -75O。
[0012]较佳的，低温多效蒸发海水淡化系统的输入乏汽压强和温度对应为:0.005MPa、30。。或 0.008ΜΡ、40。。或 0.013MPa、50°C或 0.02MPa、60°C。
[0013]可选的，所述余热利用冷凝系统为作为冷凝器的低温吸收式制冷机；
[0014]可选的，所述低温吸收式制冷机的输入乏汽的压强范围为0.03至0.1MPa，温度范围为70°C以上，较佳的为70°C -100°C。
[0015]较佳的，低温吸收式制冷机的输入乏汽压强和温度对应为:0.032MPa、70°C或
0.048MPa、80°C或 0.07IMPa,90°C。
[0016]本发明的另一方面，还提供了一种利用汽轮机排放乏汽潜热的系统，包括:汽轮机，用于排出乏汽；余热利用冷凝系统，与所述汽轮机连接，以利用汽轮机的乏汽潜热，并将乏汽冷凝为水，完成郎肯循环。
[0017]可选的，所述余热利用冷凝系统为低温多效蒸馏海水淡化装置，该装置包括:供汽系统、喷淋系统、多效蒸发罐、淡水箱及浓水箱，汽轮机乏汽输入供汽系统，在第一效蒸发罐的换热管内冷凝，形成液态水，经第一效蒸发罐的换热管出口，循环回到汽轮机系统。
[0018]其中，所述低温多效蒸馏海水淡化装置还包括一个冷凝器，输入喷淋系统的工作流体，经过冷凝器的管路预热，输入喷淋系统，在最后一效蒸发罐内蒸发，循环回到冷凝器，在冷凝器罐体内冷凝成水，收集到淡水箱。
[0019]其中，所述喷淋系统的工作流体为的海水或污水，上一效蒸发罐罐内的喷淋海水蒸发后作为下一效蒸发罐换热管的输入蒸汽，在下一效换热管内凝成水，收集到淡水箱；第一效蒸发罐罐内产生的浓盐水，收集到浓水箱。
[0020]其中，所述低温多效蒸馏海水淡化装置的输入乏汽的压强范围为0.005至
0.1MPa，温度范围为30°C至100°C，较佳的为30°C至75°C。
[0021]可选的，余热利用冷凝系统为低温吸收式制冷机，包括:发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器和循环泵，吸收式制冷机的发生器与所述汽轮机连接；汽轮机乏汽在发生器中冷凝成水，完成郎肯循环。
[0022]其中，所述低温吸收式制冷机的工作流体为溴化锂溶液，所述溴化锂稀溶液在所述发生器中被汽轮机乏汽加热蒸发浓缩，汽化水蒸气进入冷凝器冷凝成液态水，然后进入低压蒸发器，再在换热器表面蒸发带走大量蒸发潜热制冷，提供冷却功能；所述发生器中的溴化锂稀溶液浓缩成浓溶液而进入吸收器，吸收低压蒸发器中产生的水蒸气后被稀释，经循环泵送回发生器进行下一轮循环，冷凝的乏汽循环回到汽轮机系统。其中，换热器主要作用是利用浓溶液中的多余热能，经过换热器加热稀溶液，提高系统的热利用效率。
[0023]其中，所述余热利用冷凝系统的输入乏汽压强范围为0.032MPa至0.1MPa，温度范围为70°C以上，较佳的为70°C至100°C。
[0024]本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于:本发明利用热能产生高温高压蒸汽，利用高温高压蒸汽通过汽轮机发电，汽轮机排出的低压乏汽将直接被作为汽轮机凝汽器的吸收式制冷机或海水淡化系统加以利用。在本发明的一个实施例中，采用吸收式制冷系统作为汽轮机的凝汽器。而在另一实施例中，汽轮机凝汽器采用产生纯净水的海水淡化系统。采用上述方式，汽轮机排出的低压乏汽中的潜热就可以得到有效的利用。采用凝汽式汽轮机的路径同采用背压式的汽轮机路径进行对比，系统的综合利用效率要提高30%以上，在保持较高热能发电效率的同时还能够高效利用低压乏汽的潜热，完成郎肯循环。
[0025]本发明将汽轮机乏汽直接输入海水淡化装置进行海水淡化。该海水淡化装置替代了原有汽轮机系统中管壳式换热器的功能(将乏汽冷凝为水)的同时，还能完整的保留原有海水淡化的功用。
[0026]本发明优点在于:
[0027]1.省略了传统冷凝系统的管壳式换热器，节约了成本。
[0028]2.省略了通常的海水淡化系统在汽轮机中段抽汽，再经过高压蒸汽降压的步骤，节约了热能，提高了汽轮机发电效率。
[0029]3.传统的汽轮机冷凝器是一个典型的管壳式换热器，其中冷却水走管，乏汽走壳层，冷却水管的表面将乏汽直接冷凝为水，乏汽的潜热被浪费。采用本发明，乏汽走管，冷却用的海水通过喷淋走壳层，乏汽余热直接可以用来蒸发海水，提供下一效的蒸发用蒸汽，进行多效海水淡化；同时，乏汽在第一效罐内被冷凝成水，完成汽轮机系统的郎肯循环。这个方法，突破了原有两个独立装置的局限性，从而提高了总体的热利用效率。
[0030]溴化锂吸收式制冷机的优点亦是如此。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是本发明一个实施例中汽轮机与作为冷凝器的低温多效蒸发海水淡化系统连接的结构示意图。
[0032]图2是本发明另一实施例中汽轮机与作为冷凝器的溴化锂吸收式制冷机连接的结构示意图。
[0033]图中标号:100为汽轮机，101为乏汽或第I效输入蒸汽，102为第I效输出蒸汽(也是第2效的输入蒸汽)，103为第I效输入的喷淋海水，104为第2效的输出蒸汽，105为第2效输入的喷淋海水，106为经过N效蒸发的浓缩盐水，107为第一效冷凝下来的淡水，将被送回汽轮机的循环回路，完成郎肯循环；108为第N-2效蒸发器，109为第N-1效输出蒸汽，110为第N-1效输入的喷淋海水，111为第N效输出蒸汽，112为各效输出淡水，113为第N效输入的喷淋海水，114为原始进料海水，115为第N效蒸汽的最终冷凝器，116为三通，117为淡水箱，118为最终冷凝器的输出淡水，120为回到海中的管路，将冷凝器115所用的冷却海水部分放回到海中，121为淡水产品的输出，123为第N-2效输入蒸汽，124为第N-2效的喷淋海水。
[0034]202为吸收式制冷机组，203为发生器，204为喷淋装置，205为蒸汽，207为水，208为冷凝器，209为冷凝水，210为冷凝水，211为控制阀门，212为蒸发器，213为冷剂水，214为冷剂水，215为喷淋器，216为管路，217为溴化锂稀溶液，218为浓溴化锂溶液，219为换热器，220为喷淋装置，221为吸收器，222为冷却水，223为冷却水。
【具体实施方式】
[0035]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0036]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。需要说明的是，文中的所有叙述中，海水都可以改为污水而不失去所有相关叙述的真实性和可用性。
[0037]图1示出了低温多效海水淡化系统作为汽轮机乏汽冷凝器的示意图。如图所示，汽轮机100产生电能后将乏汽101排至作为凝汽器的海水淡化系统的低温低压蒸汽入口，其中多效蒸发器的级数N由汽轮机排汽口 101排出的乏汽压力所决定。本实施例中，汽轮机排汽口 101排出的蒸汽压力范围是0.008至0.1MPa。
[0038]本发明通过将汽轮机排出的乏汽101作为低温多效蒸发海水淡化的第一效输入蒸气在平行换热管内被冷凝成液态水107，完成郎肯循环；喷淋的海水103在吸收潜热后产生与冷凝量基本相当的二次蒸汽，作为第二效的输入蒸汽102进入下一效换热管。蒸发、冷凝的过程在各效重复，产生基本等量的蒸馏水，经管路由淡水箱117收集。最后一效产生的蒸汽111在冷凝器115中由原始进料海水114冷凝，也预热了该进料海水114。不凝气体在冷凝器内富集，由真空泵抽出，保证蒸发-冷凝换热的过程高效进行。
[0039]本发明的工作过程如下:经过适当过滤和其他相关处理的原始进料海水114首先经过一个水泵进入蒸汽冷凝器115 (海水预热器)中预热、脱气，并将最后的剩余蒸汽111冷凝成水，冷凝水119回到淡水产品容器117，完成汽轮机发电的整个郎肯循环；同时，预热后的海水经过一个三通116，一部分作为蒸馏过程的进料海水113，另一部分120则经过一个控制阀门重新排回到海里。进入蒸馏过程的海水113在加入阻垢剂后首先进入海水淡化装置的最后一效(第N效)蒸发容器，经过喷淋换热后生成最后一效蒸汽111。未蒸发的最后一效剩余海水料液110由泵输送到上一效(第N-1效)的蒸发设备中，作为第N-1效喷淋的工作流体，经第N-1效喷淋设备均匀喷射在第N-1效蒸发罐的换热管束上，吸收管内来自上一效蒸气123的汽化潜热并以降膜蒸发的形式被部分蒸发成第N-1效水蒸气109，作为下一效(第N效)的输入热源，同时将这一效输入的水蒸汽123冷凝成淡水，经过水管112进入淡水储罐117 ;未蒸发的第N-1效剩余海水料液124则由输送泵输送到温度更高的上一效(第N-2效)蒸发组中，作为第N-2效喷嘴的工作流体，喷淋在N-2效蒸发罐的换热管束上；反复重复这个过程，直到第一效，蒸汽直接来源于汽轮机的乏汽输出端101，汽轮机排出的乏汽101作为第一效的输入蒸汽经过海水淡化装置对乏汽中的潜热加以利用后，在换热管内冷凝成水；各效冷凝产生的淡水112经管路由淡水箱117收集，完成朗肯循环。海水淡化后浓缩的盐水106可以直接送入大海，也可以作进一步的加工，制成海盐或其它化工原料。[0040]图2示出了汽轮机乏汽应用于吸收式制冷系统的示意图。其中吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷机。该溴化锂吸收式制冷机，包括:发生器203、冷凝器208、蒸发器212、吸收器221、换热器219和循环泵，制冷机的发生器与所述汽轮机连接；其中，发生器203包括喷淋装置204和下面的散热管束，吸收器221包括喷淋装置220和下面的换热管束，蒸发器212包括喷淋器215和下面的冷剂水管；本发明通过将汽轮机100排出的乏汽101作为输至作为凝汽器的吸收式制冷机组(单效溴化锂吸收式空调机组)202中。该吸收式制冷机通过在真空状态下水的低温蒸发产生冷剂水以供建筑物的空调使用。乏汽101在发生器203中冷凝成水207后即完成郎肯循环。
[0041]本发明的工作过程如下:汽轮机乏汽101通过管路进入单效溴化锂吸收式空调机组202的发生器203的散热管束，来自吸收器221的溴化锂稀溶液管路217被喷淋装置204喷淋到上述管束的外表面上，经过降膜蒸发吸收乏汽的相变潜热而生成蒸汽205，该蒸汽通过管路输送到冷凝器208内得到冷凝；同时，发生器管束内的乏汽被冷凝成水207，起到凝汽器的作用，完成郎肯循环。蒸汽205被冷凝器208中的冷凝水209/210冷凝成水，通过控制阀门211进入蒸发器212。蒸发器内部保持高真空度，使得喷淋器215喷淋到冷剂水管外表面的水在5摄氏度沸腾蒸发，蒸发时的相变潜热将冷剂水213从12度冷却到7度(214)。在蒸发器212中产生的低压水蒸气经过管路216进入吸收器221，来自发生器203的浓溴化锂溶液由管路218通入换热器219，再经过喷淋装置220喷淋到吸收器221的换热管束的外表面上，浓溴化锂溶液将来自蒸发器212的蒸汽吸收生成稀释的溴化锂溶液，吸收过程中所放出的潜热由冷却水222/223带入环境进行冷却。稀释的溴化锂溶液，在通过管路217进入换热器219，再通过喷淋装置204喷淋到发生器203的散热管束的外表面上，重复下一个循环。
[0042]采用传统的背压式汽轮机，汽轮机的排汽压力0.6MPa左右；其发电效率通常为8%，考虑到电制冷比率为4，则折合后的制冷效率为32% ；0.6MPa的汽轮机排汽还可以用来驱动一台双效的吸收式制冷机，因其制冷比率为1.4，从而该制冷机的制冷效率为91%。这样，背压式汽轮机的总制冷效率为123%。在另一种情况下，采用本发明的凝汽式汽轮机，其乏汽压力在0.03MPa左右，其发电效率通常可达到30%的效率，考虑到电制冷比率为4，则折合后的制冷效率为120% ；0.03MPa的乏汽只能驱动一台作为凝汽器的单效吸收式空调机，此时单效式制冷比率为0.65，则折合后的制冷效率为45%，从而整体的制冷效率达到165%。也就是说，采用本发明的凝汽式汽轮机的路径同采用背压式的汽轮机路径进行对比，系统的综合利用效率要提高30%以上。因此，本方法和系统即可保持汽轮机组的发电效率还能够高效利用低压乏汽的潜热。
[0043]虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种利用汽轮机排放乏汽潜热的方法，其特征在于，包括以下步骤: 汽轮机排出乏汽； 将汽轮机排出的乏汽传输至余热利用冷凝系统； 余热利用冷凝系统利用乏汽潜热，并将乏汽冷凝为水，完成郎肯循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述余热利用冷凝系统为低温多效蒸馏海水淡化系统，以产生淡水。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化系统的输入乏汽的压强范围为0.005至0.1MPa，温度范围为30°C至100°C，较佳的为40°C至75°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述余热利用冷凝系统为作为冷凝器的吸收式制冷机。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述余热利用冷凝系统的输入乏汽压强范围为0.032MPa至0.1MPa，温度范围为70°C以上，较佳的为70°C至100°C。
6.一种利用汽轮机排放乏汽潜热的系统，其特征在于，包括: 汽轮机，用于排出乏汽； 余热利用冷凝系统，与所述汽轮机系统连接，利用汽轮机的乏汽潜热，并将乏汽冷凝为水，完成郎肯循环。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述余热利用冷凝系统为低温多效蒸馏海水淡化装置，包括:海水取水过滤系统，喷淋系统、多效蒸发罐、淡水箱及浓水箱，汽轮机乏汽输入供汽系统，在第一效蒸发罐的换热管内冷凝，形成液态水，经第一效蒸发罐的换热管出口，循环回到汽轮机系统。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化装置的喷淋系统的工作流体为经过过滤处理的海水或污水，上一效蒸发罐罐内的喷淋海水蒸发后作为下一效蒸发罐换热管的输入蒸汽，在下一效换热管内凝成水，收集到淡水箱；经过多效蒸发后产生的浓盐水，收集到浓水箱。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化装置的输入乏汽的压强范围为0.005至0.1MPa，温度范围为30°C至100°C，较佳的为30°C至75°C。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述余热利用冷凝系统为低温吸收式制冷机，包括:发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器和循环泵，所述汽轮机与吸收式冷机的发生器连接，汽轮机乏汽在发生器中冷凝成水，完成郎肯循环。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述吸收式制冷机的工作流体为溴化锂溶液，所述溴化锂溶液在所述发生器中被汽轮机乏汽加热，汽化水蒸气进入冷凝器冷凝成低温液态水，之后再进入蒸发器中发生闪蒸，所述溴化锂稀溶液变为浓溶液而进入吸收器，吸收低温水蒸汽后稀释，循环泵送回发生器，在发生器内冷凝的乏汽循环回到汽轮机系统。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述余热利用冷凝系统的输入乏汽压强范围为0.032MPa至0.1MPa，温度范围为70°C以上，较佳的为70°C至100°C。
【文档编号】C02F103/08GK103806964SQ201210438950
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】张融, 项晓东 申请人:蓝瑚科技有限公司