改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统及其发电方法
【专利摘要】本发明公开了一种改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统及其发电方法，所述改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、冷却塔，所述蒸发器和冷却塔都具有冷水管道和热水管道形成的循环回路。本发明通过热泵技术和冷却塔同时对汽轮机排放的乏汽、热蒸汽进行降温凝结，提高了冷却凝结效率，并用热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将变为液体的蒸汽再次转化为高温液体或低压蒸汽补充到锅炉中，从而充分利用热量、减少热排放，冷却效果改善也能增强凝汽器凝气效果，改善汽轮机输出功率，通过提高热电转换率和热能回收利用两个方面降低发电成本。
【专利说明】 改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统及其发电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽轮发电系统，特别是涉及改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统。
[0002]本发明还涉及使用上述改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统发电的方法。
【背景技术】
[0003]发电系统是将机械能转变为电能的一种机器，通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。用汽轮机驱动的发电系统，由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电系统发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水泵、凝结水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。
[0004]现有技术中对于汽轮发电系统所排放的高温热蒸汽一般采用水冷或者空冷。冷却过程是系统排放的废热与环境的能量之间转换的过程。水冷的传热系数为1762W U2K)，空气做冷却介质的传热系数为62W(m2K)。传热系数表征了传热过程的强烈程度，数值越大传热过程越强。由于空冷系统传热系数小，经济效能差，因此目前主要采用水冷却系统。
[0005]水冷却系统需要消耗大量的水能源作为冷却水，并且无论水冷还是风冷都会将汽轮机排放的高温蒸汽中的热量带走，据统计火力发电的热效率平均只有35%-40%，而能量大部分被冷却系统带走并产生大量废热，降低了热量的利用效率。对于排出的废热虽然可以通过收集利用，但是发电厂往往距离市区比较远，需要将排放的废热加热到一个很高的温度，然后再从从发电厂输送到市区换热站，由于运输温度高于环境温度很多，因此在运输过程中热量损失严重，且热膨胀冷却对管道及相关设备要求较高，从而造成无法有效利用排放的废热。
[0006]此外由于现有技术中对于冷却塔的设计没有充分考虑环境温度影响，往往造成在炎热的夏季，冷却效果下降，凝汽器中压力过高导致发电效率下降，而如果重新设计建造新冷却系统则花费较高，并且施工时间过长从而造成经济损失，而如果不进行改造则发电效率底下从而浪费大量能源。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明是为了解决以上现有技术中的不足而完成的，本发明通过热泵技术辅助冷却塔对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将冷凝后热蒸汽凝结水补热，并重新补充到锅炉中，从而充分利用汽轮机排放的蒸汽中的热量、减少热排放、提高了冷却效果以及热电转化率、降低了发电成本。并且由于本发明的发电系统结构简单，因此可以通过对现有冷却系统进行简单改造而成，并且大大提高现有冷却系统的冷却效率。从而在花费较低的情况下有效解决了电厂中冷却塔老化、设计能力不足导致的发电效率下降等一系列问题。
[0009]通过适当加大热泵压缩机组功率，减少冷却塔散热的作用，可以实现全热回收再利用，直至实现热能零排放。
[0010]本发明的改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统其特征在于:所述改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、冷却塔，其中所述锅炉、汽轮机、凝汽器、冷凝器通过管道依次相连，所述蒸发器和冷却塔都具有冷水管道和热水管道形成的循环回路，所述蒸发器和冷却塔的冷水管道汇合后进入凝汽器，并从凝汽器排出后分成两个热水管道分别返回冷却塔和蒸发器。
[0011]所述热泵压缩机设置于冷凝器和蒸发器之间，通过管道连接，构成压缩式热泵系统。
[0012]本发明还包括使用上述改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统的发电方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤1，加热锅炉，使锅炉中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽轮机，汽轮机输出动力使发电机产生电力；
步骤2，汽轮机中排出的热蒸汽通过管道进入凝汽器中，循环冷却水经蒸发器的冷水管道和冷却塔的冷水管道汇合后进入凝汽器，并将排出的热蒸汽的热量吸收并带走，排出的升温后的冷却水一部分通过热水管道进入冷却塔进行冷却，一部分通过热水管道进入蒸发器，在蒸发器中热泵吸收热水管道中升温后的冷却水中的热量并传递给冷凝器中经过冷凝器进行热交换的凝结回水，然后蒸发器中的冷却水温度降低后继续通过冷水管道进入凝汽器，同时从冷却塔冷却后的降温的冷却水也通过冷水管道进入凝汽器，继续吸收热乏汽、蒸汽的热量；
步骤3，经过冷凝器中的凝结回水被热泵传递的热量加热后再进入锅炉，通过加热后再次变为热蒸汽，通过管道进入汽轮机，汽轮机输出动力发电。
[0013]本发明通过用热泵技术对热量产生搬运作用，辅助对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将冷凝后热蒸汽凝结水补热，并重新补充到锅炉中，从而充分利用汽轮机排放的蒸汽中的热量、减少热排放，冷却效果改善也能增强凝汽器凝气效果，改善汽轮机输出功率，通过提高热电转换率和热能回收利用两个方面降低了发电成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1 本发明的热改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统 图号说明
I…锅炉2…汽轮机3…凝汽器
4…冷却塔5…冷水管道6…热水管道
7…热水管道8…冷水管道9…热泵压缩机
10…冷凝器11…蒸发器
【具体实施方式】
[0015]本发明中所述热泵压缩机设置于冷凝器和蒸发器之间，通过管道和冷凝器和蒸发器连接，构成典型的压缩式热泵系统，属于本领域中常规热泵系统，在本文中不再做详细描述。[0016]下面结合附图的图1对本发明的改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统和利用该发电系统发电的方法作进一步详细说明。
[0017]本发明的热改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统，请参考图1，本发明的改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统其特征在于:所述改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统包括锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、热泵压缩机9、蒸发器11、冷凝器10、冷却塔4，其中所述锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、冷凝器10通过管道依次相连，所述蒸发器11和冷却塔4都具有冷水管道和热水管道形成的循环回路，所述蒸发器11和冷却塔4的冷水管道汇合后进入凝汽器3，并从凝汽器3排出后分成两个热水管道分别返回冷却塔4和蒸发器11。
[0018]在进一步优选的实施例中，所述热泵压缩机9设置于冷凝器10和蒸发器11之间，通过管道连接(图中未画出)，构成压缩式热泵系统。
[0019]本发明还公开了利用上述的改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统进行发电的方法，参考图1其包括以下步骤:
步骤I，加热锅炉1，使锅炉I中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽轮机2，汽轮机2输出动力使发电机产生电力；
步骤2，汽轮机2中排出的热蒸汽通过管道进入凝汽器3中，循环冷却水经蒸发器11的冷水管道8和冷却塔的冷水管道5汇合后进入凝汽器3，并将排出的热蒸汽的热量吸收并带走，排出的升温后的冷却水一部分通过热水管道6进入冷却塔进行冷却，一部分通过热水管道7进入蒸发器，在蒸发器中热泵吸收热水管道7中升温后的冷却水中的热量并传递给冷凝器10中经过冷凝器10进行热交换的凝结回水，然后蒸发器11中的冷却水温度降低后继续通过冷水管道8进入凝汽器3，同时从冷却塔4冷却后的降温的冷却水也通过冷水管道5进入凝汽器3，继续吸收热乏汽、蒸汽的热量；
步骤3，经过冷凝器10中的凝结回水被热泵传递的热量加热后再进入锅炉1，通过加热后再次变为热蒸汽，通过管道进入汽轮机2，汽轮机2输出动力发电。
[0020]从上述实施方式来看，本发明通过用热泵技术对热量产生搬运作用，辅助对排放的热蒸汽进行降温，并通过热泵将汽轮机中排放的热蒸汽中的热量转移，使用该热量将凝汽器排出的循环使用的凝结水加热成高温热水或蒸汽，并补充到锅炉中。由于本发明通过热泵辅助冷却，因此能够充提供更好的冷却效果，有效降低了凝汽器中的压力，提高了汽轮发电机的发电效率。并充分利用热量、减少热排放两种方法综合降低了发电成本。
[0021]上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统，其特征在于:所述改进型凝汽式热泵辅助冷却汽轮发电系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、冷却塔，其中所述锅炉、汽轮机、凝汽器、冷凝器通过管道依次相连，所述蒸发器和冷却塔都具有冷水管道和热水管道形成的循环回路，所述蒸发器和冷却塔的冷水管道汇合后进入凝汽器，并从凝汽器排出后分成两个热水管道分别返回冷却塔和蒸发器。
2.根据权利要求1所述的改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统其特征在于:所述热泵压缩机设置于冷凝器和蒸发器之间，通过管道连接，构成压缩式热泵系统。
3.权利要求1或2所述的改进型凝气式热泵辅助冷却汽轮发电系统的发电方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1，加热锅炉，使锅炉中的水受热产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽轮机，汽轮机输出动力使发电机产生电力； 步骤2，汽轮机中排出的热蒸汽通过管道进入凝汽器中，循环冷却水经蒸发器的冷水管道和冷却塔的冷水管道汇合后进入凝汽器，并将排出的热蒸汽的热量吸收并带走，排出的升温后的冷却水一部分通过热水管道进入冷却塔进行冷却，一部分通过热水管道进入蒸发器，在蒸发器中热泵吸收热水管道中升温后的冷却水中的热量并传递给冷凝器中经过冷凝器进行热交换的凝结回水，然后蒸发器中的冷却水温度降低后继续通过冷水管道进入凝汽器，同时从冷却塔冷却后的降温的冷却水也通过冷水管道进入凝汽器，继续吸收热乏汽、蒸汽的热量； 步骤3，经过冷凝器中的凝结回水被热泵传递的热量加热后再进入锅炉，通过加热后再次变为热蒸汽，通过管道进入汽轮机，汽轮机输出动力发电。
【文档编号】F01D15/10GK103775141SQ201210549959
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】苟仲武 申请人:苟仲武