基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统

摘要

本发明涉及基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统，属于乏汽余热回收热电联产领域，该系统包括：汽轮机、多效复叠喷射式热泵、热网末级加热器、低压汽水加热器、高温热网加热器、凝汽器、发电机、凝结水泵；所述的多效复叠喷射式热泵包括依次连接成一整体的带有复叠式首级引射口的复叠式首级混合段、复叠式首级喉部、复叠式首级扩压段、复叠式末级的扩压段和复叠式末级分配器；该系统采用多效复叠式工作流程大幅降低喷射式热泵的不可逆损失，实现直接将乏汽大比例与作为驱动蒸汽的中压抽汽混合并大幅度增压，加热热网一次网回水，解决了采用喷射式热泵高效回收乏汽余热用于供热的技术难题。余热回收能力提高数倍。

说明书

技术领域

本发明属于汽轮机乏汽余热回收热电联产领域，特别涉及一种基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统设计。

背景技术

目前中国北方地区供暖的主要系统形式是：热电联产、区域锅炉房和分散采暖各占约1/3，其中一次能源利用效率最高、减排效果最好、经济性最合理的热电联产的推广应用受到难以大规模扩展热网规模及其供热能力等因素的限制，亟需采取更好的技术路线与政策规划加以推广。由清华大学建筑节能研究中心创造性地开发的基于吸收式换热进行乏汽余热回收和大温差供热的相关专利技术，可实现在热电厂采用吸收式热泵回收汽轮机乏汽余热用于集中供热，将可使热电厂能源利用效率提高15～25％，并大幅扩大其供热能力。该技术已应用于工程实践并获得良好节能减排效果和经济效益。

但是由于实际热电联产系统的具体情况差异很大，很多情况下由于各相关工作介质的参数不匹配而导致实际乏汽余热回收的利用效率不佳，或者需要支付过大的初投资而导致并不经济。例如大量采用水冷式乏汽冷却(包括直流冷却方式和湿冷方式)的热电联产系统，由于其汽轮机(低压缸)乏汽排出口与水冷式凝汽器之间往往连接较为紧凑，并且多有采用矩形管道或其它异型管道而非圆形管道进行连接，因此难以开设乏汽引出口。并且往往也难以设置或增设大型阀门用于切断或调节乏汽流量以满足吸收式热泵对乏汽余热回收的要求。由此，对于采用水冷式凝汽器的热电联产系统，特别是大型系统，几乎无法实现乏汽的直接引出，因而只得采用通过冷却水进行间接余热回收的方式。多个大型水冷式热电联产系统的吸收式热泵余热回收改造实践表明，由于循环水温度较低且不适合大幅度提高汽轮机背压以免大幅影响发电性能及其安全性，实际的余热回收性能较差，即使采用热网大温差技术可以改善余热回收效果，但其初投资增大而其经济评价效果与空冷式汽轮机系统改造相比仍有较大差距。

另一方面，大量存在的中小型汽轮机发电系统由于其面临国家政策关于上大压小的政策调整，如改为热电联产系统仍可有继续存在的节能环保效益，但常规的低真空供热系统是以大幅牺牲发电能力为前提的，影响了热电联产系统的经济性。

如果采用喷射式热泵有可能解决上述问题，并且与吸收式热泵相比无任何转动或移动部件，无复杂的溶液制热循环及其可靠性问题，成本大幅度降低。发明专利200810102224.8公开了一种回收热电厂凝汽余热的喷射式热泵供热系统的解决思路。但是目前实际存在的问题是，目前传统的蒸汽喷射器由于受限于其驱动蒸汽和被抽吸蒸汽的压力比限制，往往只有在一定的压缩比及膨胀比的范围之内才具有较大的引射比，且其引射比通常在0.2～0.8左右，如果偏离其合理的压缩比及膨胀比范围，则其引射比大为降低到1％的数量级，在热电联产余热回收领域完全失去应用价值。至于压力比范围较大的喷射式真空泵结构，由于其主要功能是保持工艺过程所需的必要真空而非为了大量抽吸低压气体，因此其较小的引射比并不适合热电联产余热回收系统。因此，传统的蒸汽喷射器只有在少数特殊的热电联产工质参数组合条件下方有可能具有一定的实用价值，否则与已经走向成熟的吸收式换热余热回收系统相比无应用价值。

因此，有必要探寻全新的喷射式热泵的设计方案及其结构，以提高喷射式换热的乏汽余热回收性能，并大幅降低余热回收供热系统的造价，提高节能减排及经济效果。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统，该系统采用多效复叠式工作流程大幅降低喷射式热泵的不可逆损失，实现直接将乏汽大比例与作为驱动蒸汽的中压抽汽混合并大幅度增压，由于加热热网一次网回水，创造性地解决了采用喷射式热泵高效回收乏汽余热用于供热的技术难题。

本发明的具体描述是：

一种基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统，其特征在于，该系统包括：汽轮机、多效复叠喷射式热泵、热网末级加热器、低压汽水加热器、高温热网加热器、凝汽器、发电机、凝结水泵；所述的多效复叠喷射式热泵包括依次连接成一整体的首级喷射器、末级喷射器和末级分配器，该首级喷射器和末级喷射器均由依次连接的设有喷嘴的入口段、混合段、喉部及扩压段所组成，与发电机相连的汽轮机的抽汽管分别与多效复叠式喷射式热泵的首级喷射器的喷嘴进口和热网末级加热器高温侧进口相连，首级喷射器引射口与末级喷射器的扩压段出口相连的末级分配器的混合引出口通过复叠引射连通管相连；其中，驱动蒸汽与引射蒸汽在首级喷射器混合段混合后经过首级喷射器喉部、首级喷射器扩压段后进入末级喷射器的喷嘴，并与末级喷射器引射口的乏汽混合后经末级喷射器喉部和扩压段后进入末级分配器，末级喷射器引射口分别与汽轮机的乏汽出口和凝汽器的乏汽入口相连，末级分配器与一次网回水的低压汽水加热器的高温侧相连，换热后的凝结水与凝汽器的凝结水出水混合后经凝结水泵返回锅炉，低压汽水加热器的一次网回水出口与高温热网加热器相连。

上述所述的多效复叠式喷射式热泵的级数为2级复叠式喷射器结构，或者为增加一个中间级的3级复叠式喷射器结构。

上述的多效复叠式喷射式热泵的末级分配器与低压汽水加热器可直接相连为一个整体，或者互相分离并通过连通管相连。

上述的低压汽水加热器的凝结水与凝汽器的凝结水可采用引射式连接结构或者低加式混合水箱连接结构。

本发明的特点及有益效果：

本发明旨在解决目前实际工程中存在的采用喷射式热泵如何高效吸收乏汽余热的难题，提出了完整的技术方案及工程实施装置，采用全新设计的多效复叠喷射式热泵吸收汽轮机乏汽用于供热，其中乏汽是由喷射式热泵的复叠式末级引射口吸入，末级扩压段出口部分混合蒸汽送往前一级引射口被引射加压，如此类推，由此复叠式首级引射口吸入的蒸汽压力比汽轮机乏汽原有压力大得多，从而由首级喷嘴进入的较高压力的汽轮机抽汽就可引射获得更高压力的混合蒸汽，并由首级扩压段送出到下一级继续引射做功，复叠式末级连接一次网加热器用于供热，避免了采用常规的喷射式热泵由于难以适应实际工程中必然存在的各工质参数不匹配而导致引射比过低、节能性及经济性过差而难以实际应用，该新型多效复叠式喷射式热泵系统比传统喷射式热泵的余热回收能力提高2～5倍以上。

与已有的吸收式余热回收系统相比，在普遍存在的工程条件下可基本实现乏汽吸收效率相当，而初投资大幅降低的效果，并且由于属纯粹机械部件，无任何转动或移动部件，其运行可靠性更高，由此最大程度地提高热电厂的热耗率和整个热电联产集中供热系统的能源综合利用效益，并具有工程实用价值。

附图说明

图1是本发明的实施例1采用低压汽水加热器与喷射式热泵一体式结构、且串联高温热网加热器的喷射式换热热电联产余热回收供热系统示意图，

图2是本发明的实施例2采用低压汽水加热器与喷射式热泵分体式结构、且无高温热网加热器的喷射式换热热电联产余热回收供热系统示意图。

图1、2中各部件编号与名称如下。

汽轮机1、抽汽管2、复叠式首级喷嘴3、多效复叠喷射式热泵4、复叠式首级引射口5、复叠式首级混合段6、复叠式首级喉部7、复叠式首级扩压段8、复叠式末级9、复叠引射连通管10、复叠式末级引射口11、混合引出口12、复叠式末级分配器13、低压汽水加热器14、高温热网加热器15、凝汽器16、发电机17、凝结水泵18。

具体实施方式

本发明提出的基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明的基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统的实施例1结构如图1所示，图1中，采用低压汽水加热器与喷射式热泵一体式结构、且串联高温热网加热器，该实施例包括：汽轮机1、多效复叠喷射式热泵4、热网末级加热器15、低压汽水加热器14、高温热网加热器15、凝汽器16、发电机17、凝结水泵18；所述的多效复叠喷射式热泵4包括依次连接成一整体的首级喷射器5、末级喷射器9和末级分配器13，该首级喷射器和末级喷射器均由依次连接的设有喷嘴的入口段、混合段、喉部及扩压段所组成，其中，与发电机17相连的汽轮机1的抽汽管2分别与多效复叠式喷射式热泵4的复叠式首级喷射器喷嘴3进口和热网末级加热器15高温侧进口相连，复叠式首级喷射器引射口5与复叠式末级喷射器9的扩压段出口相连的复叠式末级分配器13的混合引出口12通过复叠引射连通管10相连，驱动蒸汽与引射蒸汽在复叠式首级喷射器混合段6混合后经过复叠式首级喷射器喉部7、复叠式首级喷射器扩压段8后进入复叠式末级喷射器9的喷嘴，并与复叠式末级喷射器引射口11的乏汽混合后经复叠式末级喷射器喉部和扩压段后进入复叠式末级分配器13，复叠式末级喷射器引射口11分别与汽轮机1的乏汽出口和凝汽器16的乏汽入口相连，复叠式末级分配器13与一次网回水的低压汽水加热器14的高温侧相连，换热后的凝结水与凝汽器16的凝结水出水混合后经凝结水泵18返回锅炉，低压汽水加热器14的一次网回水出口与高温热网加热器15相连。

上述多效复叠喷射式热泵4的级数为2级复叠式结构，或者为增加一个中间级的3级复叠式结构。其与低压汽水加热器14直接相连为一个整体。低压汽水加热器14的凝结水与凝汽器16的凝结水采用引射式连接结构或者低加式混合水箱连接结构。

本实施例的多效复叠喷射式热泵采用常规技术手段制造而成，其它各设备均可采用常规产品。

本发明的基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统的实施例2结构如图2所示，与实施例结构基本相同，区别之处在于采用低压汽水加热器与喷射式热泵分体式结构，并省去了高温热网加热器，而由多效复叠喷射式热泵将一次网回水直接加热到所需供水温度后送出。该系统特别适合于汽轮机背压较高、经过多效复叠喷射式热泵可获得较高压力混合蒸汽并用于供热的大量中小型汽轮机项目中。

需要说明的是，本发明提出了如何解决采用喷射式热泵高效回收汽轮机乏汽余热的问题的方法，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的两种而已，其它类似的简单变形的实施方式均落入本发明的保护范围。