專利名稱：復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，具體屬火力發電廠動力裝置技術領域。
背景技術：
以水蒸汽為工質的火力發電廠，是大規模地進行著把熱能轉變成機械能，并又把機械能轉變為電能的工廠。發電廠應用的循環很復雜，然而究其實質，主要是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、水泵等設備所組成的朗肯循環來完成，其工作原理是給水先經給水泵加壓后送入鍋爐，在鍋爐中水被加熱汽化、形成高溫高壓的過熱蒸汽，過熱蒸汽在汽輪機中膨脹做功，變為低溫低壓的乏汽，最后排入凝汽器凝結為冷凝水，重新經水泵將冷凝水送入鍋爐進行新的循環。至于火力發電廠使用的復雜循環，只不過是在朗肯循環基礎上，為了提高熱效率，加以改進而形成的新的循環即回熱循環、再熱循環等，朗肯循環已成為現代蒸汽動力裝置的基本循環。現代大中型蒸汽動力裝置毫無例外地全都采用抽汽加熱給水回熱循環、蒸汽再熱循環技術，從而提高了加熱平均溫度，除了顯著地提高了循環熱效率以外，汽耗率雖有所增力口，但由于逐級抽汽使排汽率減少，這有利于實際做功量和理論做功量之比即該循環的相對內效率Htji的提高，同時解決了大功率汽輪機末級葉片流通能力限制的困難，凝汽器體積也可相應減少。但蒸汽在凝汽器中凝結時仍釋放出大量的汽化潛熱，需要大量的水或空氣進行冷卻，即浪費了熱量、造成熱污染，又浪費了電能、水資源。因此如何有效利用凝汽器中蒸汽凝結時釋放的大量的汽化潛熱，值得深入研究。電站鍋爐生產過程中排放出大量的煙氣，其中可回收利用的熱量很多。雖然這部分余熱資源浪費巨大，但回收利用有較大的難度，其主要原因是(1)余熱的品質較低，未找到有效的利用方法；(2)回收這部分的余熱，往往對鍋爐原有熱力系統做出較大改動，具有一定的風險性；(3)熱平衡問題難以組織，難以在工廠內部全部直接利用，往往需要向外尋找合適的熱用戶，而熱用戶的用熱負荷往往會有波動，從而限制了回收方法的通用性。因此如何利用蒸汽朗肯循環火力發電廠的熱力學基本規律，保留基于朗肯循環原理的動力裝置技術的優點，探討新的聯合循環理論，真正找到大幅度提高蒸汽朗肯循環動力裝置熱效率的新途徑，成為該領域研究的難點。
發明內容
本發明的目的為解決上述蒸汽朗肯循環存在的問題，提出一種新的火電廠復合循環流程，即復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，能夠在保留傳統的蒸汽朗肯循環技術的優點的同時，大幅度回收傳統蒸汽朗肯循環凝汽器的汽化潛熱，使傳統朗肯循環凝汽器的負荷較大幅度減輕，相同發電量的情況下，減輕的絕對幅度值可達20%，從而實現有效提高整個聯合循環機組的熱效率，最終達到節能降耗、提高系統熱效率的目的。本發明的目的是通過以下措施實現的 一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，該裝置包括高壓端蒸汽朗肯循環、低壓端蒸汽朗肯循環，其特征在于
所述的高壓端蒸汽朗肯循環，是指由鍋爐本體I出來的飽和蒸汽2，經高壓過熱器3形成高壓過熱蒸汽3-1，送入高壓汽輪機4帶動發電機發電；高壓汽輪機4出來的乏汽在高壓凝汽器5凝結成凝結水6，凝結水6經高壓給水泵7送入高壓給水加熱器8、鍋爐本體1，鍋爐本體I再產生飽和蒸汽，從而形成高壓端蒸汽朗肯循環回路。所述的低壓端蒸汽朗肯循環，是指由低壓蒸發器14出來的蒸汽，經低壓過熱器15形成低壓過熱蒸汽16，送入低壓汽輪機17帶動發電機發電；低壓汽輪機17出來的乏汽在低壓凝汽器18凝結成低壓端凝結水9，凝結水9經凝結水泵10、低壓給水加熱器11、除氧器12、低壓給水泵13，送入低壓蒸發器14，低壓蒸發器14再產生蒸汽，從而形成低壓端蒸汽朗肯循環回路。所述的高壓凝汽器5的蒸汽凝結側采用正壓運行方式，即高壓汽輪機4出來的乏汽的壓力高于大氣壓力。所述的高壓端蒸汽朗肯循環回路的高壓凝汽器5即低壓端蒸汽朗肯循環回路的低壓蒸發器15，從而將高溫端蒸汽朗肯循環和低溫端蒸汽朗肯循環有機復合在一起，高效回收高溫端蒸汽朗肯循環的蒸汽冷凝時釋放的汽化潛熱用于低溫端蒸汽朗肯循環發電。燃料燃燒產生的高溫煙氣經鍋爐本體1、低壓過熱器15、高壓過熱器3、高壓給水加熱器8、低壓給水加熱器11降溫后排入大氣；或經鍋爐本體1、高壓過熱器3、低壓過熱器15、高壓給水加熱器8、低壓給水加熱器11降溫后排入大氣。所述的低壓給水加熱器11與煙氣采用分離式換熱方式時，低壓給水加熱器為復合相變換熱器，包括蒸發器11-1、冷凝器11-2，蒸發器11-1和冷凝器采用分體式或一體式的結構；其中的相變工質采用水或其他適宜的物質；相變工質在蒸發器11-1中吸收煙氣的熱量產生飽和蒸汽，飽和蒸汽通過冷凝器11-2與低壓端凝結水9間壁式換熱，冷卻后形成凝結液再由蒸發器11-1吸收煙氣的熱量產生蒸汽，從而形成相變工質的內循環過程；相變工質采用自然循環或強制循環方式；優選的方法是蒸發器、冷凝器分體式布置，即蒸發器11-1布置于煙道22內、冷凝器11-2布置于煙道外，相變工質采用水，采用自然循環方式。設有與復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置配套的補水系統，經化學水處理的合格補水進入除氧器12，補充系統的消耗；設有高壓端蒸汽朗肯循環的補水回路經除氧器12除氧后的低壓給水經高壓端補水泵20、高壓端補水管線補入高壓端蒸汽朗肯循環系統。所述的高壓給水加熱器8、高壓凝汽器5 (即低壓蒸發器14)、低壓給水加熱器11、高壓過熱器3、低壓過熱器15可分別設置一個或多個，采用串聯、并聯或混聯方式連接。送風機24送來的空氣23進入空氣預熱器25，形成熱空氣26，進入燃燒設備27參與燃燒，生成的高溫煙氣經鍋爐本體1、低壓過熱器15、高壓過熱器3、高壓給水加熱器8、空氣預熱器23、低壓給水加熱器11降低溫度后排出。所述的低壓端凝汽器18按照常規技術進行設置，采用水或空氣等作為冷卻介質。本發明中所提及的前述設備的換熱元件可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用其他強化傳熱措施的管子或其他型式的中空腔體換熱元件。控制低壓給水加熱器11之蒸發器11-1換熱面的壁面溫度稍高于煙氣酸露點溫度，或采用耐腐蝕的材料有效減輕煙氣的低溫腐蝕，能夠有效降低排煙溫度、避免煙氣低溫腐蝕的同時，高效回收煙氣余熱。本發明中未說明的設備及其備用系統、管道、儀表、閥門、保溫、具有調節功能旁路設施等采用公知的成熟技術進行配套。設有與本發明系統配套的安全、調控裝置，采用現有蒸汽朗肯循環發電廠、程氏循環發電廠或燃氣-蒸汽聯合循環發電廠的公知的成熟調控技術進行配套，使復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置能經濟、安全、高熱效率運行，達到節能降耗的目的。本發明相比現有技術具有如下優點1、本發明設計的復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，有別于傳統的蒸汽朗肯循環系統，高壓端蒸汽朗肯循環的高壓凝汽器5蒸汽冷凝側采用正壓運行方式，將高壓汽輪機4的排汽作為低壓端蒸汽朗肯循環的熱源之一，將高壓凝汽器5和低壓端蒸汽朗肯循環中的低壓蒸發器14巧妙復合在一起，高壓端蒸汽朗肯循環中蒸汽的汽化潛熱全部得到有效利用，相比同發電功率的機組的低壓端凝汽器的負荷，凝汽器的負荷減輕的絕對幅度值可達40%，整個系統循環的絕對效率值至少提高2%以上；因高壓端蒸汽朗肯循環汽輪機的背壓采用正壓方式運行，高壓汽輪機出口乏汽能保證一定的過熱度，在高壓端過熱蒸汽溫度不變的情況下，可通過適當提高高壓端蒸汽初壓的方法進一步提高循環熱效率2%以上，而且由于汽輪機出口乏汽的比容變小，減小了設備的尺寸。2、蒸汽朗肯循環系統的設備及基建投資有所降低，整個聯合循環機組的運行費用有較大幅度的降低
(1)高壓端蒸汽朗肯循環系統的凝汽器由于采用正壓運行方式，消除了傳統負壓運行技術不可避免的漏氣、漏水現象，配套整個朗肯循環系統的除氧器的給水除氧負荷大幅度減輕，除氧設備容量小，相比傳統的除氧器的大的高層布置空間，所需的空間小，布置靈活方便；
(2)低壓凝汽器的比傳統凝汽器的小得多，絕對幅度值減少40%左右。3、電廠的煙氣余熱實現高效回收利用尾部煙道設置的熱交換器采用相變換熱器時，可以高效回收煙氣的余熱，排煙溫度可降低至120°C左右，相變換熱器蒸發器采用耐腐蝕材料時，排煙溫度能降低更多，達到85°C左右，對脫硫脫硝系統的運行極為有利，有效避免煙氣低溫腐蝕的同時，回收的熱量用于朗肯循環系統高效發電，更符合能量梯級利用原理。4、運行安全性明顯提高
(1)高壓端蒸汽朗肯循環的高壓蒸汽輪機正壓運行，出口蒸汽為過熱蒸汽，相比于采用再熱循環技術的機組，能夠進一步降低背壓，從而多發電，蒸汽輪機的運行工況得到優化；低壓端蒸汽朗肯循環中的低壓過熱器，因壓力較低，運行安全性提高；低壓汽輪機的進汽采用過熱蒸汽，能有效解決傳統蒸汽朗肯循環中汽輪機末級葉片因濕蒸汽帶來的問題設計、制造及運行問題，蒸汽輪機發電機組的振動較之前明顯改善；
(2)高壓側蒸汽朗肯循環鍋爐系統的氧腐蝕安全性能明顯改善，減輕了傳統蒸汽發電機組因凝汽器負壓運行，空氣不可避免漏入而對系統系統造成的氧腐蝕危害。5、本發明的方案既可用于新建動力裝置系統的設計、建造，也可用于對現有朗肯循環機組的節能改造，能充分挖掘設備的潛力，盤活現有資產，同時符合國家的產業政策，機組運行的經濟型、安全性得到可靠保證，能有效提高系統的熱效率。
圖1是本發明的一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置流程示意圖。圖1中1-鍋爐本體，2-飽和蒸汽，3-高壓過熱器，3-1-高壓過熱蒸汽，4-高壓蒸汽輪機，5-高壓凝汽器，6-凝結水，7-高壓給水泵，8-高壓給水加熱器，9-低壓凝結水，
10-凝結水泵，11-低壓給水加熱器，11-1-蒸發器，11-2-冷凝器，12-除氧器，13-低壓給水泵，14-低壓端蒸發器，15-低壓過熱器，16-低壓過熱蒸汽，17-低壓汽輪機，18-低壓凝汽器，19-發電機，20-高壓端補水泵，21-高壓端補水管線，22-煙道，23-空氣，24-送風機，25-空氣預熱器，26-熱空氣，27-燃燒設備。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1。如圖1所示，一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環熱電聯產裝置，該裝置包括高壓端蒸汽朗肯循環、低壓端蒸汽朗肯循環，所述的高壓端蒸汽朗肯循環，是指由鍋爐本體I出來的飽和蒸汽2，經高壓過熱器3形成高壓過熱蒸汽3-1，送入高壓汽輪機4帶動發電機發電；高壓汽輪機4出來的乏汽在高壓凝汽器5凝結成凝結水6，凝結水6經高壓給水泵7送入高壓給水加熱器8、鍋爐本體1，鍋爐本體I再產生飽和蒸汽，從而形成高壓端蒸汽朗肯循環回路。所述的低壓端蒸汽朗肯循環，是指由低壓蒸發器14出來的蒸汽，經低壓過熱器15形成低壓過熱蒸汽16，送入低壓汽輪機17帶動發電機發電；低壓汽輪機17出來的乏汽在低壓凝汽器18凝結成低壓端凝結水9，凝結水9經凝結水泵10、冷凝器11-2、除氧器12、低壓給水泵13，送入低壓蒸發器14，低壓蒸發器14再產生蒸汽，從而形成低壓端蒸汽朗肯循環回路。所述的高壓凝汽器5的蒸汽凝結側采用正壓運行方式，即高壓汽輪機4出來的乏汽的壓力高于大氣壓力。所述的高壓端蒸汽朗肯循環回路的高壓凝汽器5即低壓端蒸汽朗肯循環回路的低壓蒸發器15，從而將高溫端蒸汽朗肯循環和低溫端蒸汽朗肯循環有機復合在一起，高效回收高溫端蒸汽朗肯循環的蒸汽冷凝時釋放的汽化潛熱用于低溫端蒸汽朗肯循環發電。燃料燃燒產生的高溫煙氣經鍋爐本體1、低壓過熱器15、高壓過熱器3、高壓給水加熱器8、空氣預熱器25、蒸發器11-1降溫后排入大氣；或經鍋爐本體1、高壓過熱器3、低壓過熱器15、高壓給水加熱器8、空氣預熱器25、蒸發器11-1降溫后排入大氣。所述的低壓給水加熱器11與煙氣采用分離式換熱方式，為復合相變換熱器，包括蒸發器11-1、冷凝器11-2，蒸發器11-1布置于煙道22內、冷凝器11_2布置于煙道外，相變工質采用水，采用自然循環方式。相變工質在蒸發器11-1中吸收煙氣的熱量產生飽和蒸汽，飽和蒸汽通過冷凝器11-2與低壓端凝結水9間壁式換熱，冷卻后形成凝結液再由蒸發器11-1吸收煙氣的熱量產生蒸汽，從而形成相變工質的內循環過程。設有與復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置配套的補水系統，經化學水處理的合格補水進入除氧器12，補充整個朗肯循環系統給水的消耗；設有高壓端蒸汽朗肯循環的補水回路低壓給水泵13出口引出的補給水經高壓端補水泵20、高壓端補水管線補入高壓端蒸汽朗肯循環系統的高壓給水泵7的進口管線。所述的高壓給水加熱器8、高壓凝汽器5 (即低壓蒸發器14)、低壓給水加熱器11、高壓過熱器3、低壓過熱器15可分別設置一個或多個，采用串聯、并聯或混聯方式連接。送風機24送來的空氣23進入空氣預熱器25，形成熱空氣26，進入燃燒設備27參與燃燒，生成的高溫煙氣經鍋爐本體1、低壓過熱器15、高壓過熱器3、高壓給水加熱器8、空氣預熱器23、低壓給水加熱器11降低溫度后排出。所述的低壓端凝汽器18按照常規技術進行設置，采用水作為冷卻介質。本發明中所提及的前述設備的換熱元件可采用列管、翅片管、蛇形管或螺旋槽管，或采用其他強化傳熱措施的管子或其他型式的中空腔體換熱元件。控制低壓給水加熱器11之蒸發器11-1換熱面的壁面溫度稍高于煙氣酸露點溫度，或采用耐腐蝕的材料有效減輕煙氣的低溫腐蝕，能夠有效降低排煙溫度、避免煙氣低溫腐蝕的同時，高效回收煙氣余熱。本發明中未說明的設備及其備用系統、管道、儀表、閥門、保溫、具有調節功能旁路、安全保護裝置等采用公知的成熟技術進行配套。設有與本發明系統配套的安全、調控裝置，采用現有蒸汽朗肯循環發電廠、程氏循環發電廠或燃氣-蒸汽聯合循環發電廠的公知的成熟調控技術進行配套，使復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置能經濟、安全、高熱效率運行，達到節能降耗的目的。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，同樣屬于本發明之保護范圍。因此本發明的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，該裝置包括高壓端蒸汽朗肯循環和低壓端有機朗肯循環系統，其特征在于: 所述的高壓端蒸汽朗肯循環，是指由鍋爐本體(1)出來的飽和蒸汽(2)，經高壓過熱器(3)形成高壓過熱蒸汽(3-1)，送入高壓汽輪機(4)帶動發電機(19)發電；高壓汽輪機(4)出來的乏汽在高壓凝汽器(5)凝結成凝結水(6)，凝結水(6)經高壓給水泵(7)送入鍋爐本體(I )，鍋爐本體(I)再產生飽和蒸汽，從而形成高壓端蒸汽朗肯循環回路； 所述的低壓端蒸汽朗肯循環，是指由低壓蒸發器(14)出來的蒸汽，經低壓過熱器(15)形成低壓過熱蒸汽(16)，送入低壓汽輪機(17)帶動發電機(19)發電；低壓汽輪機(17)出來的乏汽在低壓凝汽器(18)凝結成低壓端凝結水(9)，經低壓給水泵(13)送入低壓蒸發器(14)，低壓蒸發器(14)再產生蒸汽，從而形成低壓端蒸汽朗肯循環回路； 所述的高壓凝汽器(5)的蒸汽凝結側采用正壓運行方式，即高壓汽輪機(4)排出的乏汽的壓力高于大氣壓力； 所述的高壓端蒸汽朗肯循環回路的高壓凝汽器(5)即低壓端蒸汽朗肯循環回路的低壓蒸發器(15)。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于: 設有高壓給水加熱器(8): 鍋爐本體(I)出來的飽和蒸汽(2)，經高壓過熱器(3)形成過熱蒸汽(3-1)，送入高壓汽輪機(4)帶動發電機(19)發電，高壓汽輪機(4)出來的乏汽在高壓凝汽器(5)凝結成凝結水(6)，凝結水(6)經高壓給水泵(7)送入高壓給水加熱器(8)、鍋爐本體(1)，鍋爐本體(I)再產生飽和蒸汽，從而形成高壓端蒸汽朗肯循環回路。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于: 設有除氧器(12): 所述的低壓端蒸汽朗肯循環，是指由低壓蒸發器(14)出來的蒸汽，經低壓過熱器(15)形成低壓過熱蒸汽(16)，送入低壓汽輪機(17)帶動發電機(19)發電；低壓汽輪機(17)出來的乏汽在低壓凝汽器(18)凝結成低壓端凝結水(9)，低壓端凝結水(9)經凝結水泵(10)、除氧器(12)、低壓給水泵(13)，送入低壓蒸發器(14)，低壓蒸發器(14)再產生蒸汽，從而形成低壓端蒸汽朗肯循環回路。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于: 設有低壓給水加熱器(11): 所述的低壓端蒸汽朗肯循環，是指由低壓蒸發器(14)出來的蒸汽，經低壓過熱器(15)形成低壓過熱蒸汽(16)，送入低壓汽輪機(17)帶動發電機(19)發電；低壓汽輪機(17)出來的乏汽在低壓凝汽器(18)凝結成低壓端凝結水(9)，凝結水(9)經凝結水泵(10)、低壓給水加熱器(11)、除氧器(12)、低壓給水泵(13)，送入低壓蒸發器(14)，低壓蒸發器(14)再產生蒸汽，從而形成低壓端蒸汽朗肯循環回路。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于: 設有高壓端朗肯循環補水回路:除氧器(12)出口的低壓端蒸汽朗肯循環的給水經高壓端補水泵(20)、高壓端補水管線(21)補入鍋爐本體(I)。
6.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于: 所述的低壓給水加熱器(11)跟煙氣采用間壁式或分離式換熱方式。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于: 所述的低壓給水加熱器(11)與煙氣采用分離式換熱方式，包括蒸發器(11-1)、冷凝器(11-2);蒸發器(11-1)布置于煙氣側，通過相變工質跟煙氣間壁式換熱，相變工質吸熱產生蒸汽，蒸汽通過冷凝器(11-2)與低壓端蒸汽朗肯循環的給水間壁式換熱，冷卻后形成凝結液再由蒸發器(11-1)吸收煙氣的熱量產生蒸汽，從而形成相變工質的內循環過程。
8.根據權利要求6至7之一所述的裝置，其特征在于: 設有空氣預熱器(25):送風機(24)送來的空氣(23)經空氣預熱器(25)成為熱空氣(26)，進入燃燒設備(27)； 煙氣經鍋爐本體(I)、低壓過熱器(15)、高壓過熱器(3)、或和高壓給水加熱器⑶、空氣預熱器(25)、或和低壓給水加熱器(11)降溫后排出； 或煙氣經鍋爐本體(I)、高壓過熱器(3)、低壓過熱器(15)、或和高壓給水加熱器(8)、空氣預熱器(25)、或和低壓給水加熱器(11)降溫后排出； 或煙氣經鍋爐本體(I)、低壓過熱器(15)、高壓過熱器(3)、或和高壓給水加熱器(8)、或和低壓給水加熱器(11)、空氣預熱器(25)降溫后排出； 或煙氣經鍋爐本體(I)、高壓過熱器(3)、低壓過熱器(15)、或和高壓給水加熱器(8)、或和低壓給水加熱器(11)、空氣預熱器(25)降溫后排出。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于: 所述的高壓過熱器(3)、低壓過熱器(15)、高壓給水加熱器(8)、空氣預熱器(25)、低壓給水加熱器(11)、高壓凝汽器(5)、及低壓蒸發器(14)可設置一個或多個，采用串聯、并聯或混聯方式連接。`
全文摘要
本發明涉及一種復疊式蒸汽朗肯聯合循環發電裝置，將高壓端蒸汽朗肯循環中的蒸汽冷凝器作為低壓端蒸汽朗肯循環的熱源之一(即低壓蒸發器)，高效回收高壓端蒸汽朗肯循環中蒸汽的汽化潛熱用于低壓端蒸汽朗肯循環發電，有效減輕傳統蒸汽朗肯循環系統凝汽器的負荷達20%絕對值以上，采用系統優化技術，整個系統的循環絕對熱效率提高可達5%以上。本發明既可用于現有機組的節能改造，也可用于新建機組的設計、建造，經濟、社會、環保效益十分顯著。
文檔編號F01K11/02GK103075213SQ20131002936
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月27日 優先權日2013年1月27日
發明者王海波 申請人:南京瑞柯徠姆環保科技有限公司