本發(fā)明涉及一種低溫余熱利用循環(huán)系統(tǒng)和方法，屬于熱工技術(shù)領(lǐng)域。主要用于火電廠、鋼廠、化工廠等低溫余熱的循環(huán)利用。

技術(shù)背景

火力發(fā)電廠絕大部分熱量經(jīng)冷卻塔白白排放到大氣中，即造成了熱能的浪費和寶貴水資源的流失，又對環(huán)境造成了熱污染；火電廠余熱量大面廣、綠色環(huán)保，循環(huán)利用對緩解能源的缺乏和環(huán)境污染的雙重壓力意義重大。

火力發(fā)電廠余熱的特點是水量大、水溫低、溫差小，余熱利用首先提高溫度滿足熱負荷對水溫基本要求，現(xiàn)行采用的技術(shù)，一是傳統(tǒng)的通過凝汽器升溫“大流量小溫差”循環(huán)水直供余熱利用技術(shù)。二是通過熱泵升溫余熱利用技術(shù)。

傳統(tǒng)的凝汽器升溫循環(huán)水直供余熱利用技術(shù)。是通過凝汽器采用熱-熱換熱方式，降低了換熱損耗回收部分通過冷卻塔的換熱損失，余熱能夠全部利用；具有廠區(qū)內(nèi)改動工作量小投資低損耗小效率高的優(yōu)點；主要問題，一是高低背壓工況轉(zhuǎn)化對機組的影響較大，不能適時的轉(zhuǎn)換，凝汽器與熱網(wǎng)直接連通后，當熱網(wǎng)循環(huán)水溫度、壓力變化較大時，發(fā)電側(cè)又不能獨立調(diào)節(jié)，嚴重影響機組安全，凝汽器水室需要強度改造；二是采用降低循環(huán)水流量提高溫差，滿足熱平衡和水平衡量的要求，其結(jié)果流速降低容易產(chǎn)生污垢，使換熱能力成倍下降，換熱端差上升，由于熱網(wǎng)回水溫度較高，使排汽溫度升高超出汽輪機運行導則允許的安全溫度范圍，影響到機組的安全運行，需要采取安全和降溫措施，如采用低壓轉(zhuǎn)子互換技術(shù)，決絕排氣溫度升高造成葉片顫震的問題(排汽溫度超過85℃時)。轉(zhuǎn)子互換使投資增加，發(fā)電出力降低20％-30％，每年需要停機更換轉(zhuǎn)子兩次，另外葉片的減少使通流密度降低渦流增加，低壓缸溫度遠超安全溫度需增加噴淋疏水等系統(tǒng)，大幅度增加了技改投資。

熱泵升溫余熱利用技術(shù)。優(yōu)點通過熱泵提溫可以實現(xiàn)余熱的全部利用，對電廠機組的影響小。缺點是由于需要高品質(zhì)能源驅(qū)動，增加了壓縮機(啟動器)、蒸發(fā)器和凝汽器等換熱設備，以及配套的電源(汽源)和土建工程建設，采用熱泵不僅增加了投資，而且還降低了效率，壽命短維護工作量大。

供熱技術(shù)比較，凝汽器循環(huán)水直供雖然投資低效率高，經(jīng)濟效益遠優(yōu)于抽汽供熱和熱泵升溫供熱技術(shù)，主要的問題在于對發(fā)電機組存在有不安全隱患。

發(fā)明的目的

發(fā)明的目的在于選擇投資低效率高凝汽器循環(huán)水直供技術(shù)，并重點對其存在的主要問題進行改進，一是解決熱網(wǎng)循環(huán)水水溫和壓力變化對機組的不良影響，使高低背壓工況轉(zhuǎn)換簡單容易，在發(fā)電側(cè)可獨立調(diào)節(jié)安全可控；二是降低排汽溫度提高機組安全。改變由減少循環(huán)水量提高溫差為增加流量提高溫差的方案，滿足熱平衡和水平衡量的要求；通過增加流量成倍提高傳熱系數(shù)，降低換熱端差提高余熱利用能力和機組效率，不需要采用其它安全和降溫措施。為低溫余熱循環(huán)利用提供一種實施容易投資低，安全可控效率高的新方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)，特征在于：通過既有凝汽器形成了兩個并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng)，采用近路循環(huán)和隔離循環(huán)泵，降低凝汽器水側(cè)進出口壓力和熱網(wǎng)回水壓力，避免余熱利用系統(tǒng)壓力變化對凝汽器超溫超壓的安全影響，適時根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的需求加入退出高背壓運行，充分發(fā)揮電廠供熱和發(fā)電能力，獨立調(diào)節(jié)安全可控；采用近路循環(huán)增加凝汽器水側(cè)的換熱流量，提速防垢強化換熱，提高傳熱系數(shù)降低換熱端差，提高機組發(fā)電能力和供熱能力；采用近路循環(huán)混水升溫和凝汽器換熱升溫實現(xiàn)熱泵功能，“大溫差小流量”提高輸送能力，降低熱網(wǎng)投資和輸送能耗，使發(fā)電和供熱系統(tǒng)匹配高效運行。

附圖說明

圖1本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)直供原理意示圖

圖2本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)的雙近路循環(huán)原理意示圖

圖3本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)間供原理意示圖

圖4本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)間供原理意示圖

圖5本發(fā)明一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)降低回水溫度原理意示圖

圖一、二、三、四中

1-凝汽器；2₁-冷卻水循環(huán)泵；2₂-近路循環(huán)隔離泵3-冷卻塔；4-供水閥門；

5-回水閥門；6-近路循環(huán)閥門；6₁-隔離板換7-單向旁通閥門；8-熱網(wǎng)循環(huán)泵；

9-熱網(wǎng)加熱器；10-旁通閥；11-供水管線；12-回水管線；13-換熱站

圖五中

1₁₃-進水閥門；2₁₃-出水閥門；3₁₃-調(diào)節(jié)閥門；4₁₃-板式換熱器；5₁₃-直供循環(huán)水泵；

6₁₃-回水閥門；8₁₃-二次熱網(wǎng)循環(huán)水泵；7₁₃-熱用戶；9₁₃-熱泵；10₁₃熱用戶

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作如下說明：

一種低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)，主要由凝汽器1、冷卻水循環(huán)泵2₁、近路循環(huán)泵2₂、冷卻塔3、供水閥門4、回水閥門5、近路循環(huán)閥門6、單向旁通閥門7、熱網(wǎng)循環(huán)泵8、熱網(wǎng)加熱器9、旁通閥10、供水管線11、回水管線12、換熱站13等組成。如圖一、圖二所示

采用近路循環(huán)環(huán)閥門6和近路循環(huán)隔離泵2₂，降低凝汽器水側(cè)進出口壓力和熱網(wǎng)回水壓力，避免凝汽器超壓的不良影響，使系統(tǒng)切換容易安全可靠；根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)需求適時進行切換，既可以實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰，又可以實現(xiàn)熱網(wǎng)調(diào)峰。其特征在于：

通過同一凝汽器1形成兩個并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng)，即由凝汽器1、供水閥門4、熱網(wǎng)循環(huán)泵8、熱網(wǎng)加熱器9、供水管線11、換熱站13、回水管線12和近路循環(huán)閥門6、近路循環(huán)隔離泵2₂、回水閥門5組成，近路循環(huán)水與回水經(jīng)近 路循環(huán)隔離泵2₂和回水閥門5送入凝汽器1形成余熱利用循環(huán)系統(tǒng)，也叫高溫水循環(huán)系統(tǒng)；由凝汽器1、循環(huán)泵2₁和冷卻塔3組成的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，也叫低溫水循環(huán)系統(tǒng)；通過開關(guān)近路循環(huán)隔離泵2₂，可實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的安全切換。根據(jù)電網(wǎng)和熱網(wǎng)的需求適時啟動切換，需要增加供熱時，啟動近路循環(huán)隔離泵2₂，關(guān)閉循環(huán)水泵2₁，使凝汽器1的進出口壓力降低，冷卻水不再通過冷卻塔冷卻實現(xiàn)熱平衡，冷卻循環(huán)系統(tǒng)停用，熱平衡通過低溫余熱循環(huán)利用系統(tǒng)運行實現(xiàn)，增加供熱能力。需要增加供電能力時，通過冷卻塔冷卻實現(xiàn)熱平衡，即啟動循環(huán)水泵2₁，關(guān)閉近路循環(huán)隔離泵2₂和供水閥門4，使凝汽器1進出口壓力自動升高，冷卻循環(huán)系統(tǒng)通過冷卻塔冷卻循環(huán)運行，通過增加凝汽量和降低運行背壓，增加機組發(fā)電能力滿足用電高峰電負荷的需求；同時熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)，通過近路閥門6提供的通道和熱網(wǎng)循環(huán)泵8實現(xiàn)熱網(wǎng)連續(xù)換熱，將轉(zhuǎn)換到熱網(wǎng)中的熱能轉(zhuǎn)換到熱用戶，實現(xiàn)熱平衡匹配運行和調(diào)峰發(fā)電供熱。如圖一、圖二所示

采用近路循環(huán)熱泵2₂的隔離作用，降低熱網(wǎng)回水壓力和凝汽器進出口壓力，避免凝汽器超壓的不良影響；其特征在于：

熱網(wǎng)回水管線12連接到近路循環(huán)隔離泵2₂的進水口，使回水壓力降到最低點，從而避免凝汽器的超壓不良影響；凝汽器1出口壓力，通過供水閥門4、近路循環(huán)閥門6連接到近路循環(huán)隔離泵2₂進水口，加上熱網(wǎng)循環(huán)泵8的作用，使凝汽器1進出口壓力遠低于原設計通過冷卻塔循環(huán)的時的壓力(約0.2MPa)，不再通過冷卻塔3實現(xiàn)熱平衡，冷卻循環(huán)運行停用。

采用近路循環(huán)隔離泵2₂后，不僅可以避免熱網(wǎng)壓力變化對設備凝汽器的不良影響，而且還大大降低了熱網(wǎng)循環(huán)水壓力增加壓差，有利于熱網(wǎng)的安全運行。如圖一、圖二所示

采用近路循環(huán)混水升溫和凝汽器換熱升溫，滿足熱網(wǎng)“小流量大溫差”輸 送要求，降低熱網(wǎng)投資和能耗。其特征在于：

依據(jù)供回水溫差和輸送能耗變化規(guī)律，當供回水溫差提高到原來的兩倍時，循環(huán)水量也降至原來的二分之一，而管網(wǎng)的沿程阻力降至原來的四分之一，而水泵的功率要降至原來的八分之一。

凝汽器1換熱后的部分循環(huán)水，通過供水閥門4、近路循環(huán)閥門6與回水管線12低溫混水升溫，再通過近路循環(huán)隔離泵2₂和回水閥門5，送入凝汽器換熱再升溫，升溫后的通過供水閥門4、部分循環(huán)水通過熱網(wǎng)循環(huán)泵8送到熱網(wǎng)加熱器9、供水管線11、換熱站13和回水管線12形成供熱循環(huán)；部分升溫后循環(huán)水通過近路循環(huán)閥門6、近路循環(huán)隔離泵2₂、回水閥門5和凝汽器換1組成了不斷的混水升溫和換熱升溫系統(tǒng)，提高供回水溫差，實現(xiàn)大溫差小流量輸送，提高輸送能力增加供熱半徑，降低熱網(wǎng)投資和能耗。如圖一、圖二所示

近路循環(huán)增加通過凝汽器水側(cè)的流量，提高流速強化換熱效果，降低換熱端差，提高機組效率和供熱能力。其特征在于：

傳統(tǒng)的低真空技術(shù)，通過凝汽器的水量等于熱網(wǎng)的水量，滿足了高凝結(jié)倍率強化換熱，滿足不了“大溫差小流量”降低投資減少能耗的要求，采用近路循環(huán)閥門6和近路循環(huán)隔離泵2₂后，不僅滿足了“大溫差小流量”降低熱網(wǎng)投資減少能耗的要求，同時也滿足了高凝結(jié)倍率強化換熱的要求，采用近路循環(huán)后，使通過冷卻水循環(huán)泵2₂和凝汽器1的流量等于通過近路循環(huán)閥門6加通過熱網(wǎng)循環(huán)泵8的熱網(wǎng)流量，凝結(jié)倍率一般選擇50-120倍，遠大于熱網(wǎng)流量，凝汽器水側(cè)的流速提高強化換熱效果，提高了傳熱系數(shù)降低了換熱端差，例如，采用近路循環(huán)凝結(jié)倍率按80倍計算，凝汽量230t/h，循環(huán)水量約為18400t/h，流速約為1.2m/s，如果按熱網(wǎng)水量5000t/h換熱循環(huán)，流速約0.32m/s，按傳熱系數(shù)與流速的關(guān)系公式計算，不考慮其他因素的變化，采用近路循環(huán)后傳熱系數(shù) 增加約一倍，不僅提高了機組效率，而且增加了余熱的供熱能力。如圖一、圖二所示

圖二與圖一的區(qū)別在于凝汽器1水側(cè)進出口端，增加了由閥門4₁、5₁和近路循環(huán)水泵2₃組成的近路循環(huán)通道，其作用在于增加凝結(jié)倍率提高換熱效果，即可以提高余熱利用循環(huán)系統(tǒng)的水溫降低流量，又可以提高上塔冷卻水系統(tǒng)的溫度降低流量，降低輸送能耗；同時兩個系統(tǒng)的流量降低，有利于高低背壓工況切換，降低切換流量變化對機組的影響。

實施例2

實施例2其特征在于：采用熱源側(cè)循環(huán)冷卻水換熱循環(huán)，兩個循環(huán)系統(tǒng)通過隔離板換6₁分隔，降低余熱利用系統(tǒng)失水對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。

用利用既有的冷卻水循環(huán)泵2₁替代近路循環(huán)隔離泵2₂，形成兩個并聯(lián)方式的循環(huán)系統(tǒng)，即由凝汽器1、供水閥門4、近路循環(huán)閥門6、隔離板換6₁、冷卻環(huán)泵2₁、回水閥門5組成，形成余熱利用循環(huán)系統(tǒng)，也叫高溫水循環(huán)系統(tǒng)；由凝汽器1、循環(huán)泵2₁和冷卻塔3組成的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，也叫低溫水循環(huán)系統(tǒng)；通過開回水閥門5(或者關(guān)供水閥門4)；可實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的快速切換。例如開通回水閥門5，凝汽器1的進出口的壓力降低，冷卻水不再上冷卻塔冷卻，冷卻循環(huán)系統(tǒng)停用，冷卻水通過循環(huán)升溫達到所需溫度時，通過隔離板換將熱能轉(zhuǎn)換到余熱循環(huán)利用系統(tǒng)，經(jīng)過隔離板換6₁換熱后的回水與通過近路循環(huán)閥門6的循環(huán)水混水升溫后通過冷卻水循環(huán)泵2₁在送入凝汽器1，實現(xiàn)大流量強化換熱，大溫差供熱循環(huán)；當余熱利用失水嚴重對生產(chǎn)系統(tǒng)影響較大時，關(guān)閉回水閥門5，循環(huán)水不再通過近路循環(huán)閥門6和隔離板換6₁循環(huán)，使凝汽器1出口壓力自動升高，通過冷卻循環(huán)系統(tǒng)運行。如圖三所示

采用部分直供和熱泵方法，降低回水溫度，解決熱網(wǎng)失調(diào)，提高低溫余熱利 用能力和機組的安全性。其特征在于：

換熱站13的熱負荷部分通過板換間接供熱降低二次熱網(wǎng)對一次熱網(wǎng)的影響，部分采用通過板換換熱后具有供熱能力的一次熱網(wǎng)回水直供，通過充分利用降低回水溫度，或再采用熱泵進一步提高供熱能力滿足要求降低回水溫度；不但可以提高熱網(wǎng)輸送能力，而且有利于低溫余熱利用和機組的安全性，還可以通過回水溫度的控制，解決熱網(wǎng)失調(diào)問題。如圖五所示

降低回水溫度有利于低溫余熱利用和機組的安全性。如遠距離供熱，采用熱泵降低回水溫度，當回水溫度低于20℃，通過隔離板換6₁換熱，換熱后的低溫水，送到冷卻塔3底池，再有循環(huán)水泵2₁實現(xiàn)循環(huán)，不存在壓力變化對機組的不良影響；循環(huán)水升溫滿足供熱水溫要求，主要由閥門4₁、5₁和近路循環(huán)水泵2₃組成的近路循環(huán)通道完成≤75℃的水溫熱能，并通過隔離板換6₁將熱能轉(zhuǎn)換到熱網(wǎng)。