一种利用蒸汽透平排出乏汽发电的装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102230400 A (43)申请公布日 2011.11.02 CN 102230400 A *CN102230400A* (21)申请号 201110135380.6 (22)申请日 2011.05.24 F01K 17/02(2006.01) F01K 25/10(2006.01) F01D 15/10(2006.01) (71)申请人 唐应吉 地址 710054 陕西省西安市太乙路 186 号 (72)发明人 唐应吉 王振宇 唐莎 张蕾 李大鹏 (74)专利代理机构 北京三聚阳光知识产权代理 有限公司 11250 代理人 张建纲 (54) 发明名称 一种利用蒸

2、汽透平排出乏汽发电的装置 (57) 摘要 本发明公开了一种利用蒸汽透平排出乏汽进 行发电的装置， 其包括液氨储罐 （3） 、 加压泵 （4） 、 蒸发器 （5） 、 透平 （1）和冷凝器 （2） ； 所述液氨储 罐 （3） 的进口与所述冷凝器 （2） 的出口相连接， 所 述液氨储罐 （3） 的出口通过加压泵 （4） 与蒸发器 （5） 的液氨进口相连接， 所述蒸发器 （5） 的液氨蒸 汽出口与透平 （1） 的进口相连接， 所述透平 （1） 的 出口与所述冷凝器 （2） 的进口相连接， 形成一个 闭合回路 ； 所述蒸发器 （5） 的加热回路与蒸汽透 平的乏汽出口相连接， 优选地可以在所述蒸发器 （

3、5） 的液氨蒸汽出口与透平 （1） 的进口之间设置 过热器 （7） 。本发明相比于现有技术， 通过选择适 宜的介质， 在实现有效利用蒸汽透平排出乏汽的 低品位热能的同时， 简化了设备， 降低了成本， 也 提高了发电系统的整体热能利用效率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 CN 102230402 A1/1 页 2 1. 一种利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在于 ： 包括液氨储罐 （3） 、 加压 泵 （4） 、 蒸发器 （5） 、 透平 （1） 和冷凝器 （2） ； 所述液氨储罐

4、（3） 的进口与所述冷凝器 （2） 的出口相连接， 所述液氨储罐 （3） 的出 口通过加压泵 （4） 与蒸发器 （5） 的液氨进口相连接， 所述蒸发器 （5） 的液氨蒸汽出口与透平 （1） 的进口相连接， 所述透平 （1） 的出口与所述冷凝器 （2） 的进口相连接， 形成一个闭合回 路 ； 所述蒸发器 （5） 的加热回路的进口与蒸汽透平的乏汽出口相连接。 2. 根据权利要求 1 所述的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在于 ： 所述 蒸发器 （5） 的加热回路冷凝水出口与蒸汽锅炉的进水口连接， 所述蒸汽锅炉的出口与所述 蒸汽透平的蒸汽进口相连接。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述

5、的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在于 ： 所述蒸发器 （5） 内的温度为 80 90， 压力为 3.5 5MPa。 4. 根据权利要求 3 所述的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在于 ： 所述 蒸汽透平排出乏汽的压强为 0.058 0.1MPa， 温度为 85 100。 5. 根据权利要求 1 或 2 或 4 所述的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在 于 ： 液氨的循环流量为 1800t/h。 6. 根据权利要求 1 或 2 或 4 所述的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 其特征在 于 ： 所述蒸发器 （5） 的液氨蒸汽出口与透平 （1） 的进口之间设

6、置有过热器 （7） 。 权 利 要 求 书 CN 102230400 A CN 102230402 A1/4 页 3 一种利用蒸汽透平排出乏汽发电的装置 技术领域 0001 本发明属于节能工程、 余热利用技术领域， 具体涉及一种利用蒸汽透平排出乏汽 发电的装置。 背景技术 0002 工业上通常首选水作为火力发电的热能工质， 水加热变成高温高压 （温度 400 500， 压力 4 10MPa） 水蒸汽， 再通过蒸汽透平驱动发电机组进行发电， 以达到将热能转 换成电能的目的。 在此过程中， 蒸汽透平做功后排出的蒸汽， 仍然含有大量的冷凝热 (即气 化潜热 )， 但其压力通常小于 0.1MPa， 温

7、度通常小于 100， 由于压力和温度太低， 在上述压 力和温度条件下， 每公斤水中 2253 千焦的汽化潜热是无法继续使用的， 属于低品质热能， 故而称为 “乏汽” 。 0003 目前， 发电厂对于乏汽均没有再利用， 通常是利用换热器将乏汽的冷凝热转移到 冷却水里， 然后再通过冷却塔将冷却水里的热量排入大气， 所以其必然造成乏汽热能的浪 费， 这也是目前以煤为原料的发电机组， 总能量转化效率只有 3540% 的主要原因之一。 0004 现有技术中， 中国专利 CN201606122U 公开了一种余热发电系统， 包括储液罐、 加 压泵、 蒸发器、 预热器、 涡轮机、 冷凝器 ； 其中， 蒸发器、

8、 预热器以及冷凝器均包括低温回路和 高温回路， 冷凝器包括冷凝器低温回路和高温回路。 所述储液罐出口连接加压泵进口， 加压 泵出口连接蒸发器低温回路进口， 而蒸发器高温回路则与余热热源相连接， 蒸发器低温回 路出口连接预热器高温回路进口， 预热器高温回路的出口连接涡轮机进口， 涡轮机动子连 接发电机驱动发电机进行发电， 涡轮机出口连接冷凝器高温回路的进口， 冷凝器高温回路 出口连接预热器低温回路的进口， 冷凝器低温回路则连接冷却水， 预热器低温回路的出口 最后连接储液罐的进口， 从而形成一个循环系统。 0005 该技术中， 在储液罐内设有低压液态工质， 由于其采用的有机循环工质冷凝后的 温度低

9、于所述有机循环工质在蒸发器中的汽化温度， 并且具有一定的温度差， 所以该技术 中必须设置预热器， 这样从冷凝器出来的有机循环工质经预热器进行预热， 然后再进入蒸 发器中进行汽化， 系统会复杂许多。 0006 中国专利 CN101709661A 公开了另一种余热发电系统， 该发电系统利用热能储存 系统中储存的热能进行发电， 该发电系统包括发电机、 汽轮机、 氨气轮机和吸收式热泵， 所 述多级热能储存系统向汽轮机输送蒸汽， 汽轮机将热能转化为动力机械能， 并带动发电机 将机械能转化为电能 ； 所述吸收式热泵采用氨水作工质， 将所述汽轮机出口末端蒸汽的 低品质热能转化为较高品质热能， 并由所述热能存

10、储系统为所述热泵提供高品质驱动热 源， 使浓氨水混合溶液在高压下大量蒸发形成高压饱和氨气， 驱动氨气轮机以将氨气产生 的压力能转换为机械能， 与汽轮机产生的机械能合并输出给发电机。 0007 上述技术中， 在将所述汽轮机出口末端蒸汽的低品质热能转化为较高品质热能过 程中， 同样需要采用预热装置对所述汽轮机出口末端蒸汽进行预热， 系统结构同样复杂， 大 规模工业上很难实施。每小时几千吨的氨通过氨气轮机做工后要溶入水中， 再用蒸汽加热 说 明 书 CN 102230400 A CN 102230402 A2/4 页 4 氨水让氨蒸发形成高压蒸气几乎是不可能的。 另外， 采用氨水作为工质， 容易对系

11、统设备造 成腐蚀。 0008 申请人经过研究发现， 只要选择适合的工质， 即可以通过简单的系统实现对乏汽 的利用， 并且避免工质对系统设备造成腐蚀。 发明内容 0009 为此， 本发明所要解决的技术问题是现有技术中的利用余热发电的装置没有考虑 到可以利用介质的适宜选择， 省去预加热器， 而是对于所有工质都设置预加热器， 增加了设 备成本， 并容易造成对系统设备造成腐蚀， 进而提供一种通过选择适宜的工质、 结构简单且 不会腐蚀系统设备的利用蒸汽透平排出乏汽发电的装置。 0010 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装 置， 其包括液氨储罐、 加压泵、 蒸发器、

12、透平和冷凝器 ； 所述液氨储罐的进口与所述冷凝器的出口相连接， 所述液氨储罐的出口通过加压泵与 蒸发器的液氨进口相连接， 所述蒸发器的液氨蒸汽出口与透平的进口相连接， 所述透平的 出口与所述冷凝器的进口相连接， 形成一个闭合回路 ； 所述蒸发器的加热回路与蒸汽透平的乏汽出口相连接。 0011 所述蒸发器的冷凝水出口与蒸汽锅炉的进口连接， 所述蒸汽锅炉的出口与所述蒸 汽透平的蒸汽进口相连接。 0012 所述蒸发器内的温度为 80 90， 压力为 3.5 5MPa。 0013 所述蒸汽透平排出乏汽的压强为 0.058 0.1MPa， 温度为 85 100。 0014 所述液氨的循环流量为 1800

13、t/h。 所述蒸发器的液氨蒸汽出口与透平的进口之间设置有过热器。 0015 本发明的技术方案相比现有技术具有如下优点 ： （1） 本发明的所述利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 通过研究发现， 选择液氨作 为乏汽汽化潜热利用的激发介质， 保证了蒸发器中的饱和蒸汽压可以随饱和温度上升而急 剧增加， 从而不需要设置预加热器， 蒸发器中的蒸汽就可以直接进入涡轮机对涡轮机进行 驱动。并且液氨作为工质不会对设备造成腐蚀。相比于现有技术， 通过选择适宜的工质， 在 实现有效利用蒸汽透平排出乏汽的低品位热能的同时， 简化了设备， 降低了成本， 也提高了 发电系统的整体热能利用效率， 同时不会腐蚀系统设备。

14、 0016 （2） 本发明的所述利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 选择所述蒸汽透平排 出乏汽的压强为 0.058 0.1MPa， 温度为 85 100， 有利于保证蒸发器内的温度为 80 90， 压力为 3.5 5MPa， 这样蒸发器中的蒸汽就可以直接进入涡轮机对涡轮机进行驱动。 0017 （3） 本发明的所述利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置， 所述蒸发器的液氨蒸 汽出口与透平的进口之间设置有过热器， 设置过热器可以使得进入透平做功的氨蒸汽具有 更高的热能品质， 从而可以提高发电系统的整体热能利用效率。 附图说明 0018 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解， 下面根据本发明的具体实施

15、方式并结 合附图， 对本发明内容作进一步详细的说明， 其中， 说 明 书 CN 102230400 A CN 102230402 A3/4 页 5 图 1 是本发明所述利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置结构图 ； 图 2 是本发明所述设置有蒸汽锅炉的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置结构图 ； 图 3 是本发明所述设置有过热器的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装置结构图 ； 图 4 是本发明所述设置有过热器和蒸汽锅炉的利用蒸汽透平排出乏汽进行发电的装 置结构图。 0019 图中附图标记表示为 ： 透平1， 冷凝器2， 液氨储罐3， 加压泵4， 蒸发器5， 蒸汽透平6， 过热器 7。 具体实施方式

16、 0020 实施例 1 本发明所述的一种利用蒸汽透平 6 排出乏汽进行发电的装置， 其结构如图 1 所示， 其 包括液氨储罐 3、 加压泵 4、 蒸发器 5 、 透平 1 和冷凝器 2 ； 其中， 透平 1 由涡轮机以及与涡轮 机连接的发电机组成。 0021 所述液氨储罐 3 的进口与所述冷凝器 2 的出口相连接， 所述液氨储罐 3 的出 口通过加压泵 4 与蒸发器 5 的液氨进口相连接， 所述蒸发器 5 的液氨蒸汽出口与透平 1 的 进口相连接， 所述透平 1 的出口与所述冷凝器 2 的进口相连接， 形成一个闭合回路 ； 所述蒸发器 5 的加热回路与蒸汽透平 6 的乏汽出口相连接， 所述蒸汽

17、透平 6 排出乏 汽的压强为 0.058MPa， 温度为 85。 0022 本实施例中， 发电机组的功率为 300MW， 乏汽流量为 950t/h， 液氨循环量为 1800t/ h。 0023 工作时， 利用加压泵 4 将液氨储罐 3 中的液氨加压到 3.5MPa 送入蒸发器 5 内， 在 蒸发器 5 中液氨吸收蒸汽透平 6 排出乏汽的相变热变成温度为 80、 压力为 3.5MPa 的氨 蒸气 ； 随后氨蒸气进入透平1做功， 驱动发电机发电55.2MW ； 从透平1出来的氨蒸气压力降 低至 1MPa， 温度降低至 25， 并进入冷凝器 2 ； 在冷凝器 2 中， 氨蒸气与冷却水进行热交换 将其

18、冷凝成相同温度即 25的液氨， 并将液氨存入液氨储罐 3 中 ； 再用加压泵 4 将液氨加 压送入蒸发器5 ， 进行下一循环过程。 从而通过氨在系统里周而复始的循环， 达到了利用蒸 汽透平 6 排出乏汽发电的目的。 0024 从该实施例中可以看到， 透平1驱动发电机发电55.2MW， 占原300MW发电机组发电 能力的 18.4%， 也就是说， 通过本实施例可以使原发电机组的发电能力提高 18.4%。 0025 实施例 2 在本实施例中所述的一种利用蒸汽透平 6 排出乏汽进行发电的装置的结构与实施例 1 不同， 如图 2 所示， 所述蒸发器 5 的液氨蒸汽出口与透平 1 的进口之间设置有过热器

19、 7， 设 置过热器 7 可以使得进入透平 1 做功的氨蒸汽具有更高的热能品质， 从而可以提高发电系 统的整体热能利用效率。所述过热器的热源可以是发电厂具有热能的废烟气。 0026 作为优选的实施方式， 如图4所示， 本实施例中所述蒸发器5的加热回路冷凝水出 口与蒸汽锅炉的进水口连接， 所述蒸汽锅炉的出口与所述蒸汽透平的蒸汽进口相连接。 0027 所述蒸汽透平 6 排出乏汽的压强为 0.1MPa， 温度为 100。 0028 本实施例中， 发电机组的功率为 300MW， 乏汽流量为 950t/h， 液氨循环量为 1800t/ h。 说 明 书 CN 102230400 A CN 1022304

20、02 A4/4 页 6 0029 工作时， 利用加压泵 4 将液氨储罐 3 中的液氨加压到 5MPa 送入蒸发器 5 内， 在蒸 发器5 中液氨吸收蒸汽透平6 排出乏汽的相变热变成温度为90、 压力为5MPa的氨蒸气 ； 随后氨蒸气进入透平 1 做功， 驱动发电机发电 57.3MW ； 从透平 1 出来的氨蒸气压力降低至 2MPa， 温度降低至50， 并进入冷凝器2 ； 在冷凝器2中， 氨蒸气与冷却水进行热交换将其冷 凝成相同温度即 50的液氨， 并将液氨存入液氨储罐 3 中 ； 再用加压泵 4 将液氨加压送入 蒸发器5 ， 进行下一循环过程。 从而通过氨在系统里周而复始的循环， 达到了利用蒸

21、汽透平 6 排出乏汽发电的目的。 0030 从该实施例中可以看到， 透平1驱动发电机发电57.3MW， 占原300MW发电机组发电 能力的 19.1%， 也就是说， 通过本实施例可以使原发电机组的发电能力提高 19.1%。 实施例 3 在本实施例中所述的一种利用蒸汽透平 6 排出乏汽进行发电的装置的结构同实施例 2。 0031 所述蒸汽透平 6 排出乏汽的压强为 0.85MPa， 温度为 95。 0032 本实施例中， 发电机组的功率为 300MW， 乏汽流量为 950t/h， 液氨循环量为 1800t/ h。 0033 工作时， 利用加压泵 4 将液氨储罐 3 中的液氨加压到 4MPa 送入

22、蒸发器 5 内， 在蒸 发器5 中液氨吸收蒸汽透平6 排出乏汽的相变热变成温度为85、 压力为4MPa的氨蒸气 ； 随后氨蒸气进入透平 1 做功， 驱动发电机发电 57.3MW ； 从透平 1 出来的氨蒸气压力降低至 1.5MPa， 温度降低至38， 并进入冷凝器2 ； 在冷凝器2中， 氨蒸气与冷却水进行热交换将其 冷凝成相同温度即 38的液氨， 并将液氨存入液氨储罐 3 中 ； 再用加压泵 4 将液氨加压送 入蒸发器5 ， 进行下一循环过程。 从而通过氨在系统里周而复始的循环， 达到了利用蒸汽透 平 6 排出乏汽发电的目的。 0034 从该实施例中可以看到， 透平1驱动发电机发电59.5MW

23、， 占原300MW发电机组发电 能力的 19.8%， 也就是说， 通过本实施例可以使原发电机组的发电能力提高 19.8%。 0035 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定。 对 于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举， 而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。 说 明 书 CN 102230400 A CN 102230402 A1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102230400 A CN 102230402 A2/2 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102230400 A