[发明专利]改进型热泵辅助凝汽冷却发电系统及其发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮发电系统，特别是涉及改进型热泵辅助凝汽冷却发电系统。 

本发明还涉及使用上述改进型热泵辅助凝汽冷却发电系统发电的方法。 

  

背景技术

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。 

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（m²K）,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。 

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。 

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。 

发明内容

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、凝结，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冷凝水补热，然后再重新补充到锅炉中，从而部分或全部再次利用汽轮机排放的乏汽、蒸汽中的热量、减少热排放，通过提高了冷却凝汽效果以及热能回收利用降低了发电成本。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，并且本发明的热泵冷却系统与水塔冷却系统各自独立，因此热泵中的冷媒可以根据实际需要选择采用氟利昂、水、乙二醇、R22、R134a、R415b、R417a、R245FA、R123、R141中任一种，从而进一步提高热泵冷却效率。 

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。 

本发明的改进型热泵辅助凝汽冷却发电系统其特征在于：所述改进型热泵辅助凝汽冷却发电系统包括锅炉、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独立循环回路和凝汽器相连。 

所述热泵压缩机设置于冷凝器和蒸发器之间，并通过管道连接，构成压缩式热泵系统。 

本发明还包括使用上述改进型热泵辅助凝汽冷却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，蒸发器的冷水管进入凝汽器，并将排出的热蒸汽的热量部分吸收并带走，排出的升温后的冷水通过热水管道回流进入蒸发器，热泵系统的冷媒工质在蒸发器中通过热交换，吸收升温后的冷水中热量，通过热泵压缩机工作，冷媒中的热量在冷凝器中放出，将凝汽器中排出的冷凝回水加热后输送入锅炉再次变为热蒸汽进入汽轮机，汽轮机输出动力发电： 

步骤3，冷却塔中的冷水通过冷水管道进入凝汽器，并吸收汽轮机中排出的乏汽、热蒸汽的热量，并使之凝结，从热水管道排出并返回冷却塔，经过冷却后再次从冷水管道进入凝汽器：

所述冷媒工质为氟利昂、水、乙二醇、R22、R134a、R415b、R245FA、R123、R141或R417a中的任意一种。