本发明涉及一种蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联� �循环发电装置，具体属火力发电厂动 力装置技术领域。

背景技术

以水蒸汽为工质的火力发电厂， 是大规模地进行着把热能转变成机械能， 并又把机 械能转变为电能的工厂。 发电厂应用的循环很复杂， 然而究其实质， 主要是由锅炉、 汽 轮机、 凝汽器、 水泵等设备所组成的朗肯循环来完成， 其工作原理是： 给水先经给水泵 加压后送入锅炉， 在锅炉中水被加热汽化、 形成高温高压的过热蒸汽， 过热蒸汽在汽轮 机中膨胀做功， 变为低温低压的乏汽， 最后排入凝汽器凝结为冷凝水， 重新经水泵将冷 凝水送入锅炉进行新的循环。 至于火力发电厂使用的复杂循环， 只不过是在朗肯循环基 础上， 为了提高热效率， 加以改进而形成的新的循环即回热循环， 回热的介质为水。 朗 肯循环已成为现代蒸汽动力装置的基本循环。

现代大中型蒸汽动力装置毫无例外地全都采用 抽汽加热给水回热循环， 采用抽汽回 热加热给水后， 使给水温度提高， 从而提高了加热平均温度， 除了显著地提高了循环热 效率以外， 汽耗率虽有所增加， 但由于逐级抽汽使排汽率减少， 这有利于实际做功量和 理论做功量之比即该循环的相对内效率 n。i的提高， 同时解决了大功率汽轮机末级叶片 流通能力限制的困难， 凝汽器体积也可相应减少。 但蒸汽在凝汽器中凝结时仍释放出大 量的汽化潜热， 需要大量的水或空气进行冷却， 即浪费了热量、 造成热污染， 又浪费了 电能、 水资源。 因此如何有效利用凝汽器中蒸汽凝结时释放的 大量的汽化潜热， 值得深 入研究。

电站锅炉生产过程中排放出大量的烟气， 其中可回收利用的热量很多。 电站锅炉运 行过程中还需通过连续排污和定期排污保障锅 炉的水质符合安全需求， 同时必须将锅炉 给水中的氧气除去， 以避免对锅炉系统的腐蚀。 目前热力除氧器是电站锅炉的首选技术， 除氧器在工作的同时， 夹带大量的工作蒸汽排入大气。 由于锅炉连排水和除氧器排汽中 含有大量的热量及优良的水质， 如果直接排放将造成极大的能源和资源浪费， 而且对环 境造成污染。 虽然这两部分余热资源浪费巨大， 但回收利用有较大的难度， 其主要原因 是： （1 ) 余热的品质较低， 未找到有效的利用方法； （2) 回收者三部分的余热， 往往对 锅炉原有热力系统做出较大改动， 具有一定的风险性； （3) 热平衡问题难以组织， 难以 在工厂内部全部直接利用， 往往需要向外寻找合适的热用户， 而热用户的用热负荷往往 会有波动， 从而限制了回收方法的通用性。

顾伟等 （低温热能发电的研究现状和发展趋势 [J] .热能动力工程. 2007. 03. Vol. 22， No. 2. )介绍了国内外低温热能发电技术的研究现状� �发展趋势。从近几年低温热能发电 技术研究的发展情况来看， 研究工作主要集中在对动力循环工质的研究和 循环过程的改 进和最优控制等方面。 Kal ina循环、 氨吸收式动力制冷复合循环等在理论上可以达 到比 简单循环更高的能量利用率。 基于有限时间热力学的低温热能发电在考虑时 变因素对系 统的影响时具有重要意义， 可能实现系统的能量利用的最大化。 提高发电效率和环保是 低温热电技术的核心内容。 文中提及的 Kal ina循环、 氨吸收式动力制冷复合循环等理论 值得关注。

上述提及卡琳娜循环发电技术还有其固有的缺 点：如氨具有易燃、易爆有毒等特点， 在锅炉或工业炉窑尾部烟道利用烟气余热组织 卡琳娜循环发电时， 必须要考虑烟气中粉 尘等对布置于烟道中的换热器的磨损、 腐蚀等引起的泄漏， 必须要考虑由此引出的爆炸 防护以及环境与工作地点的防护等； 以氨水混合物为工作介质的卡琳娜循环， 氨水中的 氨是易燃、 易爆、 有毒的介质。 这是卡琳娜循环发电技术在电站系统中回收含 尘、 有腐 蚀物质的烟气余热时必须要解决的难题。

因此如何利用蒸汽朗肯循环火力发电厂的热力 学基本规律， 借鉴复式朗肯循环组织 思路及朗肯 -Kal ina 等复合循环等理论的创新方法， 保留基于朗肯循环原理的动力装置 技术的优点，探讨新的复合循环理论，真正找 到大幅度提高热力循环动力装置热效率的新 途径， 成为该领域研究的难点。

发明内容

本发明的目的为解决上述蒸汽朗肯循环以及卡 琳娜循环等技术存在的缺点， 提出一 种蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联合循环发电装� �，能够替代传统的蒸汽朗肯循环机组， 同 时解决了低沸点工质朗肯循环机组安全运行的 关键问题及凝汽器中蒸汽凝结时释放的大 量的汽化潜热回收的难题， 采用凝汽器正压运行方式， 回收蒸汽朗肯循环中蒸汽凝结时 的汽化潜热用于低温端低沸点工质朗肯循环发 电， 从而实现有效提高整个联合循环机组 的热效率， 最终达到节能降耗、 提高系统热效率的目的。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联合循环发电� �置，该装置包括蒸汽朗肯循环、低沸 点工质朗肯循环， 其特征在于： 所述的蒸汽朗肯循环， 是指由锅炉本体 1出来的饱和蒸汽 2， 经过热器 3形成过热 蒸汽 3-1， 送入汽轮机 4带动蒸汽发电机 21发电； 汽轮机 4出来的乏汽 5经过热器 9、 冷凝蒸发器 10形成凝结水 6， 凝结水 6经给水泵 7、给水加热器 8、锅炉本体 1， 再产生 饱和蒸汽， 从而形成蒸汽朗肯循环回路。

所述的低沸点工质朗肯循环， 是指液态工质 11经循环泵 12分别或依次送入冷凝蒸 发器 10、 冷却蒸发器 12、 蒸发器 14， 产生的低沸点工质蒸汽经过热器 9形成低沸点工 质过热蒸汽 16， 再进入汽轮机 17， 拖动发电机 20发电， 从汽轮机 17排出的乏汽经冷凝 器 18冷却形成液态工质 11， 再进入循环泵 12， 从而形成低沸点工质朗肯循环回路。

所述的液态工质包括低沸点工质， 为单一组分或多组分的以高沸点工质为吸收剂 的 混合液体， 包括但不限于有机工质、 氨水混合物， 低沸点工质在标准大气压下的沸点小 于 -10°C， 且具有良好的热稳定性。

所述的液态工质采用多组分溶液时， 液态工质 11经循环泵 12、 或和回热器 15依次 或分别送入冷凝蒸发器 10、 冷却蒸发器 12、 蒸发器 14， 形成的贫液经回热器 15、 返流 管线 19返回冷凝器 18， 产生的低沸点工质蒸汽经过热器 9、 汽轮机 17、 蒸发器 14、 冷 凝器 18形成液态工质 11， 再回到循环泵 12， 从而形成低沸点工质朗肯循环回路。

所述的汽轮机 4排出的乏汽 5的压力高于大气压力。

所述的蒸汽朗肯循环回路与低沸点工质朗肯循 环回路通过过热器 9、冷凝蒸发器 10、 或和冷却蒸发器 13、或和蒸发器 14，将高温端蒸汽朗肯循环和低温端低沸点工� ��朗肯循 环有机复合在一起， 高效回收高温端蒸汽朗肯循环的蒸汽冷凝时释 放的汽化潜热用于低 温端低沸点工质朗肯循环发电。

所述的冷却蒸发器 13的换热介质液态工质 11与烟气采用分离式换热方式， 冷却蒸 发器 13包括蒸发器 13-1、冷凝器 13-2，其中蒸发器 13-1布置于烟道 23中，冷凝器 13_2 布置于烟道 23外， 其中的相变工质采用水或其他适宜的物质； 相变工质在蒸发器 13-1 中吸收烟气的热量产生饱和蒸汽， 饱和蒸汽作为液态工质 11的热源， 通过冷凝器 13-2 与液态工质 11间壁式换热， 冷却后形成凝结液再由蒸发器 13-1吸收烟气的热量再产生 蒸汽， 从而形成相变工质的内循环回路； 相变工质采用自然循环或强制循环方式。

设有乏汽回热器 22: 蒸发器 14产生的低沸点工质蒸汽经乏汽回热器 22、 过热器 9、 汽轮机 17、 乏汽回热器 22、 蒸发器 14、 冷凝器 18、 循环泵 12回到蒸发器 14， 从而形 成低沸点工质朗肯循环回路。

设有与蒸汽朗肯循环系统配套的补给水系统： 蒸熘水箱 25中的蒸熘水 24， 经补水 泵 26、 常温除氧器 27除氧、 混合床 28除盐后补入蒸汽朗肯循环系统。

所述的给水加热器 8、 过热器 9、 冷凝蒸发器 10、 冷却蒸发器 13、 蒸发器 14、 乏汽 回热器 22可分别设置一个或多个， 采用串联、 并联或混联方式连接。

送风机 31送来的空气 30进入空气预热器 32， 形成热空气 33， 进入燃烧设备 34参 与燃烧， 生成的高温烟气经锅炉本体 1、 过热器 2、 给水加热器 8、 空气预热器 32、 蒸发 器 13-1降低温度后排出。

所述的冷凝器 18按照常规技术进行设置， 采用水或空气等作为冷却介质。

本发明中所提及的前述设备的换热元件可采用 列管、 翅片管、 蛇形管或螺旋槽管， 或采用其他强化传热措施的管子或其他型式的 中空腔体换热元件。

控制蒸发器 13-1换热面的壁面温度稍高于烟气酸露点温度� �或采用耐腐蚀的材料有 效减轻烟气的低温腐蚀， 能够有效降低排烟温度、 避免烟气低温腐蚀的同时， 高效回收 烟气余热。

本发明中未说明的设备及其备用系统、 管道、 仪表、 阀门、 保温、 具有调节功能旁 路设施等采用公知的成熟技术进行配套。

设有与本发明系统配套的调控装置， 采用现有蒸汽朗肯循环发电厂、 程氏循环发电 厂或燃气-蒸汽联合循环发电厂的公知的成熟� �控技术进行配套， 使蒸汽朗肯-卡琳娜联 合循环发电装置能经济、 安全、 高热效率运行， 达到节能降耗的目的。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、 节能效果显著： 本发明设计的蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联合� �环发电装置， 有 别于传统的基于朗肯循环原理的蒸汽朗肯循环 和利用烟道气作为热源的低沸点工质如氨 蒸汽朗肯循环的联合循环系统， 采用凝汽器正压运行方式， 将汽轮机排汽作为低沸点工 质朗肯循环的热源， 利用低沸点工质朗肯循环系统对中低温热源的 利用有更高效率的特 点， 将凝汽器和低沸点工质朗肯循环中的蒸发器巧 妙复合在一起， 蒸汽的汽化潜热得到 有效利用， 除了蒸汽显热利用等较之蒸汽朗肯循环有更高 的效率外， 仅利用蒸汽的汽化 潜热发电这块就多达 50度 /吨蒸汽以上， 整个系统的绝对热效率因此提高 2%以上； 因背 压采用正压方式运行， 汽轮机出口乏汽能保证一定的过热度， 新建机组的蒸汽初压可采 用超临界或超超临界压力， 进一步提高发电循环热效率。

2、 设备投资省、 运行费用大幅度下降：

( 1 )消除了传统凝汽器负压运行技术不可避免的� �气、漏水现象， 无需在朗肯循环 回路中设置除氧器、 抽气器， 避免了传统除氧器、 抽气器等运行造成的汽水损失； 避免 了传统技术回收凝结水的污染及汽水损失， 仅需补充极少量的汽轮机轴封漏汽造成的水 损失， 可通过外购或自制蒸熘水补入系统；

( 2) 因正压、 封闭运行， 避免了传统朗肯循环锅炉系统的氧腐蚀、 结水垢现象， 系 统汽水损失大幅度下降， 无需配备庞大、 复杂的化学水处理系统， 水处理系统的运行费 用大幅度下降， 绝对值可降低 90%。

( 3) 因汽轮机的乏汽比容比传统凝汽器的小得多， 汽轮机的体积可以大幅度减小， 凝汽器体积比传统技术的小得多， 因而汽轮机、 冷凝器设备的相对价格降低很多；

3、 电厂的三废实现集成利用： 尾部烟道设置的热交换器采用相变换热器时， 可以高 效回收烟气的余热， 排烟温度可降低至 120°C左右， 相变换热器蒸发器采用耐腐蚀材料 时， 排烟温度能降低更多， 达到 85°C左右， 对脱硫脱硝系统的运行极为有利， 有效避免 烟气低温腐蚀的同时， 回收的热量用于低沸点工质朗肯循环系统高效 发电， 更符合能量 梯级利用原理。 蒸汽朗肯循环系统产生的废水、 废汽等余热均可纳入低沸点工质朗肯循 环系统回收利用。 从根本上消除了其他废气、 废水、 废汽余热回收装置对整个机组热力 循环系统的影响， 实现整个电厂系统余热的真正意义的集成利用 ， 节水、 节汽、 节电等 效果明显。

4、 运行安全性明显提高：

( 1 )因蒸汽朗肯循环中汽轮机的背压采用正压方� �运行，汽轮机出口乏汽能保证一 定的过热度， 克服了传统朗肯循环机组汽轮机末级叶片因湿 蒸汽而带来的设计、 运行及 安全问题， 蒸汽轮机背压正压运行， 出口蒸汽为过热蒸汽， 从根本上消除了传统蒸汽朗 肯循环中汽轮机末级叶片因湿蒸汽带来的问题 设计、 制造及运行问题， 蒸汽轮机的运行 工况得到优化， 蒸汽轮机发电机组的振动较之前明显改善；

( 2)蒸汽锅炉系统的氧腐蚀安全性能明显改善，� ��免了传统蒸汽朗肯循环发电机组 因凝汽器负压运行， 空气不可避免漏入而对系统系统造成的氧腐蚀 危害；

( 3)蒸汽朗肯循环系统的水垢危害得以消除，有� ��减轻了受热面过热爆管等事故的 发生， 过热器的运行工况明显改善， 安全性明显提高。

(4)相比于传统的卡琳娜循环技术， 采用优选方案时， 无需在烟道中设置间壁式的 热交换器， 代之采用安全性更好的分体式的相变换热器冷 凝器分离式回收烟气的热量， 因烟气中的粉尘、 腐蚀介质等引起的磨损、 腐蚀导致低沸点工质跟烟气接触而引起的众 多安全问题得到根本解决； 低沸点工质在相变换热器冷凝器中进行间壁式 换热， 因为水 蒸气的无毒、 非助燃物质、 非可燃、 阻燃等优良的特点， 即使发生泄漏， 事故也容易得 到处理、 控制， 低沸点工质朗肯循环中的蒸发器或和过热器的 运行工况明显改善；

( 5 )由于蒸汽朗肯循环排汽采用正压， 因此可以通过管道引到采用可靠防护措施的 安全处所， 低沸点工质朗肯循环系统 （包括相变换热器冷凝器） 可以独立设置在安全可 靠的防护空间内并配备可靠的安全设施， 避免跟蒸汽朗肯循环系统直接交错在一起而引 发的诸多问题， 低沸点工质朗肯循环系统的安全性得到可靠保 证， 为其工业化应用进一 步消除安全隐患。

附图说明

图 1是本发明的一种蒸汽朗肯 -低沸点工质朗肯朗肯联合循环发电装置流程� �意图。 图 1中： 1-锅炉本体， 2-饱和蒸汽， 3-过热器， 3-1-过热蒸汽， 4-汽轮机， 5-乏汽， 6-凝结水， 7-给水泵， 8-给水加热器， 9-过热器， 10-冷凝蒸发器， 11-液态工质， 12- 循环泵， 13-冷却蒸发器， 13-1-蒸发器， 13-2-冷凝器， 14-蒸发器， 15-回热器， 16-低 沸点工质过热蒸汽， 17-汽轮机， 18-冷凝器， 19-返流液体， 20-发电机， 21-蒸汽发电机， 22-乏汽回热器， 23-烟道， 24-蒸熘水， 25-蒸熘水箱， 26-补水泵， 27-除氧器， 28-混合 床， 29-返流水管线， 30-空气， 31-送风机， 32-空气预热器， 33-燃烧设备。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步 详细描述。

实施例 1:

如图 1所示，一种蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联合循� ��发电装置，该装置包括蒸汽朗 肯循环、 低沸点工质朗肯循环系统， 具体实施例如下：

氨蒸汽朗肯循环采用氨水混合物。

所述的蒸汽朗肯循环， 是指由锅炉本体 1出来的饱和蒸汽 2， 经过热器 3形成过热 蒸汽 3-1， 送入汽轮机 4带动蒸汽发电机 21发电； 汽轮机 4出来的乏汽 5经过热器 9、 冷凝蒸发器 10形成凝结水 6， 凝结水 6经给水泵 7、给水加热器 8、锅炉本体 1， 再产生 饱和蒸汽， 从而形成蒸汽朗肯循环回路。

所述的氨蒸汽朗肯循环回路中， 冷凝蒸发器 10、 冷却蒸发器 12、 氨蒸发器 14采用 并联运行方式， 氨液 11经氨液循环泵 12、 回热器 15、 冷凝蒸发器 10， 氨液循环泵 12、 氨蒸发器 14、 乏汽回热器 22， 以及氨液循环泵 12、、冷凝蒸发器 10， 产生的氨蒸汽经过 热器 9、 氨汽轮机 17、 乏汽回热器 22、 氨蒸发器 14、 氨冷凝器 18形成氨液 11， 再进入 氨液循环泵 12， 从而形成氨蒸汽朗肯循环回路。

所述的汽轮机 4排出的乏汽 5的压力高于大气压力。 所述的冷却蒸发器 13的换热介质氨液与烟气采用分离式换热方式� �� 冷却蒸发器 13 包括蒸发器 13-1、 冷凝器 13-2， 其中蒸发器 13-1布置于烟道 23中， 冷凝器 13_2布置 于烟道 23外， 其中的相变工质采用水； 相变工质在蒸发器 13-1中吸收烟气的热量产生 饱和蒸汽，饱和蒸汽在冷凝器 13-2中作为氨液的热源，通过冷凝器 13-2与氨液 11间壁 式换热， 冷却后形成凝结液再由蒸发器 13-1， 吸收烟气的热量再产生蒸汽， 从而形成相 变工质的内循环回路； 相变工质采用自然循环。

设有与蒸汽朗肯循环系统配套的补给水系统： 蒸熘水箱 25中的蒸熘水 24， 经补水 泵 26、 常温除氧器 27除氧、 混合床 28除盐后补入蒸汽朗肯循环系统。

送风机 31送来的空气 30进入空气预热器 32， 形成热空气 33， 进入燃烧设备 34参 与燃烧， 生成的高温烟气经锅炉本体 1、 过热器 2、 给水加热器 8、 空气预热器 32、 蒸发 器 13-1降低温度后排出。

所述的给水加热器 8、 过热器 9、 冷凝蒸发器 10、 冷却蒸发器 13、 氨蒸发器 14、 乏 汽回热器 22可分别设置一个或多个， 采用串联、 并联或混联方式连接。

所述的氨冷凝器 18按照常规技术进行设置， 采用水或空气等作为冷却介质。

本发明中所提及的前述设备的换热元件可采用 列管、 翅片管、 蛇形管或螺旋槽管， 或采用其他强化传热措施的管子或其他型式的 中空腔体换热元件。

控制蒸发器 13-1换热面的壁面温度稍高于烟气酸露点温度� �或采用耐腐蚀的材料有 效减轻烟气的低温腐蚀， 能够有效降低排烟温度、 避免烟气低温腐蚀的同时， 高效回收 烟气余热。

本发明中未说明的设备及其备用系统、 管道、 仪表、 阀门、 保温、 具有调节功能旁 路设施等采用公知的成熟技术进行配套。

设有与本发明系统配套的调控装置， 采用现有蒸汽朗肯循环发电厂、 程氏循环发电 厂或燃气-蒸汽联合循环发电厂的公知的成熟� �控技术进行配套， 使蒸汽朗肯-卡琳娜联 合循环发电装置能经济、 安全、 高热效率运行， 达到节能降耗的目的。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上， 但它们并不是用来限定本发明， 任何熟悉此 技艺者， 在不脱离本发明之精神和范围内， 自当可作各种变化或润饰， 同样属于本发明 之保护范围。 因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要 求所界定的为准。