CN102313291A - 应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统，包括排放烟气的锅炉单元、烟气余热利用单元、烟气除尘单元、烟气脱硫单元，烟气余热利用单元包括：预热器；以及设置在所述预热器和烟气除尘单元之间的第一级烟气换热器，设置在所述烟气脱硫单元进口的第二级烟气换热器；所述第一级和第二级烟气换热器均为烟气-空气换热器；或者，所述第一级烟气换热器为烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水，所述第二级烟气换热器为烟气-空气换热器；或者，所述第一级烟气换热器为烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器为烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保节能设备，更具体地涉及一种应用于火力发电厂的降低烟尘排放、提高脱硫效率、节约水耗的烟气综合优化的烟气余热利用系统。
背景技术
随着国民经济的发展，社会对电力的需求正在不断的提高。对于正在进行工业化和经济快速发展的新兴发展中国家，如中国，电力的消耗量和发电厂的装机容量正在迅速增加。对中国而言，由于受其一次能源的储存品种和储存量的限制，近几十年来发电厂的燃料以煤炭为主，达到了70％以上，而且这种趋势在可预见的未来不会有根本的改变。虽然燃煤火电厂对于中国有着成本较低、燃料来源广泛等优势，但是燃煤火电厂存在效率较低、污染物排放较多等缺点。由于排放到大气中的污染物基本上来源于煤炭的燃烧，因此污染物的排放量与火电厂的煤耗量正相关，同时也与烟气净化设备的烟气净化效率有关。因此，针对火电厂烟气系统进行优化，在降低火电厂煤耗量的同时提高烟气净化设备的净化效率，以实现节约能源的同时减少火电厂向大气中污染物的排放是一项有前景的技术。
一般而言，可以采用以下三种方法减少火电厂的煤耗量。(一)提高蒸汽的压力和温度。提高了蒸汽的压力和温度后，汽轮机的效率将提高，热耗下降，可提高整个火力发电系统的效率，降低煤耗。目前，主流的火电机组的蒸汽压力和温度从亚临界参数提高到超临界参数，进一步提高到超超参数。目前国内外正在为进一步提高蒸汽温度作不懈的技术研究。但是蒸汽温度和压力每提高一个台阶，锅炉和汽轮机都需要采用热强度和抗腐蚀能力更高的材料，大大提高了机组的建设维护成本。(二)降低汽轮机的排汽参数。降低了汽轮机的排汽参数后，也可提高汽轮机的效率，降低汽轮机的热耗。降低汽轮机的排汽参数即需要降低汽轮机的循环冷却水温度，由于受电厂所处地理位置和气候条件的限制，循环冷却水温是在一定的范围内变化的，因此汽轮机的排汽参数下降的幅度是有限的。对于同一地区，汽轮机的排汽参数是一定的。(三)减少锅炉烟气的排放热损失。锅炉燃烧后产生的烟气，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110℃～170℃之间。通常情况下锅炉烟气通过净化处理后直接排放到大气，排放的烟气温度几乎没有变化，即烟气中的热量直接排放到大气而不加以利用。在采用烟气湿法脱硫的工艺中，烟气在脱硫吸收塔中在脱硫剂浆液的喷淋作用下温度下降到40℃～50℃，在这个过程中烟气的热量被浆液带走，蒸发了浆液中的水分。烟气温度越高，对浆液中的水分的蒸发量越大，电厂的水耗量越大。一些电厂由于受环保的要求，要求向大气中排放的烟气温度不低于72℃～80℃，脱硫吸收塔出口的烟气需加热到这个温度以上，因此采用了烟气-烟气换热器或烟气-水-烟气换热器将锅炉排出的较高温度的烟气加热脱硫吸收塔排出的较低温度的烟气，由于加热后的烟气仍然排放到大气中，锅炉排放的烟气的热量仍然没有被回收利用。
由此可见，对于锅炉烟气余热的利用是减少火电厂的煤耗量的有效途径。对锅炉烟气余热的利用，国内外已有不少的设计和实践，均采用烟气换热器的型式，通过换热器将烟气中的热量置换给别的介质以加以利用。这种烟气换热器被称为“低温省煤器”、“低压省煤器”、“烟气冷却器”、“烟水换热器”等各种名称，其实质是相同或相似的。
具体地，现有技术的烟气换热器布置如下：
(1)将烟气换热器布置在锅炉尾部，采用凝结水吸收烟气余热。例如，国内某电厂锅炉排烟温度较高，为了降低排烟温度，提高机组的运行经济性，在锅炉尾部空气预热器出口加装了低温省煤器，采用凝结水吸收烟气余热，见附图1。前苏联为了减少排烟损失而改装锅炉机组时，在锅炉对流竖井的下部装设低温省煤器，采用热网水吸收烟气余热。
(2)将烟气换热器布置在脱硫吸收塔之前，采用凝结水吸收烟气余热。德国Schwarze Pumpe电厂2×800MW褐煤发电机组在静电除尘器和烟气脱硫塔之间加装了烟气冷却器，采用凝结水吸收烟气余热，见附图2。
综上所述，现有的这些烟气换热器方案均采用了一级烟水换热器或烟气-空气换热器，其主要作用的回收烟气余热，降低发电机组煤耗量，因此功能比较单一。
本领域的技术人员致力于获得一种上述烟气换热器布置的改进装置，其具有降低烟尘排放、降低二氧化硫排放、节约脱硫设备用水、防止空气预热器低温腐蚀、降低风机电耗和节约机组煤耗等多项功能。
综上所述，本领域亟需一种改进的火力发电厂的烟气余热利用系统，它其具有降低烟尘排放、降低二氧化硫排放、节约脱硫设备用水、防止空气预热器低温腐蚀、降低风机电耗和节约机组煤耗等多项功能。
发明内容
本发明的目的在于获得一种改进的火力发电厂的烟气余热利用系统，它其具有降低烟尘排放、降低二氧化硫排放、节约脱硫设备用水、防止空气预热器低温腐蚀、降低风机电耗和节约机组煤耗等多项功能。
在本发明的第一方面，提供了一种应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统，包括排放烟气的锅炉单元(100)、烟气余热利用单元(200)、烟气除尘单元(300)以及烟气脱硫单元(400)，所述烟气余热利用单元(200)包括：
-预热器(2)；以及
烟气除尘单元(300)
-设置在所述预热器(2)和烟气除尘单元(300)之间的第一级烟气换热器(31)，以及设置在所述烟气脱硫单元(400)进口的第二级烟气换热器(32)；
其中，
所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器；
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水。
在本发明的一个具体实施方式中，第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为空气预热器出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为第二级烟气-空气换热器出口的冷风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
在本发明的一个具体实施方式中，所述第一级烟气换热器(31)为烟气-水换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，优选地，所述凝结水侧的凝结水来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；
优选地，所述凝结水还采用邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水或其组合；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
在本发明的一个具体实施方式中，所述第一级烟气换热器(31)为烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-水换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，优选地，所述凝结水侧的凝结水来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；
优选地，所述凝结水还采用邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水或其组合。
在本发明的一个具体实施方式中，所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)的烟气侧为串连方式连接。
在本发明的一个具体实施方式中，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用表面式换热器或热管式换热器。
在本发明的一个具体实施方式中，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用有中间载体的间热式换热器。
在本发明的一个具体实施方式中，所述的每一级换热器为一个换热器，或者为并联的若干个换热器的组合。
本发明的第二方面提供一种本发明所述的两级烟气-空气换热器系统进行烟气余热回收的方法，该方法可以降低烟尘排放浓度、水耗和引风机、增压风机电耗，其包括如下步骤：
将锅炉单元(100)产生的烟气通过烟气余热利用单元(200)中的预热器(2)，得到110℃～170℃的预热烟气；
所述预热烟气在第一级烟气换热器(31)进行余热回收，使得其温度下降到烟气酸露点温度以上5～10℃，得到一级经余热回收的烟气，同时降低了烟气比电阻提高除尘效率实现降低烟尘排放浓度，同时降低烟气提交流量实现降低引风机、增压风机电耗；
所述一级经余热回收的烟气通过第二级烟气换热器(32)后温度降低到烟气温度80～90℃，得到第二级经余热回收的烟气，同时降低脱硫系统水耗；
所述第二级经余热回收的烟气进入烟气脱硫单元(400)。
在本发明的一个具体实施方式中，所述一级经余热回收的烟气进入烟气除尘单元(300)，并经过引风机(5)和可选的脱硫增压风机(6)提升烟气压力后进入第二级烟气换热器(32)。
本发明的第三方面提供一种本发明所述的烟气-空气余热利用系统的火力发电厂系统。
附图说明
图1为已有技术的烟气换热器的布置，其布置在锅炉尾部，采用凝结水吸收烟气余热；
图2为已有技术的烟气换热器的布置，其布置在脱硫吸收塔之前，采用凝结水吸收烟气余热；
图3为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式；
图4为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式；
图5为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式；
图6为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式；
图7为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式；
图8为本发明的两级烟气-空气换热器系统的一个可选实施方式。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进工艺，获得了一种两级锅炉烟气-空气换热器及其系统，采用进入锅炉炉膛的空气与锅炉烟气进行热交换。采用该系统后，可降低火电机组的煤耗量、避免空气预热器低温段受热面腐蚀，提高受热面寿命、提高烟气净化设备——静电除尘器的效率，减少烟尘的排放量、降低烟气系统的引风机和增压风机的电耗、减少烟气净化设备——烟气脱硫塔的水耗并提高烟气脱硫塔的效率，减少二氧化硫的排放量。在此基础上完成了本发明。
本发明的技术构思是针对本领域中的具体缺陷而进行改进，发明人发现，针对以下各个方面改进可获得明显的技术进步：
(1)锅炉燃烧产生的烟气需要通过风机克服烟气系统的阻力将烟气排出到大气，一般火电厂采用引风机或引风机及脱硫增压风机来排放烟气。由于烟气体积流量巨大，因此引风机和增压风机耗电巨大，是两者火电厂最大的耗电设备，达到了全厂耗电量的30％左右。烟气的容积流量与烟气温度有关，烟气温度低则流量低，
因此，通过持续而深入的研究，发明人发现，如可降低引风机、增压风机进口的烟气温度，可减少风机流量，降低风机的电耗，在其它条件不变的基础上，风机的电耗基本上和烟气温度成正比。同时较低的烟气温度，可选择直径较小的风机叶轮，降低风机的投资成本。
(2)静电除尘器(也即烟气除尘单元)的作用是通过电极板来捕捉烟气中的烟尘，以降低排入大气的烟尘量。除尘器的烟尘捕捉效率与烟气的比电阻有关，比电阻越低，在其它条件相同的情况下，除尘器的效率越高。烟气温度通过第一级烟气换热器减温后可降低烟气的比电阻，从而提高除尘器的效率。
(3)当烟气温度在酸露点以下时，烟气中的酸性离子，如含硫离子等，会产生腐蚀性，对烟气系统中的设备如静电除尘器、风机、烟道、脱硫设备等产生腐蚀。由于烟气的腐蚀特性，现有的烟气余热利用系统中存在着以下的不足，或烟气温度降低的幅度不大，使其维持在酸露点温度以上，则烟气余热利用不足；或只能将烟气换热器布置在烟气系统中的大部分设备下游，如布置在脱硫吸收塔之前，则烟气换热器上游的设备如除尘器、引风机、增压风机等仍处在较高烟气环境中，无法实现较低烟气温度带来的除尘效率提高、风机电耗降低等好处；或将烟气换热器布置在烟气系统设备的上游并且烟气温度降低到酸露点以下，造成这些设备收到酸腐蚀，降低了使用寿命。另外，现有的烟气换热器采用凝结水吸收烟气热量，由于凝结水升温后排挤了汽轮机低压缸后几级的抽汽，被排挤的抽汽的热量大部分被凝汽器带走，只有少部分热量被利用于汽轮机做功。因此现有的采用凝结水吸收烟气热量烟气换热器的热利用率较低，一般为10％～20％。
本发明针对上述已有烟气余热利用系统的不足，采用两级烟气-空气换热器系统，用进入锅炉用于燃烧的空气吸收烟气的热量，大大提高了烟气换热器的热利用率，一般可达40-60％。。第一级烟气-空气换热器布置在空气预热器与烟气除尘单元之间，烟气通过第一级烟气换热器后的温度降低到酸露点温度以上5℃～10℃。第二级烟气换热器布置在脱硫吸收塔之前，烟气通过第二级烟气换热器后的温度降低到水露点温度以上20℃～25℃或根据烟气换热器的制造成本、烟气换热器的占用的布置空间与节约的发电厂煤耗的收益的综合经济技术比较，选择一个最优的烟气温度，如85℃。采用了两级烟气余热利用单元，即可最大限度地回收了烟气的余热以降低火电厂的煤耗，又可防止烟气腐蚀设备，还可以利用较低的烟气温度带来的提高除尘器除尘效率、降低引风机和增压风机电耗、降低引风机和增压风机投资成本、降低脱硝塔水耗、降低脱硫塔内烟气流速以提高脱硫效率等综合的效益，还可以防止空气预热器低温段受热面的腐蚀，延长受热面的寿命。一般情况下，烟气-空气换热器较烟气-水换热器占地面积大，设备成本高，如受布置、投资成本等因素的制约，也可选择两级换热器中的某一级采用烟气-空气换热器，另一级采用烟气-水换热器。
本文中，所述“锅炉单元”主要包括锅炉装置。所述锅炉装置没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。可以采用π型锅炉、塔式锅炉等，均在本发明的保护范围内。
本文中，所述“预热器”没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。可以采用管式预热器、回转式预热器等，均在本发明的保护范围内。
本文中，所述“烟气除尘单元”是指捕捉烟气中灰尘的设备。优选采用控制流速并优化烟气流场分布的设计。只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。可以采用静电除尘器、布袋烟气除尘单元、电袋烟气除尘单元、水膜烟气除尘单元等，均在本发明的保护范围内。
本文中，所述的每一级烟气换热器为一个换热器，或者为并联的若干个换热器。
本文中，所述引风机没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。可以采用离心式引风机、轴流式引风机等，均在本发明的保护范围内。
本文中，所述脱硫增压风机没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。
本文中，烟气-凝结水换热器包括管式换热器、板式换热器、表面式换热器、间热式换热器等，均在本发明的保护范围内。
本文中，烟气-空气换热器包括烟气、空气直接换热器或有中间热媒的间热式换热器。优选地为管式换热器或回转式换热器。优选地采用液态热媒。所述液态热媒包括水或其他低沸点的液体，优选乙二醇。所述热媒通过热媒循环泵维持其在烟气侧/空气侧和热媒侧换热器之间流动。液态热媒如采用低沸点的液体时，优选地在循环回路上设置气液凝结分离设备，循环泵设置在该设备的下游。
本文中，锅炉炉膛进口冷风包括送风机出口的冷二次风；或者一次风机出口的冷一次风。所述送风机、一次风机是本领域技术人员已知的。
本文中，所述邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它生活用水没有具体限制，只要不对本发明的发明目的产生限制即可，是本领域技术人员已知的。
本文中，汽轮轮机凝结水系统可以是汽轮机回热系统的一部分，但不局限于此。本发明的汽轮轮机凝结水系统通过汽轮机凝结水系统中的凝结水泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力，或者，通过凝结水升压泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力。所需要的升压泵的升压范围是本领域技术人员已知的。其中可以包含各级的低压加热器。所述低压加热器的含义对于本领域技术人员是已知的。
以下对本发明的各个方面进行详述，若未具体指明，本发明的术语对于本领域技术人员是已知的。具体例如可以参见中国电力出版社的《热力发电厂》或《锅炉原理》中所述。
应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统
本发明提供一种应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统，包括排放烟气的锅炉单元(100)、烟气余热利用单元(200)、静电除尘单元(300)以及烟气脱硫单元(400)，所述烟气余热利用单元(200)包括：
-预热器(2)；以及
-烟气除尘单元(300)；
-设置在所述预热器(2)和烟气除尘单元(300)之间的第一级烟气换热器(31)，以及设置在所述烟气脱硫单元(400)进口的第二级烟气换热器(32)；
其中，
所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器；
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水。
在一优选例中，所述烟气除尘单元(300)的下游设置引风机(5)和可选的脱硫增压风机(6)，使得烟气通过所述引风机(5)和脱硫增压风机(6)提升压力后进入后续的第二级烟气换热器(32)。
在一优选例中，所述烟气-水换热器的水侧水源还包括邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它生活用水。
在一优选例中，所述凝结水来源于汽轮机凝结水系统的某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口的汇总。
具体地，凝结水通过烟气换热器吸热后回到某一级低压加热器进口或出口。
在一优选例中，所述汽轮机凝结水系统还设置凝结水升压泵。
在一优选例中，烟气换热器与某一级或若干级低压加热器在凝结水流程上呈串连或并联或即有串连又有并联的关系。
在一具体实施例中，第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为空气预热器出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为第二级烟气-空气换热器出口的冷风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
具体地，所述两级烟气-空气换热器在烟气侧的流程上是串连的，在空气侧流程上也是串联的。且烟气和空气的流动方向为逆流。
在一具体实施例中，所述第一级烟气换热器(31)为烟气-水换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，水源可采用汽轮机凝结水系统中的凝结水，即来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；也可采用其他类型的水源，如邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水等。；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
在一具体实施例中，所述第一级烟气换热器(31)为烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-水换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，水源可采用汽轮机凝结水系统中的凝结水，即来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；也可采用其他类型的水源，如邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水等。
在一具体实施例中，当所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)的烟气侧为串连方式连接。
在一具体实施例中，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用表面式换热器或热管式换热器。
在一具体实施例中，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用有中间载体的间热式换热器。
在一优选例中，所述中间载体的热媒为液态。所述液态热媒选自水或其他低沸点的液体，优选乙二醇。
两级烟气-空气换热器系统进行烟气余热回收的方法
本发明提供一种两级烟气-空气换热器系统进行烟气余热回收的方法，该方法可以降低烟尘排放浓度、水耗和引风机、增压风机电耗，其包括如下步骤：
将锅炉单元(100)产生的烟气通过烟气余热利用单元(200)中的预热器(2)，得到110℃～170℃的预热烟气；
所述预热烟气在第一级烟气换热器(31)进行余热回收，使得其温度下降到烟气酸露点温度以上5～10℃，得到一级经余热回收的烟气，同时降低了烟气比电阻提高除尘效率实现降低烟尘排放浓度，同时降低烟气提交流量实现降低引风机、增压风机电耗；
所述一级经余热回收的烟气通过第二级烟气换热器(32)后温度降低到烟气温度80～90℃，得到第二级经余热回收的烟气，同时降低脱硫系统水耗；
所述第二级经余热回收的烟气进入烟气脱硫单元(400)。
优选地，所述一级经余热回收的烟气进入烟气除尘单元(300)，并经过引风机(5)和可选的脱硫增压风机(6)提升烟气压力后进入第二级烟气换热器(32)。
烟气-空气余热利用系统的火力发电厂系统。
本发明还提供一种含有本发明所述的烟气-空气余热利用系统的火力发电厂系统。
所述系统的其他装置及其安装方式对于本领域技术人员是已知的。
本发明具有以下的优点。
(1)本发明可节约发电机组的燃料耗量。本发明通过烟气—空气换热器将锅炉排出的烟气热量转换为进入锅炉的空气热量，直接减少锅炉的燃料耗量。或利用烟气—水换热器将锅炉排出的烟气热量转换到汽轮机回热系统中，排挤部分低压加热器中的抽汽，可增加了汽轮发电机的发电量，间接节约机组的燃料耗量。
(2)本发明可避免空气预热器冷端受热面腐蚀，延长了冷端受热面的运行寿命。空气预热器设计时冷端受热面的金属温度略高于酸露点温度，因此当锅炉低负荷排烟温度降低或冬天冷风温度降低时，冷端受热面的金属温度也随之下降，容易造成冷端受热面腐蚀。本发明提高了进入空气预热器的冷风温度，也提高了冷端受热面的金属温度，可避免冷端受热面腐蚀，延长了冷端受热面的运行寿命。
(3)本发明可提高烟气除尘单元的除尘效率，减少烟尘的排放。烟气通过第一级烟气—空气换热器(或烟气—水换热器)后温度下降，烟气的比电阻也相应下降。对于除尘器而言，其除尘效率随着烟气比电阻的下降而有较为明显的上升。因此，在烟气除尘单元进口设置第一级烟气—空气换热器(或烟气—水换热器)可提高烟气除尘单元的除尘效率，减少烟尘的排放。
(4)本发明可降低设置在烟气除尘单元下游的引风机和增压风机的电耗，可节约发电机组的厂用电。烟气通过第一级烟气—空气换热器(或烟气—水换热器)后温度下降，烟气的容积流量下降，可降低设置在烟气除尘单元下游的引风机、增压风机的电耗，节约机组的厂用电。
(5)本发明可减少脱硫系统的用水量。烟气通过第一级换热器和第二级换热器后温度下降，导致进入脱硫吸收塔的烟气温度降低。对于烟气湿法脱硫的工艺，需要将烟气在脱硫吸收塔中在脱硫剂浆液的喷淋作用下温度下降到40℃～50℃，在这个过程中烟气的放热蒸发了浆液中的水分。烟气温度越高，对浆液中的水分的蒸发量越大，脱硫系统的水耗量越大。因此，设置了第一级和第二级换热器后，降低进入脱硫吸收塔的烟气温度，可减少脱硫吸收塔的水的蒸发量，大大降低脱硫系统的用水量。
(6)本发明可提高脱硫吸收塔的脱硫效率，降低二氧化硫的排放。烟气通过第一级烟气换热器和第二级烟气换热器后温度下降，导致烟气的容积流量下降。烟气进入脱硫吸收塔后，烟气的流速下降，烟气在脱硫塔喷淋区域中的停留时间增加，即增加了烟气中的二氧化硫和脱硫浆液的接触时间，可提高脱硫吸收塔的脱硫效率，降低二氧化硫的排放。
如无具体说明，本发明的各种设备均可以通过市售得到。
本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比，所述的聚合物分子量为数均分子量。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例本发明的典型原理图见附图3～附图8。
两级烟气—空气换热器系统由以下主要部分组成：
(1)锅炉100
(2)空气预热器2
(3)一次风机3
(4)送风机4
(5)第一级烟气—空气换热器(或烟气—水换热器)31
(6)烟气除尘单元300
(7)引风机5
(8)增压风机6
(9)第二级烟气—空气换热器(或烟气—水换热器)32
(10)脱硫吸收塔400
(11)低压加热器7(简称“低加”)
(12)升压泵8
(13)循环泵9
本发明可通过以下几种方案实现，分别说明如下：
实施例1(对应原理图附图3、附图4，图3为直接式换热器，图4为间接式换热器)
锅炉100燃烧产生的烟气通过空气预热器2后，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110℃～170℃之间。烟气通过第一级烟气—空气换热器31后温度下降到烟气酸露点温度以上10℃左右。第一级烟气—空气换热器31采用进入锅炉的空气吸收烟气的温度。烟气来源于空气预热器出口的锅炉烟气，空气来源于第二级烟气—空气换热器32出口的冷风。烟气通过第一级烟气—空气换热器31后，进入烟气除尘单元300，并经过引风机5和脱硫增压风机6提升烟气压力后进入第二级烟气—空气换热器32。本方案中，增压风机可省略，采用扬程更高的引风机5完成提升烟气压力的功能。第二级烟气—空气换热器32采用进入锅炉的空气吸收烟气的温度。烟气来源于增压风机(或引风机5)出口的烟气，空气来源于送风机出口的冷二次风，也可采用一次风机出口的冷一次风。第二级烟气—空气换热器出口的烟气温度一般为80～90℃。
该方案中两级烟气—空气换热器在烟气流程上是串连的，在空气流程上也是串联的。对于两级烟气—空气换热器，烟气和空气的流动方向为逆流。
换热器的形式可采用烟气、空气直接换热器，如管式换热器、回转式换热器，也可采用有中间热媒的间热式换热器。热媒在烟气侧吸收热量，在空气侧放热。热媒为液态，可以为水，也可以为其他低沸点的液体，如乙二醇等，热媒通过热媒循环泵维持其在烟气侧/空气侧和热媒侧换热器之间流动。如采用低沸点的液体可在循环回路上设置气液凝结分离设备，循环泵设置在该设备的下游。这些方案也属于本发明的保护范围。
实施例2(对应原理图附图5、附图6，图5为直接式换热器，图6为间接式换热器)
锅炉燃烧产生的烟气通过空气预热器2后，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110℃～170℃之间。烟气通过第一级烟气—水换热器31后温度下降到烟气酸露点温度以上10℃左右。烟气来源于空气预热器2出口的锅炉烟气，水源可采用汽轮机凝结水系统中的凝结水，即来源于某一级低压加热器7出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气—水换热器31吸热后回到某一级低压加热器的出口；也可采用其他类型的水源，如邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水等。烟气通过第一级烟气—水气换热器31后，进入烟气除尘单元300，并经过引风机5和脱硫增压风机6提升烟气压力后进入第二级烟气—空气换热器32。本方案中，增压风机6可省略，采用扬程更高的引风机5完成提升烟气压力的功能。第二级烟气—空气换热器32采用进入锅炉的空气吸收烟气的温度。烟气来源于增压风机(或引风机)出口的烟气，空气来源于送风机出口的冷二次风，也可采用一次风机3出口的冷一次风。第二级烟气—空气换热器出口的烟气温度一般为80～90℃。
换热器的形式可采用烟气、空气直接换热器，如管式换热器、回转式换热器，也可采用有中间热媒的间热式换热器。热媒在烟气侧吸收热量，在空气侧放热。热媒为液态，可以为水，也可以为其他低沸点的液体，如乙二醇等，热媒通过热媒循环泵维持其在烟气侧/空气侧和热媒侧换热器之间流动。如采用低沸点的液体可在循环回路上设置气液凝结分离设备，循环泵设置在该设备的下游。这些方案也属于本发明的保护范围。
该方案的烟气—水换热器的水侧的阻力可以由汽轮机凝结水系统中的凝结水泵克服，也可以另设置水侧升压泵，这些方案也属于本发明的保护范围。
实施例3(对应原理图附图7、附图8，图7为直接式换热器，图8为间接式换热器)
锅炉100燃烧产生的烟气通过空气预热器2后，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110℃～170℃之间。烟气通过第一级烟气—空气换热器31后温度下降到烟气酸露点温度以上10℃左右。第一级烟气—空气换热器31采用进入锅炉的空气吸收烟气的温度。烟气来源于空气预热器出口的锅炉烟气，空气来源于送风机出口的冷二次风，也可采用一次风机出口的冷一次风。烟气通过第一级烟气—空气换热器31后，进入烟气除尘单元300，并经过引风机5和脱硫增压风机6提升烟气压力后进入第二级烟气—水换热器。本方案中，增压风机6可省略，采用扬程更高的引风机5完成提升烟气压力的功能。第二级烟气—水换热器的烟气来源于增压风机(或引风机)出口的烟气，水源可采用汽轮机凝结水系统中的凝结水，即来源于某一级低压加热器7出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第二级烟气—水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；也可采用其他类型的水源，如邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水等。第二级烟气—空气换热器出口的烟气温度一般为80～90℃。
换热器的形式可采用烟气、空气直接换热器，如管式换热器、回转式换热器，也可采用有中间热媒的间热式换热器。热媒在烟气侧吸收热量，在空气侧放热。热媒为液态，可以为水，也可以为其他低沸点的液体，如乙二醇等，热媒通过热媒循环泵维持其在烟气侧/空气侧和热媒侧换热器之间流动。如采用低沸点的液体可在循环回路上设置气液凝结分离设备，循环泵设置在该设备的下游。这些方案也属于本发明的保护范围。
该方案的烟气—水换热器的水侧的阻力可以由汽轮机凝结水系统中的凝结水泵克服，也可以另设置水侧升压泵，这些方案也属于本发明的保护范围。
性能实施例1
以某1000MW机组为例，原设计的锅炉排烟温度为125℃。采用方案一设置两级烟气—空气换热器系统。第一级烟气—空气换热器的进口烟气温度为140℃，出口烟气温度为110℃，第二级烟气—空气换热器的出口烟气温度为90℃。通过烟气—空气换热器加热送风机出口的冷二次风。通过两级烟气—空气换热器后，进入空气预热器的冷二次风温度提高了68℃，空预器出口的热二次风温度提高了47℃。该两级烟气—空气换热器系统可将35750KW的热量从烟气中置换出来，并输入锅炉，降低发电标准煤耗4.5g/Kw.h，按发电机组年利用小时5500小时计，每年每台发电机组可节约约24500吨标准煤。同时，由于进入脱硫吸收塔的温度由125℃降低到90℃，可节约脱硫系统耗水量约80t/h，折合每年44万吨水。除尘器的效率可从99.7％上升到99.86％，烟气除尘单元出口的烟气含尘浓度下降了16.7mg/Nm3，年减排粉尘136t。
性能实施例2
以某1000MW机组为例，原设计的锅炉排烟温度为125℃。采用方案二设置第一级烟气—水换热器和第二级烟气—空气换热器系统。第一级烟气—水换热器的进口烟气温度为135℃，出口烟气温度为110℃，第二级烟气—空气换热器的出口烟气温度为85℃。凝结水通过通过第一级烟气—水换热器后，温度从83℃提高到96℃。第二级烟气—空气换热器加热送风机出口的冷二次风。通过第二级烟气—空气换热器后，进入空气预热器的冷二次风温度提高了34℃，空预器出口的热二次风温度提高了19℃。该两级烟气—空气换热器系统可将19300KW的热量从烟气中置换出来，并输入锅炉及增加汽轮发电机的发电量，等效降低发电标准煤耗2.6g/Kw.h，按发电机组年利用小时5500小时计，每年每台发电机组可节约约14300吨标准煤。同时，由于进入脱硫吸收塔的温度由125℃降低到85℃，可节约脱硫塔耗水量约80t/h，折合每年44万吨水。除尘器的效率可从99.7％上升到99.86％，烟气除尘单元出口的烟气含尘浓度下降了16.7mg/Nm3，年减排粉尘136t。
讨论
本发明采用锅炉热力学原理和锅炉效率的计算方法。计算锅炉效率时，把锅炉看作一个封闭的热力系统。锅炉的总输入热量等于所有进入锅炉物质的总热焓加燃料燃烧的发热量，也等于锅炉的总输出热量。锅炉的总输出热量总排入汽轮机的蒸汽焓可用来发电，其它物质如烟气等带着的焓不能用来发电，是浪费的热量。因此，如果锅炉的总输入热量一定，进入锅炉的空气热量越多，则可以减少发电机组需要的燃料量。利用烟气带走的热量，将其输入锅炉，也可以减少发电机组需要的燃料量。对于锅炉而言，锅炉设计时确定了其排烟温度，也确定了烟气带走的热损失。因此，本烟气—空气换热器通过利用锅炉排出烟气的热量加热进入锅炉的空气，起到了“变废为宝”的作用，实现减少发电机组的燃料耗量的目的。
同时，本发明还利用了汽轮机热力循环基本原理。汽轮机凝结水系统中的凝结水冷却锅炉烟气并被烟气加热后返回汽轮机凝结水系统，由于凝结水温度的上升排挤了部分低压加热器中的抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，被排挤的抽汽在汽轮机内膨胀做功，因此，烟气—水换热器在发电机组煤耗量不变的情况下增加了汽轮发电机的发电量，同理，在汽轮发电机发电量不变的情况下，可节约发电机组的燃料耗量。
从实践检验来看(例如根据性能实施例)，本发明的烟气两级烟气-空气换热器系统并非通常的两级烟气-空气换热器系统的简单加和，而是通过在特定位置的特定设计达到了意料之外的降耗效果。
同时，本发明可避免空气预热器冷端受热面腐蚀，延长了冷端受热面的运行寿命；提高烟气除尘单元的除尘效率，减少烟尘的排放；降低设置在烟气除尘单元下游的引风机和增压风机的电耗，可节约发电机组的厂用电；减少脱硫系统的用水耗；提高脱硫吸收塔的脱硫效率，降低二氧化硫的排放。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种应用于火力发电厂的两级烟气-空气换热器系统，包括排放烟气的锅炉单元(100)、烟气余热利用单元(200)、烟气除尘单元(300)以及烟气脱硫单元(400)，其特征在于，所述烟气余热利用单元(200)包括：
-预热器(2)；
-设置在所述预热器(2)和烟气除尘单元(300)之间的第一级烟气换热器(31)，以及设置在所述烟气脱硫单元(400)进口的第二级烟气换热器(32)；
其中，
所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器；
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器；
或者，所述第一级烟气换热器(31)为设有放热的烟气侧和吸热的空气侧的烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为设有放热的烟气侧和吸热的凝结水侧的烟气-水换热器，且所述凝结水侧的水源为汽轮机凝结水系统中的凝结水。
2.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)均为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为空气预热器出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为第二级烟气-空气换热器出口的冷风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
3.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，所述第一级烟气换热器(31)为烟气-水换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-空气换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，优选地，所述凝结水侧的凝结水来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；
优选地，所述凝结水还采用邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水或其组合；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风。
4.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，
所述第一级烟气换热器(31)为烟气-空气换热器，所述第二级烟气换热器(32)为烟气-水换热器时，
第一级烟气换热器(31)中，烟气侧的烟气来源为预热器(2)出口的锅炉烟气，空气侧的空气来源为送风机出口的冷二次风，或者，空气侧的空气来源为一次风机出口的冷一次风；
第二级烟气换热器(32)中，烟气侧的烟气来源为引风机或可选的增压风机出口的烟气，优选地，所述凝结水侧的凝结水来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过第一级烟气-水换热器吸热后回到某一级低压加热器的出口；
优选地，所述凝结水还采用邻机的汽轮机系统凝结水、热网水、暖通空调系统用水、电厂及其它单位需要的生活用水或其组合。
5.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，所述第一级烟气换热器(31)和第二级烟气换热器(32)的烟气侧为串连方式连接。
6.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用表面式换热器或热管式换热器。
7.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，所述第一级烟气换热器(31)或第二级烟气换热器(32)采用有中间载体的间热式换热器。
8.如权利要求1所述的烟气-空气换热器系统，其特征在于，每一级烟气换热器为一个换热器，或者为并联的若干个换热器的组合。
9.一种采用权利要求1所述的两级烟气-空气换热器系统进行烟气余热回收的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将锅炉单元(100)产生的烟气通过烟气余热利用单元(200)中的预热器(2)，得到110℃～170℃的预热烟气；
所述预热烟气在第一级烟气换热器(31)进行余热回收，使得其温度下降到烟气酸露点温度以上5～10℃，得到一级经余热回收的烟气；
所述一级经余热回收的烟气通过第二级烟气换热器(32)后温度降低到烟气温度80～90℃，得到第二级经余热回收的烟气；
所述第二级经余热回收的烟气进入烟气脱硫单元(400)；
更优选地，所述一级经余热回收的烟气进入烟气除尘单元(300)，并经过引风机(5)和可选的脱硫增压风机(6)提升烟气压力后进入第二级烟气换热器(32)。
10.一种含有权利要求1所述的烟气-空气余热利用系统的火力发电厂系统。
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