CN102705862B - 火电机组锅炉烟气余热利用的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法，该方法可以显著提高烟气余热利用的效率。本发明还提供一种实施上述方法的装置。本发明包括以下步骤：A、将烟气分流成第一部分烟气和第二部分烟气；B、所述第一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，所述第二部分烟气对高压给水进行加热；C、将加热后的所述高压给水直接送入锅炉。采用上述方法进行锅炉烟气的回收，将烟气进行分流的回收，提高了烟气整体的回收利用率；同时，利用第二部分烟气加热的高压给水可以直接进入锅炉内使用，节省了汽轮机加热给水所需的高压抽汽，从整体上降低了火电机组的能耗。

Description

火电机组锅炉烟气余热利用的方法及其装置

技术领域

本发明涉及热循环机械技术领域，特别是涉及一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法。此外，本发明还涉及一种实施上述方法的装置。

背景技术

随着节能环保产品的发展，锅炉等高排放产业的热效率提高也逐渐升温。在锅炉热损失中，电厂排烟热损失占的比重很大。研究表明，排烟温度每降低10度到15度，锅炉的热效率就能提高1%。

目前，现有的烟气余热虽然得到了一些利用，但仍然存在很大的利用空间：随着烟气脱硫脱硝技术的不断进步，烟气酸露点已经降到90℃左右，而大型机组的排烟温度一般设置在120~140℃，也就是说，排烟温度还存在很大的下降空间。同时，超临界和超超临界机组锅炉的排烟温度普遍高于其设定温度，这样，从省煤器出口进入空气预热器的烟气温度远远高于烟气的酸露点，多出的这部分热量并没有被充分利用，增大了排烟的热损失。

造成排烟温度偏高的原因很多，可能是由于实际燃烧煤质与预定燃用煤质存在偏差，再加上对管壁的粘污能力估计不足，尾部受热面的吹灰器布置不合理或者作用不明显，导致省煤器和/或空气预热器的受热面偏小，也就不能很好的发挥烟气余热利用的效果。

按照目前的主流观点，可以通过以下两个途径来解决上述问题：

第一，增大空气预热器的传热面积。烟气在空气预热器内的流动面积增大，烟气和空气逆向流经空气预热器时就能够充分地进行热交换，有效改善烟气余热放热不足的问题。然而，空气预热器的传热面积的并不是越大越好：随着排烟温度的降低，空气与烟气的温差不断减小，空气预热器对烟气余热的利用效果越来越不明显，即使空气预热器的传热面积增加很多，烟气温度降低幅度也不会有很大变化；当排烟温度较低、空气预热器的预热管壁温低于烟气酸露点时，会产生低温腐蚀，空气预热器的使用寿命减少，每隔一两年甚至是半年就要进行更换；继续优化空气预热器的传热面积这一思路显然将导致烟气余热利用效率长期停滞不前。

第二，适当增加省煤器的受热面。采用较大受热面的低压省煤器在一定程度上能够提高给水温度，加强烟气余热利用；但是，由于参与传热的烟气品质不高，该方法的传热效果有限。

因此，按照现有的主流思路，烟气余热利用的效率很难有较大突破；要想提高烟气余热利用效率必须另辟蹊径。如何有效提高烟气余热利用效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法，该方法可以显著提高烟气余热利用的效率。本发明的另一目的是提供一种实施上述方法的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法，包括以下步骤：

A、将烟气分流成第一部分烟气和第二部分烟气；

B、所述第一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，所述第二部分烟气对高压给水进行加热；

C、将加热后的所述高压给水直接送入锅炉。

采用上述方法进行锅炉烟气的回收，将烟气进行分流的回收，提高了烟气整体的回收利用率；同时，利用第二部分烟气加热的高压给水可以直接进入锅炉内使用，节省了汽轮机加热给水所需的高压抽汽，从整体上降低了火电机组的能耗。

优选地，所述步骤B之后还包括步骤B1：

采用传热介质吸收所述第一部分烟气和第二部分烟气的剩余热量，然后所述传热介质利用吸收的热量对送入锅炉的空气进行初步预热。

优选地，所述步骤A中还包括：将送入锅炉的空气的实际温度与预定温度比较，

如果低于预定温度，则增加第一部分烟气的量；如果高于预定温度，则减小第一部分烟气的量。

优选地，所述步骤A中的第二部分烟气占全部烟气的5%~20%。

本发明还提供一种火电机组锅炉烟气余热利用的装置，包括空气预热器和烟气高压给水加热器，所述烟气高压给水加热器的出水口与锅炉的进水口相连，所述空气预热器和烟气高压给水加热器的烟气进口端均与所述锅炉的烟气出口端相连，从所述锅炉排出的烟气被分为第一部分烟气和第二部分烟气，所述第一部分烟气和第二部分烟气分别流经所述空气预热器和烟气高压给水加热器。

锅炉内产生的烟气在排出的过程中被分为第一部分烟气和第二部分烟气，第一部分烟气通过空气预热器对送入锅炉的空气进行最后预热，第二部分烟气经过烟气高压给水加热器对高压给水进行加热，加热后的高压给水可以直接进入锅炉内使用。经过上述处理，第一部分烟气和第二部分烟气内含的大部分热量都被回收利用了，通过第一部分烟气加热后的空气可以直接送入锅炉使用；第二部分烟气对高压给水进行充分的加热，加热后的给水已经能够满足锅炉的需要，从而分担了采用汽轮机高压抽气加热给水的负担，也就在很大程度上节省了汽轮机所需的高压抽气，更加节能环保。

优选地，还包括相互连接并能进行热量传递的烟气换热器和空气换热器，所述烟气换热器的烟气进口端分别与所述空气预热器和烟气高压给水加热器的烟气出口端相连，所述空气换热器的空气出口端与所述空气预热器的空气进口端相连。

经过烟气高压给水加热器和空气预热器处理后的第一部分烟气和第二部分烟气的烟温仍然保持在较高的水平，在上述两者的烟气出口端连接烟气换热器，将剩余的少部分热量吸收，然后再将吸收的剩余热量传递给空气换热器，空气换热器利用该部分热量对送入锅炉的空气进行初步预热，初步预热后的空气才送入空气预热器进行预热，减轻了空气预热器的负担。经过以上的多重处理后，烟气的热量得到了充分的回收，烟气余热回收效率大幅提高，同时还解决了单纯采用空气预热器时其进口端的烟气分流造成的烟气放热量不足的问题；其次，烟气换热器和空气换热器的结构比较简单，两者的受热面均是比较容易调整的，通过调整受热面可以有效避免换热器的腐蚀问题。

优选地，所述烟气换热器通过传热介质吸收烟气余热并将其传递给所述空气换热器。

优选地，所述烟气换热器和空气换热器之间还设有为所述传热介质提供动力的循环泵。

优选地，所述锅炉进一步连接有用于控制所述第一部分烟气和第二部分烟气多少的控制器。

优选地，所述控制器具有比较器，所述比较器用于比较送入锅炉的空气的实际温度与预定温度，如果高于预定温度，则所述控制器控制减小所述第一部分烟气的量，如果低于预定温度，则所述控制器控制增加所述第一部分烟气的量。

如果送入锅炉的空气的实际温度高于预定温度，则控制器控制减小第一部分烟气的量，反之则增加第一部分烟气的量，根据送入锅炉的空气温度的高低实时性的调整两部分烟气的多少，进而达到送入锅炉的空气的实际温度符合燃烧要求（即与预定温度相等或者保持在允许的波动幅度内）。

附图说明

图1为本发明所提供火电机组锅炉烟气余热利用的方法在一种具体实施方式中的流程框架图；

图2为本发明所提供火电机组锅炉烟气余热利用的装置在一种具体实施方式中的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种火电机组锅炉烟气余热利用方法，该方法可以显著烟气余热的回收利用率。本发明的另一核心是提供一种实施上述方法的火电机组锅炉烟气余热利用的装置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供火电机组锅炉烟气余热利用的方法在一种具体实施方式中的流程框架图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的火电机组锅炉烟气余热利用的方法包括以下三个步骤：

步骤S11：将从锅炉内排出的烟气分流成第一部分烟气和第二部分烟气，可以采用现有技术中的多种方式实现烟气的分流；例如，可以直接在锅炉的烟气出口端连接两根管道，烟气就自然的被分为两部分，也可以在锅炉的烟气出口端连接一个分流器，对烟气进行分流处理；

步骤S12：分流后形成两部分烟气，即第一部分烟气和第二部分烟气；

步骤S14：利用第一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，第二部分烟气用于加热汽轮机的高压给水；

步骤S152：加热完成的高压给水已经能够满足锅炉的需求，可以直接输入锅炉使用，该部分高压给水重新汇入汽轮机高压给水的输水母管，然后一起进入锅炉，也可以单独通过管路进入锅炉。

需要说明的是，本实施例中仅涉及上述四个步骤，图1中所示的是更为优选的一个实施例的详细流程框架图，图1中其他的步骤仅是本实施例具体执行中的一种情况，本实施例的范围并不局限于此。

由于从锅炉内排出的烟气含的热量很高，如果对整股烟气进行整体回收，很容易产生换热不充分等问题，本发明所提供的方法将这股烟气进行分流，然后分别回收每部分烟气的热量，有效的提高了换热的效率；而且，第二部分烟气集中用于加热高压给水，能够直接将高压加水加热到锅炉需要的温度，加热后的该部分给水直接供给给锅炉使用，在很大程度上节约了汽轮机需要的高压抽汽，节省的高压抽汽可以在汽轮机组内继续做功，从整体上提高了火电机组的利用率。

可以对上文所述烟气余热利用的方法进行进一步的改进。

在另一种具体实施方式中，在所述步骤S14之后还可以包括步骤S151到步骤S18。

步骤S151：对空气预热后的第一部分烟气和对高压水给水加热后的第二部分烟气进行混合，形成混合烟气；

步骤S16：采用传热介质吸收混合烟气的剩余热量，此处的传热介质种类很多，可以是常温或者低于常温的气体或者液体等，例如，可以是导热油，也可以是水等；

步骤S17：利用传热介质吸收的热量对送入锅炉的空气进行初步预热，该初步预热后的空气再利用刚从锅炉排出的第一部分烟气进行预热，以提高烟气利用率；

步骤S18：经过上述多重处理后，混合烟气的温度大幅降低，然后向外部排出。

本文所述的对送入锅炉的空气进行最后预热和初步预热是相互对应的，因为刚从锅炉里排出的烟气热量比较高，能够将空气加热到较高的温度，因此，刚从锅炉中排出的烟气对空气进行最后的余热，以满足空气的燃烧需求，而处理后的烟气含热量较低，只能完成较低程度的空气预热，也就是所谓的初步预热。显然，烟气和空气的流动方向是相反的，这样才能够进行比较充分的换热。

在第三种具体实施方式中，本发明的步骤S12之后、步骤S14之前还包括步骤S13：将送入锅炉的空气的实际温度与预定温度比较。

如果比较的结果显示空气的实际温度大于预定温度，则执行步骤S131：减小第一部分烟气的量，重新回到步骤S12中确定两部分烟气的量，直到比较的结果显示两者的温度相同或相近；如果小于预定温度，则执行步骤S132：在烟气分流时相应的增加第一部分烟气的量，调整后形成步骤S12中新的比例的两部分烟气，如此反复进行，直到比较结果显示两者温度相同或相近，也就是图示中所谓的实际温度等于预定温度。

需要说明的是，本发明并不要求送入锅炉的空气的实际温度与预定温度完全相同，两者之间可以保持一定的温度差，但该温度差必须保持在一定范围内，也就是上述的两者温度相近的水平。所述一定范围根据锅炉的型号不同进行具体规定，具体设置请参照现有技术，此处不再赘述。

当然，为实现上述温度比较的过程，可以在锅炉内设置空气温度的测量部件，例如可以采用温度计等进行测量，锅炉还可以连接有控制部件，该控制部件内存储有空气的预定温度值，测量部件将检测到的空气温度传递给控制部件，控制部件将空气的实际温度与预定温度比较，然后完成相应的操作。

第一部分烟气和第二部分烟气的分流方式多样，可以在锅炉的烟气出口连接两条管路，然后在各个管路上设置阀门实现烟气量的控制；也可以在锅炉的烟气出口端设置专门的分流器，起到分流和控制烟气量的作用。

第一部分烟气和第二部分烟气的量可以根据两部分烟气的用途进行调整，一般情况下，第二部分烟气的量占全部烟气的5%~20%。

请参考图2，图2为本发明所提供火电机组锅炉烟气余热利用的装置在一种具体实施方式中的结构示意图。

在图2中，实线代表水，虚线代表蒸汽，单点划线代表烟气，双点划线代表空气。

本发明还提供一种烟气余热利用的装置，包括空气预热器2和烟气高压给水加热器4，烟气高压给水加热器4和空气预热器2均设有烟气进口端，两者的烟气进口端均与锅炉1的烟气出口端相连。也就是说，从锅炉内排出的烟气被分为两个部分，即第一部分烟气和第二报复案烟气，第一部分烟气和第二部分烟气分别流经空气预热器2和烟气高压给水加热器4，完成对空气和高压给水的加热，由于烟气高压给水加热器4的出水口与锅炉1的进水口是相连通的，加热后的高压给水可以直接进入锅炉使用。

经过上述处理，第一部分烟气和第二部分烟气内含的大部分热量都被回收利用了，通过第一部分烟气加热后的空气可以直接送入锅炉使用；第二部分烟气对高压给水进行充分的加热，加热后的给水已经能够满足锅炉的需要，从而分担了采用汽轮机高压抽气加热给水的负担，也就在很大程度上节省了汽轮机所需的高压抽气，更加节能环保。

在另一种具体实施方式中，本发明还设有烟气换热器5和空气换热器3，烟气高压给水加热器4的烟气出口端和烟气换热器5的烟气进口端相连接，空气预热器2的烟气出口端也与烟气换热器5的烟气进口端相连，即第一部分烟气和第二部分烟气分别经过空气预热器2和烟气高压给水加热器4处理后再经过烟气换热器5进行再次循环利用；烟气换热器5吸收的热量能够传递给空气换热器3，空气换热器3利用该部分热量对送入锅炉1的空气进行初步预热；由于空气换热器3的空气出口端与空气预热器2的空气进口端相连，初步预热后的空气会经过空气预热器2进行进一步的加热，最后满足锅炉1的需要，送入锅炉1内使用。

其中，从空气预热器2流出的第一部分烟气和从烟气高压给水加热器4流出的烟气可以在管道内充分混合形成混合烟气，然后再统一进入烟气换热器5，这样有助于提高热交换的效率。当然，处理后的第一部分烟气和第二部分烟气也可以分别流入烟气换热器5进行换热。

在第三种具体实施方式中，烟气换热器5可以通过传热介质实现与空气换热器3之间的热量传递，烟气换热器5内通过逆流传热原理实现烟气到传热介质的热量传递，传热介质吸收来自混合烟气的余热并将热量储存起来；然后传热介质流动到空气换热器3，在空气换热器3内传热介质将储存的热量传递给空气，实现对空气的初步预热。其中传热介质可以是导热油或者是水等能够吸收传到热量的液体或者可实现能量传递的气体。

为顺利实现传热介质在烟气换热器5和空气换热器3之间的流动，可以设置循环泵6。传热介质在烟气换热器5内吸收热量后一般可以升温到80-100℃，升温后的传热介质进入储液箱7，然后再通过循环泵6升压进入空气换热器3，当传热介质完成热量转换后温度会降低，降温后的传热介质再次循环进入烟气换热器5吸收热量，如此反复实现热量的吸收与传递。

空气换热器3的空气进口端与送风机相连，送风机将常温下的空气送入空气换热器3，空气就会吸收传热介质的热量。一般情况下，空气可以初步预热到40-70℃，完成初步预热的空气再进入空气预热器2进行最后预热。由于空气换热器3内的传热介质的热量被吸收，传热介质的温度一般可以降到60-80℃，冷却后的传热介质返回到烟气换热器5中继续吸收热量，进入下一轮热循环。经过烟气换热器5处理后的混合烟气的温度一般可以降到90-120℃，此时的烟气可以直接通过烟道进入烟囱而排出。

如果空气预热器2的空气出口端的空气温度低于锅炉对空气温度的要求（即空气的预定温度），则加大循环泵6的液体流量，加快传热介质的传热速度，让空气持续不断的与高温的传热介质进行热交换，从而提高空气初步预热后的温度，然后将初步预热的空气送入空气预热器2进行最后加热，以满足锅炉对空气温度的要求；反之，则减小循环泵6的液体流量，减慢传热介质与空气热交换的速度，减少传热介质的流量和流速，降低空气初步预热后的温度。

众所周知，烟气换热器5的壁管温度不能过低，如果壁管的温度低于烟气的露点，烟气换热器5就会发生低温腐蚀，因此，烟气换热器5的排烟温度要保持在一定范围。如果烟气换热器5的排烟温度低于设定值，则减小第二部分烟气的量（即减小进入烟气高压给水加热器4的烟气量）让更多的烟气分流给第一部分烟气，从而提高第一部分烟气和第二部分烟气的混合温度；如果高于设定值，则增加第二部分烟气的量。

上述调整之所以能够实现混合烟气的温度的调整主要因为第二部分烟气产生的热传导的量要比第一部分烟气多：

首先，第一部分烟气的量比第二部分烟气的量要大，因此，第一部分烟气所含的总热量要比第二部分烟气多，第二部分烟气一般仅占全部烟气的5%-20%；其次，第二部分烟气的热量要把高压给水加热到满足锅炉对给水的温度需求，给水一般要从150-190℃加热到230-300℃，这个过程中产生的热量传递相对比较多，而第一部分的烟气进入空气预热器2对已经进行预热的空气进行二次加热，相当于用比较多的热量实现相对比较小的热传递。因此，第一部分烟气和第二部分烟气的热量传递存在一定的差异，第二部分烟气与给水进行热量传递后的温度相对较低，减小第二部分烟气的量就能在总体上增加混合烟气的温度。

需要说明的是，当第二部分烟气的量发生变化时，也要相应的调整第二部分烟气所加热的给水的量，第二部分烟气的量减小时，给水的量也要相应减小，反之亦然。一般情况下，烟气高压给水加热器4加热的给水的量占汽轮机给水量的2%-20%。

锅炉内的烟气经过分流，形成第一部分烟气和第二部分烟气：

第二部分烟气首先经过烟气高压给水加热器4对汽轮机中的高压给水进行加热，加热后的高压给水直接汇入锅炉的给水母管，也就是说加热后的给水可以直接满足锅炉的需要。烟气高压给水加热器4相当于汽轮机回热系统的高压加热器，对2%-20%的给水进行高压加热，减小了高压加热器的抽汽量，节省的那部分抽汽可以在汽轮机中继续做功，也在一定程度上起到了提高机组效率的作用。

第一部分烟气流向空气预热器2，空气预热器2内同时有空气和烟气逆向流通，根据逆流传热，空气预热器2利用第一部分烟气对送入锅炉的空气进行最后预热，一般将空气预热到250-330℃，使得空气满足燃烧需要进而送入锅炉；此时，空气预热器2内的第一部分烟气充分释放热量，解决了空气预热器2烟气进口端的烟温偏高而无法充分利用的问题。

第一部分烟气从空气预热器2流出后与从烟气高压给水加热器4中流出的第二部分烟气混合，然后流入烟气换热器5，烟气换热器5中的传热介质吸收烟气余热，然后流动到空气换热器3，传热介质将热量传递给空气。一般情况下，经过初步预热，空气可以从大气温度预热到40-70℃，初步预热后的空气送入空气预热器2，该空气也就是空气预热器2利用第一部分烟气进行最后预热的空气。

经过上述过程，第一部分烟气和第二部分烟气均经过两次回收利用，烟气热量的绝大部分都被回收利用，烟气利用率得到提高；其次，锅炉燃烧需要的空气也经过了两次预热，避免了采用一次预热时空气预热器负荷过高的问题；最后，分流出的第二部分烟气在很大程度上节省了汽轮机的能源，起到了较好的效果。

为进一步控制第一部分烟气和第二部分烟气的量，锅炉1可以连接设置控制器，控制器用于控制上述第一部分烟气和第二部分烟气的多少。

为实现控制器的控制目的，控制器一般具有比较器，该比较器用于比较送入锅炉的空气的实际温度和预定温度，控制器中一般存储有预先设定好的空气燃烧需要满足的预定温度，当有空气送入锅炉时，该空气会有一个实际温度，比较器将空气的实际温度与预定温度对比，如果实际温度高于预定温度，则控制器控制减小第一部分烟气的量，如果低于预定温度，则控制器控制增加第一部分烟气的量，如果正好等于预定温度或者两者的温度差在允许的范围内，则控制器控制维持第一部分烟气的量或者进行少量的调整。

通常情况下，第一部分烟气占全部烟气的80%～95%，第二部分烟气占全部烟气的5%~20%。采用上述比例对烟气进行分流有利于两部分的烟气都能够较好的进行热交换，热利用效率较高。

以上对本发明所提供的烟气余热利用的方法及其装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种火电机组锅炉烟气余热利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将烟气分流成第一部分烟气和第二部分烟气；

B、所述第一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，所述第二部分烟气对高压给水进行加热；

C、将加热后的所述高压给水直接送入锅炉；

所述步骤A中还包括：将送入锅炉的空气的实际温度与预定温度比较，

如果低于预定温度，则增加第一部分烟气的量；如果高于预定温度，则减小第一部分烟气的量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B之后还包括步骤B1：

采用传热介质吸收所述第一部分烟气和第二部分烟气的剩余热量，然后所述传热介质利用吸收的热量对送入锅炉的空气进行初步预热。

3.如权利要求1至2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤A中的第二部分烟气占全部烟气的5%～20%。

4.一种火电机组锅炉烟气余热利用的装置，其特征在于，包括空气预热器和烟气高压给水加热器，所述烟气高压给水加热器的出水口与锅炉的进水口相连，所述空气预热器和烟气高压给水加热器的烟气进口端均与所述锅炉的烟气出口端相连，从所述锅炉排出的烟气被分为第一部分烟气和第二部分烟气，所述第一部分烟气流经所述空气预热器，所述第二部分烟气流经所述烟气高压给水加热器；

所述锅炉进一步连接有用于控制所述第一部分烟气和第二部分烟气多少的控制器；

所述控制器具有比较器，所述比较器用于比较送入锅炉的空气的实际温度与预定温度，如果高于预定温度，则所述控制器控制减小所述第一部分烟气的量，如果低于预定温度，则所述控制器控制增加所述第一部分烟气的量。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括相互连接并能进行热量传递的烟气换热器和空气换热器，所述烟气换热器的烟气进口端分别与所述空气预热器和烟气高压给水加热器的烟气出口端相连，所述空气换热器的空气出口端与所述空气预热器的空气进口端相连。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述烟气换热器通过传热介质吸收烟气余热并将其传递给所述空气换热器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述烟气换热器和空气换热器之间还设有为所述传热介质提供动力的循环泵。