CN102705864A - 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给水进行加热。从锅炉排出的烟气被分成两部分,分别对空气和给水进行加热，实现了火电机组系统内部能量的循环利用；又由于每部分烟气所含的热量比整股烟气所含的热量要低，避免了整股烟气进行热交换时的换热不充分问题，每部分烟气所含的热量均能较为充分的回收，从整体上提高了烟气热量的回收利用率。

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，本发明公开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给水进行加热。

采用上述方法，从火电机组的锅炉内排出的烟气被分流成两部分，两部分烟气分别进行回收利用，第一部分烟气对空气进行预热，第二部分对给水进行预热，实现了火电机组系统内部能量的循环利用；又由于烟气分成两部分回收，每部分烟气所含的热量比整股烟气所含的热量要低，避免了整股烟气进行热交换时的换热不充分问题，每部分烟气所含的热量均能较为充分的回收，从整体上提高了烟气热量的回收利用率。

优选地，所述步骤B之后还包括步骤C：

所述第一部分烟气和第二部分烟气混合形成混合烟气，所述混合烟气对送入锅炉的空气进行初步预热。

所述第一部分烟气和第二部分烟气经过一次回收利用后，其温度降低的幅度较低，为进一步回收热量，可以再次利用上述两部分烟气，利用这两部分烟气的剩余热量对送入锅炉的空气进行初步预热，这样不但减轻了第一部分烟气对空气预热的负担，还能有效降低烟气排出的温度，提高了烟气利用率。

优选地，所述混合烟气通过热管换热器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。

由于锅炉内燃烧需要的空气需要达到一定的温度（即所述的预定温度），因此，烟气回收的首要目的就是要满足对空气加热的需要。如果送入锅炉的空气温度低于预定温度，就相应的增加第一部分烟气的量，从而可以让更多的烟气对空气进行加热，以提高空气的温度；相反，则减小第一部分烟气的量，让更多的烟气热量被给水回收利用。这种实时性的调整更加有针对性，能够更好的满足火电机组的需求，还能及时的调整两部分烟气的量，使得每部分烟气都能够较好的回收利用。

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给水加热器，所述空气预热器和烟气给水加热器的烟气进口端均与锅炉的烟气出口端相连，从所述锅炉内流出的烟气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给水加热器进行热交换。

从锅炉内排出的烟气被分为两部分，只有第一部分烟气流经空气预热器，减小了进入空气预热器的烟气份额，第一部分烟气就能够在空气预热器内充分释放热量，解决了空气预热器进口烟温偏高的问题，也避免了烟气放热不足的问题；分流出的第二部分烟气用于加热汽轮机回热系统中的给水，减少了汽轮机加热给水需要的抽汽份额，节省的抽汽可以在汽轮机中继续做功，从整体上增加了火电机组的发电量。

优选地，所述烟气加热器包括依次连接的烟气高压给水加热器和烟气低压给水加热器，所述烟气高压给水加热器的烟气进口端与所述锅炉的烟气出口端相连。

优选地，所述烟气高压给水加热器连接有用于抽取汽轮机高压给水的第一水泵。

优选地，所述烟气低压给水加热器连接有用于抽取汽轮机低压给水的第二水泵。

优选地，还包括热管换热器，所述热管换热器的烟气进口端分别与所述空气预热器和烟气给水加热器的烟气出口端相连，所述热管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。

本发明还增设了热管换热器，热管换热器不但可以再次利用第一部分烟气和第二部分烟气的剩余热量，还可以利用这部分热量对送入锅炉的空气进行初步预热，从而提高了空气预热器空气进口端的进风温度，降低了空气预热器的负担。

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。

控制器可以控制第一部分烟气和第二部分烟气的多少，还可以通过比较器进行适当的调整，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地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的方法，该方法可以显著提高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步骤：

步骤S11：对从锅炉内排出的烟气进行分流；

步骤S12：形成第一部分烟气和第二部分烟气，然后执行步骤S14；

步骤S14：通过热量交换的原理，利用所述第一部分烟气对送入锅炉的空气进行预热，所述第二部分烟气的热量用于对汽轮机的给水进行加热。

需要说明的是，图1中所示的步骤S13、步骤S131、步骤S132和步骤S15至步骤S17均可以省略，本具体实施方式可以包含上述几个步骤，也可以仅包含上述的步骤S11、步骤S12和步骤S14。

上述方法将烟气分成两部分进行利用，每部分烟气都能够较为充分的进行热交换，从而充分利用烟气的热量，避免了整股烟气回收时的换热不充分问题。

虽然第一部分烟气和第二部分烟气经过上述处理后温度有所降低，但降温的幅度有限，两部分烟气的温度仍然保持在比较高的水平，因此吗，可以在步骤S14之后设置步骤S15和步骤S16：

步骤S15：将对空气和给水加热后的所述第一部分烟气和第二部分烟气进行混合，形成混合烟气；

步骤S16：利用混合烟气对送入锅炉的空气进行初步预热。混合烟气对空气进行初步预热可以采用的设备种类很多，可以是具有换热功能的多种装置。例如，可以采用热管换热器，热管换热器具有烟气通道和空气通道，混合烟气和空气分别通过烟气通道和空气通道，在流通的过程中利用热管完成热量的传递。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最后的预热。通常情况下，经过该步骤处理之后的烟气会进入步骤S17；

步骤S17：混合烟气通过烟囱等管路设备向外排出。

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。

可以对上文所述火电机组锅炉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，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，然后再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。

本发明还提供一种火电机组烟气余热利用的装置，包括空气预热器2和烟气给水加热器，两者的烟气进口端均与锅炉1的烟气出口端相连，从锅炉1排出的烟气也就相应的被分为两部分，即第一部分烟气和第二部分烟气，第一部分烟气流经空气预热器2进行热交换，第二部分烟气流经烟气给水加热器对汽轮机的给水进行加热。

上述烟气给水加热器可以包括依次连接的烟气高压给水加热器4和烟气低压给水加热器5，烟气高压给水加热器4的烟气进口端与锅炉1的烟气出口端相连，第二部分烟气首先进入烟气高压给水加热器4对高压给水进行加热，然后再进入烟气低压给水加热器5对低压给水进行加热，减轻了汽轮机加热给水的压力，节省了部分高压抽气和低压抽气。

烟气高压给水加热器4和烟气低压给水加热器5都是利用烟气对汽轮机的给水进行加热的装置。不同的是，烟气高压给水加热器4是对汽轮机的高压给水进行加热，烟气低压给水加热器5是对汽轮机的低压给水进行加热。而加热高压给水需要的热量较多，加热低压给水需要的热量相对较少，正因为此，第二部分烟气要首先经过烟气高压给水加热器4，然后再经过烟气低压给水加热器5，这样才符合能量阶梯利用的原则。

当汽轮机和烟气给水加热器之间的管路压降较高时，为顺利实现给水在汽轮机和烟气给水加热器之间的循环流动，可以在汽轮机和烟气给水加热器之间设置循环水泵。具体地，可以在烟气高压给水加热器4与汽轮机之间设置第一水泵6，第一水泵6用于抽取汽轮机的高压给水，在烟气高压给水加热器4完成对高压给水的加热后，该部分高压给水又能够流回汽轮机，进行后续的加热或其他处理。

同理，可以在烟气低压给水加热器5和汽轮机的管路之间设置第二水泵7，用于抽取汽轮机的低压给水，通过烟气加热后的低压给水也可以循环流回汽轮机，利用低压抽汽继续加热或者进行其他后续处理。

当然，如果汽轮机和烟气给水加热器之间的管路压降比较小，给水能够在自然状态下进入烟气给水加热器进行加热，然后顺利流回汽轮机，则可以省略第一水泵6和第二水泵7。

在一种具体实施方式中，本发明的装置还设有热管换热器3，热管换热器3设有烟气进口端、烟气出口端、空气进口端和空气出口端，热管换热器3的空气进口端与风源相连，其空气出口端与空气预热器4的空气进口端相连，其烟气进口端不仅与空气预热器4的烟气出口端相连，还与烟气给水加热器的烟气出口端相连。也就是说，热管换热器3能够完成烟气与空气的热交换，其烟气通道内流通的是已经经过一次热交换处理的第一部分烟气和第二部分烟气，其空气通道流通的是常温下的空气，烟气和空气在热管换热器3内完成热交换，空气吸收烟气的热量升温，经过初步预热的空气再进入空气预热器2进行进一步的加热，以便满足锅炉对空气的需求。

其中，从空气预热器2流出的第一部分烟气和从烟气低压给水加热器5流出的烟气可以在管道内充分混合，然后再统一进入热管换热器3，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热管换热器3。

热管换热器3具有传热效率高、结构紧凑、流体阻力小等优点，热管换热器3的冷流体传热面积和热流体传热面积可以是可调节的，通过冷流体传热面积和热流体传热面积的调整控制热管的壁面温度，从而有效避开最大的低温腐蚀区域，延长其使用寿命。

锅炉1内排出的烟气经过分流，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，然后进入烟气低压给水加热器5对汽轮机的低压给水进行加热，加热后的高压给水和低压给水分别要进入汽轮机的下一级高压加热器8和低压加热器9继续进行加热，但由于高压给水和低压给水已经通过第二部分烟气进行了一轮加热，高压加热器8和低压加热器9的负担就相应的减小了，第二部分烟气的余热也得到了利用。由于高压加热器8和低压加热器9是利用蒸汽对给水进行加热的，高压加热器8和低压加热器9的负荷的减小，使得汽轮机回热系统的抽汽量大幅度减小，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1内；此时，空气预热器2内的第一部分烟气充分释放热量，第一部分烟气经过空气预热器2处理后一般可以降到120-140℃，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流出后与从烟气低压给水加热器5中流出的第二部分烟气混合地流入热管换热器3，热管换热器3与送风机连接，两部分烟气与送风机送入的空气逆向地经过热管换热器3，根据逆流传热，这两部分烟气对送风机送入的空气进行初步预热（送风机送入的空气也就是要送入锅炉的空气），一般情况下，经过初步预热，空气可以从大气温度预热到50-80℃，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，第一部分烟气经过了两次回收利用，第二部分烟气经过三次回收利用，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，可以设置与锅炉1相连的控制器，控制器用于实现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火电机组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 (12)

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给水进行加热。

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C：

所述第一部分烟气和第二部分烟气混合形成混合烟气，所述混合烟气对送入锅炉的空气进行初步预热。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合烟气通过热管换热器对送入锅炉的空气进行初步预热。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，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。

5.如权利要求1至3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%。

6.一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给水加热器，所述空气预热器和烟气给水加热器的烟气进口端均与锅炉的烟气出口端相连，从所述锅炉内流出的烟气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给水加热器进行热交换。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述烟气加热器包括依次连接的烟气高压给水加热器和烟气低压给水加热器，所述烟气高压给水加热器的烟气进口端与所述锅炉的烟气出口端相连。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述烟气高压给水加热器连接有用于抽取汽轮机高压给水的第一水泵。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述烟气低压给水加热器连接有用于抽取汽轮机低压给水的第二水泵。

10.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，还包括热管换热器，所述热管换热器的烟气进口端分别与所述空气预热器和烟气给水加热器的烟气出口端相连，所述热管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。

11.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，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。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，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。

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