CN102954460A - 一种电站锅炉能量优化利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电站锅炉能量优化利用系统，涉及电站锅炉技术领域。主要回收锅炉系统中排出烟气的余热，用以加热助燃风。对于以发电为主的大型电站锅炉而言，回收锅炉系统排出烟气的余热用以加热助燃风，将加热后的助燃风送回炉膛，从而实现节能，提高电站锅炉热效率的发明目的。另一方面，本发明实施例还能够在实现节能、提高电站锅炉热效率的同时，通过引入凝结水的热量来平衡由于排烟温度的季节和负荷等差异，可解决夏季排烟温度过高导致的危害尾气处理设备的问题、或缓解夏季汽轮机背压过高引起汽机低压缸发电效率降低的问题，或冬季替代较易发生故障的暖风器等，进一步提高电站锅炉的系统性能。

Description

一种电站锅炉能量优化利用系统

技术领域

本发明涉及电站锅炉技术领域，特别是涉及一种电站锅炉的能量优化利用系统。 

背景技术

众所周知，目前大型电站锅炉主要是煤粉炉和循环流化床锅炉，在良好运行的前提下，这些锅炉的热效率是大于90％的。其主要的热损失来源于两个方面：固体未完全燃烧损失和排烟热损失。这里面，排烟热损失占了绝大部分，约50-70％。烟气余热回收，即是通过换热器从烟气中取出热量，降低排烟温度，提高锅炉的热效率。 

换热器回收这部分热量，可以用于加热水或者助燃风等各种冷源。但是，对于以发电为主的大型凝气式机组，仅有凝结水和助燃风有足够的量能带走烟气中取出的热量。加热凝结水时，有两个问题：一是节约下来的末级低加的排气属低品质能源，导致回收余热的使用效率很低；二是加热末级低加入口的凝结水降低了末级低加对汽机排气的冷却作用，会导致汽机背压的升高，降低汽机低压缸的发电效率，可能会导致与节能的初衷完全相反的结果。而以回收余热加热助燃风，将这部分热量送回炉膛，往往能取得很好的节能收益。 

目前布袋除尘器被广泛应用于大型电站锅炉，且随着环保标准的提高，越来越多的电除尘器有改造成电袋除尘器的趋势。排烟温度过高，对布袋的危害很大，当布袋除尘器的入口温度高于170℃时，布袋的寿命会大大降低；对于湿法脱硫，较高的排烟温度意味着喷淋减温水的增加，这在缺水地区是一笔不小的开支。因此，将排烟温度控制在正常的范围内，不但可以节能，还有利于锅炉尾气处理系统的正常运行。 

随着锅炉运行时间的增长，原空预器的漏风量会增加，同时管壁积灰会降低空预器的传热效率，这些原因会造成热风温度的运行值低于设计值。采用烟气余热加热助燃风，一般不会对锅炉的运行造成不良影响。对于煤粉炉，加热一次风，能改善磨煤机的运行；加热一，二次风，能提高燃烧效率，对强化传热也有好处。 

为了防止冬季空预器出现低温腐蚀，一般大型电站锅炉均配有暖风器。但暖风器由于疏水的原因较易出现泄漏，有关资料显示半数以上的电厂暖风器不能正常运行。冬季，用烟气余热加热助燃风，暖风器可以停用，不但节能，还有助于锅炉系统的正常运行。 

一般情况下，锅炉的排烟温度冬夏季差别很大。夏季排烟温度高，冬季排烟温度低。对于以发电为主的凝气式机组，夏季的负荷高，冬季的负荷低，更加剧了排烟温度的季节差别。这就造成以前的烟气余热回收系统，在夏季排烟温度过高时超过系统的设计负荷，在冬季排烟温度过低时烟气余热回收系统得不到投用。本发明通过引入凝结水的热量来平衡这种差异。 

从能量品质的角度上看，压力，温度等级越高的工质，“火用”值越高。汽机回热系统正是运用了这个原理。一般情况下，暖风器的抽气参数压力在1MPa以上，温度在300℃左右，属高品质蒸汽；而低压加热器(特别是末级低加)的抽气参数，温度和压力较暖风器抽气参数低很多。因此，多消耗低品质的能源，替代高品质的能源，是一种节能的方式。 

发明内容

本发明实施例提供一种电站锅炉能量优化利用系统，以提供一种节能并优化利用回收的能量进一步提高电站锅炉热效率的技术。 

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案： 

一种电站锅炉的能量优化利用系统，包括： 

助燃风加热器，用于加热助燃风； 

烟气余热处理模块，用于利用烟气中的热量加热凝结水； 

凝结水处理模块，用于根据控制模块的输出从不同的低压加热器的入口引出凝结水，并将所述引出的凝结水经所述助燃风加热器输出后送回不同的低压加热器的入口；

控制模块，用于根据当前工作状况控制所述烟气余热处理模块和所述凝结水处理模块的运行； 

凝结水增压泵，用于在所述控制模块的控制下，将所述烟气余热处理模块输出的凝结水和/或所述凝结水处理模块引出的凝结水，输入所述助燃风加热器以加热助燃风。 

根据本发明提供的具体实施例，公开了以下技术效果： 

本发明实施例中主要回收锅炉系统中排出烟气的余热，用以加热助燃风。对于以发电为主的大型电站锅炉而言，回收锅炉系统排出烟气的余热用以加热助燃风，将加热后的助燃风送回炉膛，从而实现节能，提高电站锅炉热效率的发明目的。另一方面，本发明实施例还能够在实现节能、提高电站锅炉热效率的同时，通过引入凝结水的热量来平衡由于排烟温度的季节和负荷等差异，可解决夏季排烟温度过高导致的危害尾气处理设备的问题、或缓解夏季汽轮机背压过高引起汽机低压缸发电效率降低的问题，或冬季替代较易发生故障的暖风器等，进一步提高电站锅炉的系统性能。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本发明实施例提供的一种电站锅炉的能量优化利用系统结构框图； 

图2为本发明实施例提供的一种电站锅炉的能量优化利用系统结构原理图； 

图3为本发明实施例提供的电站锅炉的能量优化利用系统的第一种工作模式原理图； 

图4为本发明实施例提供的电站锅炉的能量优化利用系统的第二种工作模式原理图； 

图5为本发明实施例提供的电站锅炉的能量优化利用系统的第三种工作模式原理图； 

图6为本发明实施例提供的电站锅炉的能量优化利用系统的第四种工作模式原理图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

参见图1，本发明实施例提供了一种电站锅炉的能量优化利用系统，包括： 

助燃风加热器101，用于加热助燃风； 

烟气余热处理模块102，用于利用烟气中的热量加热凝结水； 

凝结水处理模块103，用于根据控制模块的输出从不同的低压加热器的入口引出凝结水，并将所述引出的凝结水经所述助燃风加热器101输出后送回不同的低压加热器的入口； 

控制模块104，用于根据当前工作状况控制所述烟气余热处理模块102和所述凝结水处理模块103的运行； 

凝结水增压泵105，用于在所述控制模块104的控制下，将所述烟气余热处理模块102输出的凝结水和/或所述凝结水处理模块103引出的凝结水，输入所述助燃风加热器101以加热助燃风。 

本发明实施例的核心思想是，对于以发电为主的大型电站锅炉而言， 回收锅炉系统排出烟气的余热用以加热助燃风，将加热后的助燃风送回炉膛，从而实现节能、进一步提高电站锅炉热效率的发明目的。 

另一方面，本发明实施例还能够在实现节能、提高电站锅炉热效率的同时，进一步提高电站锅炉的系统性能。具体的，锅炉的排烟温度并不稳定，比如存在冬夏季差别很大的问题。通常，夏季排烟温度高，冬季排烟温度低。对于以发电为主的凝气式机组，夏季的负荷高，冬季的负荷低，更加剧了排烟温度的季节差别。 

而这种差别会造成排烟温度过高时(如夏季)，容易导致危害尾气处理设备(如布袋除尘器在温度过高时寿命大大降低)、汽轮机背压过高引起汽机低压缸发电效率降低等问题；排烟温度过低时(如冬季)，往往回收的烟气余热无法满足系统的需求(如替代暖风器等需求)。本发明实施例通过引入凝结水的热量来平衡这种差异，从而进一步提高了电站锅炉的系统性能。 

需要说明的是，凝结水增压泵用于提供凝结水流动的能量，使得凝结水能够在助燃风加热器、烟气余热处理模块及凝结水处理模块组成的系统中流动。 

在该系统中，控制模块能够根据不同的工作状况，选择是否启动烟气余热处理模块、及是否启动所述凝结水处理模块。 

其中，助燃风加热器可以为一次风加热器或二次风加热器。助燃风加热器分别与鼓风机出口风道和空气预热器进口风道连接。 

烟气余热处理模块具体包括：相变换热器和列管式换热器，所述相变换热器通过蒸汽上升管和液体下降管与所述列管式换热器连接。 

相变换热器与锅炉尾部烟道连接。 

凝结水处理模块具体包括：与低压加热器入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道。一般情况下引出的凝结水的温度小于120度。 

实际应用中，低压加热器可以是末级低压加热器和/或次末级低压加热器。 

凝结水增压泵提供凝结水流动的能量。凝结水增压泵具体为变频水泵。实际应用中，凝结水增压泵位于系统凝结水引出点之后，以便将凝结水从低压加热器中引出。 

相应的，烟气余热处理模块还包括热感应元件，用于检测所述烟气余热处理模块中蒸汽的温度，通过对蒸汽温度的监控，实现对相变换热器壁面温度的监控。实际应用中，可以将热感应元件设置在列管式换热器壳程内。控制模块还用于根据所述热感应元件检测到的温度控制所述凝结水增压泵的频率，以确保相变换热器壁面温度高于酸露点。 

具体的，当监测到蒸汽温度低于(酸露点+15℃)时，可以减少凝结水增压泵的频率，即让流入烟气余热处理模块的水量减少，以提高蒸汽温度，确保相变换热器壁面温度高于酸露点一定的安全余量。 

参见图2所示，空气预热器进口风道31，鼓风机出口风道32、列管式换热器33、相变换热器34、蒸汽上升管35、液体下降管36、烟气37。 

当低压加热器具体为末级低压加热器7和次末级低压加热器6时，与末级低压加热器7入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道上分别设有第一引出阀11、第一送回阀12，与次末级低压加热器6入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道上分别设有第二引出阀21、第二送回阀22。 

控制模块通过控制所述第一引出阀、第一送回阀、第二引出阀及第二送回阀的通断，实现对凝结水引出点和送回点的控制。 

凝结水处理模块的凝结水引出点和凝结水送回点之间连接一自循环回路，所述控制模块通过控制设置在所述自循环回路上的自循环回路阀3的通断，实现对所述凝结水处理模块的连接或断开状态的控制； 

所述列管式换热器的两端并联连接一旁通回路，所述控制模块通过控制设置在所述旁通回路上的旁通阀2的通断，实现对所述烟气余热处理模块的连接或断开状态的控制。 

当相变换热器解列时(即列管式换热器旁通回路接通时)，凝结水增压泵可切换到工频运行方式，以进一步达到节能的效果。 

当然，实际应用中也可以使得凝结水增压泵仍工作在变频模式下，此时可以人为设定其工作在最大工作频率(优选的)，也可以设定其工作在其它工作频率，此处不做限定。 

在实际应用中，控制模块根据当前工作状况选择连接或断开所述烟气余热处理模块和所述凝结水处理模块。 

这里当前工作状况可以是排烟温度过高或过低、汽轮机背压过高或正常状态等等。在实际应用中，控制模块可以根据对上述参数进行监控和报警。 

在不同工作状态下，控制模块会控制本发明实施例所述电站锅炉的能量优化利用系统在不同的工作模式下，以下分别介绍： 

参见图3，当前工作状况具体为排烟温度高于第一预置值，如夏季排烟温度过高时，为保护尾气处理设备，所述控制模块控制第一引出阀、第二送回阀闭合，第二引出阀、第一送回阀、自循环回路阀、旁通阀断开，引出末级低压加热器入口前的凝结水，经烟气余热处理模块吸收烟气中的热量，再经助燃风加热器加热助燃风后送回次末级低压加热器的入口。 

也就是说，当排烟温度过高危害尾气处理设备运行时，利用末级低压加热器入口前温度较低的凝结水吸收烟气中的热量加热助燃风后，返回次末级低压加热器的入口，最大程度的带走烟气中的热量，保护尾气处理设备的正常运行。 

参见图4当前工作状况具体为汽轮机背压高于第二预置值，如夏季汽轮机背压过高时，所述控制模块控制第一引出阀、第一送回阀、旁通阀闭合，第二引出阀、第二送回阀、自循环回路阀断开，引出末级低压加热器入口前的凝结水，经助燃风加热器加热助燃风后送回末级低压加热器的入口。 

也就是说，当汽轮机背压过高时，会引起汽机低压缸发电效率降低，此时，用末级低压加热器前温度较高的凝结水加热助燃风，末级低压加热器入口凝结水的温度得以降低，末级低压加热器的冷却效果得到提升，汽 机低压缸的发电效率得到提高。相对于整个凝气器夏季冷却效果的降低而言，该运行方式对汽轮机效率提升的效果虽然非常有限，但仍然不失为一种调节手段。 

参见图5，当前工作状况具体为排烟温度低于第三预置值，如冬季排烟温度过低时，所述控制模块控制第二引出阀、第二送回阀、旁通阀闭合，第一引出阀、第一送回阀、自循环回路阀断开，引出次末级低压加热器入口前的凝结水，经助燃风加热器加热助燃风后送回次末级低压加热器的入口。 

也就是说，当排烟温度过低导致烟气回收的热量加热助燃风不足以替代暖风器时，或者再降低排烟温度会导致低温腐蚀发生时，用次末级低压加热器前温度较高的凝结水加热助燃风，进而替代暖风器抽气，暖风器可以停运。另一方面，由于次末级低压加热器入口凝结水温度的降低，次末级低压加热器的汽机抽气量增加，这种运行方式多消耗低品质的能源，替代暖风器抽气消耗的高品质能源，也是一种节能方式。 

参见图6，当前工作状况具体为正常状况时，即排烟温度不高于第一预置值且不低于第三预置值、且汽轮机背压不高于第二预置值时，所述控制模块控制自循环回路阀闭合，第一引出阀、第一送回阀、第二引出阀、第二送回阀、旁通阀断开，凝结水经烟气余热处理模块吸收烟气中的热量，再经助燃风加热器加热助燃风后再次送入烟气余热处理模块进行循环。 

也就是说，当工作状态处于正常状态即排烟温度并非过高或过低、汽轮机背压并非过高时，包括春秋季和冬夏季大部分时间，可以认为是一种正常状态，此时相变换热器吸收烟气中的余热加热助燃风，与凝结水回路完全断开，节能量为助燃风吸收的热量。此时暖风器可以不投运。 

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的 过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以保存于一计算机可读取保存介质中。所述的保存介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。 

以上对本发明进行了详细介绍，本文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；同时，对于本领域一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (9)

1.一种电站锅炉的能量优化利用系统，其特征在于，包括：

助燃风加热器，用于加热助燃风；

烟气余热处理模块，用于利用烟气中的热量加热凝结水；

凝结水处理模块，用于根据控制模块的输出从不同的低压加热器的入口引出凝结水，并将所述引出的凝结水经所述助燃风加热器输出后送回不同的低压加热器的入口；

控制模块，用于根据当前工作状况控制所述烟气余热处理模块和所述凝结水处理模块的运行；

凝结水增压泵，用于在所述控制模块的控制下，将所述烟气余热处理模块输出的凝结水和/或所述凝结水处理模块引出的凝结水，输入所述助燃风加热器以加热助燃风。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述烟气余热处理模块具体包括：相变换热器和列管式换热器，所述相变换热器通过蒸汽上升管和液体下降管与所述列管式换热器连接；

所述凝结水处理模块具体包括：与低压加热器入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述凝结水增压泵具体为变频水泵；所述烟气余热处理模块还包括热感应元件，用于检测所述烟气余热处理模块中蒸汽的温度；

所述控制模块还用于，根据所述热感应元件检测到的温度控制所述凝结水增压泵的频率，以确保所述相变换热器壁面温度高于酸露点。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述低压加热器包括末级低压加热器或次末级低压加热器。

与末级低压加热器入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道上分别设有第一引出阀、第一送回阀，与次末级低压加热器入口相连的凝结水引出管道和凝结水送回管道上分别设有第二引出阀、第二送回阀；

所述控制模块通过控制所述第一引出阀、第一送回阀、第二引出阀及第二送回阀的通断，实现对凝结水引出点和送回点的控制。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述凝结水处理模块的凝结水引出点和凝结水送回点之间连接一自循环回路，所述控制模块通过控制设置在所述自循环回路上的自循环回路阀的通断，实现对所述凝结水处理模块的连接或断开状态的控制；

所述列管式换热器的两端并联连接一旁通回路，所述控制模块通过控制设置在所述旁通回路上的旁通阀的通断，实现对所述烟气余热处理模块的连接或断开状态的控制。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当前工作状况具体为排烟温度高于第一预置值时，所述控制模块控制第一引出阀、第二送回阀闭合，第二引出阀、第一送回阀、自循环回路阀、旁通阀断开，引出末级低压加热器入口前的凝结水，经烟气余热处理模块吸收烟气中的热量，再经助燃风加热器加热助燃风后送回次末级低压加热器的入口。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当前工作状况具体为汽轮机背压高于第二预置值时，所述控制模块控制第一引出阀、第一送回阀、旁通阀闭合，第二引出阀、第二送回阀、自循环回路阀断开，引出末级低压加热器入口前的凝结水，经助燃风加热器加热助燃风后送回末级低压加热器的入口。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当前工作状况具体为排烟温度低于第三预置值时，所述控制模块控制第二引出阀、第二送回阀、旁通阀闭合，第一引出阀、第一送回阀、自循环回路阀断开，引出次末级低压加热器入口前的凝结水，经助燃风加热器加热助燃风后送回次末级低压加热器的入口。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，当前工作状况具体为排烟温度不高于第一预置值且不低于第三预置值、且汽轮机背压不高于第二预置值时，所述控制模块控制自循环回路阀闭合，第一引出阀、第一送回阀、第二引出阀、第二送回阀、旁通阀断开，凝结水经烟气余热处理模块吸收烟气中的热量，再经助燃风加热器加热助燃风后再次送入烟气余热处理模块进行循环。

Images