CN103134044B - 梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法，步骤为：A、将烟气分流为第一部分烟气和第二部分烟气；B、第一部分烟气对一次风和二次风进行预热，第二部分烟气对高压给水进行加热后，送入锅炉；C、第二部分烟气用剩余的热量加热传热介质后汇入第一部分烟气中一起排出；D、传热介质对一次风和二次风进行初步预热；E、传热介质经升压后，重新吸收第二部分烟气剩余的热量。本发明的有益效果是：结构布置更加灵活自如，烟气换热器的受热面积大大减小，烟气高压给水加热器充当了省煤器的附加受热面，实现了烟气余热的温度对口梯级利用，提高了机组的效率，降低了火电机组的能耗，最终实现排烟温度大幅降低，同时减少了二氧化碳的排放。

Description

梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法和装置

（一）        技术领域

    本发明属于热循环技术利用领域，特别涉及一种梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法和装置。

（二）        背景技术

    电厂排烟热损失是锅炉热损失中最大的一部分，排烟温度每降低10～15℃，锅炉效率便能提高1%。目前，大型机组的设计排烟温度一般在120～130℃，而随着烟气脱硫脱硝技术的不断改进，烟气酸露点在90℃左右，因此排烟温度还有很大的下降空间。同时超临界和超超临界机组锅炉普遍存在排烟温度高于设计值的现象，省煤器出口进入空气预热器的烟气温度偏高。对此, 通常认为造成排烟温度高的原因是实际燃烧煤质与设计燃用煤质存在偏差, 设计时对管壁沾污估计不足, 省煤器受热面或者空气预热器受热面偏小, 尾部受热面吹灰器布置不合理或作用不明显等。从设计制造方面来讲，可以增大空气预热器的传热面积，以降低排烟温度。但是降低排烟温度有个限度，一方面当排烟温度比较低时，随着烟气温度的进一步降低，与空气的温差减少，即空气预热器的传热面积增加很多，烟气温度却降低很少；另一方面当排烟温度较低，预热器管的壁温低于烟气露点时，会发生低温腐蚀，运行一二年就要更换预热器，严重时半年就要更换。另外一种方式是在烟道尾部增设低压省煤器，适当增加省煤器受热面，强加烟气余热利用，提高给水温度，但由于参与传热的烟气能量品位不高，而且利用低压省煤器加强烟气余热利用，对机组发电贡献较小，热能利用未能做到温度对口、梯级利用，有用能损失很大。

（三）        发明内容

    本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种结构布置灵活自如、效率高、能耗低、动率大、排烟温度大幅降低的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法和装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法，其特征是：包括以下步骤：

A、将烟气分流为第一部分烟气和第二部分烟气；

B、第一部分烟气对送入锅炉的一次风和二次风进行预热，第二部分烟气对高压给水进行加热，加热后的高压给水直接送入锅炉；

C、第二部分烟气用给高压给水加热后剩余的热量加热传热介质，加热传热介质后的第二部分烟气汇入对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气中一起排出；

D、传热介质利用吸收的热量对送入锅炉的一次风和二次风进行初步预热；

E、冷却降温后的传热介质经升压后，重新吸收用于给高压给水加热后的第二部分烟气剩余的热量。

所述步骤A中还包括：将加热传热介质后的第二部分烟气与对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气的混合气体的温度值与设定值相比较，如果低于设定值，则减少第二部分烟气的量；如果高于设定值，则增加第二部分烟气的量。

所述步骤D中还包括，将送入锅炉的一次风和二次风的温度值与设定值相比较，如低于设定值，则加大传热介质的流量；如高于设定值，则减少传热介质的流量。

所述步骤E中还包括，可通过调节分别加热一次风和二次风的传热介质的流量大小来控制进入锅炉的一次风和二次风之间的温度关系。

所述步骤A中，第二部分烟气占全部烟气的10％～30％。

一种梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的装置，包括锅炉和省煤器，其特征是：所述省煤器出口设置有空气预热器和烟气高压给水加热器，空气预热器进口端设置有一次风空气换热器和二次风空气换热器，烟气高压给水加热器出口端设置有烟气换热器，烟气换热器通过循环管路分别与一次风空气换热器和二次风空气换热器相连接。

所述循环管路上分别安装有膨胀槽和循环泵。

所述烟气高压给水加热器两端通过汽轮机回热系统除氧器出水母管与锅炉给水母管相连接。

所述分流后的第一部分烟气流经空气预热器，对一次风和二次风分别进行加热；第二部分烟气流经烟气高压给水加热器，对汽轮机回热系统除氧器出水母管分流的高压给水进行加热后，加热后的高压给水汇入锅炉给水母管。

所述烟气换热器通过传热介质吸收流经烟气高压给水加热器的第二部分烟气余热，并将其分别传递给一次风空气换热器和二次风空气换热器，对一次风和二次风分别进行预加热。

本发明的有益效果是：结构布置更加灵活自如，烟气换热器的受热面积大大减小，烟气高压给水加热器充当了省煤器的附加受热面，实现了烟气余热的温度对口梯级利用，减少了汽轮机回热系统高压抽汽量，增加了汽轮机发电量，提高了机组的效率，降低了火电机组的能耗，最终实现排烟温度大幅降低，同时减少了二氧化碳的排放。

（四）        附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明的结构示意图；

图中，1锅炉，2省煤器，3空气预热器，4烟气高压给水加热器，5一次风空气换热器，6二次风空气换热器，7烟气换热器，8循环管路，9膨胀槽，10循环泵，11汽轮机回热系统除氧器出水母管，12锅炉给水母管。

（五）        具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括以下步骤：

A、将烟气分流为第一部分烟气和第二部分烟气；B、第一部分烟气对送入锅炉的一次风和二次风进行预热，第二部分烟气对高压给水进行加热，加热后的高压给水直接送入锅炉；C、第二部分烟气用给高压给水加热后剩余的热量加热传热介质，加热传热介质后的第二部分烟气汇入对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气中一起排出；D、传热介质利用吸收的热量对送入锅炉的一次风和二次风进行初步预热；E、冷却降温后的传热介质经升压后，重新吸收用于给高压给水加热后的第二部分烟气剩余的热量。步骤A中还包括：将加热传热介质后的第二部分烟气与对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气的混合气体的温度值与设定值相比较，如果低于设定值，则减少第二部分烟气的量；如果高于设定值，则增加第二部分烟气的量。步骤D中还包括，将送入锅炉的一次风和二次风的温度值与设定值相比较，如低于设定值，则加大传热介质的流量；如高于设定值，则减少传热介质的流量。步骤E中还包括，可通过调节分别加热一次风和二次风的传热介质的流量大小来控制进入锅炉的一次风和二次风之间的温度关系。步骤A中，第二部分烟气占全部烟气的10％～30％。

梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的装置，包括锅炉1和省煤器2，省煤器1出口设置有空气预热器3和烟气高压给水加热器4，空气预热器3进口端设置有一次风空气换热器5和二次风空气换热器6，烟气高压给水加热器4出口端设置有烟气换热器7，烟气换热器7通过循环管路8分别与一次风空气换热器5和二次风空气换热器6相连接。循环管路8上分别安装有膨胀槽9和循环泵10。烟气高压给水加热器4两端通过汽轮机回热系统除氧器出水母管11与锅炉给水母管12相连接。分流后的第一部分烟气流经空气预热器3，对一次风和二次风分别进行加热；第二部分烟气流经烟气高压给水加热器4，对汽轮机回热系统除氧器出水母管11分流的高压给水进行加热后，加热后的高压给水汇入锅炉给水母管12。烟气换热器7通过传热介质吸收流经烟气高压给水加热器4的第二部分烟气余热，并将其分别传递给一次风空气换热器5和二次风空气换热器6，对一次风和二次风分别进行预加热。

本发明摒弃了效果不佳的增大空气预热器传热面积的方法，改为利用传热介质导热油在烟气换热器吸收热量，再进入空气换热器释放热量，预热来自送风机的一二次风，提高了空气预热器的空气进口端一二次风风温，实现温度对口热量置换。由于来自送风机的一二次风在空气预热器中吸热后，温度得到提高，进入空气预热器后，一二次风加热到相同的温度需要的热量减少，需要的烟气量得到减少，因此进入空气预热器的烟气量可以分流出去，实现了不同品位热量的置换。进入空气预热器的烟气份额减少，烟气充分释放热量降温，解决了空气预热器进口端烟温偏高的问题，而且由于分流部分烟气进入烟气高压给水加热器，烟气流经空气预热器的阻力下降。

置换的高品位烟气（即分流的烟气）进入烟气高压给水加热器，加热从汽轮机回热系统除氧器出水母管分流的给水，符合温度对口、热量阶梯利用的原则，被加热的给水汇入到锅炉给水母管中。烟气高压给水加热器充当了汽轮机回热系统高压加热器，减少了高压加热器的抽汽量，该节省的抽汽返回汽轮机做功，增加了机组的发电量，提高了机组的效率；或充当了附加省煤器，提高了锅炉的效率。

采用本发明的特别涉及一种梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法和装置，有两个实施例：

实施例1：将空气预热器3的烟气进口端烟气分流10%-30%，进入烟气高压给水加热器4和烟气换热器7。从汽轮机回热系统除氧器出水母管11与锅炉给水母管12汽机端分流高压给水，进入烟气高压给水加热器4。在烟气高压给水加热器4中，分流的给水从150-190℃左右被加热至230-300℃，加热后的高压给水汇入锅炉给水母管12锅炉端。从烟气高压给水加热器4出来的烟气温度仍达到170-270℃，进入烟气换热器7。

其余70%-90%的烟气仍进入空气预热器3加热一二次风。空气预热器3空气进口端的一次风经一次风空气换热器5 、二次风经二次风空气换热器6预热后的风温为40-70℃，进入空气预热器3被烟气加热后，一二次风温依旧能达到300-330℃，满足锅炉炉膛的燃烧要求。进入空气预热器3的烟气流量减少，由于换热面积不变，换热系数波动小，虽然传热温压有所降低，烟温仍得到有效降低。

来自烟气高压给水加热器4的烟气进入烟气换热器7。在烟气换热器7中，传热介质导热油吸收来自烟气的余热，升温至100-180℃，循环管路8上设膨胀槽9，高温导热油分流分别进入一次风空气换热器5和二次风空气换热器6，烟气换热器7出口的烟气烟温降至90-120℃。来自送风机的一二次风风温为大气常温，一次风进入一次风空气换热器5，二次风进入二次风空气换热器6，吸收来自烟气换热器7的传热介质导热油的热量，一二次风得到加热，升温至40-70℃，再进入空气预热器3。从一次风空气换热器5和二次风空气换热器6出来的传热介质导热油冷却降温至70-100℃后汇合经过循环泵10升压，返回到烟气换热器7中吸热，如此循环。烟气换热器7出口的烟气汇入原空气预热器3出口烟道进入除尘器。排烟温度下降，火电机组发电效率提高1%以上。

如果混合烟气排出口的烟气温度低于设定值，则减少进入烟气高压给水加热器4的烟气量；如果混合烟气排出口的烟气温度高于设定值，则增加进入烟气高压给水加热器4的烟气量。如果空气预热器3出口的一二次风温低于设定值，则加大循环泵10的液体流量；如果空气预热器3出口的一二次风温高于设定值，则减少循环泵10的液体流量。如果空气预热器3出口的一二次风温之间的关系（高、低）不合适，可以通过调节来自烟气换热器7的高温导热油分流到一次风空气换热器5与二次风空气换热器6流量的大小来控制。

实施例2：将空气预热器3烟气进口端烟气分流一部分进入烟气高压给水加热器4和烟气换热器7。从汽轮机回热系统除氧器出水母管11与锅炉给水母管12汽机端分流高压给水，进入烟气高压给水加热器4。在烟气高压给水加热器4中，分流的给水加热后汇入锅炉给水母管12锅炉端。从烟气高压给水加热器4出来的烟气进入烟气换热器7。

其余的烟气仍进入空气预热器3加热一二次风。空气预热器3空气进口端的一次风经一次风空气换热器5 、二次风经二次风空气换热器6预热后进入空气预热器3加热后，满足锅炉炉膛的燃烧要求。进入空气预热器3的烟气流量减少，虽然传热温压有所降低，烟温仍得到有效降低。

来自烟气高压给水加热器4的烟气进入烟气换热器7。在烟气换热器7中，传热介质导热油吸收来自烟气的余热，升温，导热油高温循环管路8上设有膨胀槽9，高温导热油分流分别进入一次风空气换热器5和二次风空气换热器6，烟气换热器7出口的烟气烟温降低。来自送风机的一二次风风温为大气常温，一次风进入一次风空气换热器5，二次风进入二次风空气换热器6，吸收来自烟气换热器7的传热介质导热油的热量，一二次风得到预热，再进入空气预热器3。从空气换热器5和空气换热器6出来的传热介质导热油冷却降温后汇合经过循环泵10升压，返回到烟气换热器7中吸热，如此循环。烟气换热器7出口的烟气汇入原空气预热器3出口烟道进入除尘器。

Claims (5)

1.一种梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法，其特征是：包括以下步骤：

A、将烟气分流为第一部分烟气和第二部分烟气；

B、第一部分烟气对送入锅炉的一次风和二次风进行预热，第二部分烟气对高压给水进行加热，加热后的高压给水直接送入锅炉；

C、第二部分烟气用给高压给水加热后剩余的热量加热传热介质，加热传热介质后的第二部分烟气汇入对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气中一起排出；

D、传热介质利用吸收的热量对送入锅炉的一次风和二次风进行初步预热；

E、冷却降温后的传热介质经升压后，重新吸收用于给高压给水加热后的第二部分烟气剩余的热量；

所述步骤A中还包括：将加热传热介质后的第二部分烟气与对送入锅炉的一次风和二次风进行预热后的第一部分烟气的混合气体的温度值与设定值相比较，如果低于设定值，则减少第二部分烟气的量；如果高于设定值，则增加第二部分烟气的量；

所述步骤D中还包括，将送入锅炉的一次风和二次风的温度值与设定值相比较，如低于设定值，则加大传热介质的流量；如高于设定值，则减少传热介质的流量；

所述步骤E中还包括，可通过调节分别加热一次风和二次风的传热介质的流量大小来控制进入锅炉的一次风和二次风之间的温度关系；

所述步骤A中，第二部分烟气占全部烟气的10％～30％；

该方法所用的装置，包括锅炉（1）和省煤器（2），省煤器（1）出口设置有空气预热器（3）和烟气高压给水加热器（4），空气预热器（3）进口端设置有一次风空气换热器（5）和二次风空气换热器（6），烟气高压给水加热器（4）出口端设置有烟气换热器（7），烟气换热器（7）通过循环管路（8）分别与一次风空气换热器（5）和二次风空气换热器（6）相连接。

2.一种权利要求1所述的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法所用的装置，其特征是：所述循环管路（8）上分别安装有膨胀槽（9）和循环泵（10）。

3.一种权利要求1所述的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法所用的装置，其特征是：所述烟气高压给水加热器（4）两端通过汽轮机回热系统除氧器出水母管（11）与锅炉给水母管（12）相连接。

4.一种权利要求1所述的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法所用的装置，其特征是：所述分流后的第一部分烟气流经空气预热器（3），对一次风和二次风分别进行加热；第二部分烟气流经烟气高压给水加热器（4），对汽轮机回热系统除氧器出水母管（11）分流的高压给水进行加热后，加热后的高压给水汇入锅炉给水母管（12）。

5.一种权利要求1所述的梯级利用锅炉烟气余热提高火电机组效率的方法所用的装置，其特征是：所述烟气换热器（7）通过传热介质吸收流经烟气高压给水加热器（4）的第二部分烟气余热，并将其分别传递给一次风空气换热器（5）和二次风空气换热器（6），对一次风和二次风分别进行预加热。