CN103453513B - 火电机组锅炉烟气余热梯级利用方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法和装置。在空气预热器和烟气-油换热器之间设有第一低加换热器，在烟气-油换热器烟气出口侧设第二低加换热器；在冷凝器后最初一级低压加热器之前的低压给水母管增设引水管，除氧器进水侧增设进水管，引水管与第二低加换热器入水口相连，进水管与第一低加换热器出水口相连，第一低加换热器入水口和第二低加换热器出水口之间设有低压给水管路。本方法和装置由于设置省煤器附加受热面、低加换热器、烟气-油换热器和空气-油换热器，实现了烟气余热的温度对口、梯级利用，提高了锅炉效率和机组发电效率，降低了火电机组的能耗，同时减少了二氧化碳的排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法和装置，特别涉及降低火电机组排烟温度，提高锅炉热效率和机组的发电效率，降低发电煤耗，减少污染排放。
背景技术
随着经济的发展，社会对电力的需求正不断增大。对中国而言，发电厂约70%以上均为燃煤电站。燃煤电站存在着效率低，污染物排放多的缺点。燃煤电站的能量利用率低，大部分的余热能量被排放到环境中，没有被加以利用。这部分余热主要包括汽轮机乏汽能量以及锅炉排放的烟气能量。
在锅炉热损失中，电厂排烟热损失占很大的比重。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℃，而随着烟气脱硫脱销技术的不断改进，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利用烟气余热，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。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法和装置，能更加合理地利用烟气余热，热能利用做到温度对口、梯级利用，提高了锅炉效率和机组发电效率，促进火电机组的节能降耗，同时减少二氧化碳的排放。
本发明的方法和装置叙述如下：
本发明的火电机组锅炉烟气余热梯级利用装置，其特征是：在空气预热器和烟气-油换热器之间设有第一低加换热器，在烟气-油换热器烟气出口侧设第二低加换热器；在冷凝器后最初一级低压加热器之前的低压给水母管增设引水管，除氧器进水侧增设进水管，引水管与第二低加换热器入水口相连，进水管与第一低加换热器出水口相连，第一低加换热器入水口和第二低加换热器出水口之间设有低压给水管路。
进一步方案为，在火电机组锅炉的省煤器段增设附加受热面，在汽轮机侧最后一级高压加热器进口给水母管设旁通管，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，旁通管上设流量调节阀。
在空气预热器冷端增设烟气-油换热器和空气-油换热器，在烟气-油换热器和空气-油换热器之间设循环管路，循环管路上设有膨胀槽和循环泵，循环管路中注入传热介质导热油；烟气-油换热器的一端与第一低加换热器的出烟口相连，另一端与第二低加换热器的进烟口相连，空气-油换热器的一端与空气预热器的进空气口相连，另一端设有空气入口。
本发明的火电机组锅炉烟气余热梯级利用方法，包括以下步骤：
1)在锅炉省煤器段增设附加受热面或将原有光管受热面改造为鳍片管受热面，增加省煤器段受热面，降低省煤器出口烟气温度。
2)由于省煤器段受热面增加，锅炉给水吸热份额增加，省煤器出口给水温度升高；为了保证省煤器出口给水具有一定的接近点温差（或欠焓），在汽轮机侧最后一级高压加热器（指：抽汽压力最高对应的加热器）进口给水母管上增设流量旁通管和调节阀，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，将旁路水汇入最后一级高压加热器出口给水母管上，使省煤器出口水温满足安全运行要求，使得部分给水不经过高压加热器进入锅炉给水母管，适当降低进入锅炉的给水温度，给水进入省煤器吸热升温。
3）在冷凝器后的低压给水母管设引水管，抽取适量的低压给水引入第二低加换热器中，与烟气-油换热器出口的烟气进行热量交换，烟气温度降低，低压给水则吸热升温，之后通过低压给水管路进入第一低加换热器中，和空气预热器出口烟气进行热量交换，进一步吸热升温的低压给水最后通过进水管进入除氧器，返回循环水系统中。
4)第一低加换热器的出口烟气，进入烟气-油换热器，在烟气-油换热器中经过循环泵，升压的传热介质导热油吸收烟气的热量，升温后高温导热油通过高温导热油管路进入空气-油换热器 。在高温导热油管路上连接有膨胀槽。
5) 从烟气-油换热器出来的降温后的烟气进入第二低加换热器中，加热部分低压给水，排烟温度进一步降低，第二低加换热器出来的烟气最后进入后续除尘器。
6)来自送风机的空气进入空气-油换热器，吸收来自烟气-油换热器传热介质导热油的热量，空气得到加热升温，弥补由于省煤器附加受热面导致进入空气预热器烟气温度下降造成空气预热器出口空气温度低的不足，此后再进入空气预热器，空气预热器出口的风温得到了保证，满足燃烧要求。来自烟气-油换热器的高温传热介质导热油进入空气-油换热器，冷却降温后再经过循环泵升压后，返回烟气-油换热器中吸热，如此循环。
步骤6）中，如果烟气排出口B的烟气温度低于设定值，则降低循环泵的转速，减少传热量；如果烟气排出口B的烟气温度高于设定值，则增加循环泵(11)的转速，提高传热量。
步骤2）中，如果省煤器出口给水温度高于设定值，增加流量调节阀的开度；如果省煤器出口给水温度低于设定值，减小流量调节阀的开度。
在空气-油换热器中，传热介质导热油释放从烟气-油换热器吸收的热量，预热来自送风机的空气，提高了空气预热器进口端空气温度。由于来自送风机的空气温度得到提高，在空气预热器中，空气加热到相同的温度需要的热量减少，进入空气预热器的烟气温度可以降低，使得烟气在省煤器可以释放更多热量，实现了不同品位热量的置换。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明摒弃了低温烟气直接预热空气的方法，改为利用传热介质导热油在空气-油换热器中，传热介质导热油释放从烟气-油换热器吸收的热量，预热来自送风机的空气，提高了空气预热器的空气进口端空气温度，实现了温度对口热量利用，而且冬季时无需投入暖风机。空气预热器空气进口端风温提高，弥补了空气预热器进口烟气降低烟气放热量不足，保证空气预热器出口的风温仍满足燃烧要求；烟气降温幅度大；并且空气预热器冷端温度的提高，使得热端温差减小，空预器热变形小，漏风量减少。
置换的高品位烟气（省煤器段至空气预热器入口段烟气）直接加热温度较高的锅炉给水，符合温度对口、热量梯级利用的原则。附加受热面充当了省煤器的作用或部分用作汽轮机回热系统最后一级高压加热器功能，排挤高压抽汽，显著提高了锅炉的热效率和机组的发电效率，降低了火电机组的能耗，同时减少了二氧化碳的排放。
空气预热出口的较低品位烟气以及烟气-油换热器出口的低品位烟气进一步加热温度较低的低压给水，部分充当了汽轮机回热系统低压加热器功能，实现能量的对口、梯级利用。相应的几级低压加热器所需抽汽量减少，锅炉的热效率和机组的发电效率进一步提高。
对锅炉本体传热分配、水动力流动和传热没有影响，对空预器出口空气温度没有影响，具有良好的煤种和季节适应性，排烟温度显著降低，可降低20-30℃或更高，减轻了后续除尘器的负荷。
烟气-油换热器加热传热介质导热油，锅炉排烟温度得到降低，再利用循环泵将导热油送往空气-油加热器，导热油在空气-油加热器中释放热量加热来自送风机的空气，传热效果好，结构布置灵活，满足不同场合的施工需要。
本发明在调节排烟温度方面具有很强的灵活性。如果烟气排出口的烟气温度低于设定值，则降低循环泵的转速，减少传热量；如果烟气排出口的烟气温度高于设定值，则增加循环泵的转速，提高传热量。如果省煤器出口给水温度高于设定值，增加流量调节阀的开度；如果省煤器出口给水温度低于设定值，减小流量调节阀的开度。
本发明由于设置省煤器附加受热面、第一低加换热器、第二低加换热器、烟气-油换热器和空气-油换热器，使得烟气在省煤器段可释放更多热量，加热具有较高温度的锅炉给水，降低进入空气预热器的烟气温度，同时冷端出口烟气加热低压给水，锅炉排烟余热加热进入空气预热器的空气，最终能实现排烟温度明显降低，还实现了烟气余热的温度对口、梯级利用，提高了锅炉效率和机组发电效率，降低了火电机组的能耗，同时减少了二氧化碳的排放。
附图说明
图1为一种火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法和装置简图。
图中，1附加受热面，2旁通管，3流量调节阀，4第一低加换热器，5进水管，6低压给水管路，7引水管，8第二低加换热器，9膨胀槽，10烟气-油换热器，11循环泵，12循环管路，13空气-油换热器，14低压加热器，15高压加热器，16除氧器，17空气预热器，18省煤器，19锅炉。
具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。
本发明的火电机组锅炉烟气余热梯级利用装置，在空气预热器17和烟气-油换热器10之间设有第一低加换热器4，在烟气-油换热器10烟气出口侧设第二低加换热器8；在冷凝器后最初一级低压加热器14之前的低压给水母管增设引水管7，除氧器16进水侧增设进水管5，引水管7与第二低加换热器8入水口相连，进水管5与第一低加换热器4出水口相连，第一低加换热器4入水口和第二低加换热器8出水口之间设有低压给水管路6。
在火电机组锅炉19的省煤器18段增设附加受热面1，在汽轮机侧最后一级高压加热器15进口给水母管设旁通管2，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，旁通管上设流量调节阀3。
在空气预热器冷端增设烟气-油换热器10和空气-油换热器13，在烟气-油换热器10和空气-油换热器13之间设循环管路12，循环管路上设有膨胀槽9和循环泵11，循环管路中注入传热介质导热油；烟气-油换热器的一端与第一低加换热器的出烟口相连，另一端与第二低加换热器的进烟口相连，空气-油换热器的一端与空气预热器的进空气口相连，另一端设有空气入口A。
本发明的火电机组锅炉烟气余热梯级利用方法，包括以下步骤：
1)在锅炉省煤器段增设附加受热面或将原有光管受热面改造为鳍片管受热面，增加省煤器段受热面，降低省煤器出口烟气温度。
2)由于锅炉省煤器段换热面增加了附加受热面1,省煤器出口给水温度提高了。为了保证省煤器出口给水温度具有一定的接近点温差（或欠焓），在汽轮机侧最后一级高压加热器（指：抽汽压力最高对应的加热器）进口给水母管上增设流量旁通管2和调节阀3，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，将旁路水汇入最后一级高压加热器出口给水母管上，给水降低5-20℃后进入锅炉省煤器吸热升温。
3）在冷凝器后的低压给水母管设引水管7，抽取适量的低压给水引入第二低加换热器8中，与烟气-油换热器出口的烟气进行热量交换，烟气温度降低，低压给水则吸热升温，之后通过低压给水管路6进入第一低加换热器4中，和空气预热器出口烟气进行热量交换，进一步吸热升温的低压给水最后通过进水管5进入除氧器，返回循环水系统中。
4)第一低加换热器的出口烟气，进入烟气-油换热器，在烟气-油换热器中经过循环泵，升压的传热介质导热油吸收烟气的热量，升温后高温导热油通过高温导热油管路进入空气-油换热器 。在高温导热油管路上连接有膨胀槽。
5) 从烟气-油换热器出来的降温后的烟气进入第二低加换热器中，加热部分低压给水，排烟温度进一步降低，第二低加换热器出来的烟气最后进入后续除尘器。
6)来自送风机的空气进入空气-油换热器，吸收来自烟气-油换热器传热介质导热油的热量，空气得到加热升温，弥补由于省煤器附加受热面导致进入空气预热器烟气温度下降造成空气预热器出口空气温度低的不足，此后再进入空气预热器，空气预热器出口的风温得到了保证，满足燃烧要求。来自烟气-油换热器的高温传热介质导热油进入空气-油换热器，冷却降温后再经过循环泵升压后，返回烟气-油换热器中吸热，如此循环。
如果烟气排出口B的烟气温度低于设定值，则降低循环泵11的转速，减少传热量；如果烟气排出口B的烟气温度高于设定值，则增加循环泵11的转速，提高传热量。如果省煤器出口给水温度高于设定值，增加流量调节阀3的开度；如果省煤器出口给水温度低于设定值，减小流量调节阀3的开度。
本发明的火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法和装置，在锅炉省煤器段增设省煤器附加受热面1，将进入空气预热器的烟气温度降低15-50℃。在空气预热器冷端增设空气-油换热器13和烟气-油换热器11，在烟气换热器-油和空气-油换热器之间设循环管路12、膨胀槽9和循环11，循环管路中注入传热介质导热油。通过导热油，将烟气余热用于来自送风机去空气预热器之前的空气。尽管进入空气预热器的烟气温度降低了15-50℃，空气进入空气预热器被烟气加热后，风温依旧能达到250-310℃，满足锅炉炉膛的燃烧要求。
在烟气-油换热器10中，传热介质导热油吸收来自烟气的余热，升温至90-150℃，出口管路12上设膨胀槽9，高温导热油进入空气-油换热器13，烟气-油换热器10出口的烟气烟温降至90-130℃。来自送风机的风温为大气常温，在空气-油换热器13中吸收来自烟气-油换热器10的传热介质导热油的热量，得到加热，升温至40-100℃，再进入空气预热器。从空气-油换热器13出来的传热介质导热油冷却降温至70-100℃后经过循环泵11升压，返回到烟气-油换热器10中吸热，如此循环。烟气-油换热器10出口的烟气进入除尘器。排烟温度每下降15℃，火电机组锅炉热效率和机组发电效率提高1%。
Claims (5)
1.一种火电机组锅炉烟气余热梯级利用装置，在空气预热器和烟气-油换热器(10)之间设有第一低加换热器（4），除氧器进水侧增设进水管（5），进水管（5）与第一低加换热器（4）出水口相连，其特征是：在烟气-油换热器(10)烟气出口侧设第二低加换热器（8）；在冷凝器后最初一级低压加热器之前的低压给水母管增设引水管（7），引水管（7）与第二低加换热器（8）入水口相连，第一低加换热器（4）入水口和第二低加换热器（8）出水口之间设有低压给水管路（6）。
2.根据权利要求1所述的火电机组锅炉烟气余热梯级利用的装置，其特征是：在火电机组锅炉的省煤器段增设附加受热面(1)，在汽轮机侧最后一级高压加热器进口给水母管设旁通管(2)，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，旁通管上设流量调节阀(3)。
3.根据权利要求1或2所述的火电机组锅炉烟气余热梯级利用的装置，其特征是：在空气预热器冷端增设烟气-油换热器(10)和空气-油换热器(13)，在烟气-油换热器(10)和空气-油换热器(13)之间设循环管路(12)，循环管路上设有膨胀槽(9)和循环泵(11)，循环管路中注入传热介质导热油；烟气-油换热器的一端与第一低加换热器的出烟口相连，另一端与第二低加换热器的进烟口相连，空气-油换热器的一端与空气预热器的进空气口相连，另一端设有空气入口（A）。
4.一种利用权利要求1所述的装置进行的火电机组锅炉烟气余热梯级利用的方法，其特征是：包括如下步骤：
1)在锅炉省煤器段增设附加受热面(1)，增加省煤器段受热面，降低省煤器出口烟气温度；
2)由于省煤器段受热面增加，锅炉给水吸热份额增加，省煤器出口给水温度升高；为了保证省煤器出口给水具有一定的接近点温差，在汽轮机侧最后一级高压加热器进口给水母管上增设流量旁通管(2) 和调节阀(3)，旁通管通向该高压加热器出口给水母管上，将旁路水汇入最后一级高压加热器出口给水母管上，适当降低进入锅炉的给水温度，给水进入省煤器吸热升温；
3）在冷凝器后的低压给水母管设引水管（7），抽取适量的低压给水引入第二低加换热器(8)中，与烟气-油换热器出口的烟气进行热量交换，烟气温度降低，低压给水则吸热升温，之后通过低压给水管路（6）进入第一低加换热器（4）中，和空气预热器出口烟气进行热量交换，进一步吸热升温的低压给水最后通过进水管（5）进入除氧器，返回循环水系统中；
4)第一低加换热器（4）的出口烟气，进入烟气-油换热器(10)，在烟气-油换热器(10)中经过循环泵(11)，升压的传热介质导热油吸收烟气的热量，升温后高温导热油通过高温导热油管路(12)进入空气-油换热器 (11)，在高温导热油管路(12)上连接有膨胀槽(9)；
5) 从烟气-油换热器(10)出来的降温后的烟气进入第二低加换热器（8）中，加热部分低压给水，排烟温度进一步降低，第二低加换热器（8）出来的烟气B最后进入后续除尘器；
6)来自送风机的空气A进入空气-油换热器(13)，吸收来自烟气-油换热器(10)传热介质导热油的热量，空气得到加热升温，弥补由于省煤器附加受热面导致进入空气预热器烟气温度下降造成空气预热器出口空气温度低的不足，此后再进入空气预热器，空气预热器出口的风温得到了保证，满足燃烧要求；来自烟气-油换热器(10)的高温传热介质导热油进入空气-油换热器(13)，冷却降温后再经过循环泵(11)升压后，返回烟气-油换热器(10)中吸热，如此循环。
5.根据权利要求4所述的火电机组锅炉烟气余热梯级利用方法，其特征在于：
步骤6）中，如果烟气排出口B的烟气温度低于设定值，则降低循环泵(11)的转速，减少传热量；如果烟气排出口B的烟气温度高于设定值，则增加循环泵(11)的转速，提高传热量；
步骤2）中，如果省煤器出口给水温度高于设定值，增加流量调节阀(3)的开度；如果省煤器出口给水温度低于设定值，减小流量调节阀(3)的开度。
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