CN103742209A - 可演化分级热焓加热锅炉技术 - Google Patents

Abstract

可以从目前的亚临界、超临界、超超临界逐级升级或越级升级到目前和以后的新的高热焓(超超超临界)的新型锅炉。在原有的较低热焓锅炉通过一个高温注水机(还可以加一个单向阀)把加热到原来的热焓规定值的过热临界或超临界蒸汽加到一个新增的较高热焓的锅炉中进行第二次加热到比原来一级或多级的锅炉串联体的热焓更高的超超临界的水蒸气。这个提高了热焓的蒸气可以用新增的一级超高压汽轮机把蒸气热焓降低到原来设计值再按原来的汽轮机的高压缸入口进行一到三级的汽轮机进行热功转换。保留原来的加热锅炉和汽轮机、发电机等高额投资。节约大量的有色金属镍。减少由于材料的落后而受制于人的程度。避免或减少节能不节钱的现象。

Description

可演化分级热焓加热锅炉技术

技术领域：燃煤火力发电 

背景技术：锅炉出口蒸汽的压力和温度(热焓)越高，它的汽轮机工作效率越高。汽轮机的出口热焓(反映为真空度)越低它的效率越高。但超过一半的热能(虽然搞热工的人管它叫低品质热能)要被冷却的水或风带到环境中去。但它却占了这个化石能源(煤)之中能量(也就是目前我们称为碳排放)的大部分。但这个能量可以以加热的方式加以利用。当我们以卡诺循环作为效率标杆对热功转换进行考量时：我们可以有一个定性的概念：要尽量提高热功转换时的进出口的热焓差。对于锅炉的热能转换来说要尽量提高氧气的含量(叫富氧燃烧)。而降低氮氧化物的量可以用降低空气中氮的分压，降低燃烧温度。但是为了提高锅炉的效率就要提高燃烧温度。为了提高锅炉效率就要用较大的受热面积(耗较多的钢材)。为了提高总效率就要提高蒸汽的温度和压力，但就要耗较多的贵金属。采用分级热焓不同的分段式锅炉可以减少对高性能钢材和贵金属的用量。而能源转化的热功转换机进口和出口的热焓差与使用寿命周期，再循环利用时的耗能和它的生命周期内的碳排放性能、效率有关。本成果中还包含有对现有火电厂的改造的设计原则：目前把每度电的综合煤耗降低到280克。超超临界的机组由于投资巨大，钢材的国产化进程慢。可以考虑在的超临界、亚临界、高压机组的基础上增加一组超超临界的附加锅炉。但它的蒸汽气路并不与原来较低压力的锅炉直接相连。而是通过高温注水泵和单向阀把原来的锅炉过热器的水汽临界蒸汽注到增加的超超临界锅炉中继续加热到超超临界的蒸汽出来经过一级超超临界工作的汽轮机工作后焓降到超临界的蒸汽进原来的超临界机组。形成一个附加的工作循环。当一个电厂有多台机组时把原来的机组的蒸汽(过热水)集中用高温注水泵加到一个新加的超超临界机组而形成新的循环时其改造的费用最低、效益最好。 

在低氮燃烧器的改造过程中。有不少失败的例子：在现在的低氮燃烧器都是利用分段燃烧的方法，前段低温低氧燃烧把大部分的碳燃烧，然后在后一个阶段在富氧燃烧的环境中烧去产生的一氧化碳(还有氢)。但设计者往往忘记了原来的锅炉整个燃烧的空间(高度)的设计是按原来的过剩空气系数的燃烧环境下设计的。现在的分段燃烧的前一个阶段要把煤的大部分的碳反应去，当其处于低氧燃烧的环境下燃烧速率变慢火焰变长(30万千瓦的机组大概多7米)这个也是燃气热水器缺氧保护机构要利用的原理。在富氧燃烧阶段根本就不能在炉膛里完成，多余的一氧化碳(大约1-3％)通过烟道，烟囱跑到大气中去。造成严重的环境污染。因为按原来的设计，假如煤种和负荷不变的话原理上是不能在这个低氧环境中保持原理的热负荷的。特别是当用高挥发份煤，含水量高时，低热量煤时这个这个情况特别严重：每年每个30万千瓦的机组由于燃烧不完全而致损失接近8千万人民币(当标煤900元／吨时)。还造成严重的一氧化碳环境污染。这种情况在以x菱技术为背景(比如东x锅炉)的锅炉的低氮燃烧改造时特别严重(可能是原来设计的富余量小的缘故)。原理上就不能保证在原来的煤种不变时保证在低氮(低氧)燃烧器保证它的热负荷率。本成果对于改造这种锅炉提供了一个理论上可行的 方法：这就是减低原来锅炉的热负荷率，在增加的超超临界锅炉和透平机组的热负荷及焓降中进行调节。也就是把原来的锅炉降低的热负荷用新增加的锅炉(超超临界)补回来，达到原来的透平机的进口的温度和压力。又不会使原来的炉膛燃烧火焰超出高度而溢出一氧化碳。 

发明内容：可以从目前的亚临界、超临界、超超临界逐级升级或越级升级到目前和以后的新的高热焓(超超超临界)的新型锅炉。保留原来的投资。提高热效率和经济效益。 

降低投资量，降低贵金属(镍)的总用量。 

按行业的话就是由500度发电、600度发电和以后可能发展的700度或更高温度与压力的发电技术和材料。每提高一个档次的发电耗煤量不断减低。 

附图说明：附图1是原来的锅炉1蒸气循环图： 

附图2是新的超超临界蒸气循环图： 

具体实施方式：

在原有的较低热焓(温度乘以压力的值、下同)(比如是500度温度、19兆帕压力)锅炉1通过一个高温注水机2(还可以加一个单向阀3)把加热到原来的热焓规定值的过热临界或超临界蒸汽加到一个新增的较高热焓的锅炉4中进行第二次加热到比原来一级或多级的锅炉串联体的热焓更高的超超临界的水蒸气(比如是600度温度、29兆帕压力)。这个提高了热焓的蒸气可以用新增的一级超高压汽轮机5把蒸气热焓降低到原来设计值再按原来的汽轮机的高压缸入口进行一到三级的汽轮机6进行热功转换。单向阀3和高温注水机2的前后次序可以颠倒而不影响本发明的功能。 

这个设计的要点是保留原来的加热锅炉和汽轮机、发电机等高额投资。新增部分只占如果是放弃原来的高耗煤的亚临界机组而重新建设超超临界机组的投资额的百分之二十五以下。节约大量的有色金属镍。减少由于材料的落后和受制于人的程度。避免或减少节能不节钱的现象。 

Claims (4)

1.可演化分级热焓加热锅炉技术包括有保留原有的较低热焓(温度乘以压力的值、下同)(比如是500度温度、19兆帕压力)锅炉1和一个新增的较高热焓的锅炉4中进行第二次加热到比原来一级或多级的锅炉串联体的热焓更高的超超临界的水蒸气(比如是600度温度、29兆帕压力)。其特征是不按原有蒸气循环路线运行。

2.根据权利要求书1在原有的较低热焓(温度乘以压力的值、下同)(比如是500度温度、19兆帕压力)锅炉1其特征是通过一个高温注水机2(还可以加一个单向阀3)把加热到原来的热焓规定值的过热临界或超临界蒸汽加到一个新增的较高热焓的锅炉4中进行第二次加热到比原来一级或多级的锅炉串联体的热焓更高的超超临界的水蒸气(比如是600度温度、29兆帕压力)。

3.这个发明的特征是把这个提高了热焓的蒸气用新增的一到三级超高压汽轮机5把蒸气热焓降低到原来设计值再按原来的汽轮机的高压缸入口进行一到三级的汽轮机6进行热功转换后蒸气回到原来的较低温(和压力)蒸气循环。

4.这个级联的思想是一个可以无限级联的方法，其特征是每一个级联(新增的)的锅炉和汽轮机组的进口蒸气热焓值均比原来的前一级高，而且在保留原来机组的特点下不断的随着市场技术的发展而进行扩展演化从而达到又节能又节约钱(投资)的目的。

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