CN105090929B - 一种与低压省煤器耦合使用的热一次风余热利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，在锅炉空气预热器出口热一次风道内安装热一次风冷却器及调节风门，并在冷却器所在的主风道出、入口并联设置旁路风道，旁路风道内设置调节风门。冷却器冷却介质选用回热系统凝结水，热一次风冷却器本体与电厂低压省煤器系统本体水系统并联。通过调节冷却器传热功率以达到降低热一次风温度，满足制粉系统干燥出力的目的。利用本技术可将锅炉不同能级、部位余热用不同的换热器进行回收，回收热能可作为回热系统，外部供热，暖风器热源使用。在设备投资，回收能量能级方面较低压省煤器均由一定的优势，排烟温度可保持稳定，克服了单一热一次风冷却器传热功率不稳定的缺点。

Description

一种与低压省煤器耦合使用的热一次风余热利用装置

技术领域

本发明涉及燃煤发电机组领域。特别涉及一种与低压省煤器耦合使用的热一次风余热利用装置，该装置回收利用热一次风余热及排烟余热两种不同部位，不同品质热能，可作为汽轮机回热系统热源、供热，空气预热器暖风器热源。

背景技术

由于原煤烟煤及贫煤储采比、原煤价格、低氮燃烧器改造、稳燃性能、飞灰含碳量影响锅炉效率等一系列的因素，目前燃煤电站锅炉很多燃用贫煤的锅炉都纷纷将燃料改为烟煤。导致目前燃烧烟煤机组比例大幅提高。

为避免制粉系统发生自燃及爆炸等危及设备安全事故的发生，制粉系统所需干燥剂温度往往低于热一次风温度，常规的方法是在磨煤机入口掺入冷一次风进行风温的调整。由此通过空气预热器的一次风量减少，导致锅炉排烟温度上升，锅炉效率下降。

在新的环保及节能形势下，努力降低机组单耗、超净排放日益成为电厂运行核心管理内容。相比日益严苛节能、环保标准和国内先进电厂日益优化的运行数据，目前在运电厂无不感到巨大的压力。为此，电厂尾部烟气深度节能在理论及实践上都践行了大量的探索并逐渐成为大家逐渐达成的共识（即电除尘前排烟温度降至酸露点下方，目前认可的底线在95℃左右）。

传统的低温省煤器虽然可以完成这样的降温要求，但由于低温腐蚀及传热温差等方面的影响，传热面积及重量往往非常巨大，工程往往存在现场空间不足及原有基础、支撑投资改造投资过大或难以实施等实际问题，如何解决低压省煤器布置危机成为深度节能背景下急需解决的问题。

中国专利CN101709876A公开了一种锅炉烟气深度冷却余热回收系统，包括深冷冷却器、暖风器及其组成的独立水循环系统。中国专利CN101709879A公开了一种火电厂烟气综合优化排烟余热深度回收系统。上述两方案利用烟气冷却器回收烟气余热，装置安装于尾部烟气中，未考虑高品质热一次风余热回收问题，且存在腐蚀、积灰、磨损等缺陷。

中国专利CN102252339A公开了一种降低电站锅炉排烟温度的系统。采用热一次风加热冷二次风，设置烟道旁路抽出一部分烟气加热低压给水，保证二次风温的前提下，降低排烟温度。 中国专利CN103438686A公开了一次风冷却器回热系统及控制方法；在热一此风管道上加装冷却器，通过低压加热器系统给水冷却热一次风冷却器。通过调节冷却水流量满足磨煤机入口干燥剂温度需求。上述两方案只考虑了一次风余热热能回收问题，不能达到深度降低排烟温度的目的。此外传热功率受到制粉干燥出力变化的影响导致不稳定，调节方法性能及响应速度均较差，达不到及时调整磨煤机入口风温的效果，影响制粉系统出力。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种节能效果好、满足磨煤机热风要求、能够输出热能的与低压省煤器耦合使用的热一次风余热利用装置及余热利用方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，其特征在于，在锅炉空气预热器出口热一次风道内安装热一次风冷却器，热一次风冷却器连接电厂低压省煤器进水管和回水管，其冷却介质选用回热系统凝结水；热一次风冷却器与电厂低压省煤器的水路系统并联；通过调节热一次风冷却器传热功率以降低热一次风温度，将降温后温度合格的热一次风提供给磨煤机，热一次风冷却器及低压省煤器通过循环水回收热能。

在热一次风冷却器所在的主路风道设置调节风门，主路风道的出、入口并联设置旁路风道及其调节风门，通过调节旁路风道及主路风道内调节风门进行热一次风冷却器传热功率的调整。

低压省煤器设置在空气预热器出口烟道上。

热一次风冷却器的进水母管的进水点位于低压省煤器水路系统循环泵后，热一次风冷却器的回水母管的回水点位于低压省煤器水路系统回水管道上；热一次风冷却器水路系统的回水母管设置回水调节阀调节冷却水流量，从而保证回水温度达到设定值，设定值高于低省回水温度，体现能量不同能级特点，热一次风冷却器的进水母管和回水母管上分别设置隔绝门；低压省煤器水路系统的进水管和回水管上也分别设置隔绝门。

低压省煤器水路系统的进水管上还设置循环泵，进水管与低压加热器管路之间连接有恒压小旁路和恒压进水小旁路门，进水管与低压加热器管路之间还设有进水截止门，低压省煤器水路系统取水点位于汽机低压给水回热系统中的某一级低压加热器出口管道，回水点在另一级低压加热器出口管道，低压省煤器水路系统的回水管上还设置回水调节门。

本发明的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置的余热利用方法（即一次风温调节过程），包括以下步骤，

(1)首先调节磨煤机原有的热一次风阀门和冷一次风阀门，使得磨煤机入口风温满足干燥出力的需求；

(2)全开旁路风道调节风门，全关热一次风冷却器所在的主风道内调节风门，热一次风冷却器进行冷态上水，用恒压小旁路门进行上水，缓慢开启热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门，适当开启冷却器回水调门保证系统过水；

（3）缓慢关闭旁路风道的调节风门，同时缓慢开启热一次风冷却器所在主风道调节风门，热一次风冷却器开始通入热风运行，如果与低压省煤器耦合运行，此时调整热一次风冷却器回水调门，如果热一次风冷却器的循环水路单独运行，此时调整循环泵转数，从而进行回水温度的调整；

（4）随着热一次风冷却器的投入，磨煤机入口风温开始下降，此时缓慢关闭磨煤机的冷风门，调节旁路风道调节风门直至冷风门全关，磨煤机入口温度在所需范围内。

在步骤（1）前面还包括以下步骤，

(1-1) 与低压省煤器系统耦合使用时时，首先投入低压省煤器系统，关闭热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门，低压省煤器进行冷态上水，缓慢开启低压省煤器水路系统的进水管的隔绝门和回水管的隔绝门，用恒压小旁路门进行上水。

本发明的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置的余热利用方法，低压省煤器单独运行时，热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门关闭，低压省煤器水路系统的进水管的隔绝门和回水管的隔绝门开启，通过恒压小旁路门进行系统上水，上水完毕后恒压小旁路门关闭，进水截止门全开；低压省煤器投入，冷却介质为品质合格的凝结水，通过变频循环泵进行系统流量调节，通过再循环调节门进行再循环流量调整保证低省系统进水在设计温度之上；考虑到尾部烟道低温腐蚀的因素，一般进水温度设计值高于工程酸露点以避免受热面低温腐蚀；系统回水调门为再循环调门提供足够的压头，一般处于全开状态，当再循环流量不够时，可关系统回水调门增加再循环流量。

本发明的整个系统运行时，冷却器冷却介质选用回热系统凝结水，取水点位于低省系统升压泵后，回水回到低省系统回水母管。在回水管上设置调节风门调节系统流量，从而保证回水温度达到设定值（高于低省回水温度，体现能量不同能级特点）。如回到回热系统，加热后的凝结水回到给定低压加热器入口，排挤低压加热器系统抽汽，增加汽轮机作功，提高机组效率。

本发明的余热利用装置系统包括双调节系统，设置旁路、主路风道调节门及冷却水回水管道流量调节阀。调节系统一为热功率调节系统，通过调节旁路、主路风道内调节门进行传热功率的调整，调节系统二为冷却水回水温度调整系统，通过调节冷却水回水管道流量调节阀进行回水温度的调整。

热一次风冷却器为保证避免积灰及增强传热的目的，设计为翅片式换热器。

为避免制粉系统发生自燃及爆炸等危及设备安全事故的发生，燃用烟煤制粉系统往往大量掺入冷一次风运行。造成通过空气预热器的一次风量减少，导致锅炉排烟温度上升，锅炉效率下降。在目前深度节能背景下，排烟温度往往降到低于酸露点的100℃以下，大幅降低排烟温度对低压省煤器而言存在布置危机问题。

本发明的与低压省煤系统耦合使用的热一次风余热利用装置，可以避免向制粉系统掺入冷风，吸收热一次风余热及排烟余热回到其它系统使用，提高机组循环效率。其水系统与低压省煤器系统并联，与低压省煤器共同承担完成一定烟温降的功能，减少了低压省煤器的换热面积、重量及相应的初期投入，有效缓解了布置危机问题；提高了单独使用低压省煤器降低烟温回收余热的能级，达到了能量梯级利用的效果，提高了能量利用率。

本发明通过在热一次风风道内安装热一次风冷却器，避免制粉系统掺入冷风运行。余热回到回热系统或者热网供热系统，可以降低排烟温度，提高机组循环效率。与传统的烟气冷却器相比，由于部分换热器安装于热风侧，缓解了换热器安装于烟气侧带来的积灰、磨损、腐蚀及布置危机等一些列问题，同时由于传热温差远大于烟气冷却器，单位传热功率投入低于烟气冷却其且回收余热品质高于烟气冷却器。本发明提供的方案可适用于制粉系统掺入冷风运行的燃煤机组。

利用该设备可将锅炉不同能级、部位余热用不同的换热器进行回收，回收热能可作为回热系统，热网供热系统，暖风器热源使用。相比低压省煤器而言，在排烟温度下降相同的情况下，在设备投资，回收能量能级方面较低压省煤器均有一定的优势，相比热一次风冷却器而言，由于耦合了低压省煤器，排烟温度可保持稳定，克服了单一热一次风冷却器传热功率不稳定的缺点。由于部分烟温降由热一次风冷却器承担，可解决低压省煤器布置危及及缓解积灰、腐蚀、磨损等一系列的问题。

附图说明

图1为本发明系统示意图（本图为回收热能回到回热系统，电厂可根据实际可考虑热源的其他使用渠道，如一次网供热，暖风器等）。

图中，1热一次风道，2、3调节风门，4热一次风冷却器，5低压省煤器，6、7、8、9隔绝门，10冷却器回水调门，11循环泵，12再循环调节门，13进水截止门，14系统回水调节门，15恒压进水小旁路，16凝结水泵，17除氧器，18低压加热器，19空气预热器，20空气预热器后烟道，21冷二次风道；22冷一次风道，23磨煤机入口。

具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。

本发明的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，在锅炉空气预热器19出口热一次风道1内安装热一次风冷却器4，热一次风冷却器连接电厂低压省煤器进水管和回水管，其冷却介质选用回热系统凝结水；热一次风冷却器与电厂低压省煤器的水路系统并联；通过调节热一次风冷却器传热功率以降低热一次风温度，将降温后温度合格的热一次风提供给磨煤机入口23，热一次风冷却器及低压省煤器通过循环水回收热能。

在热一次风冷却器4所在的主路风道设置调节风门3，主路风道的出、入口并联设置旁路风道及其调节风门2，通过调节旁路风道及主路风道内调节风门进行热一次风冷却器传热功率的调整。

低压省煤器5设置在空气预热器烟道20出口上。

热一次风冷却器的进水母管的进水点位于低压省煤器水路系统循环泵11后，热一次风冷却器的回水母管的回水点位于低压省煤器水路系统回水管道上；热一次风冷却器水路系统的回水母管设置回水调节阀10调节冷却水流量，从而保证回水温度达到设定值，设定值高于低省回水温度，体现能量不同能级特点，热一次风冷却器的进水母管设置隔绝门8、回水母管上设置隔绝门9；低压省煤器水路系统的进水管设置隔绝门6、回水管上设置隔绝门7。

低压省煤器水路系统的进水管上还设置循环泵11进行升压，进水管与低压加热器18管路之间连接有恒压小旁路15和恒压小旁路门，进水管与低压加热器管路之间还设有进水截止门13，低压省煤器水路系统取水点位于汽机低压给水回热系统中的某一级低压加热器出口管道，回水点在另一级低压加热器出口管道，低压省煤器水路系统的回水管上还设置回水调节门14。

本发明的一种与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，安装于发电机组热力系统中。本图所示为余热系统与低压加热器并联，取水在某一级低压加热器（本图为#7低压加热器出口），回水至某一级低压加热器（本图为#5低压加热器出口），具体取水点及回水点由各级低压加热器进出水温度及排烟温度等参数共同确定。余热系统吸收烟气及热一次风余热除作为回热系统余热利用外，还可以作为外部供热热源，暖风器热源等。

其中，热一次风冷却器4及调节风门3安装在锅炉空气预热器出口热一次风道旁路风道内（根据现场具体情况也可以安装于主路内，热一次风冷却器本体入口及旁路风道内安装调节风门），风道主路内安装调节风门2，低压省煤器系统安装于空气预热器出口尾部烟道。

同时，热一次风冷却器与低压省煤器系统并联，并分别设置系统隔绝门，热一次风冷却器系统隔绝门为8、9；低压省煤器系统隔绝门为6、7。

热一次风冷却器单独运行时，隔绝门6、7关闭；隔绝门8、9开启，热一次风冷却器冷源取水点位于汽机低压给水回热系统中的某一级给水加热器出口管道（本图取自#7低压加热器入口），通过恒压小旁路门15进行系统上水，上水完毕后15全关，进水截止门13全开。回水位置为除氧器17入口给水管道（本图回至#5低压加热器出口）。给水通过循环泵11升压流过换热器吸收一次风余热，流量由变频升压泵调节，调整回水温度与进入除氧器低压加热器给水温度相同，排挤与之并联的低压加热器系统抽汽，提高循环效率。回水侧回水调门10、14全开，不参与调整；再循环调门12全关。磨煤机入口风温由热一次风冷却器本体及旁路调节风门2，3进行调整。

低压省煤器单独运行时，隔绝门8、9关闭，隔绝门6、7开启，通过恒压小旁路门15进行系统上水，上水完毕后恒压小旁路门15关闭，进水截止门13全开。低压省煤器5投入，冷却介质为品质合格的凝结水，通过变频循环泵11进行系统流量调节，通过再循环调节门12进行再循环流量调整保证低压省煤器系统进水温度在设计温度之上（考虑到尾部烟道低温腐蚀的因素，一般进水温度设计值高于工程酸露点以避免受热面低温腐蚀），回水调门14为再循环调门提供足够的压头，一般处于全开状态，当再循环流量不够时，可关系统回水调门14增加再循环流量。

与低压省煤器系统耦合使用时时，首先投入低压省煤器系统。关闭热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门，低压省煤器进行冷态上水，缓慢开启低压省煤器水路系统的进水管的隔绝门和回水管的隔绝门，用恒压小旁路门进行上水。然后隔绝门8、9缓慢开启。

一次风温调节具体调节过程如下：

(1)首先调节磨煤机的热一次风阀门和冷一次风阀门，使得磨煤机入口风温满足干燥出力的需求；

(2)全开旁路风门道调节风门2，全关热一次风冷却器所在的主风道内调节风门3，系统进行冷态上水（用恒压小旁路门15进行上水），缓慢开启隔绝门8、9。适当开启回水调门10保证系统过水。

（3）缓慢关闭旁路风调节风门2，同时缓慢开启热一次风冷却器风道调节风门3，系统开始通入热风运行，此时调整回水调门10（与低省耦合运行）或者循环泵11转数（系统单独运行）进行回水温度的调整。

（4）随着热一次风冷却器的投入，磨煤机入口风温开始下降，此时缓慢关闭磨煤机的冷风门，调节旁路风风门2直至冷风门全关，磨煤机入口温度在所需范围内。

安装本系统运行时可降低锅炉排烟温度，提高机组循环效率。部分排烟温度降由品味更高的热一次风冷却器承担，缓解了低压省煤器的布置危机。提高了回收热能的品味。本调节系统响应速度快，可满足制粉系统煤种及煤量变化对风温的需求。

同时，热一次风冷却器安装于空气预热器出口的热一次风道内，热源为含少量灰尘的热空气，与烟气冷却器相比，不存在腐蚀、磨损及积灰现象。

Claims (7)

1.一种与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，其特征在于，在锅炉空气预热器出口热一次风道内安装热一次风冷却器，热一次风冷却器连接电厂低压省煤器的进水管和回水管，其冷却介质选用回热系统凝结水；热一次风冷却器与电厂低压省煤器的水路系统并联；通过调节热一次风冷却器传热功率以降低热一次风温度，将降温后温度合格的热一次风提供给磨煤机，热一次风冷却器及低压省煤器通过循环水回收热能；

热一次风冷却器的进水母管的进水点位于低压省煤器水路系统循环泵后，热一次风冷却器的回水母管的回水点位于低压省煤器水路系统回水管道上；热一次风冷却器水路系统的回水母管设置回水调节阀调节冷却水流量，从而保证回水温度达到设定值，设定值高于低省回水温度，体现能量不同能级特点，热一次风冷却器的进水母管和回水母管上分别设置隔绝门；低压省煤器水路系统的进水管和回水管上也分别设置隔绝门。

2.根据权利要求1所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，其特征在于，在热一次风冷却器所在的主路风道设置调节风门，主路风道的出、入口并联设置旁路风道及其调节风门，通过调节旁路风道及主路风道内调节风门进行热一次风冷却器传热功率的调整。

3.根据权利要求1或2所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，其特征在于，低压省煤器设置在空气预热器出口烟道上。

4.根据权利要求1或2所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置，其特征在于，低压省煤器水路系统的进水管上还设置循环泵，进水管与低压加热器管路之间连接有恒压小旁路和恒压小旁路门，进水管与低压加热器管路之间还设有进水截止门，低压省煤器水路系统取水点位于汽机低压给水回热系统中的某一级低压加热器出口管道，回水点在另一级低压加热器出口管道，低压省煤器水路系统的回水管上还设置回水调节门。

5.一种权利要求1所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置的余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤，

(1)首先调节磨煤机原有的热一次风阀门和冷一次风阀门，使得磨煤机入口风温满足干燥出力的需求；

(2)全开旁路风道调节风门，全关热一次风冷却器所在的主风道内调节风门，热一次风冷却器进行冷态上水，用恒压小旁路门进行上水，缓慢开启热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门，适当开启冷却器回水调门保证系统过水；

（3）缓慢关闭旁路风道的调节风门，同时缓慢开启热一次风冷却器所在主风道调节风门，热一次风冷却器开始通入热风运行，如果与低压省煤器耦合运行，此时调整热一次风冷却器回水调门，如果热一次风冷却器的循环水路单独运行，此时调整循环泵转数，从而进行回水温度的调整；

（4）随着热一次风冷却器的投入，磨煤机入口风温开始下降，此时缓慢关闭磨煤机的冷风门，调节旁路风道调节风门直至冷风门全关，磨煤机入口温度在所需范围内。

6.根据权利要求5所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置的余热利用方法，其特征在于，在步骤（1）前面还包括以下步骤，

(1-1) 与低压省煤器系统耦合使用时时，首先投入低压省煤器系统，关闭热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门，低压省煤器进行冷态上水，缓慢开启低压省煤器水路系统的进水管的隔绝门和回水管的隔绝门，用恒压小旁路门进行上水。

7.一种权利要求1所述的与低压省煤器系统耦合使用的热一次风余热利用装置的余热利用方法，其特征在于，低压省煤器单独运行时，热一次风冷却器的进水母管的隔绝门和回水母管的隔绝门关闭，低压省煤器水路系统的进水管的隔绝门和回水管的隔绝门开启，通过恒压小旁路门进行系统上水，上水完毕后恒压小旁路门关闭，进水截止门全开；低压省煤器投入，冷却介质为品质合格的凝结水，通过变频循环泵进行系统流量调节，通过再循环调节门进行再循环流量调整保证低省系统进水在设计温度之上；考虑到尾部烟道低温腐蚀的因素，一般进水温度设计值高于工程酸露点以避免受热面低温腐蚀；系统回水调门为再循环调门提供足够的压头，一般处于全开状态，当再循环流量不够时，可关系统回水调门增加再循环流量。