CN105401987A - 加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统 - Google Patents

加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，包括锅炉、汽轮机单元及空气预热单元，空气预热单元包括空气预热器及汽气换热器，空气预热单元的一次风通过空气预热器进入锅炉，空气预热单元的二次风依次通过空气预热器及汽气换热器进入锅炉，汽气换热器还与汽轮机单元连接，以利用汽轮机单元的高温抽汽对空气预热单元的二次风进行加热。如此，对预热后的二次风进一步加热，将现有技术中由给水带入锅炉的热量改由二次风带入锅炉，替代了一部分锅炉燃料热量，从而降低最终给水温度，降低了系统造价的同时，也提高了燃煤机组的效率。

Description

加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统
技术领域
本发明涉及燃煤火力发电二次再热机组，具体涉及一种加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统。
背景技术
目前采用二次再热汽轮发电机组的给水温度能够超过315℃，二次再热蒸汽的初温达到甚至超过600℃，汽轮机部分级段的抽汽温度具有很高的过热度，通常采用外置式蒸汽冷却器降低抽汽过热度，进一步提高给水温度。
根据火力发电机组回热循环的理论，提高回热系统最终给水温度能提高汽轮机发电机组的热效率，故存在着最佳的给水温度，但现有的回热系统最终给水温度远低于该最佳给水温度，因此，理论上回热系统的最终给水温度越高越好。
但是，对于锅炉来说，提高回热系统的给水温度同时提高了省煤器的出口水温，会导致水冷壁温度过高，从而导致水冷壁需选用更高等级的材料，且水冷壁的建设阶段需要特殊的设备焊接，如此增加了水冷壁的材料费用和施工费用，此外，给水温度的提高也意味着锅炉排烟温度的提高，从而降低了锅炉的效率。为解决该问题，现有设计中不得不人为增大第一级抽汽压损来降低最终给水温度，但如此会增加汽轮机热耗率，降低热力循环效率。
发明内容
基于此，有必要针对现有设计中通过人为增大第一级抽汽压损来降低最终给水温度，导致汽轮机的热耗率增加，热力循环效率降低的问题，提供一种不用人为增大第一级抽汽压损来降低最终给水温度，且提高汽轮机的回热程度、提高锅炉效率的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统。
一种加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，包括锅炉、汽轮机单元及空气预热单元，所述锅炉用于为所述汽轮机单元提供蒸汽，所述汽轮机单元与所述锅炉连接，以利用所述锅炉提供的蒸汽做功发电，所述空气预热单元包括空气预热器及汽气换热器，所述空气预热单元的一次风通过所述空气预热器进入所述锅炉，所述空气预热单元的二次风依次通过所述空气预热器及所述汽气换热器进入所述锅炉，所述汽气换热器还与所述汽轮机单元连接，以利用所述汽轮机单元的高温抽汽对所述空气预热单元的二次风进行加热。
上述加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，对预热后的二次风进一步加热，将现有技术中由给水带入锅炉的热量改由二次风带入锅炉，替代了一部分锅炉燃料热量，从而降低最终给水温度，降低了系统造价的同时，也提高了燃煤机组的效率。此外，在低负荷运行时增强着火的稳定性，改善锅炉燃烧状况，增大汽轮机的回热程度，减少机组的冷源损失。
在其中一实施例中，所述汽气换热器为两个，两个所述汽气换热器串联或并联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间。
在其中一实施例中，当两个所述汽气换热器串联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间时，两个所述汽气换热器的抽汽压力呈阶梯式升高，所述空气预热单元的二次风依次通过抽汽压力较低的汽气换热器及抽汽压力较高的汽气换热器，以使所述空气预热单元的二次风通过两个所述汽气换热器逐级加热。
在其中一实施例中，当两个所述汽气换热器并联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间时，所述空气预热单元的二次风按一定比例分别进入两个所述汽气换热器进行加热。
在其中一实施例中，所述汽轮机单元包括汽轮机发电机组及汽轮机回热组件，所述汽轮机发电机组包括依次相连的超高压缸、高压缸及中压缸，所述汽轮机回热组件包括依次设于给水管路的第一高压加热器、第二高压加热器、第三高压加热器及第四高压加热器，其中一所述汽气换热器与所述高压缸连接，其中另一所述汽气换热器与所述中压缸连接，所述第一高压加热器与所述超高压缸连接，且最终使给水进入所述锅炉，所述第二高压加热器与连接于所述高压缸的所述汽气换热器连接，所述第三高压加热器与所述第四高压加热器分别与所述高压缸的抽汽口连接，以对给水加热。
在其中一实施例中，所述汽轮机回热组件还包括小汽轮机及除氧器，所述除氧器通过给水泵与给水管路连通，且与所述第四高压加热器连接；
其中，与所述中压缸连接的汽气换热器分别与所述小汽轮机及所述除氧器连接，以对给水加热和/或驱动所述小汽轮机做功。
在其中一实施例中，所述空气预热单元包括一次风机及二次风机，所述二次风机产生的二次风通过所述空气预热器进入所述汽气换热器单元。
在其中一实施例中，所述空气预热单元的二次风通过所述空气预热器进入所述汽气换热器的壳侧，所述汽轮机单元的高温抽汽进入所述汽气换热器的管侧。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统的结构示意图；
图2为本发明第二实施例中的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1示出了本发明第一实施例中的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10。
该加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10包括锅炉12、汽轮机单元14及空气预热单元16，该锅炉12用于为汽轮机单元14提供蒸汽，该汽轮机单元14与该锅炉12连接，以利用锅炉12提供的蒸汽做功发电。该空气预热单元16包括空气预热器162及汽气换热器164，该空气预热单元16的一次风通过空气预热器162预热后最终进入锅炉12，该空气预热单元16的二次风依次通过空气预热器162及汽气换热器164进入锅炉12，该汽气换热器164还与汽轮机单元14连接，以利用该汽轮机单元14的高温抽汽对空气预热单元16的二次风进行加热。
在以具体实施例对该加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10进行说明之前，在此对本发明的部分技术术语进行说明。
再热：将汽轮机内做了部分功的蒸汽引出进行再次加热，然后引回汽轮机继续做功，通过合理的再热，可以降低排汽湿度，提高热力循环效率。本实施例中，采用的是二次再热的方式。
高温抽汽：从汽轮机各汽缸排汽前的中间级抽出的温度较高的蒸汽。对于温度为600℃的主蒸汽和再热蒸汽，高温抽汽的温度通常为450度～550℃。其中，℃是指摄氏度。
具体地，该汽气换热器164为两个，两个汽气换热器164串联于空气预热器162出口与锅炉12的炉膛的入口之间。本实施例中，该汽气换热器164包括汽气换热器1642a及汽气换热器1644a，汽气换热器1642a及汽气换热器1644a串联连接，且抽汽压力呈阶梯式升高，使空气预热单元16的二次风逐级加热。其中，位于上游的汽气换热器1642a的温升大，下游的汽气换热器1644a温升小，但下游的汽气换热器1644a被冷却后的蒸汽温度依然较高，应当高于对应的抽汽压力下饱和蒸汽温度。
如此，对预热后的二次风进一步加热，将现有技术中由给水带入锅炉12的热量改由二次风带入锅炉12，替代了一部分锅炉12燃料热量，从而降低最终给水温度，降低了系统造价的同时，也提高了燃煤机组的效率。此外，在低负荷运行时增强着火的稳定性，改善锅炉12燃烧状况，增大汽轮机的回热程度，减少机组的冷源损失。
请继续参阅图1，本实施例中，该空气预热单元16包括一次风机161及二次风机163，二次风机163产生的二次风通过空气预热器162进入汽气换热器164。其中，空气预热单元16的二次风通过空气预热器162进入汽气换热器164的汽气换热器的壳侧，汽轮机单元14的高温抽汽进入汽气换热器164的管侧。与现有设计方案的外置式蒸汽冷却器相比，本发明的汽气换热器164管侧为蒸汽，比给水压力降低了两个数量级，壳侧为空气，比蒸汽压力也降低了两个数量级，从而有效的降低了换热器的造价，进而降低了制造成本。
本实施例中，该汽轮机单元14包括汽轮机发电机组142及汽轮机回热组件144，该汽轮机发电机组142包括依次相连的超高压缸1422、高压缸1424及中压缸1426，该汽轮机回热组件144包括依次设于给水管路的第一高压加热器1442、第二高压加热器1444、第三高压加热器1446及第四高压加热器1448。位于上游的汽气换热器1642a与中压缸1426连接，位于下游的汽气换热器1644a与高压缸1424连接，第二高压加热器1444与位于下游的汽气换热器1644a连接，第一高压加热器1442与超高压缸1422连接，并与锅炉12连接，决定给水的最终温度，并使给水最终进入锅炉12。
汽轮机单元14的高温抽汽来自第一次再热后高压缸1424的第一段高温抽汽及第二次再热后的中压缸1426的第一段高温抽汽。经过第一次再热后的蒸汽进入高压缸1424，高压缸1424的第一段抽汽口抽出的蒸汽引入位于下游的汽气换热器1644a，冷却后的蒸汽进入第二高压加热器1444加热给水。经过第二次再热后的蒸汽进入中压缸1426，中压缸1426的第一段抽汽口抽出的蒸汽引入位于上游的汽气换热器1642a，冷却后的蒸汽用于加热给水和/或驱动小汽轮机1441。
进一步地，该汽轮机回热组件144还包括小汽轮机1441及除氧器1443，该除氧器1443的出口给水经过给水泵升压后进入第四高压加热器1448。中压缸1426第一段抽汽口抽出的蒸汽温度很高，引入位于上游的汽气换热器1642a后冷却后的蒸汽进入除氧器1443加热给水，或驱动小汽轮机1441做功，从而充分利用高温蒸汽的过热度。
可以理解，利用本发明的技术方案改造现有设计方案，由于给水温度降低，空气预热器162进出口烟气温度均降低，一次风热风温度受到烟气温度降低的影响也略有降低，可通过减少冷一次风量来调整，不会影响磨煤机进口温度，因此不会影响锅炉12的燃烧效率。
但当应用于新机时，可适当增加省煤器换热面积，降低空气预热器162入口烟温，减少二次风的换热面积，使空气预热器162出口的二次风温度稍低于一次风温，更好地吸收汽气换热器中的蒸汽的热量，增大汽轮机的回热效果，减少空气预热器162面积可弥补本发明中的二级汽气换热器增加受热面带来的金属耗量。
可以理解，本发明中的二次风通过二级的阶梯加热，在其他一些实施例中，也可设置更多的汽气换热器来加热二次风，从而有更多的高温抽汽过热度得到利用。
图2示出了本发明第二实施例中的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10。
该利用加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10与第一实施例具有类似的结构，不同之处下面将作具体描述，为表述方便，相同的结构采用相同的编号表示并不作赘述。
本发明加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统的第二实例中，不同于第一实施例之处在于，两个汽气换热器并联于空气预热器162出口与锅炉12的炉膛的入口之间。如图2所示，空气预热单元16的二次风按照一定比例分别进入两个汽气换热器中，为表述方便，将图2中连接中压缸1426的汽气换热器命名为第一汽气换热器1642b，将连接高压缸1424的汽气换热器命名为第二汽气换热器1644b。
其中，第一汽气换热器1642b分别与中压缸1426的第一段抽汽口，以及小汽轮机1441和除氧器1443连接，第二汽气换热器1644b分别与高压缸1424和第二高压加热器1444连接。二次风按一定比例分成两股分别进入第一汽气换热器1642b及第二汽气换热器1644b加热，二次风在两个汽气换热器的温升大致相等，因此两股高温抽汽分别在第一汽气换热器1642b及第二汽气换热器1644b得到了充分冷却，冷却后的蒸汽温度也可以做到大致相等。采用并联方式汽气换热器1644b冷却后的蒸汽温度低于采用串联方式汽气换热器1644a冷却后的蒸汽温度，从而使高温抽汽得到更加充分的冷却，相同的换热端差，空气的温升大，因此回热抽汽量更大，由于高温回热抽汽中有更多的热量被空气带入炉膛，因此汽轮机热力循环冷源损失小，整机煤耗低。
第一实施例及第二实施例中的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统10，通过利用高温抽汽的过热度对空气预热器162出口的二次风进一步加热，提高炉膛入口二次风温，在低负荷运行时增强着火的稳定性，改善锅炉12燃烧状况，增大汽轮机的回热程度，减少机组的冷源损失，从而提高燃煤机组的能量转换效率。与目前采用外置式蒸汽冷却器加热给水的方案相比，锅炉12入口给水温度较低，可降低空气预热器162进出口烟气温度，提高能量利用率；同时锅炉12入口给水温度控制在320℃以内，可降低锅炉12水冷壁的造价，汽气换热器管侧压力和壳侧压力远低于外置式蒸汽冷却器，可有效降低换热器造价。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，包括锅炉、汽轮机单元及空气预热单元，所述锅炉用于为所述汽轮机单元提供蒸汽，所述汽轮机单元与所述锅炉连接，以利用所述锅炉提供的蒸汽做功发电，所述空气预热单元包括空气预热器及汽气换热器，所述空气预热单元的一次风通过所述空气预热器进入所述锅炉，所述空气预热单元的二次风依次通过所述空气预热器及所述汽气换热器进入所述锅炉，所述汽气换热器还与所述汽轮机单元连接，以利用所述汽轮机单元的高温抽汽对所述空气预热单元的二次风进行加热。
2.根据权利要求1所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，所述汽气换热器为两个，两个所述汽气换热器串联或并联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间。
3.根据权利要求2所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，当两个所述汽气换热器串联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间时，两个所述汽气换热器的抽汽压力呈阶梯式升高，所述空气预热单元的二次风依次通过抽汽压力较低的汽气换热器及抽汽压力较高的汽气换热器，以使所述空气预热单元的二次风通过两个所述汽气换热器逐级加热。
4.根据权利要求3所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，当两个所述汽气换热器并联于所述空气预热器的出口与所述锅炉的炉膛的入口之间时，所述空气预热单元的二次风按一定比例分别进入两个所述汽气换热器进行加热。
5.根据权利要求2～4任意一项所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，所述汽轮机单元包括汽轮机发电机组及汽轮机回热组件，所述汽轮机发电机组包括依次相连的超高压缸、高压缸及中压缸，所述汽轮机回热组件包括依次设于给水管路的第一高压加热器、第二高压加热器、第三高压加热器及第四高压加热器，其中一所述汽气换热器与所述高压缸连接，其中另一所述汽气换热器与所述中压缸连接，所述第一高压加热器与所述超高压缸连接，且最终使给水进入所述锅炉，所述第二高压加热器与连接于所述高压缸的所述汽气换热器连接，所述第三高压加热器与所述第四高压加热器分别与所述高压缸的抽汽口连接，以对给水加热。
6.根据权利要求5所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，所述汽轮机回热组件还包括小汽轮机及除氧器，所述除氧器通过给水泵与给水管路连通，且与所述第四高压加热器连接；
其中，与所述中压缸连接的汽气换热器分别与所述小汽轮机及所述除氧器连接，以对给水加热和/或驱动所述小汽轮机做功。
7.根据权利要求1所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，所述空气预热单元包括一次风机及二次风机，所述二次风机产生的二次风通过所述空气预热器进入所述汽气换热器单元。
8.根据权利要求1所述的加热锅炉二次风的二次再热汽轮机抽汽过热度利用系统，其特征在于，所述空气预热单元的二次风通过所述空气预热器进入所述汽气换热器的壳侧，所述汽轮机单元的高温抽汽进入所述汽气换热器的管侧。
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