CN105972634B - 一种蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺 - Google Patents

一种蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种燃料燃烧的蒸汽动力循环热力发电系统及工艺，水冷壁通过过热器和主蒸汽管道连接汽轮机；汽轮机的多路汽轮机抽汽管路用于与低压加热器和高压加热器进行热交换；风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器被来自炉膛和锅炉高温烟气段的烟气加热，设置该路烟气量使之与空气量匹配，使得二者在空气预热器中具有相同的热容流率；凝汽器中的凝结水被高压凝结水泵直接升压至锅炉压力后进入高压凝结水加热器被烟气加热，然后进入锅炉的水冷壁，调整高压凝结水的流量与该路烟气量匹配，使得高压凝结水的热容流率与该路烟气的热容流率相等。本发明克服了冷、热流体热容流率不同的固有缺陷，避免了温差夹点限制，使得烟气可以降低至足够低的温度。

Description

一种蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺
技术领域
本发明属于锅炉技术领域，特别涉及一种蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺。
背景技术
在传统的蒸汽动力循环系统中，锅炉完成给水加热功能，汽轮机完成蒸汽做功功能。在锅炉的尾部受热面通常采用空气预热器，空气预热器的进口空气温度由大气环境决定，通常不可调节，由于空气热容流率小于烟气热容流率，要保证足够的传热温差，排烟温度降低受到固有的限制，而排烟温度高必然使后续的湿法脱硫系统水耗增加。此外，由于空气入口温度较低，在空气-烟气热交换的传统空气预热器里，换热面的温度通常在烟气温度和空气温度的中间值附近，产生不可避免的低温腐蚀和堵灰等不利影响。另一方面，现代蒸汽动力工程通常采用回热循环和再热循环以提高循环效率，但回热的极限通常受制于给水温度提高后将使锅炉设备的投资增加或排烟温度增加，这限制了热效率的进一步提高。因此，综上所述，由于存在上述的锅炉排烟温度降低受限，低温腐蚀和堵灰的影响，以及回热循环给水温度提高受限和受热面较大等缺点，传统的蒸汽动力循环虽然采用再热和回热等手段提高循环效率，但其热力学不完善度仍较差，与同样的热源温度-环境温度确定的卡诺循环效率差别显著。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种蒸汽动力循环热力发电系统，包括炉膛和锅炉高温烟气段、第一再热器、第二再热器、过热器、水冷壁、主蒸汽管道、发电机、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、高压凝结水泵、烟气净化系统、高压凝结水加热器、风机、低压加热器、给水泵和高压加热器；炉膛和锅炉高温烟气段设有过热器、水冷壁、第一再热器和第二再热器；第一再热器和第二再热器通过管道连接汽轮机再热蒸汽进出口；水冷壁的出口通过依次连接的过热器和主蒸汽管道连接汽轮机；汽轮机连接发电机；汽轮机的乏汽管道连接凝汽器的入口，凝汽器的出口连接凝结水泵的入口和高压凝结水泵的入口；凝结水泵的出口通过依次连接的低压加热器、给水泵和高压加热器连接水冷壁的入口；高压凝结水泵的出口与高压凝结水加热器换热后连接水冷壁的入口；风机的出口连接空气预热器；空气预热器的出风作为二次风，二次风与一次风和燃料一起送入炉膛；汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路，多路汽轮机抽汽管路分别用于与低压加热器和高压加热器进行热交换；锅炉高温烟气段的排烟分成两路，一路在空气预热器中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器中与另一路汇合与高压凝结水加热器中的冷凝水热交换后经烟气净化系统排放。
进一步的，风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器被来自炉膛和锅炉高温烟气段的一路烟气加热，设置该路烟气量使之与空气量匹配，使得二者在空气预热器中具有相同的热容流率。
进一步的，凝汽器中的凝结水被高压凝结水泵直接升压至锅炉压力后进入高压凝结水加热器被烟气加热，然后进入锅炉的水冷壁，调整高压凝结水的流量与该路烟气量匹配，使得高压凝结水的热容流率与该路烟气的热容流率相等。
进一步的，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路分成两路；第一路管路中的蒸汽与高压加热器热交换后汇入第二路管路；第二路管路中的蒸汽与低压加热器热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
一种蒸汽动力循环热力发电工艺，包括以下步骤：风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器，在空气预热器中冷空气被来自锅炉排烟管道的烟气加热，然后作为二次风和一次风与燃料一起送入炉膛参与燃烧；燃烧放出的热能经炉膛和锅炉高温烟气段的水冷壁、过热器、第一再热器、第二再热器传递给循环工质，将来自于高压加热器加热后的锅炉给水、来自于高压凝结水加热器的水和来自于汽轮机部分做功的低温再热蒸汽分别加热成过热的主蒸汽和高温再热蒸汽；主蒸汽通过连接过热器和汽轮机的主蒸汽管道送入汽轮机膨胀做功，第一再热器、第二再热器中被加热的再热蒸汽通过汽轮机再热蒸汽进出口返回汽轮机相应压力级继续做功；汽轮机尾部的乏汽通过乏汽管道进入凝汽器，在循环冷却介质的作用下凝结成水；高压加热器和低压加热器的疏水以及凝汽器中的凝结水汇集，然后分成2路，其中1路经过凝结水泵送入低压加热器被来自于汽轮机低压级的抽汽加热和除氧，再通过给水泵送入高压加热器被来自汽轮机高压级的抽汽加热至更高温度进入锅炉水冷壁，另1路凝结水通过高压凝结水泵直接送入高压凝结水加热器，被来自于锅炉排烟管道的烟气加热后与高压加热器的工质水一同进入水冷壁；炉膛和锅炉高温烟气段出口的烟气分成两路，一路在空气预热器中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器中与另一路汇合与高压凝结水加热器中的冷凝水热交换后经烟气净化系统排放。
进一步的，采用高水分的固体燃料时，高水分固体燃料经锅炉尾部排出烟气的干燥作用后经分离器与烟气分离后进入磨粉机磨制后再送入燃烧器在锅炉炉膛燃烧；分离器出来的烟气经净化设备处理后排入大气。
进一步的，烟气经过高压凝结水加热器和空气预热器后被降至小于或等于55℃。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明在原理上克服了冷、热流体热容流率不同的固有缺陷，通过直接抽取凝结水或抽取经部分回热的凝结水，控制抽取流量使得烟气热容流率与凝结水热容流率相同，从而避免了温差夹点限制，使得烟气可以降低至足够低的温度。
进一步的，本发明消除了回热循环锅炉给水温度高带来的锅炉投资增加和排烟温度增加的副作用，为给水温度的深度提高创造了条件。
本发明冷空气的加热采用烟气直接加热，设置烟气量使之与空气量匹配，使得二者在空气预热器中具有相同的热容流率，可将排烟深度冷却。低的排烟温度还为后续脱硫设备的节水和风机电耗的降低提供了条件。
附图说明
图1为本发明一种蒸汽动力循环热力发电系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种蒸汽动力循环热力发电系，包括炉膛和锅炉高温烟气段1、第一再热器5、第二再热器6、过热器7、水冷壁8、主蒸汽管道9、发电机10、汽轮机12、凝汽器14、凝结水泵16、高压凝结水泵17、烟气净化系统18、高压凝结水加热器19、风机20、低压加热器22、给水泵23和高压加热器24。
炉膛1的锅炉高温烟气段设有第一再热器5、第二再热器6、过热器7和水冷壁8；炉膛周边布置水冷壁，炉膛内也属于高温烟气段，高温烟气段理论上讲是高于平均吸热温度的烟气都属于高温烟气。第一再热器5和第二再热器6通过管道连接汽轮机再热蒸汽进出口11。水冷壁8的出口通过依次连接的过热器7和主蒸汽管道9连接汽轮机12。汽轮机12连接发电机10。
汽轮机12的乏汽管道13连接凝汽器14的入口，凝汽器14的出口连接凝结水泵16的入口和高压凝结水泵17的入口。凝结水泵16的出口通过依次连接的低压加热器22、给水泵23和高压加热器24连接水冷壁8的入口。高压凝结水泵17的出口与高压凝结水加热器19换热后连接水冷壁8的入口。风机20抽取大气中的冷空气送入空气预热器21，在空气预热器21中冷空气被来炉膛和锅炉高温烟气段出口的烟气加热，然后作为二次风4和一次风3与燃料2一起送入炉膛参与燃烧，产生高温烟气先后经过炉膛和锅炉高温烟气段；炉膛和锅炉高温烟气段出口的烟气分成两路，一路在空气预热器21中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器19中与另一路汇合与高压凝结水加热器19中的冷凝水热交换后达到排放温度55℃左右，后经烟气净化系统18排放。汽轮机12的多路汽轮机抽汽管路15分别用于与低压加热器22和高压加热器24进行热交换。
汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路15分成两路；第一路管路中的蒸汽与高压加热器24热交换后汇入第二路管路；第二路管路中的蒸汽与低压加热器22热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
本发明一种蒸汽动力循环热力发电工艺，包括以下步骤：
风机20抽取大气中的冷空气送入空气预热器21，在空气预热器21中冷空气被来自锅炉排烟管道的烟气加热，然后作为二次风4和一次风3与燃料2一起送入炉膛参与燃烧；燃烧放出的热能经炉膛和锅炉高温烟气段1的水冷壁8、过热器7、第一再热器5、第二再热器6等间壁式换热面传递给循环工质，将来自于高压加热器24加热后的锅炉给水、来自于高压凝结水加热器19的水和来自于汽轮机部分做功的低温再热蒸汽分别加热成过热的主蒸汽和高温再热蒸汽。
主蒸汽通过连接过热器7和汽轮机12的主蒸汽管道9送入汽轮机12膨胀做功，第一再热器5、第二再热器6中被加热的再热蒸汽通过汽轮机再热蒸汽进出口11返回汽轮机12相应压力级继续做功。
汽轮机12尾部的乏汽通过乏汽管道13进入凝汽器14，在循环冷却介质的作用下凝结成水。高压加热器24和低压加热器22的疏水以及凝汽器14中的凝结水汇集，然后分成2路，其中1路经过凝结水泵16送入低压加热器22被来自于汽轮机低压级的抽汽加热和除氧，再通过给水泵23送入高压加热器24被来自汽轮机高压级的抽汽加热至更高温度进入锅炉水冷壁8，另1路凝结水通过高压凝结水泵17直接送入高压凝结水加热器19，被来自于锅炉排烟管道的烟气加热后与高压加热器24的工质水一同进入水冷壁8，依次通过各级过热器进一步被炉膛和锅炉高温烟气段的高温烟气加热成高温高压的主蒸汽。
炉膛和锅炉高温烟气段出口的烟气分成两路，一路在空气预热器21中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器19中与另一路汇合与高压凝结水加热器19中的冷凝水热交换后达到排放温度55℃左右，后经烟气净化系统18排放。
风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器被来自炉膛和锅炉高温烟气段的烟气加热，设置该路烟气量使之与空气量匹配，使得二者在空气预热器中具有相同的热容流率；凝汽器14中的凝结水被高压凝结水泵17直接升压至锅炉压力后进入高压凝结水加热器19被烟气加热，然后进入锅炉的水冷壁8，调整高压凝结水的流量与该路烟气量匹配，使得高压凝结水的热容流率与该路烟气的热容流率相等。

Claims (8)

1.一种蒸汽动力循环热力发电系统，其特征在于，包括炉膛和锅炉高温烟气段(1)、第一再热器(5)、第二再热器(6)、过热器(7)、水冷壁(8)、主蒸汽管道(9)、发电机(10)、汽轮机(12)、凝汽器(14)、凝结水泵(16)、高压凝结水泵(17)、烟气净化系统(18)、高压凝结水加热器(19)、风机(20)、低压加热器(22)、给水泵(23)和高压加热器(24)；
炉膛和锅炉高温烟气段设有过热器、水冷壁、第一再热器和第二再热器；第一再热器和第二再热器通过管道连接汽轮机再热蒸汽进出口(11)；水冷壁的出口通过依次连接的过热器和主蒸汽管道连接汽轮机；汽轮机连接发电机；
汽轮机的乏汽管道(13)连接凝汽器的入口，凝汽器的出口连接凝结水泵的入口和高压凝结水泵的入口；凝结水泵的出口通过依次连接的低压加热器、给水泵和高压加热器连接水冷壁的入口；高压凝结水泵的出口与高压凝结水加热器换热后连接水冷壁的入口；
风机的出口连接空气预热器；空气预热器的出风作为二次风，二次风与一次风和燃料一起送入炉膛；
汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路(15)，多路汽轮机抽汽管路(15)分别用于与低压加热器和高压加热器进行热交换；
锅炉高温烟气段的排烟分成两路，一路在空气预热器中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器中与另一路汇合与高压凝结水加热器中的冷凝水热交换后经烟气净化系统(18)排放。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽动力循环热力发电系统，其特征在于，风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器被来自炉膛和锅炉高温烟气段的一路烟气加热，设置该路烟气量使之与空气量匹配，使得二者在空气预热器中具有相同的热容流率。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽动力循环热力发电系统，其特征在于，凝汽器中的凝结水被高压凝结水泵直接升压至锅炉压力后进入高压凝结水加热器被烟气加热，然后进入锅炉的水冷壁，调整高压凝结水的流量与该路烟气量匹配，使得高压凝结水的热容流率与该路烟气的热容流率相等。
4.根据权利要求1所述的一种蒸汽动力循环热力发电系统，其特征在于，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路分成两路；第一路管路中的蒸汽与高压加热器热交换后汇入第二路管路；第二路管路中的蒸汽与低压加热器热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
5.一种蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，基于权利要求1至4中任一项所述的一种蒸汽动力循环热力发电系统，包括以下步骤：
风机抽取大气中的冷空气送入空气预热器，在空气预热器中冷空气被来自锅炉排烟管道的烟气加热，然后作为二次风和一次风与燃料一起送入炉膛参与燃烧；燃烧放出的热能经炉膛和锅炉高温烟气段的水冷壁、过热器、第一再热器、第二再热器传递给循环工质，将来自于高压加热器加热后的锅炉给水、来自于高压凝结水加热器的水和来自于汽轮机部分做功的低温再热蒸汽分别加热成过热的主蒸汽和高温再热蒸汽；
主蒸汽通过连接过热器和汽轮机的主蒸汽管道送入汽轮机膨胀做功，第一再热器、第二再热器中被加热的再热蒸汽通过汽轮机再热蒸汽进出口返回汽轮机相应压力级继续做功；
汽轮机尾部的乏汽通过乏汽管道进入凝汽器，在循环冷却介质的作用下凝结成水；高压加热器和低压加热器的疏水以及凝汽器中的凝结水汇集，然后分成2路，其中1路经过凝结水泵送入低压加热器被来自于汽轮机低压级的抽汽加热和除氧，再通过给水泵送入高压加热器被来自汽轮机高压级的抽汽加热至更高温度进入锅炉水冷壁，另1路凝结水通过高压凝结水泵直接送入高压凝结水加热器，被来自于锅炉排烟管道的烟气加热后与高压加热器的工质水一同进入水冷壁；
炉膛和锅炉高温烟气段出口的烟气分成两路，一路在空气预热器中与冷空气热交换后在高压凝结水加热器中与另一路汇合与高压凝结水加热器中的冷凝水热交换后经烟气净化系统排放。
6.根据权利要求5所述的一种蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，采用高水分的固体燃料时，高水分固体燃料经锅炉尾部排出烟气的干燥作用后经分离器与烟气分离后进入磨粉机磨制后再送入燃烧器在锅炉炉膛燃烧；分离器出来的烟气经净化设备处理后排入大气。
7.根据权利要求5所述的一种蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，采用高水分的固体燃料时，高水分固体燃料经汽轮机抽汽加热干燥作用后进入磨粉机磨制后再送入燃烧器在锅炉炉膛燃烧；抽汽被冷却凝结成水后进入凝汽器的出口返回热力系统。
8.根据权利要求5所述的一种蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，烟气经过高压凝结水加热器和空气预热器后被降至小于或等于55℃。
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