CN106091580B - 一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法 - Google Patents

一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法，系统包括燃煤发电系统、一个褐煤预热器、一个带内置加热器的过热蒸汽流化床干燥器、暖风器系统等设备。褐煤预热器出口连接带内置加热器的过热蒸汽流化床干燥器入口，干燥器出口连接磨煤机入口，褐煤在干燥器内被脱除部分水分；内置加热器热源入口连接汽轮机某级抽汽口，出口连接对应的回热加热器疏水侧；根据暖风器负荷不同，暖风器系统的运行方式会发生改变。本发明可以使暖风器系统在不同季节、不同褐煤含水量和不同干燥程度时均能安全高效工作，锅炉排烟的余热以及干燥尾气的余热同时得到利用，运行暖风器对发电效率的不利影响得到消除。

Description

一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法
技术领域：
本发明属于燃煤火力发电领域，特别涉及一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法。
背景技术：
褐煤是一种劣质煤，其含水量高、挥发分含量高、灰含量高，发热量低、易自燃。褐煤储量巨大，易开采，价格一般较低。褐煤的全水分一般在在30％～60％，直接燃烧会导致发电效率低，制约了褐煤在火力发电领域的应用。我国的褐煤主要分布在内蒙古东部，这里冬季寒冷而漫长，为保证空预器安全运行，需要运行暖风器。传统暖风器以汽轮机抽汽为热源，但是这会导致汽轮机出力降低，且暖风器的运行会导致锅炉排烟温度升高，降低锅炉效率，进而导致发电系统效率下降。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统及方法，在需要投运暖风器的褐煤产区，暖风器不同负荷时，暖风器系统通过切换运行方式，既可以回收褐煤干燥尾气的余热，也能为暖风器提供充足的热源，锅炉排烟余热用于预热原煤，解决了投运暖风器导致的锅炉排烟温度升高的问题。系统对于干燥尾气余热实现高效回收和利用，对环境温度变化有很好的适应性，暖风器系统调节过程连续，提高了发电系统经济性。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、小汽轮机、回热系统、干燥系统以及暖风器系统，按照给水流向，回热系统包括依次连接的第一至第三高压加热器、除氧器以及第一至第四低压加热器，小汽轮机的热源入口连接汽轮机某级抽汽口，排汽口连接凝汽器，干燥系统包括原煤预热器、碎煤机、带内置加热器的流化床干燥器、除尘器、风机、磨煤机，暖风器系统包括干燥尾气余热回收器、第一泵、第二泵、第三泵、第四泵和暖风器；其中，
锅炉过热器出口连接汽轮机主蒸汽入口，汽轮机驱动发电机发电，汽轮机排汽口连接凝汽器蒸汽入口，凝汽器凝结水出口连接回热系统水侧进口，依次流过四个低压加热器、除氧器以及三个高压加热器，第一高压加热器给水出口连接锅炉给水入口；
汽轮机某级回热抽汽口连接带内置加热器的蒸汽流化床干燥器的内置加热器热源入口；
原煤预热器出口连接碎煤机入口，碎煤机出口连接带内置加热器的流化床干燥器煤粉入口，带内置加热器的流化床干燥器煤粉出口连接磨煤机入口，磨煤机出口连接锅炉煤粉入口；带内置加热器的流化床干燥器尾气出口连接除尘器入口，除尘器出口分为三股，一股连接干燥尾气余热回收器热源入口，一股连接风机，一股连接磨煤机入口；
第一泵的入口、出口分别和第四低压加热器给水入口、干燥尾气余热回收器入口连接，第二泵的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器入口、第四低压加热器给水入口连接，第三泵的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器出口、第三低压加热器给水出口连接，第四泵的入口、出口分别和第三低压加热器给水出口、干燥尾气余热回收器出口连接，干燥尾气余热回收器入口、出口分别和暖风器的热源出口、入口连接。
本发明进一步的改进在于：锅炉烟气出口分为两股，一股连接大气，一股连接原煤预热器热源入口。
本发明进一步的改进在于：带内置加热器的蒸汽流化床干燥器内置加热器热源出口连接相应的回热加热器疏水侧。
本发明进一步的改进在于：干燥尾气余热回收器凝结水出口连接外界环境。
本发明进一步的改进在于：第一泵和第四低压加热器之间还有第一阀门，第二泵和第四低压加热器之间还有第二阀门，第三泵和第三低压加热器之间还有第三阀门，第四泵和第三低压加热器之间还有第四阀门。
本发明进一步的改进在于：还包括给水泵，给水泵进口、出口分别连接除氧器出口、第三高压加热器给水入口。
本发明进一步的改进在于：还包括冷却塔，冷却塔的出入口与凝汽器的冷却水出入口之间组成循环回路。
一种集成暖风器的预干燥褐煤发电方法，该方法基于上述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，包括如下步骤：
磨煤机出口的煤粉进入锅炉炉膛燃烧，产生的高温烟气将工质水加热至过热蒸汽状态，通过主蒸汽管道送入汽轮机中膨胀做功，驱动汽轮机转动，汽轮机带动发电机发电；汽轮机低压缸出口蒸汽进入凝汽器冷凝，凝结水经过凝结水泵进入回热系统，在各级回热器中吸热，然后进入锅炉中吸热蒸发；
原煤经过原煤预热器预热后进入碎煤机磨碎，然后进入带内置加热器的流化床干燥器干燥，干燥后进入磨煤机磨碎，进入进入锅炉炉膛燃烧，干燥器尾气经过除尘器后，尾气一部分进入干燥尾气余热回收器冷凝放热，一部分被风机送入带内置加热器的流化床干燥器内当做流化风，分离出来的煤粉进入磨煤机；
在暖风器不运行或低负荷时，第二泵和第四泵关闭，第一泵和第三泵打开，干燥尾气余热回收器不仅加热部分低压给水，减少第三低压加热器和第四低压加热器的的部分抽汽，同时和暖风器组成回路，为暖风器提供热源，根据暖风器负荷不同，回路中水流量相应变化；
在暖风器负荷较高干燥尾气余热回收器功率不足时，第二泵和第四泵打开，第一泵和第三泵关闭，第四低压加热器和第三低压加热器串联，再与干燥尾气余热回收器并联，共同为暖风器提供热量，暖风器的热源流出暖风器后，一部分依次流入第四低压加热器和第三低压加热器，被加热后再流入暖风器，一部分经过干燥尾气余热回收器加热后再进入暖风器。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，该系统中第三低压加热器和第四低压加热器串联后，和干燥尾气余热回收器以及暖风器并联布置。当暖风器低负荷运行时，干燥尾气余热回收器作为加热器，同时提供加热空气和加热部分低压给水所需的热量，当暖风器高负荷运行，干燥尾气余热回收器不足以提供加热空气所需的热量时，暖风器系统的连接方式改为第三低压加热器和第四低压加热器串联后和干燥尾气余热回收器并联起来作为暖风器热源，提供加热空气所需的热量。原煤预热器的热源入口连接锅炉排烟侧，部分锅炉排烟用于预热原煤。本系统的布置方式充分考虑了环境温度大范围变化、褐煤含水量不同，充分回收干燥尾气的余热，使暖风器需要的汽轮机抽汽量降到最低水平，减少了汽轮机出力的损失，同时可以通过切换暖风器系统运行方式，实现暖风器功率的连续调节。经计算，在计算煤种和计算工况下，相比带有传统暖风器的预干燥褐煤电站，本发明提出的系统发电效率提高2.63％。
本发明一种集成暖风器的预干燥褐煤发电方法，该方法在传统发电系统中集成了褐煤预干燥系统和暖风器系统，暖风器系统的热源主要来自干燥尾气的余热，在环境温度不是太低，暖风器负荷较低时，干燥尾气的余热一部分作为暖风器热源，一部分加热部分低压给水，减少汽轮机回热抽汽量。在极端寒冷时，可以同时利用干燥尾气的余热和部分汽轮机低压给水的热量加热空气，确保暖风器在极端温度下依然有效运行，且暖风器的功率调节过程是连续的。部分锅炉排烟的余热用于预热原煤，既可以减少部分干燥抽汽量，也解决了暖风器运行导致的锅炉排烟温度上升的问题。本发明提出的方法，可以使褐煤电站在一年中不同环境温度条件下安全、高效运行。尤其是冬季寒冷地区，在极端寒冷时，系统依然可以保证暖风器安全运行，并能充分利用干燥尾气余热。经计算，在计算煤种和计算工况下，本发明提出的方法投资回收期相比传统暖风方法缩短了24％。
附图说明：
图1为本发明的结构原理图。
图中：1为锅炉，2为汽轮机，3为凝汽器，4为冷却塔，5为凝结水泵，6为干燥尾气余热回收器，7为小汽轮机，8为给水泵，9为原煤预热器，10为碎煤机，11为带内置加热器的蒸汽流化床干燥器，12为除尘器，13为风机，14为磨煤机，15为第一阀门，16为第一泵，17为第二泵，18为第二阀门，19为第三泵，20为第三阀门，21为第四阀门，22为第四泵，23为暖风器，24为发电机，25为第一高压加热器，26为第二高压加热器，27为第三高压加热器，28为除氧器，29为第一低压加热器，30为第二低压加热器，31为第三低压加热器，32为第四低压加热器。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做进一步的详细说明
如图1所示，本发明一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，包括锅炉1、汽轮机2、发电机24、凝汽器3、冷却塔4、凝结水泵5、回热系统、干燥系统以及暖风器系统，按照给水流向，回热系统包括依次连接的第一至第三高压加热器25-27、除氧器28以及第一至第四低压加热器29-32，干燥系统包括原煤预热器9、碎煤机10、带内置加热器的流化床干燥器11、除尘器12、风机13、磨煤机14，暖风器系统包括干燥尾气余热回收器6、第一阀门15、第一泵16、第二泵17、第二阀门18、第三泵19、第三阀门10、第四阀门21、第四泵22和暖风器23。
其中，锅炉1过热器出口连接汽轮机2主蒸汽入口，汽轮机2驱动发电机24发电，汽轮机2排汽口连接凝汽器3蒸汽入口，凝汽器3凝结水出口连接回热系统水侧进口，依次流过四个低压加热器、除氧器28以及三个高压加热器，第一高压加热器25给水出口连接锅炉给水入口。
汽轮机2某级回热抽汽口连接带内置加热器的蒸汽流化床干燥器11的内置加热器热源入口。
原煤预热器9出口连接碎煤机10入口，碎煤机10出口连接带内置加热器的流化床干燥器11煤粉入口，带内置加热器的流化床干燥器11煤粉出口连接磨煤机14入口，磨煤机14出口连接锅炉1煤粉入口；带内置加热器的流化床干燥器11尾气出口连接除尘器12入口，除尘器12出口分为三股，一股连接干燥尾气余热回收器6热源入口，一股连接风机13，一股连接磨煤机14入口。
第一泵16的入口、出口分别和第四低压加热器32给水入口、干燥尾气余热回收器6入口连接，第二泵17的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器6入口、第四低压加热器32给水入口连接，第三泵19的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器6出口、第三低压加热器31给水出口连接，第四泵22的入口、出口分别和第三低压加热器31给水出口、干燥尾气余热回收器6出口连接，干燥尾气余热回收器6入口、出口分别和暖风器23的热源出口、入口连接。
进一步的，锅炉1烟气出口分为两股，一股连接大气，一股连接原煤预热器9热源入口。
进一步的，带内置加热器的蒸汽流化床干燥器11内置加热器热源出口连接相应的回热加热器疏水侧。
进一步的，干燥尾气余热回收器6凝结水出口连接外界环境。
进一步的，第一泵16和第四低压加热器32之间还有第一阀门15，第二泵17和第四低压加热器32之间还有第二阀门18，第三泵19和第三低压加热器31之间还有第三阀门20，第四泵22和第三低压加热器31之间还有第四阀门21。
进一步的，给水泵8进口、出口分别连接除氧器28出口、第三高压加热器27给水入口。
进一步的，还包括冷却塔4，冷却塔4的出入口与凝汽器3的冷却水出入口之间组成循环回路。
本发明提出的发电系统，同时集成了干燥系统和暖风器系统，利用汽轮机抽汽干燥褐煤，利用干燥尾气余热使暖风器需要的汽轮机抽汽量降到最低水平，减少了汽轮机出力的损失，利用锅炉排烟余热预热原煤，降低暖风器运行导致的锅炉排烟温度升高，同时可以通过切换暖风器系统运行方式，实现暖风器功率的连续调节，使本系统在较大温度变化范围内均能高效运行，经计算，在计算煤种和计算工况下，相比带有传统暖风器的预干燥褐煤电站，本发明提出的系统发电效率提高2.63％。
本发明一种集成暖风器的预干燥褐煤发电方法，包括如下步骤：
磨煤机14出口的煤粉进入锅炉1炉膛燃烧，产生的高温烟气将工质水加热至过热蒸汽状态，通过主蒸汽管道送入汽轮机2中膨胀做功，驱动汽轮机2转动，汽轮机2带动发电机24发电；汽轮机2低压缸出口蒸汽进入凝汽器3冷凝，凝结水经过凝结水泵5进入回热系统，在各级回热器中吸热，然后进入锅炉1中吸热蒸发；
原煤经过原煤预热器9预热后进入碎煤机10磨碎，然后进入带内置加热器的流化床干燥器11干燥，干燥后进入磨煤机14磨碎，进入锅炉1炉膛燃烧，干燥器尾气经过除尘器12后，尾气一部分进入干燥尾气余热回收器6冷凝放热，一部分被风机13送入带内置加热器的流化床干燥器11内当做流化风，分离出来的煤粉进入磨煤机14；
在暖风器23不运行或低负荷时，第二阀门18和第二泵17关闭，第四阀门21和第四泵22关闭，第一阀门15和第一泵16打开，第三阀门20和第三泵19打开，干燥尾气余热回收器6不仅加热部分低压给水，减少第三低压加热器31和第四低压加热器32的的部分抽汽，同时和暖风器23组成回路，为暖风器23提供热源，根据暖风器负荷不同，回路中水流量相应变化；
在暖风器负荷较高干燥尾气余热回收器6功率不足时，第二阀门18和第二泵17打开，第四阀门21和第四泵22打开，第一阀门15和第一泵16关闭，第三阀门20和第三泵19关闭，第四低压加热器32和第三低压加热器31串联，再与干燥尾气余热回收器6并联，共同为暖风器23提供热量，暖风器23的热源流出暖风器后，一部分依次流入第四低压加热器32和第三低压加热器31，被加热后再流入暖风器，一部分经过干燥尾气余热回收器6加热后再进入暖风器。
本发明提出的发电方法，可以使褐煤电站在一年中不同环境温度条件下安全、高效运行。尤其是冬季寒冷或四季温差较大地区的褐煤电站，经计算，本发明提出的方法投资回收期相比使用传统暖风方法的系统缩短了24％。
概括来说，本发明提出的发电系统及方法，克服了传统的以汽轮机抽汽为暖风器热源的发电系统汽轮机出力降低、排烟温度升高且发电效率下降的缺陷，对于冬季寒冷地区的褐煤电站而言，本发明可以实现全年各种环境温度条件下暖风器系统的高效运行，尤其是可以通过切换暖风器系统的运行方式，实现暖风器功率的连续调节，同时充分利用干燥尾气的余热，替代汽轮机的部分回热抽汽和暖风抽汽，减少汽轮机出力的损失和循环效率的降低。锅炉排烟余热用于余热原煤，解决暖风器运行导致的锅炉排烟温度升高的问题。
应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域的技术人员可以对本发做出各种改动或修改，然而，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：包括锅炉(1)、汽轮机(2)、发电机(24)、凝汽器(3)、凝结水泵(5)、小汽轮机(7)、回热系统、干燥系统以及暖风器系统，按照给水流向，回热系统包括依次连接的第一至第三高压加热器(25-27)、除氧器(28)以及第一至第四低压加热器(29-32)，小汽轮机(7)的热源入口连接汽轮机(2)某级抽汽口，排汽口连接凝汽器(3)，干燥系统包括原煤预热器(9)、碎煤机(10)、带内置加热器的流化床干燥器(11)、除尘器(12)、风机(13)、磨煤机(14)，暖风器系统包括干燥尾气余热回收器(6)、第一泵(16)、第二泵(17)、第三泵(19)、第四泵(22)和暖风器(23)；其中，
锅炉(1)过热器出口连接汽轮机(2)主蒸汽入口，汽轮机(2)驱动发电机(24)发电，汽轮机(2)排汽口连接凝汽器(3)蒸汽入口，凝汽器(3)凝结水出口连接回热系统水侧进口，依次流过四个低压加热器、除氧器(28)以及三个高压加热器，第一高压加热器(25)给水出口连接锅炉给水入口；
汽轮机(2)某级回热抽汽口连接带内置加热器的蒸汽流化床干燥器(11)的内置加热器热源入口；
原煤预热器(9)出口连接碎煤机(10)入口，碎煤机(10)出口连接带内置加热器的流化床干燥器(11)煤粉入口，带内置加热器的流化床干燥器(11)煤粉出口连接磨煤机(14)入口，磨煤机(14)出口连接锅炉(1)煤粉入口；带内置加热器的流化床干燥器(11)尾气出口连接除尘器(12)入口，除尘器(12)出口分为三股，一股连接干燥尾气余热回收器(6)热源入口，一股连接风机(13)，一股连接磨煤机(14)入口；
第一泵(16)的入口、出口分别和第四低压加热器(32)给水入口、干燥尾气余热回收器(6)入口连接，第二泵(17)的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器(6)入口、第四低压加热器(32)给水入口连接，第三泵(19)的入口、出口分别和干燥尾气余热回收器(6)出口、第三低压加热器(31)给水出口连接，第四泵(22)的入口、出口分别和第三低压加热器(31)给水出口、干燥尾气余热回收器(6)出口连接，干燥尾气余热回收器(6)入口、出口分别和暖风器(23)的热源出口、入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：锅炉(1)烟气出口分为两股，一股连接大气，一股连接原煤预热器(9)热源入口。
3.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：带内置加热器的蒸汽流化床干燥器(11)内置加热器热源出口连接相应的回热加热器疏水侧。
4.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：干燥尾气余热回收器(6)凝结水出口连接外界环境。
5.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：第一泵(16)和第四低压加热器(32)之间还有第一阀门(15)，第二泵(17)和第四低压加热器(32)之间还有第二阀门(18)，第三泵(19)和第三低压加热器(31)之间还有第三阀门(20)，第四泵(22)和第三低压加热器(31)之间还有第四阀门(21)。
6.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：还包括给水泵(8)，给水泵(8)进口、出口分别连接除氧器(28)出口、第三高压加热器(27)给水入口。
7.根据权利要求1所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，其特征在于：还包括冷却塔(4)，冷却塔(4)的出入口与凝汽器(3)的冷却水出入口之间组成循环回路。
8.一种集成暖风器的预干燥褐煤发电方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的一种集成暖风器的预干燥褐煤发电系统，包括如下步骤：
磨煤机(14)出口的煤粉进入锅炉(1)炉膛燃烧，产生的高温烟气将工质水加热至过热蒸汽状态，通过主蒸汽管道送入汽轮机(2)中膨胀做功，驱动汽轮机(2)转动，汽轮机(2)带动发电机(24)发电；汽轮机(2)低压缸出口蒸汽进入凝汽器(3)冷凝，凝结水经过凝结水泵(5)进入回热系统，在各级回热器中吸热，然后进入锅炉(1)中吸热蒸发；
原煤经过原煤预热器(9)预热后进入碎煤机(10)磨碎，然后进入带内置加热器的流化床干燥器(11)干燥，干燥后进入磨煤机(14)磨碎，进入进入锅炉(1)炉膛燃烧，干燥器尾气经过除尘器(12)后，尾气一部分进入干燥尾气余热回收器(6)冷凝放热，一部分被风机(13)送入带内置加热器的流化床干燥器(11)内当做流化风，分离出来的煤粉进入磨煤机(14)；
在暖风器(23)不运行或低负荷时，第二泵(17)和第四泵(22)关闭，第一泵(16)和第三泵(19)打开，干燥尾气余热回收器(6)不仅加热部分低压给水，减少第三低压加热器(31)和第四低压加热器(32)的的部分抽汽，同时和暖风器(23)组成回路，为暖风器(23)提供热源，根据暖风器负荷不同，回路中水流量相应变化；
在暖风器负荷较高干燥尾气余热回收器(6)功率不足时，第二泵(17)和第四泵(22)打开，第一泵(16)和第三泵(19)关闭，第四低压加热器(32)和第三低压加热器(31)串联，再与干燥尾气余热回收器(6)并联，共同为暖风器(23)提供热量，暖风器(23)的热源流出暖风器后，一部分依次流入第四低压加热器(32)和第三低压加热器(31)，被加热后再流入暖风器，一部分经过干燥尾气余热回收器(6)加热后再进入暖风器。
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