CN106152093B - 全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电系统，水冷壁通过连接的过热器和主蒸汽管道连接汽轮机；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加热器；空气加热器的出风作为二次风，二次风与一次风随燃料一起送入炉膛；多路汽轮机抽汽管路分别用于与高压凝结水加热器、低压加热器、高压加热器和空气加热器进行热交换。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

全回热的燃料燃烧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，特别涉及一种全回热的燃料燃烧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。在传统的空气预热器，受热面两侧都为气体，除低温腐蚀问题难于处理外，受热面的传热强化也存在困难。传统热力循环采用的锅炉系统，在不同负荷下其SCR脱硝通常受到SCR催化剂所在位置温度变化的影响，难以控制。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，对SCR运行不利，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全回热的燃料燃烧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：
全回热的燃料燃烧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、风机、凝结水泵、高压凝结水泵、高压凝结水加热器、低压加热器、给水泵、高压加热器和空气加热器；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加热器；空气加热器的出风作为二次风，二次风与一次风个燃料一起送入炉膛；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高压凝结水加热器、低压加热器、高压加热器和空气加热器进行热交换；锅炉高温烟气段的排烟管与高压凝结水加热器热交换后连接烟气净化系统。
进一步的，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路分成三路；第一路管路中的蒸汽与空气加热器热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中；第二路管路中的蒸汽与高压加热器热交换后汇入第三路管路；第三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。
进一步的，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路中的蒸汽与空气加热器热交换后形成两路，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。
进一步的，高压凝结水泵控制其出口凝结水的流量，使得烟气热容流率与高压凝结水泵所抽取凝结水热容流率相同。
全回热的燃料燃烧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加热器，在空气加热器中冷空气被来自汽轮机的多级抽汽加热，然后作为二次风和一次风与燃料一起送入炉膛参与燃烧，产生高温烟气先后经过炉膛和锅炉高温烟气段；燃料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、第一再热器和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入凝汽器，在循环冷却介质的作用下凝结成水；空气加热器的疏水、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并除氧，然后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后进入锅炉水冷壁；另1路凝结水通过高压凝结水泵不经抽汽加热而直接送入高压凝结水加热器，被来自于锅炉高温烟气段的高温烟气加热后与高压加热器的工质水一同进入水冷壁，再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。
进一步的，炉膛中燃料与空气燃烧生成的高温烟气先后经过炉膛内的水冷壁、过热器、再热器和锅炉高温烟气段内的对流过热器、对流再热器被冷却，然后进入高压凝结水加热器被高压凝结水冷却至排烟温度，经烟气处理系统净化后排入大气。
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成一定细度的颗粒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，控制高压凝结水水量使得高压凝结水加热器中水的温升等于烟气温降，高压凝结水加热器受热面的烟气侧采用扩展受热面强化传热。该方法可方便调整SCR催化剂处的烟气温度，有利于SCR的正常进行。
进一步的，空气加热器空气侧采用扩展受热面强化换热。
进一步的，循环工质分两路进入锅炉，一路为不经抽汽回热加热的高压凝结水通过高压凝结水加热器吸收低温段烟气热量进入锅炉水冷壁；另一路凝结水通过汽轮机多级回热加热器而不经过省煤器直接进入锅炉水冷壁。
进一步的，烟气经过高压凝结水加热器可被降至低于常规的锅炉排烟温度。
进一步的，高压凝结水加热器中的工质可以是不经抽汽加热而由高压凝结水泵直接送入的凝结水，也可以是来自于低压加热器中被低压抽汽加热后的工质经高压凝结水泵升压后送入高压凝结水加热器。
进一步的，对于采用气体作为燃料的系统，气体的加热也可以采用与空气同样的加热方式，即采用汽轮机抽汽加热气体燃料，可以防止一般烟气加热气体由于腐蚀和燃料的泄露造成的爆炸危险。
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，另一方面，凝结水的温度可控，既可以提高温度消除低温腐蚀，也可以采用低温凝结水和采用低温防腐表面的强化传热换热面降低烟气温度到极限。
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，为给水温度的进一步提高创造了条件。
本发明冷空气的加热采用清洁的汽轮机抽汽，避免了空气加热器的低温腐蚀，为采用强化传热的空气加热器也创造了条件，还为节约启动时的燃油消耗提供了条件。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为本发明一种燃料燃烧的蒸汽动力循环热力发电系统的结构示意图。
图2是本发明一种燃料燃烧的蒸汽动力循环热力发电系统另一实施例的结构图。
其中：1-炉膛和锅炉高温烟气段；2-第一再热器；3-第二再热器；4-过热器；5-水冷壁；6-二次风；7-一次风；8-燃料；9-主蒸汽管道；10-发电机；11-汽轮机再热蒸汽进出口；12-汽轮机；13-乏汽管道；14-凝汽器；15-汽轮机抽汽管路；16-风机；17-凝结水泵；18-高压凝结水泵；19-烟气净化系统；20-高压凝结水加热器；21-低压加热器；22-给水泵；23-高压加热器；24-空气加热器。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电系统，包括炉膛和锅炉高温烟气段1、第一再热器2、第二再热器3、过热器4、水冷壁5、主蒸汽管道9、发电机10、汽轮机12、凝汽器14、风机16、凝结水泵17、高压凝结水泵18、烟气净化系统19、高压凝结水加热器20、低压加热器21、给水泵22、高压加热器23和空气加热器24。
炉膛1的锅炉高温烟气段设有第一再热器2、第二再热器3、过热器4和水冷壁5；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2和第二再热器3通过管道连接汽轮机再热蒸汽进出口11。水冷壁5的出口通过依次连接的过热器4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17的入口和高压凝结水泵18的入口。凝结水泵17的出口通过依次连接的低压加热器21、给水泵22和高压加热器23连接水冷壁5的入口。高压凝结水泵18的出口与高压凝结水加热器20换热后连接水冷壁5的入口。风机16的出口通过空气加热器24连接炉膛入口。汽轮机12的多路汽轮机抽汽管路15分别用于与高压凝结水加热器20、低压加热器21、高压加热器23和空气加热器24进行热交换。
请参阅图1所示，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路15分成三路；第一路管路中的蒸汽与空气加热器24热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中；第二路管路中的蒸汽与高压加热器23热交换后汇入第三路管路；第三路管路中的蒸汽与低压加热器21热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
请参阅图2所示，汽轮机连接多路汽轮机抽汽管路15中的蒸汽与空气加热器24热交换后形成两路，第一路管路中的蒸汽与高压加热器23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21热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
本发明一种全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电系统及其工艺，系统主要由风机供风系统，燃料供给系统、炉膛和锅炉高温烟气段、水冷壁、过热器、再热器、高压凝结水加热器、汽轮机、发电机、凝汽器、空气加热器、凝结水泵、高压凝结水泵、给水泵、低压加热器、高压加热器和烟气处理系统构成。
空气加热器24与供风系统、汽轮机多级抽汽、燃料供给系统和炉膛相连接。
本发明一种全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电工艺，包括以下步骤：
风机16抽取大气中的冷空气送入空气加热器24，在空气加热器24中冷空气被来自汽轮机12的抽汽加热，然后作为二次风6和一次风7与燃料8一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5、过热器4、第一再热器2、第二再热器3等间壁式换热面传递给循环工质，将来自于高压加热器23加热后的锅炉给水、来自于高压凝结水加热器20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4和汽轮机12的主蒸汽管道9送入汽轮机膨胀做功，第一再热器2、第二再热器3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。空气加热器24的疏水、高压加热器23和低压加热器21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17送入低压加热器21被来自于汽轮机低压级的抽汽加热和除氧，再通过给水泵22送入高压加热器23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5，另1路凝结水通过高压凝结水泵18直接送入高压凝结水加热器20，被来自于锅炉高温烟气段的高温烟气加热后与高压加热器23的工质水一同进入水冷壁5，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。
炉膛中燃料与空气燃烧生成的高温烟气先后经过炉膛内的水冷壁、过热器、再热器等受热面和锅炉高温烟气段内的对流过热器、对流再热器等受热面被冷却，然后进入高压凝结水加热器20被高压凝结水冷却至排烟温度，经烟气处理系统29净化后排入大气。

Claims (10)

1.全回热的燃料燃烧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(2)、第二再热器(3)、过热器(4)、水冷壁(5)、主蒸汽管道(9)、发电机(10)、汽轮机(12)、凝汽器(14)、风机(16)、凝结水泵(17)、高压凝结水泵(18)、高压凝结水加热器(20)、低压加热器(21)、给水泵(22)、高压加热器(23)和空气加热器(24)；
炉膛和锅炉高温烟气段设有过热器、水冷壁、第一再热器(2)和第二再热器(3)；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加热器；空气加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、高压加热器和空气加热器进行热交换；
锅炉高温烟气段的排烟管与高压凝结水加热器热交换后连接烟气净化系统(19)。
2.根据权利要求1所述的全回热的燃料燃烧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(15)分成三路；第一路管路中的蒸汽与空气加热器(24)热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中；第二路管路中的蒸汽与高压加热器(23)热交换后汇入第三路管路；第三路管路中的蒸汽与低压加热器(21)热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
3.根据权利要求1所述的全回热的燃料燃烧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(15)中的蒸汽与空气加热器(24)热交换后形成两路，第一路管路中的蒸汽与高压加热器(23)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(21)热交换后形成凝结水汇入凝汽器出口的凝结水中。
4.根据权利要求1所述的全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电系统，其特征在于，高压凝结水泵(18)控制其出口凝结水的流量，使得烟气热容流率与高压凝结水泵(18)所抽取凝结水热容流率相同。
5.全回热的燃料燃烧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中任一项所述的全回热的燃料燃烧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加热器，在空气加热器中冷空气被来自汽轮机的多级抽汽加热，然后作为二次风和一次风与燃料一起送入炉膛参与燃烧，产生高温烟气先后经过炉膛和锅炉高温烟气段；
燃料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、第一再热器和第二再热器传递给循环工质，将来自于高压加热器(23)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入凝汽器，在循环冷却介质的作用下凝结成水；空气加热器的疏水、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并除氧，然后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后进入锅炉水冷壁；另1路凝结水通过高压凝结水泵不经抽汽加热而直接送入高压凝结水加热器，被来自于锅炉高温烟气段的高温烟气加热后与高压加热器的工质水一同进入水冷壁，再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。
6.根据权利要求5所述的全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，炉膛中燃料与空气燃烧生成的高温烟气先后经过炉膛内的水冷壁、过热器、再热器和锅炉高温烟气段内的对流过热器、对流再热器被冷却，然后进入高压凝结水加热器被高压凝结水冷却至排烟温度，经烟气处理系统净化后排入大气。
7.根据权利要求5所述的全回热的燃料燃烧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。
8.根据权利要求5所述的全回热的燃料燃烧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。
9.根据权利要求5所述的全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，控制高压凝结水水量使得高压凝结水加热器中水的温升等于烟气温降，高压凝结水加热器受热面的烟气侧采用扩展受热面强化传热；空气加热器空气侧采用扩展受热面强化换热。
10.根据权利要求5所述的全回热的燃料燃烧蒸汽动力循环热力发电工艺，其特征在于，对于采用气体作为燃料的系统，气体的加热采用与空气同样的加热方式：采用汽轮机抽汽加热气体燃料。
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