CN109373332B - 一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统和方法，利用进入旁路烟道的烟气热量的不同等级，首先由烟气高温段加热高温热水换热器中的循环水，加热后的热水回到垃圾焚烧炉侧的热风加热器，通过热风加热器加热进入垃圾焚烧炉的进风；接着烟气低温段通过低温热水换热器加热从低压加热器来的给水，加热后的热水回到除氧器，排挤除氧器抽汽。本发明一方面可以减少或消除焚烧炉烟气耦合进入燃煤锅炉时的传热不匹配问题，另一方面回收的烟气热量可以排挤除氧器抽汽，提高耦合发电热效率；与直接建设燃煤锅炉至焚烧炉的热风管道方案相比，本发明通过循环水为媒介进行热风耦合，还具有占用空间小、改造范围少和投资省的优点。

Description

一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统和方法

技术领域

本发明属于火力发电领域，更具体地说涉及一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统。

背景技术

随着社会人口增加，工业和农业发展，生活垃圾、工业和农业垃圾也与日俱增。目前，垃圾处理的方法主要有填埋、堆肥、焚烧等多种，但是将垃圾无害化、资源化处理是人类垃圾处理的目标。例如，人们利用垃圾焚烧产生蒸汽和发电已有百余年的历史。焚烧是垃圾无害化处理的重要手段之一，与其他垃圾处理方式相比具有处理时间短、减量显著、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点，在世界各国得到广泛应用。

燃煤锅炉耦合垃圾发电是解决垃圾围城、无害化处理城市固体废弃物的一种新型的有效方法，该技术采用传统垃圾焚烧炉焚烧垃圾，并将垃圾焚烧后的烟气引入燃煤锅炉进行处理，大大提高了垃圾热能的利用效率，同时减少了污染物的排放。垃圾焚烧炉的热风一般采用余热锅炉的蒸汽进行加热，而不是由燃煤锅炉提供，这使得焚烧炉的排烟在耦合进入燃煤锅炉换热时整个传热过程不平衡，进而导致燃煤锅炉排烟温度升高，机组整体热经济性下降。具体来说，现有煤锅炉耦合垃圾发电系统一般存在下列问题：(1)垃圾焚烧炉无配套的空气预热器，余热未能得到较好的利用，故排烟温度过高，当与燃煤锅炉进行烟气耦合后，由于焚烧炉本身的过量空气系数较煤粉炉高，会增加排烟氧量，综合影响使得能量不匹配，造成燃煤锅炉传热过程不平衡； (2)如果将焚烧炉的热风由煤粉炉来提供，则可以减少或消除上述传热不平衡问题，但是这种方案需要额外建设焚烧炉至燃煤锅炉的热风管道，考虑到热风行程较长，阻力大，还需要对风机进行改造，以增加风机出力，另外，热风管道尺寸大，需要占用较多的空间，在实际工程实施中容易受到现场条件的制约。

例如，中国专利CN 207035071 U公开了一种三分仓空气预热器烟气旁路热量加热一次风及给水的系统，包括三分仓空气预热器、冷烟气旁路，三分仓空气预热器由一次风仓室、二次风仓室和烟气仓室组成，三者相贯通；一次风仓室、二次风仓室的一端均通过管路和冷二次风进口相连、另一端均通过管路和热二次风出口相连；锅炉热烟气进口发出两条管路，分别为热烟气主路和热烟气旁路；热烟气主路连接在烟气仓室的一端，烟气仓室的另一端和冷烟气主路相连接；热烟气旁路连接在给水换热器的一侧，给水换热器的另外三侧通过管路分别连接给水口、锅炉(参见图1)。该实用新型实现了利用烟气同时加热冷一次风、冷二次风以及给水、给水换热器吸收的热量直接送往锅炉，烟气热量利用率高，也解决了三分仓空气预热器阻力大的问题。但该方案仅用于传统的燃煤火电机组。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，该烟气余热回收系统一方面可以减少或消除焚烧炉烟气耦合进入燃煤锅炉时的传热不匹配问题，另一方面回收的烟气热量可以排挤除氧器抽汽，提高耦合发电热效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，包括：风机、垃圾焚烧炉、连接所述风机和所述垃圾焚烧炉的垃圾焚烧炉进风道、燃煤锅炉烟道、设置在所述燃煤锅炉烟道尾部中的空气预热器、与燃煤机组汽轮机相连接的低压加热器和除氧器，所述风机通过所述垃圾焚烧炉进风道向所述垃圾焚烧炉送风；设置在所述燃煤锅炉烟道尾部的旁路烟道，所述旁路烟道的两端分别与所述空气预热器的进口烟道和出口烟道相连接；设置在所述旁路烟道中的高温热水换热器，用于吸收进入所述旁路烟道中的烟气的余热以使其中的循环水温度升高；设置在所述垃圾焚烧炉进风道中的热风加热器，用以通过其中的高温循环水使进入所述垃圾焚烧炉的进风温度升高；用于连接所述高温热水换热器和所述热风加热器的循环水管路，所述循环水管路用于输送所述高温热水换热器和所述热风加热器之间的循环水；以及设置在所述旁路烟道中的低温热水换热器，用于继续吸收流经所述高温热水换热器后的烟气的余热以使其中的给水温度升高，相对于所述高温热水换热器，所述低温热水换热器位于所述旁路烟道的下游，所述低温热水换热器分别与所述低压加热器和所述除氧器连接，所述低压加热器用于向所述低温热水换热器提供给水，所述除氧器用于接收流经所述低温热水换热器的给水。

所述循环水管路上设置有循环水泵，用于将所述高温热水换热器加热后的循环水输送至所述热风加热器。

所述旁路烟道的出口处设置有温度检测装置，用于检测旁路烟道的出口烟气温度。

所述旁路烟道的进口处设置有调节挡板，用于调节进入所述旁路烟道的烟气量。

本发明还提供了一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收的方法，该方法包括：

将所述烟气通过设置在燃煤锅炉烟道尾部中的空气预热器的进口烟道引入到设置在所述燃煤锅炉烟道尾部的旁路烟道中，所述旁路烟道的两端分别与所述空气预热器的进口烟道和出口烟道连接；

利用所述烟气加热设置在所述旁路烟道中的高温热水换热器以使其中的循环水温度升高，升温后的循环水由循环水管路输送至设置在垃圾焚烧炉进风道中的热风加热器以使进入垃圾焚烧炉的进风温度升高，使其温度达到焚烧垃圾的热风要求，流经所述热风加热器后的循环水降温后再回到所述高温热水换热器，重新吸收所述烟气的热量；

利用流经所述高温热水换热器后的烟气继续加热设置在所述旁路烟道下游中的低温热水换热器以使其中的给水温度升高，升温后的给水进入与燃煤机组汽轮机连接的除氧器，排挤除氧器抽汽，所述低温热水换热器中的给水来自与燃煤机组汽轮机连接的低压加热器。

所述旁路烟道的出口烟气温度高于预定温度值时，逐步关小所述旁路烟道进口处的调节挡板，使进入所述旁路烟道的烟气量变小，进入所述空气预热器的烟气量变大，所述旁路烟道的出口烟气温度低于预定温度值时，逐步开大所述旁路烟道进口处的调节挡板，使进入所述旁路烟道的烟气量变大，进入所述空气预热器的烟气量变小。

本发明燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统是在原有燃煤锅炉烟道尾部设增设旁路烟道，旁路烟道两端分别与空气预热器的进出口烟道相连通，在该旁路烟道上游设置高温热水换热器，在原有风机与焚烧炉之间增设热风加热器，该高温热水换热器和该热风加热器用循环水管路连接，并且在旁路烟道下游设置低温热水换热器，该低温热水换热器分别连接与燃煤机组汽轮机连接的低压加热器和除氧器。这样，利用燃煤锅炉尾部烟道中的空气预热器进口烟道引出的部分烟气来加热高温热水换热器使其中的循环水温度升高，温度升高后的循环水由循环水泵输送至热风加热器使进入垃圾焚烧炉的进风温度升高，使其温度达到焚烧特定垃圾所需的热风要求，流经该热风换热器降温后的循环水再回到该高温热水换热器，重新吸收旁路烟气的热量，完成循环；在该旁路烟道中的下游布置的低温热水换热器继续吸收流经该高温热水换热器后的烟气的余热，使其中的从低压加热器来的给水温度升高，经低温热水换热器加热后的水回到除氧器，排挤除氧器抽汽，提高耦合发电热效率。与现有技术相比本发明达到了以下显著的技术效果：

(1)本发明的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统解决了焚烧炉排烟耦合进入燃煤锅炉换热时的燃煤锅炉传热过程不平衡问题，同时还能够排挤汽机抽汽以提高耦合发电效率；

(2)与直接建设燃煤锅炉至焚烧炉的热风管道方案相比，本发明通过循环水为媒介进行热风耦合，还具有占用空间小、改造范围少和投资省的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的附图做简单地介绍，很显然下面描述的附图仅仅是对本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前体下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1示意性地示出了现有技术的一个实施例。

图2示意性地示出了本发明的生物质焚烧炉与燃煤机组蒸汽耦合的系统的结构。其中1–风机，2–热风加热器，3–垃圾焚烧炉，4–循环水泵，5–高温热水换热器，6–旁路烟道，7–空气预热器，8–燃煤锅炉，9–低温热水换热器，10–低压加热器，11–除氧器，12–燃煤锅炉烟道，13–垃圾焚烧炉进风道，14–循环水管路，15–烟气净化装置，16–烟囱，17-调节挡板，18-温度检测装置。

具体实施方式

本发明中“预定温度值”是根据燃煤锅炉烟道尾部中的空气预热器和旁路烟道中的高温和低温热水换热器的换热平衡设定的，当进入空气预热器烟道和进入旁路烟道中的烟气流量达到最佳分配时，旁路烟道的出口烟气温度设为预定温度值。

本发明中“旁路烟道的下游”、“旁路烟道的上游”是按照旁路烟道中烟气的流动方向界定的。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白理解，下面结合附图，进一步阐述本发明。

如附图2所示，在本实施例中，燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统包括燃煤耦合垃圾发电系统原有的结构单元：风机1、垃圾焚烧炉3、连接风机和垃圾焚烧炉3的垃圾焚烧炉进风道13、燃煤锅炉烟道12、设置在燃煤锅炉烟道12尾部中的空气预热器7、与燃煤机组汽轮机的低压缸连接的低压加热器10、与燃煤机组汽轮机的中压缸连接的除氧器11、用于净化烟气的烟气净化装置15和用于排放烟气的烟囱16，其中，风机1通过所述垃圾焚烧炉进风道13向所述垃圾焚烧炉3送风，以及增设的结构单元：设置在燃煤锅炉烟道12尾部的旁路烟道6，旁路烟道6两端分别与空气预热器7的进口烟道和出口烟道相连通(图中未示出)，设置在旁路烟道6上游中的高温热水换热器5，设置在垃圾焚烧炉进风道13中的热风加热器2，用于连接高温热水换热器5和热风加热器2的循环水管路14，循环水管路14用于输送高温热水换热器5和热风加热器2之间的循环水，和设置在旁路烟道6下游中的低温热水换热器9，低温热水换热器9分别连接低压加热器10和除氧器11。

旁路烟道6用于从空气预热器7的进口烟道引入一部分烟气进入其中，利用该烟气依次加热旁路烟道6中的高温热水换热器5和低温热水换热器9，从旁路烟道6出来的烟气最终并入空气预热器7的出口烟道，与流经空气预热器7的烟气一样最终进入烟气进化装置15进行净化，并最终通过烟囱16 排放。

高温热水换热器5用于吸收进入旁路烟道6中的烟气的热量，然后加热其中的循环水使其温度升高，加热后的循环水回到热风加热器2通过热风加热器2加热垃圾焚烧炉进风道13中的进入垃圾焚烧炉3的进风，使得进风的温度升高到焚烧特定垃圾所需的温度要求。

循环水管路14上可设置循环水泵4，用于将高温热水换热器5加热后的热水输送至热风加热器2。

低温热水换热器9用于吸收流经高温热水换热器5后的烟气的余热，加热其中的从低压加热器10来的给水，并将加热后的水供给除氧器11，排挤除氧器抽气，提高热力系统的热效率。

本发明的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统还可包括设置在旁路烟道6出口处的烟气温度检测装置18以及设置在旁路烟道6进口处的调节挡板 17。温度检测装置18用于检测旁路烟道6的出口烟气温度，调节挡板17用于调节进入旁路烟道6中的烟气量。这样，可根据旁路烟道6的出口烟气温度情况调节进入旁路烟道6中的烟气量。

本发明的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统的工作方式如下：

燃煤锅炉烟道12中的烟气通过空气预热器7的进口烟道，一部分烟气进入旁路烟道6，对设置在旁路烟道6中的高温热水换热器5进行加热，高温热水换热器5中的循环水吸收烟气的热量后温度升高，温度升高后的循环水由循环水管路14，通过循环水泵4输送至设置在垃圾焚烧炉进风道13中的热风加热器2，通过热风加热器2对垃圾焚烧炉进风道13中的进风进行加热，使其温度达到焚烧特定垃圾所需的热风要求，流经热风加热器2后的循环水降温后再回到高温热水换热器5，重新通过高温热水换热器5吸收旁路烟道6中的烟气的热量。流经高温热水换热器5的烟气继续在旁路烟道6行进，对旁路烟道6下游的低温热水换热器9进行加热，低温热水换热器9中的来自低压加热器10的给水吸收烟气的热量后温度升高，温度升高后的水进入除氧器 11，排挤除氧器抽汽，提高耦合发电效率。

当温度检测装置18检测到旁路烟道6的出口烟气温度小于预定温度值时，调节挡板17自动开大，使进入旁路烟道6中的烟气量增大，更多的烟气用于加热高温热水换热器5和低温热水换热器9，最终使得旁路烟道6的出口烟气温度达到预定的温度要求，此时更少的烟气进入空气预热器7。当温度检测装置18检测到旁路烟道6的出口处烟气温度高于预定温度值时，调节挡板17自动关小，使进入旁路烟道6中的烟气量减少，更少的烟气用于加热高温热水换热器5和低温热水换热器9，最终使得旁路烟道6的出口烟气温度达到预定的温度要求，此时更多的烟气进入空气预热器7。

通过上面的描述，可以看出本发明是利用进入旁路烟道的燃煤耦合垃圾发电系统产生的烟气热量的不同等级，首先由烟气高温段加热高温热水换热器中的循环水，加热后的热水回到垃圾焚烧炉侧的热风加热器，通过热风加热器加热进入垃圾焚烧炉的空气(进风)，从而将垃圾焚烧炉的进风温度升高到焚烧特定垃圾所需的温度要求；接着烟气低温段通过低温热水换热器加热来自低压加热器的给水，加热后的热水回到除氧器，排挤除氧器抽汽，提高燃煤耦合发电系统的热效率。因此，本发明一方面可以减少或消除焚烧炉烟气耦合进入燃煤锅炉时的传热不匹配问题，另一方面回收的烟气热量可以排挤除氧器抽汽，提高耦合发电热效率。与直接建设燃煤锅炉至焚烧炉的热风管道方案相比，本发明通过循环水为媒介进行热风耦合，还具有占用空间小、改造范围少和投资省的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，该燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统包括：风机(1)、垃圾焚烧炉(3)、燃煤锅炉(8)、连接所述风机(1)和所述垃圾焚烧炉(3)的垃圾焚烧炉进风道(13)、燃煤锅炉烟道(12)、设置在所述燃煤锅炉烟道(12)尾部中的空气预热器(7)、与燃煤机组汽轮机相连接的低压加热器(10)和除氧器(11)，所述风机(1)通过所述垃圾焚烧炉进风道(13)向所述垃圾焚烧炉(3)送风，垃圾焚烧后的烟气引入燃煤锅炉(8)进行处理，其特征在于，

该燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统还包括：设置在所述燃煤锅炉烟道尾部(12)的旁路烟道(6)，所述旁路烟道(6)的两端分别与所述空气预热器(7)的进口烟道和出口烟道相连接；设置在所述旁路烟道(6)中的高温热水换热器(5)，用于吸收进入所述旁路烟道(6)中的烟气的余热以使其中的循环水温度升高；设置在所述垃圾焚烧炉进风道(13)中的热风加热器(2)，用以通过其中的高温循环水使进入所述垃圾焚烧炉(3)的进风温度升高；用于连接所述高温热水换热器(5)和所述热风加热器(2)的循环水管路(14)，所述循环水管路(14)用于输送所述高温热水换热器(5)和所述热风加热器(2)之间的循环水；以及设置在所述旁路烟道(6)中的低温热水换热器(9)，用于继续吸收流经所述高温热水换热器(5)后的烟气的余热以使其中的给水温度升高，相对于所述高温热水换热器(5)，所述低温热水换热器(9)位于所述旁路烟道(6)的下游，所述低温热水换热器(9)分别与所述低压加热器(10)和所述除氧器(11)连接，所述低压加热器(10)用于向所述低温热水换热器(9)提供给水，所述除氧器(11)用于接收流经所述低温热水换热器(9)的给水。

2.根据权利要求1所述的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，其特征在于，所述循环水管路(14)上设置有循环水泵(4)，用于将通过所述高温热水换热器(5)加热后的循环水输送至所述热风加热器(2)。

3.根据权利要求1和2任一项所述的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，其特征在于，所述旁路烟道(6)的出口处设置有温度检测装置(18)，用于检测旁路烟道(6)的出口烟气温度。

4.根据权利要求1和2任一项所述的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收系统，其特征在于，所述旁路烟道(6)的进口处设置有调节挡板(17)，用于调节进入所述旁路烟道(6)的烟气量。

5.一种燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收方法，其特征在于，该方法包括：

将垃圾焚烧后的烟气引入燃煤锅炉(8)进行处理，将所述烟气通过设置在燃煤锅炉烟道(12)尾部中的空气预热器(7)的进口烟道引入到设置在所述燃煤锅炉烟道(12)尾部的旁路烟道(6)中，所述旁路烟道(6)的两端分别与所述空气预热器(7)的进口烟道和出口烟道连接；

利用所述烟气加热设置在所述旁路烟道(6)中的高温热水换热器(5)以使其中的循环水温度升高，升温后的循环水由循环水管路(14)输送至设置在垃圾焚烧炉进风道(13)中的热风加热器(2)以使进入垃圾焚烧炉(3)的进风温度升高，使其温度达到焚烧垃圾的热风要求，流经所述热风加热器(2)后的循环水降温后再回到所述高温热水换热器(5)，重新吸收所述烟气的热量；

利用流经所述高温热水换热器(5)后的烟气继续加热设置在所述旁路烟道(6)下游中的低温热水换热器(9)以使其中的给水温度升高，升温后的给水进入与燃煤机组汽轮机连接的除氧器(11)，排挤除氧器抽汽，所述低温热水换热器(9)中的给水来自与燃煤机组汽轮机连接的低压加热器(10)。

6.根据权利要求5所述的燃煤耦合垃圾发电的烟气余热回收方法，其特征在于，所述旁路烟道(6)的出口烟气温度高于预定温度值时，逐步关小所述旁路烟道(6)进口处的调节挡板(17)，使进入所述旁路烟道(6)的烟气量变小；所述旁路烟道(6)的出口烟气温度低于预定温度值时，逐步开大所述旁路烟道(6)进口处的调节挡板(17)，使进入所述旁路烟道(6)的烟气量变大。