CN109681898B - 相变热管式电厂一次风加热调温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变热管式电厂一次风加热调温系统，烟气由锅炉子系统进入尾部烟道子系统后排出，调温子系统的一次风经过一次风机，将冷空气经一次热风管先在暖风机中预热后输送至前置空气预热器加热，加热后的冷一次风由尾部烟道子系统中的高温烟气与前置空气预热器换热后再次加热形成调温风，由前置一次风管携带至热风分流处，一部分调温风经过冷调温风管阀进入冷风混合器掺混调温后经过风机进入磨煤机，另一部分调温风经过热调温风管阀后与主空气预热器加热后的热一次风经主一次风管进入热风混合器掺混后流进煤仓，用于输送煤粉至锅炉燃烧。系统热量利用率高、调温效果显著，能够提高磨煤机的出粉质量，在一定程度上可缓解空气预热器的低温腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种火电厂节能技术，特别涉及一种相变热管式电厂一次风加热调温系统。
背景技术
众所周知，燃煤电站中制粉系统的核心设备是磨煤机，磨煤机所需的热风由空气预热器出口的热一次风与从一次风机出口引出的调温风掺混得到。电厂动力煤种类繁多，因此热风温度要求也不同，一般在160℃～300℃之间，而空气预热器出口热一次风温一般在320℃以上，调温风温一般为25℃～35℃，冬天会更低，由此可以看到，掺混的两股风温差达近300℃，掺混造成的损非常巨大，尤其是对于一些使用低水分动力煤的电厂更是如此，造成了相当大的能量浪费。
燃煤电站机组的制粉系统中，一次风在空气预热器中加热至320℃左右，与调温风混合之后送入磨煤机干燥和输送煤粉。送入制粉系统的原煤水分越高，煤粉在制粉系统中的干燥程度越大，在总一次风量不变的前提下，一次风所需的热量越多；制粉系统出口风粉混合物的温度也受到严格约束，温度过高有爆燃的危险，温度过低将影响煤粉的稳定燃烧。因此，进入制粉系统的一次风温度受到原煤水分、煤粉干燥程度和风粉混合物温度等因素的严格限制。常规燃煤电站中磨煤机入口的一次风温度远低于空气预热器出口的热一次风温度，需要从一次风机出口引出部分冷风作为调温风，调节磨煤机入口一次风温度的调温风温度一般高于环境温度5～10℃，即在50℃以下，冬季温度更低。与空气预热器出口的热一次风相比，两者有近300℃的温差，掺混过程中存在较大的损失，在此过程中存在巨大节能潜力。
提高调温风的温度，减小掺混过程冷热流体的换热温差，可以降低掺混过程的损，提高机组发电效率。中国专利CN201310302601.3提出了一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，该系统主要是通过利用低能级凝结水和锅炉低温烟气预热空气节省用于回热的高压抽汽，从而显著增加机组出功、实现燃煤发电机组的深度节能降耗，并减轻余热利用受热面低温腐蚀问题。该专利虽在余热利用的角度与本发明有一定的相似之处，但并非用于一次风调温，且不能达到本发明的减小冷热掺混/>损和灵活调温效果。本发明从热一次风与冷调温风掺混过程中存在不可逆损失的角度提出一种新型一次风加热调温系统，该系统采用一次风多段加热和能量梯级利用的特点，能够有效地提高制粉系统调温风温，减小冷热掺混/>损，实现系统热量的高效利用。
发明内容
本发明是针对燃煤电厂一次风经过主空气预热器作为磨煤机的调温风温度过高，与冷空气掺混至煤粉干燥温度的温差过大，损增加的问题，提出了一种相变热管式电厂一次风加热调温系统，可有效解决燃煤电厂磨煤机/>损大、能耗高等问题，热量利用率高、调温效果显著，能够提高磨煤机的出粉质量，降低能量损失，在一定程度上可缓解空气预热器的低温腐蚀。
本发明的技术方案为：一种相变热管式电厂一次风加热调温系统，包括锅炉子系统、尾部烟道子系统、调温子系统和磨煤机子系统；
锅炉子系统包括锅炉、过热器和再热器，锅炉上部安装有过热器，过热器边侧布置再热器，燃煤在锅炉中燃烧，产生高温烟气进入过热器，过热器内的换热管与烟气进行热交换后再进入再热器表面，再次与再热器内的换热管进行热交换后进入尾部烟道；
尾部烟道子系统包括省煤器、主空气预热器、前置空气预热器、暖风机、除尘器，锅炉子系统输出烟气依次经过省煤器、主空气预热器和前置空气预热器，最后通过除尘器将烟气排入后续处理装置；
调温子系统：由二次风机通过二次风管将冷空气引入暖风机进行初次预热后，进入前置空气预热器进行再次加热，全部风量再进入主空气预热器后，直接进入锅炉中参与煤粉燃烧；冷空气通过一次风机进入系统后被分两路，一路冷风经过暖风机加热后通过一次热风管进入前置空气预热器加热后进行分流，一路由前置一次风管经前置风管阀引出形成调温风，另一路继续进入主空气预热器后由主一次风管引出进入热风混合器；另一路冷风通过一次冷风管、冷风管阀后到冷风混合器，控制冷风管阀开度可调节进入冷风混合器的冷风量和一次热风管的进风量，所述调温风由前置一次风管经前置风管阀从前置空气预热器引出后分两股，一股经过冷调温风管阀进入冷风混合器与一次冷风管携带的冷空气掺混后在磨煤机子系统中磨煤机中进行调温至最佳煤粉干燥温度；另一股调温风经过热调温风管阀与主一次风管经主风管阀携带的高温主一次风在热风混合器中掺混后，进入磨煤机子系统中煤仓输送煤粉至锅炉中燃烧。
所述前置空气预热器内置换热管，换热管加装泡沫金属基相变材料，泡沫金属基相变材料将换热管空间分成两个区，一个区与高温烟气进行热量交换，另一个区排布二次风管和一次热风管与主空气预热器后端连接。
所述的冷风混合器和热风混合器的热风风量取决于冷调温风管阀和热调温风管阀的开度，其开度又取决于实际锅炉负荷、燃煤特性与环境温度。
所述前置空气预热器与主空气预热器中间的抽头引出的一次风风量与通过主空气预热器的一次风风量通过前置风管阀和主风管阀的开度控制；一次冷风风量则根据冷风管阀控制。
所述尾部烟道子系统还包括换热管和加热尾部烟气的各级加热器，尾部烟道中烟气经换热器与尾部烟道外各级加热器进行热交换，为前置空气预热器提供额外的热量。
本发明的有益效果在于：本发明相变热管式电厂一次风加热调温系统，采用一次风多段加热技术可以方便地实现调温风的预热，可以有效减小掺混温差，降低掺混过程的损失；空气预热器段换热量减少，所需烟气量会减少，进入旁路烟道、排挤汽轮机抽汽的烟气量就会增加，机组出功会在原有基础上进一步增加，煤耗进一步降低；利用某一级加热器在暖风机中加热一次风(包括调温风)，提高前置式空气预热器的进风温度，除确保热量平衡外还能有效防止前置式空气预热器的低温腐蚀。
附图说明
图1为本发明相变热管式电厂一次风加热调温系统结构示意图；
图2为本发明前置空气预热器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示相变热管式电厂一次风加热调温系统结构示意图，系统包括锅炉子系统、尾部烟道子系统、调温子系统和磨煤机子系统。锅炉子系统包括锅炉1、过热器2和再热器3，锅炉1上部安装有过热器2，过热器2边侧布置再热器3。燃煤在锅炉1中燃烧，产生高温烟气进入过热器2，过热器2内的换热管与烟气进行热交换后再进入再热器3表面，再次与再热器3内的换热管进行热交换后进入尾部烟道。尾部烟道子系统包括省煤器4、主空气预热器5、换热管6、前置空气预热器7、加热尾部烟气的各级加热器8、暖风机9、除尘器10。省煤器4位于再热器3后部分成两路布置，其后安装有主空气预热器5和前置空气预热器7，其内部加装相变热管用于强化热输送，最后通过除尘器10将烟气排入后续处理装置。分流烟道的烟气经换热器6与加热器8进行热交换，为前置空气预热器7提供额外的热量。
调温子系统，由二次风机11通过二次风管13将冷空气引入暖风机9进行初次预热后，进入前置空气预热器7进行再次加热，全部风量再进入主空气预热器5后，直接进入锅炉1中参与煤粉燃烧。而冷空气通过一次风机12进入系统后被分两路，一路冷风经过暖风机9加热后通过一次热风管14进入前置空气预热器7加热后进行分流，一路由前置一次风管16经前置风管阀16a引出形成调温风，另一路继续进入主空气预热器5后由主一次风管18引出进入热风混合器19；另一路冷风通过一次冷风管15、冷风管阀15a后到冷风混合器17，控制冷风管阀15a开度可调节进入冷风混合器17的冷风量和一次热风管14的进风量，所述调温风由前置一次风管16从前置空气预热器7引出后分两股，一股经过冷调温风管阀16b进入冷风混合器17与一次冷风管15携带的冷空气掺混后在磨煤机子系统中磨煤机22中进行调温至最佳煤粉干燥温度；另一股调温风经过热调温风管阀16c与主一次风管18经主风管阀18a携带的高温主一次风在热风混合器19中掺混后，进入磨煤机子系统中煤仓20输送煤粉至锅炉1中燃烧。
如图2所示前置空气预热器的结构示意图，前置空气预热器7内置换热管7a，换热管7a加装泡沫金属基相变材料7b，泡沫金属基相变材料7b将换热管7a空间分成两个区，一个区与高温烟气进行热量交换，一个区排布二次风管7d和一次热风管7c与主空气预热器5后端连接。换热管7a中充满有机工质，经过泡沫金属基相变材料7b进行快速热传递，将大部分热量传递至二次风管7d和一次热风管7c周围，与风管中的冷空气进行热交换后，提高一次风和二次风温度，相变温度区间为100～300℃。
在一次风加热调温系统中，锅炉子系统主要产生高温烟气，与过热器2和再热器3进行热交换之后，进入尾部烟道子系统，将高温烟气用于加热主空气预热器5和前置空气预热器7。在一次风机和二次风机的驱动下，将冷空气经一次风管和二次风管进入暖风机9中进行预热，然后进入前置空气预热器7再次加热。全部二次风经过主空气预热器5后进入锅炉参与煤粉燃烧，而一次风经过前置空气预热器7后分成两股气流，一股通过前置一次风管抽出，与一次冷风在冷风混合器17中掺混后，输送至磨煤机22，参与磨煤机内煤粉的干燥过程；另一股调温风经过热调温风管阀16c与主空气预热器5再次加热的热一次风通过热风混合器掺混后进入煤仓，输送煤粉进入锅炉燃烧。
磨煤机22对进口的风量和风温都有严格的要求，过高或过低都会影响生产安全。掺混后的风量和温度确定，掺混前热流体(热一次风)的温度确定，热流体的流量、冷流体(调温风)的温度、冷流体的流量三者任定其一工况即可明确。当提高冷流体(调温风)温度时，热流体(热一次风)流量只能减少才能保证掺混后的风温不变，即调温风温提高时，调温风量增加，热一次风量减少，忽略漏风量的变化时通过空气预热器的总空气量减少，空气预热器段换热量减少，但用于加热调温风的热量会增加。
在前置式空气预热器7、主空气预热器5之前设置抽头，经过前置一次风管引出一股风作为调温风，冷调温风管阀16b与热调温风管阀16c的开度与锅炉负荷、燃煤特性和环境温度有关。当锅炉负荷较低时，磨煤机出力降低，所需干燥的煤粉量减少，冷调温风管阀16b开度减小，导致热调温风管阀16c开度增大，热风混合器19内的一次风温度上升，携带煤粉的温度上升，有利于煤粉充分燃烧；而锅炉负荷较高时，磨煤机出粉量增加，应提升冷风混合器内的温度，导致冷调温风管阀16b的开度增大，而冷风管阀15a的开度应减小。为保证热风混合器内的温度不降低，应保证主一次风管的风量和温度基本不变，一次冷风管减小的风量与前置一次风管增加的风量基本一致，其增加量全部进入冷风混合器参与调温，从而在锅炉高负荷状态下，满足磨煤机中的热风干燥煤粉的需求。
前置空气预热器7与主空气预热器5中间的抽头引出的一次风风量与通过主空气预热器5的一次风风量通过前置风管阀16a和主风管阀18a的开度控制；一次冷风风量则根据冷风管阀15a控制。当环境温度一定而锅炉负荷较低时，烟气温度降低，前置空气预热器出口一次风温度较低，主空气预热器出口的热一次风温度同样降低。为保证同样的掺混温度，主风管阀开度减小，而前置风管阀开度增大，这样导致冷风管阀15a开度减小，从而可以控制磨煤机进口的调温风温度基本保持不变，有利于稳定炉膛温度。同时因主风管阀开度减小，通过主空气预热器的烟气与一次风换热减少，前置空气预热器温度抬升，在一定程度上可缓解空气预热器的低温腐蚀。
采用一次风多段加热技术可以方便地实现调温风的预热，该系统在前置式空气预热器7、主空气预热器5之前设置抽头，引出一股风作为调温风，即调温风经过预热过程，余下的风继续经过主空气预热器进一步加热形成热一次风，两者再进行掺混，可以有效减小掺混温差，降低掺混过程的损失；空气预热器段换热量减少，所需烟气量会减少，进入旁路烟道、排挤汽轮机抽汽的烟气量就会增加，机组出功会在原有基础上进一步增加，煤耗进一步降低；与原有设置相比，由于调温风也需要加热，空气吸热量增加，所以前置式空气预热器7放热量不足，因此利用某一级加热器在暖风机9中加热一次风(包括调温风)，提高前置式空气预热器的进风温度，除确保热量平衡外还能有效防止前置式空气预热器的低温腐蚀。
Claims (1)
1.一种相变热管式电厂一次风加热调温系统，其特征在于，包括锅炉子系统、尾部烟道子系统、调温子系统和磨煤机子系统；
锅炉子系统包括锅炉(1)、过热器(2)和再热器(3)，锅炉(1)上部安装有过热器(2)，过热器(2)边侧布置再热器(3)，燃煤在锅炉(1)中燃烧，产生高温烟气进入过热器(2)，过热器(2)内的换热管与烟气进行热交换后再进入再热器(3)表面，再次与再热器(3)内的换热管进行热交换后进入尾部烟道；
尾部烟道子系统包括省煤器(4)、主空气预热器(5)、前置空气预热器(7)、暖风机(9)、除尘器(10)，锅炉子系统输出烟气依次经过省煤器(4)、主空气预热器(5)和前置空气预热器(7)，最后通过除尘器(10)将烟气排入后续处理装置；
调温子系统：由二次风机(11)通过二次风管(13)将冷空气引入暖风机(9)进行初次预热后，进入前置空气预热器(7)进行再次加热，全部风量再进入主空气预热器(5)后，直接进入锅炉(1)中参与煤粉燃烧；冷空气通过一次风机(12)进入系统后被分两路，一路冷风经过暖风机(9)加热后通过一次热风管(14)进入前置空气预热器(7)加热后进行分流，一路由前置一次风管(16)经前置风管阀(16a)引出形成调温风，另一路继续进入主空气预热器(5)后由主一次风管(18)引出进入热风混合器(19)；另一路冷风通过一次冷风管(15)、冷风管阀(15a)后到冷风混合器(17)，控制冷风管阀(15a)开度可调节进入冷风混合器(17)的冷风量和一次热风管(14)的进风量，所述调温风由前置一次风管(16)经前置风管阀(16a)从前置空气预热器(7)引出后分两股，一股经过冷调温风管阀(16b)进入冷风混合器(17)与一次冷风管(15)携带的冷空气掺混后在磨煤机子系统中磨煤机(22)中进行调温至最佳煤粉干燥温度；另一股调温风经过热调温风管阀(16c)与主一次风管(18)经主风管阀(18a)携带的高温主一次风在热风混合器(19)中掺混后，进入磨煤机子系统中煤仓(20)输送煤粉至锅炉(1)中燃烧；
所述前置空气预热器(7)内置换热管(7a)，换热管(7a)加装泡沫金属基相变材料(7b)，泡沫金属基相变材料(7b)将换热管(7a)空间分成两个区，一个区与高温烟气进行热量交换，另一个区排布二次风管(7d)和一次热风管(7c)与主空气预热器(5)后端连接；
所述的冷风混合器(17)和热风混合器(19)的热风风量取决于冷调温风管阀(16b)和热调温风管阀(16c)的开度，其开度又取决于实际锅炉负荷、燃煤特性与环境温度；
所述前置空气预热器(7)与主空气预热器(5)中间的抽头引出的一次风风量与通过主空气预热器(5)的一次风风量通过前置风管阀(16a)和主风管阀(18a)的开度控制；一次冷风风量则根据冷风管阀(15a)控制；
所述尾部烟道子系统还包括换热管(6)和加热尾部烟气的各级加热器(8)，尾部烟道中烟气经换热器(6)与尾部烟道外各级加热器(8)进行热交换，为前置空气预热器(7)提供额外的热量。
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