CN109855109A - 一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置及其方法，所述回收装置包括：空气预热器、显热换热器、脱硫塔、潜热换热器、烟气加热器、板式换热器、溴化锂吸收式热泵发生器、溴化锂吸收式热泵冷凝器、溴化锂吸收式热泵蒸发器和溴化锂吸收式热泵吸收器，本发明与现有火电厂烟气余热回收系统相比，在满足用户负荷的前提下，溴化锂吸收式热泵与低压加热器的耦合使用，不仅仅可以回收利用火电厂中空气预热器后的烟气显热，还可以回收利用脱硫塔后烟气中水分的汽化潜热，进而降低发电煤耗，同时减少排烟附带的水分，消除“有色烟羽”，更好的响应了我国“节能减排”的政策要求。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂节能减排技术领域，特别是涉及电站锅炉排烟余热的深度回收装置及其方法。
背景技术
截止2017年底，中国总装机容量17.7703亿千瓦，其中火电11.0664亿千瓦，占62.27％；2017年发电量64179亿千瓦时，其中火电45513亿千瓦时，占70.92％。可见，火电在国内电力市场仍占据主要地位，与此同时电站锅炉消耗大量化石能源。电站锅炉排放烟气附带造成的损失占锅炉全部损失的50％，同时约占锅炉输入燃料热量的3％-6％；如有效降低锅炉烟气排放温度15℃，可实现锅炉效率提高1％。目前，电站锅炉空气预热器后烟气温度约在130℃-150℃，距烟气露点有一定的温差，可以进一步回收烟气显热；并且脱硫塔后烟气相对湿度较高，水蒸气含量几乎达到饱和状态，含有大量的潜热可以回收利用。
公知的溴化锂吸收式热泵主要是由发生器、冷凝器、蒸发器以及吸收器等部件组成，利用制冷剂在溶液中不同温度下具有不同溶解度的特性，使制冷剂在较低的温度和压力下被吸收剂吸收，同时又使它在较高的温度和压力下从溶液中蒸发，完成循环实现制冷剂吸收与再生的。吸收式热泵系统中冷凝器、节流阀以及蒸发器与压缩蒸汽制热循环的相同。实际运行中，受低温热源温度较低的影响，一类溴化锂吸收式热泵出现低温启动困难、制热衰减严重等问题，严重时热泵COP仅仅为1。
因此希望有一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置及其方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明公开了一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置，所述回收装置包括：空气预热器、显热换热器、脱硫塔、潜热换热器、烟气加热器、板式换热器、溴化锂吸收式热泵发生器、溴化锂吸收式热泵冷凝器、溴化锂吸收式热泵蒸发器和溴化锂吸收式热泵吸收器；
所述电站锅炉排烟出口连接空气预热器的入口，空气预热器的出口连接显热换热器的入口，将烟气输入显热换热器中，显热换热器的出口连接脱硫塔的入口，使烟气进行脱硫反应，脱硫塔的出口连接潜热换热器的入口，潜热换热器的出口连接烟气加热器的入口对烟气进行再加热，烟气加热器的出口连接烟囱将经过处理的烟气进行排出；
所述显热换热器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述溴化锂吸收式热泵发生器的入口，所述溴化锂吸收式热泵发生器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述烟气加热器的入口，所述显热换热器的出口中的一路直接连接所述烟气加热器，所述烟气加热器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述显热换热器的入口；
所述潜热换热器的出口通过低温闭式循环水管路连接溴化锂吸收式热泵蒸发器的入口，并且所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的出口通过低温闭式循环水管路连接所述潜热换热器的入口；
所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的出口通过中温闭式循环水管路连接所述板式换热器的入口，所述板式换热器的出口通过中温闭式循环水管路连接溴化锂吸收式热泵吸收器的入口，所述溴化锂吸收式热泵吸收器的出口通过中温闭式循环水管路连接所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的入口；
所述第一低压加热器的出口通过所述板式换热器连接第二低压加热器的入口；
所述溴化锂吸收热泵机组发生器出口通过热泵内介质循环管路连接所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的入口，所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的出口通过热泵内介质循环管路连接所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的入口，所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的出口通过热泵内介质循环管路连接吸收器的入口，所述吸收器与所述溴化锂吸收式热泵发生器经过所述溶液热交换器使用热泵内介质循环管路互通。
优选地,所述高温闭式循环水管路、中温闭式循环水管路及低温闭式循环水管路均在各自管路最高点安装有高位水箱，并且分别安装有水泵、注水阀和排水阀。
优选地,所述显热换热器设置有第一烟气旁路，所述潜热换热器与烟气加热器设置有第二烟气旁路，所述溴化锂吸收式热泵发生器设置有第一水旁路，所述板式换热器设置有凝结水旁路。
优选地，所述显热换热器材质为ND钢(09CrCuSb，09铬铜锑)，所述潜热换热器与烟气加热器的材质均为氟塑料。
优选地,所述显热换热器的内换热器管为U型弯头且设置在所述显热换热器箱体的外侧。
本发明还公开了一种使用上述电站锅炉排烟余热的深度回收装置的方法，所述回收方法包括以下步骤：
步骤1：高温闭式循环水进入所述显热换热器的管程，吸收经所述空气预热器预热后烟气的显热作为所述溴化锂吸收式热泵发生器的驱动热源，然后高温闭式循环水进入所述烟气加热器的管程加热烟气后再次回到所述显热换热器，完成一次循环；
步骤2：低温闭式循环水进入所述潜热换热器的管程，吸收经所述脱硫塔脱硫后烟气中水分的汽化潜热作为所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的低温热源，同时烟气脱水，随后低温闭式循环水回到所述潜热换热器，完成一次循环。
步骤3：中温闭式循环水吸收所述溴化锂吸收式热泵冷凝器与所述溴化锂吸收式热泵吸收器的热量加热凝结水，同时所述板式换热器位于第一低压加热器与第二低压加热器之间，实现排挤第二低压加热器抽气返回汽轮机内继续做工，进而增加发电量，降低发电煤耗。
本发明克服了现有电站锅炉系统排放低温烟气造成热损失及低温热源温度低时吸收式热泵运行性能差等问题，提供一种科学合理，适用性强的电站锅炉排烟余热回收方法，该方法不仅能够有效降低电站锅炉烟气排放温度，回收烟气显热及其中水蒸气的潜热，而且能高效的提高吸收式热泵COP，增加热水出口温度，最终实现排挤低压加热器抽气，降低发电煤耗；并提供结构简单，效果佳的电站锅炉排烟余热新型深度回收装置。
附图说明
图1是电站锅炉排烟余热的深度回收装置示意图。
图2是图1中烟气旁路22、23与水旁路24结构示意图。
图3是图1中高温闭式循环水18管路结构示意图。
图4是图1中显热换热器3结构的纵向剖面示意图。
图5是图1中显热换热器3结构的横向剖面示意图。
图6是图1中潜热换热器5结构的纵向剖面示意图。
图7是图1中水旁路Ⅱ48的结构布置示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置，包括显热换热器、潜热换热器、烟气加热器、热水型吸收式热泵、板式换热器、水管路及烟道，电站锅炉排烟显热首先经显热换热器回收，显热换热器烟气进口与空气预热器烟气出口连接，显热换热器烟气出口与除尘器烟气进口连接，显热换热器内循环水出口与吸收式热泵发生器驱动热源进口连接，然后电站锅炉烟气经脱硫塔脱硫后进入潜热换热器，回收利用烟气中水蒸气的汽化潜热，潜热换热器烟气出口与烟气加热器烟气进口连接，潜热换热器内循环水出口与吸收式热泵蒸发器低温热源进口连接，潜热换热器内循环水进口与吸收式热泵蒸发器低温热源出口连接，烟气经潜热换热器后进入烟气加热器升温，烟气加热器烟气出口直接与烟囱连接，烟气经加热后排放，烟气加热器内循环水进口与吸收式热泵发生器驱动热源出口连接，烟气加热器内循环水出口与显热换热器内循环水进口连接；同时，吸收式热泵制出的热水用于排挤第二低压加热器，吸收式热泵冷凝器热水出口与板式换热器热水进口连接，板式换热器热水出口与吸收式热泵吸收器热水进口连接，吸收式热泵的发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、吸收器及溶液泵等依次连接。实施例中显热换热器回收空气预热器后的烟气显热，该部分热量品质较高，高温闭式循环水吸热后进入溴化锂吸收热泵机组发生器，作为热泵的驱动热源，发生器出口高温闭式循环水进入烟气加热器，提高烟气排放温度，避免烟囱发生低温腐蚀；烟气经湿法脱硫后水含量几乎处于相对饱和状态，潜热换热器回收烟气中水分的气化潜热，该部分热量品质较低，低温闭式循环水吸热后进入溴化锂吸收式热泵机组发生器，作为热泵的低温热源，同时潜热换热器定期排放烟气中的冷凝水，实现烟气脱水，消除“有色烟羽”；中温闭式循环水吸收溴化锂热泵吸收器与冷凝器的热量，同时冷凝器出口与板式换热器连通，进而将热量传递给凝结水，相应可以减少第二低压加热器抽汽量，实现增加发电量，降低发电煤耗。
如图1-7所示，1.电站锅炉排烟，2.空气预热器，3.显热换热器，4.脱硫塔，5.潜热换热器，6.烟气加热器，7.溴化锂吸收式热泵发生器，8.冷凝器，9.溶液热交换器，10.吸收器，11.蒸发器，12.第一低压加热器，13.板式换热器，14.第二低压加热器，15.6#抽气，16.7#抽气，17.凝结水，18.高温闭式循环水，19.中温闭式循环水，20.低温闭式循环水，21.电站烟囱，
22.烟气旁路Ⅰ，23.烟气旁路Ⅱ，24.水旁路Ⅰ，25.烟气旁路Ⅰ阀门，26.烟气旁路Ⅱ中阀门，27.显热换热器前阀门，28.显热换热器后阀门，29.烟气旁路Ⅱ前阀门，30.烟气旁路Ⅱ后阀门，31.潜热换热器前阀门，32.潜热换热器后阀门，33.烟气加热器后阀门，34.发生器前阀门，35.水旁路Ⅰ阀门，36.发生器后阀门，37.水泵，38.高位水箱，39.注水阀，40.排水阀，41.ND钢换热管，42.保温棉，43.显热换热疏水阀，44.出口水联箱，45.折流板，46.氟塑料换热管，47.潜热换热疏水阀，48.水旁路Ⅱ，49.水旁路Ⅱ阀门，50.板换前阀门，51.板换后阀门。
如图1所示，一种电站锅炉排烟余热的新型深度回收装置，燃煤火电厂锅炉将燃料的化学能转化为热能，并进一步传递给循环工质，产生的烟气1经空气预热器2、显热换热器3、脱硫塔4、潜热换热器5、烟气加热器6及烟囱21后排放。显热换热器3管程与烟气加热器6管程均为高温闭式循环水18通道，且与溴化锂吸收式热泵发生器7连通。潜热换热器5管程为低温闭式循环水20通道，与溴化锂吸收式热泵蒸发器11连通。中温闭式循环水19管路将溴化锂吸收式热泵吸收器10、溴化锂吸收式热泵冷凝器8与板式换热器13三者串联连通。板式换热器13布置在第一低压加热器12与第二低压加热器14之间。溴化锂吸收式热泵机组发生器7、冷凝器8、蒸发器11与吸收器10顺次连接，形成热泵内介质循环回路。
如图2所示，烟道布置有烟气旁路Ⅰ22和烟气旁路Ⅱ23，水管路布置有水旁路Ⅰ24。利用溴化锂吸收式热泵深度回收烟气余热时，烟气1经显热换热器3、潜热换热器5与烟气加热器6，此时显热换热器前阀门27、显热换热器后阀门28、潜热换热器前阀门31、潜热换热器后阀门32、烟气加热器后阀门33及发生器前阀门34、发生器后阀门36均为开启状态，烟气旁路Ⅰ阀门25、烟气旁路Ⅱ前阀门29、烟气旁路Ⅱ中阀门26、烟气旁路Ⅱ后阀门30及水旁路Ⅰ阀门35均为关闭状态。溴化锂吸收式热泵未投入运行，同时GGH正常运行时，烟气1经显热换热器3、烟气旁路Ⅱ23及烟气加热器6，此时显热换热器前阀门27、显热换热器后阀门28、烟气旁路Ⅱ前阀门29、烟气旁路Ⅱ中阀门26及烟气加热器后阀门33均为开启状态，烟气旁路Ⅰ阀门25、潜热换热器前阀门31、潜热换热器后阀门32及烟气旁路Ⅱ后阀门30均为关闭状态。溴化锂吸收式热泵未投入运行，同时GGH也未投入运行时，烟气1经烟气旁路Ⅰ22与烟气旁路Ⅱ23排放，不影响电站锅炉正常运行，此时烟气旁路Ⅰ阀门25、烟气旁路Ⅱ前阀门29及烟气旁路Ⅱ后阀门30均为开启状态，显热换热器前阀门27、显热换热器后阀门28、潜热换热器前阀门31、烟气旁路Ⅱ中阀门26、烟气加热器后阀门33均为关闭状态。
如图3所示，高温闭式循环水18管路布置有水泵37，高位水箱38，注水阀39，排水阀40。高位水箱38布置高温闭式循环水管路最高点，同时位于水泵37的入后侧。注水阀39与排水阀40分开布置，注水阀39与锅炉补水水箱连接，高温闭式循环水18取自锅炉补水，其他闭式循环水同样取自锅炉补水。中温闭式循环水19管路、低温闭式循环水20管路与高温闭式循环水18管路结构布置类似。
如图4所示，电站锅炉烟气进入显热换热器3，烟气进入换热器壳程，经ND钢换热管41回收烟气显热余热后排出。ND钢换热管41U型弯头位于箱体外侧，并全部经保温棉42保温处理，同时显热换热器疏水阀43布置在显热换热器3烟气通道的最低点。
如图5所示，显热换热器3材质为ND钢，其纵向有5列或n列ND钢换热管41平行布置，同时高温闭式循环水18进、出口分别有进、出口水联箱44。
如图6所示，潜热换热器5为列管型换热器，烟气进入列管型换热器壳程，经多次折流板45作用及氟塑料换热管46吸收烟气中水分的潜热后排放。每个底部折流板两侧均布置有潜热换热器疏水阀47，换热器整体做保温处理，同时烟气加热器结构与潜热换热器类似。
如图7所示，板式换热器13凝结水17侧布置有旁路48，溴化锂吸收式热泵未投入运行时，凝结水17走水旁路Ⅱ48，同时，溴化锂吸收式热泵投入运行时，根据中温闭式循环水19提供的热量大小，可通过改变水路Ⅱ阀门49的开度大小，调节经过板式换热器13的凝结水量，并且板式换热器13整体做保温处理。
本发明依据的主要原理如下：
1.显热换热器能量守恒方程：
m′1h′1-m′2h′2-m′3h′3＝m2h2-m1h1
2.显热换热器质量守恒方程：
m′1＝m′2+m′3
m1＝m2
3.潜热换热器能量守恒方程：
m′4h′4-m′5h′5-m′6h′6＝m4h4-m3h3
潜热换热器质量守恒方程：
m′4＝m′5+m′6
m3＝m4
烟气加热器能量守恒方程：
m′8h′8-m′7h′7＝m5h5-m6h6
潜热换热器质量守恒方程：
m′8＝m′7
m5＝m6
板式换热器能量守恒方程：
m′9h′9-m′10h′10＝m8h8-m7h7
板式换热器质量守恒方程：
m′9＝m′10
m8＝m7
溴化锂吸收式热泵能量守恒方程：
q4＝q1+q2-q3
根据等效焓降原理：
ΔH＝q4ηj/D
δηi＝ΔH/(ΔH+H)
以上式中：m'1、h'1分别为显热热换热器烟气进口质量流量、焓值；m'2、h'2显热换热器烟气出口质量流量、焓值；m1、h1显热热换热器闭式循环水进口质量流量、焓值；m2、h2显热换热器闭式循环水出口质量流量、焓值；m'3、h'3显热换热器疏水质量流量、焓值；m'4、h'4潜热换热器烟气进口质量流量、焓值；m'5、h'5潜热换热器烟气出口质量流量、焓值；m3、h3潜热换热器闭式循环水进口质量流量、焓值；m4、h4潜热换热器闭式循环水出口质量流量、焓值；m'6、h'6潜热换热器疏水质量流量、焓值；m'7、h'7烟气加热器烟气进口质量流量、焓值；m'8、h'8烟气加热器烟气出口质量流量、焓值；m5、h5烟气加热器闭式循环水进口质量流量、焓值；m6、h6烟气加热器闭式循环水出口质量流量、焓值；m'9、h'9板式换热器闭式循环水进口质量流量、焓值；m'10、h'10板式换热器闭式循环水出口质量流量、焓值；m7、h7板式换热器凝结水进口质量流量、焓值；m8、h8板式换热器凝结水出口质量流量、焓值；q1、q2、q3、q7分别为显热换热器换热量、潜热换热器换热量、烟气加热器换热量及板式换热器换热量；H、ΔH分别为新蒸汽焓降、等效焓降；ηj、D分别为能级j的抽气效率、主蒸汽流量，本实施例为第二低压加热器j＝6；为发电煤耗；为发电煤耗降低值。
本发明应用在330MW燃煤发电机组中，该机组采暖期排烟温度高达130℃，非采暖期高达150℃，采用该发明可以深度回收电站锅炉排烟余热24MW，进而排挤第二低压加热器抽气，有效降低火电厂发电煤耗4g/kW·h，回收烟气中水量6t/h，具有良好的节能减排效果。
本发明可以减少传统燃煤火电厂锅炉烟气系统排放低温烟气造成的热损失，同时提高溴化锂吸收式热泵系统的运行性能，降低发电煤耗。同时当溴化锂吸收热泵不投入运行时，电站锅炉尾部烟气可通过两级换热器组成的GGH或经烟气旁路排放，电站锅炉同样可以正常运行。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种电站锅炉排烟余热的深度回收装置，其特征在于，所述回收装置包括：空气预热器、显热换热器、脱硫塔、潜热换热器、烟气加热器、板式换热器、溴化锂吸收式热泵发生器、溴化锂吸收式热泵冷凝器、溴化锂吸收式热泵蒸发器和溴化锂吸收式热泵吸收器；
所述电站锅炉排烟出口连接空气预热器的入口，空气预热器的出口连接显热换热器的入口，将烟气输入显热换热器中，显热换热器的出口连接脱硫塔的入口，使烟气进行脱硫反应，脱硫塔的出口连接潜热换热器的入口，潜热换热器的出口连接烟气加热器的入口对烟气进行再加热，烟气加热器的出口连接烟囱将经过处理的烟气进行排出；
所述显热换热器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述溴化锂吸收式热泵发生器的入口，所述溴化锂吸收式热泵发生器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述烟气加热器的入口，所述显热换热器的出口中的一路直接连接所述烟气加热器，所述烟气加热器的出口通过高温闭式循环水管路连接所述显热换热器的入口；
所述潜热换热器的出口通过低温闭式循环水管路连接溴化锂吸收式热泵蒸发器的入口，并且所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的出口通过低温闭式循环水管路连接所述潜热换热器的入口；
所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的出口通过中温闭式循环水管路连接所述板式换热器的入口，所述板式换热器的出口通过中温闭式循环水管路连接溴化锂吸收式热泵吸收器的入口，所述溴化锂吸收式热泵吸收器的出口通过中温闭式循环水管路连接所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的入口；
所述第一低压加热器的出口通过所述板式换热器连接第二低压加热器的入口；
所述溴化锂吸收热泵机组发生器出口通过热泵内介质循环管路连接所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的入口，所述溴化锂吸收式热泵冷凝器的出口通过热泵内介质循环管路连接所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的入口，所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的出口通过热泵内介质循环管路连接吸收器的入口，所述吸收器与所述溴化锂吸收式热泵发生器经过所述溶液热交换器使用热泵内介质循环管路互通。
2.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热的深度回收装置，其特征在于：所述高温闭式循环水管路、中温闭式循环水管路及低温闭式循环水管路均在各自管路最高点安装有高位水箱，并且分别安装有水泵、注水阀和排水阀。
3.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热的深度回收装置，其特征在于：所述显热换热器设置有第一烟气旁路，所述潜热换热器与烟气加热器设置有第二烟气旁路，所述溴化锂吸收式热泵发生器设置有第一水旁路，所述板式换热器设置有凝结水旁路。
4.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热的深度回收装置，其特征在于：所述显热换热器材质为ND钢，所述潜热换热器与烟气加热器的材质均为氟塑料。
5.根据权利要求1所述的电站锅炉排烟余热的深度回收装置，其特征在于：所述显热换热器的内换热器管为U型弯头且设置在所述显热换热器箱体的外侧。
6.一种使用如权利要求1所述的电站锅炉排烟余热的深度回收装置的方法，其特征在于，所述回收方法包括以下步骤：
步骤1：高温闭式循环水进入所述显热换热器的管程，吸收经所述空气预热器预热后烟气的显热作为所述溴化锂吸收式热泵发生器的驱动热源，然后高温闭式循环水进入所述烟气加热器的管程加热烟气后再次回到所述显热换热器，完成一次循环；
步骤2：低温闭式循环水进入所述潜热换热器的管程，吸收经所述脱硫塔脱硫后烟气中水分的汽化潜热作为所述溴化锂吸收式热泵蒸发器的低温热源，同时将烟气脱水，随后低温闭式循环水回到所述潜热换热器，完成一次循环；
步骤3：中温闭式循环水吸收所述溴化锂吸收式热泵冷凝器与所述溴化锂吸收式热泵吸收器的热量加热凝结水，所述板式换热器位于第一低压加热器与第二低压加热器之间，实现排挤第二低压加热器抽气返回汽轮机内继续做工，进而增加发电量，降低发电煤耗。
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