CN110553245A - 一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，该系统包含烟气余热利用系统、热媒水系统及冷风加热系统，其中，烟气余热利用系统分为高温烟气余热利用单元及低温烟气余热利用单元；本发明提供一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，以更加有效的利用锅炉排烟及低压抽汽等低品位热源的热量，提高机组额定工况效率和部分负荷工况效率，可适应低低温除尘器等烟气换热器出口烟温需受控的系统配置，同时在较宽的运行负荷工况范围内均可实现较大幅度降低煤耗、减少污染物排放的目标。
Description
技术领域
本发明属于大型火力发电厂节能减排领域，特别是一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统。
背景技术
燃煤发电机组装机容量占我国发电机组总装机容量的比例超过60%。燃煤发电机组中，煤粉炉占了相当大的比例，近年来随着节能减排的要求日趋严格，很多新建电厂都采用烟气余热利用方案，利用除尘器前后设置低温省煤器吸收排烟余热加热凝结水，能够有效降低机组发电煤耗。
锅炉空预器出口排烟温度一般在115℃~150℃范围，国内目前利用尾部烟气余热的常规方案为：设置低温省煤器加热凝结水，烟气温度可降至约90℃，尾部烟气加热凝结水后节约了低压抽汽，可有效降低机组煤耗。同时，烟气温度下降后还可降低脱硫岛的水耗。若低温省煤器设置在除尘器前，除尘器采用低低温除尘器，可提高除尘效率、减小占地。
欧洲新建电厂也大力利用烟气余热，尤其是在燃褐煤的“烟塔合一”的项目上。德国尼德豪森褐煤机组通过在空预器旁设置旁路烟道，并在旁路烟道中设置换热器，更加有效地利用了省煤器出口的高温烟气热量：进入空预器的烟气量仅为2/3，另外1/3的烟气不经过空预器，直接进入旁路烟道，通过两级烟水换热器，加热部分高压给水和凝结水。旁路烟道出口烟气与空预器出口烟气混合后进入除尘器。在脱硫塔前设热媒水烟气换热器，回收烟气余热用于加热进锅炉的冷风，加热后的冷风进入空预器进一步加热后供燃烧使用。采用这种高效烟气余热利用换热系统后，节约发电标煤耗约7g/(kW.h)，机组发电效率提高约1.4%，机组净热效率可达45.2%。热媒水烟气换热器后烟气温度为系统自平衡的结果，不受控制。
发明内容
本发明所解决的技术问题即在提供一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，以更加有效的利用锅炉排烟及低压抽汽等低品位热源的热量，提高机组额定工况效率和部分负荷工况效率，可适应低低温除尘器等烟气换热器出口烟温需受控的系统配置，同时在较宽的运行负荷工况范围内均可实现较大幅度降低煤耗、减少污染物排放的目标。
本发明所采用的技术手段如下所述。
一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，锅炉省煤器排出烟气，其特征在于，该系统包含烟气余热利用系统、热媒水系统及冷风加热系统，其中，烟气余热利用系统分为高温烟气余热利用单元及低温烟气余热利用单元；
其中，高温烟气余热利用单元包括连接在省煤器和空气预热器之间的旁路烟道，旁路烟道通过烟气旁路与空气预热器连接，烟气旁路设置烟气挡板调节门；旁路烟道内布置高压给水换热器和低压凝结水换热器，该旁路烟道布置在空气预热器旁边；
高压给水换热器与相互串联的3号高压加热器、2号高压加热器、1号高压加热器、0号高压加热器和蒸汽冷却器并联，并连接水泵由水泵给水，高压给水换热器出水与热力系统的主给水混合后连接锅炉省煤器；低压凝结水换热器与5号低压加热器和6号低压加热器并联，5号低压加热器连接6号低压加热器，5号低压加热器或6号低压加热器入口供给凝结水，低压凝结水换热器出水与5号低压加热器出口凝结水混合后连接除氧器；低温烟气余热利用单元包括烟冷器，烟冷器连接空气预热器，并通过热媒水回路连接一次风热媒水暖风器和二次风热媒水暖风器；冷风加热系统包括一次风机、送风机、一次风热媒水暖风器、二次风热媒水暖风器、二次风的蒸汽暖风器，一次风热媒水暖风器连接一次风机，二次风热媒水暖风器连接送风机，二次风热媒水暖风器连接二次风的蒸汽暖风器并连接空气预热器。
在热媒水回路进水端设置热媒水循环泵及蒸汽加热器，在热媒水回路出水端设置热媒水主路调节阀，热媒水进水回路还连接定压水箱，热媒水回路进出水端之间设置热媒水再循环回路调节阀，一次风热媒水暖风器和二次风热媒水暖风器还连接热媒水暖风器调节阀。
高压给水换热器出水连接出口调阀，通过出口调阀调节水量后与热力系统的主给水混合后连接锅炉省煤器。
6号低压加热器还连接7号低压加热器，7号低压加热器与6号低压加热器之间的凝水管道设置调节阀及关断阀，6号低压加热器与5号低压加热器之间的凝水管道也设施调节阀及关断阀。
低压凝结水换热器出水端连接凝结水流量调节阀及凝结水升压泵。
烟冷器分为第一烟冷器和第二烟冷器，该第一烟冷器与第二烟冷器并联，第一烟冷器设于空气预热器出口，第二烟冷器位于低压凝结水换热器出口。
烟冷器设置在空气预热器出口，并位于低压凝结水换热器出口前端。
本发明的有益效果如下。
风机出口的冷风经尾部烟气余热及低压抽汽预先加热后，再送入空预器被高温烟气加热；同时，原先在空预器中加热冷风的部分高温烟气在旁路烟道中加热给水和凝结水。与全流量烟气经过空预器加热冷风相比。锅炉省煤器出口近400℃的烟气有一部分被用来加热给水和凝结水，替代了原本用来加热给水和凝结水的部分抽汽，特别是高压抽汽，从而降低汽机热耗；空预器与旁路烟道汇合后的尾部烟气余热被回收用于预热冷风，再加上蒸汽暖风器的二次加热，弥补了未流经空预器的这部分高温烟气的热量，可保持空预器出口的热风温度与全烟气流量空预器相比并不下降，从而保持锅炉效率不降低。
通过在烟气旁路设烟气挡板调节门，可实现大范围的旁路烟气流量调节，作为粗调手段，提高了机组运行的灵活性。
附图说明
图1为本发明第一实施例系统结构框图。
图2为本发明第二实施例系统结构框图。
图3为本发明第三实施例系统结构框图。
具体实施方式
本发明技术方案可以细分为3个子系统：烟气余热利用系统、热媒水系统及冷风加热系统。
①烟气余热利用系统包括空气预热器1，旁路烟道0和其中的高压给水换热器2及低压凝结水换热器3，烟气挡板调节门4，烟冷器5，除尘器10，给水流量调节阀25，凝结水流量调节阀26，凝结水升压泵27等。烟气余热利用系统可分为2个单元：
第1部分为高温烟气余热利用单元，锅炉的一部分烟气不经过空气预热器1，直接进入旁路烟道0中，旁路烟道0内布置高压给水换热器2和低压凝结水换热器3，旁路烟道0中的烟气分别与给水(通过高压给水换热器2)和凝结水(通过低压凝结水换热器3)进行热交换，加热给水和凝结水。旁路烟道布置在空气预热器1（回转式空气预热器）的旁边。
高压给水换热器2与3号高压加热器13、2号高压加热器12、1号高压加热器11、0号高压加热器20和蒸汽冷却器21并联：给水来自给水泵22出口，经高压给水换热器2加热后，在锅炉省煤器附近与来自热力系统的主给水混合，进入锅炉省煤器，
低压凝结水换热器3与5号低压加热器15和6号低压加热器16并联：凝结水来自6号低加16入口或5号低加15入口，经低压凝结水换热器3加热后，回到汽机房与5号低加15出口凝结水混合进入除氧器14。
烟气旁路设有烟气挡板调节门 4，可做为煤质条件或运行条件变化较大时的调节手段。
部分负荷运行工况时，最大限度地保持旁路挡板4开度不变。
第2部分为低温烟气余热利用单元，旁路烟道0出口的烟气与空气预热器1出口烟气汇合后，通过烟冷器5、除尘器10除尘、引风机升压后进入脱硫装置。烟冷器5以水作为热媒，将烟气余热传递给热媒水。
②热媒水系统包括烟冷器5、一次风热媒水暖风器6和二次风热媒水暖风器7，热媒水循环泵9，热媒水主路调节阀40，热媒水再循环回路调节阀41，热媒水暖风器调节阀（分为一次风热媒水暖风器调节阀46和二次风热媒水暖风器调节阀47），定压水箱30，蒸汽加热器43等。
热媒水经过烟冷器5吸收烟气余热，再经过一次风热媒水暖风器6和二次风热媒水暖风器7，放热给冷风，放热后再回到烟冷器5吸收热量，形成了热媒水回路。在热媒水回路中设置循环水泵9提供动力，同时设置定压水箱30。
在启动和低负荷等工况下，通过热媒水再循环管路保证烟气换热器入口水温达到设定值，保证合理换热端差的同时避免烟冷器低温腐蚀。通过蒸汽换热器43，保证启动工况烟冷器5入口水温不低于70~75℃。
③冷风加热系统包括一次风机31，送风机32，一次风热媒水暖风器6，二次风热媒水暖风器7，二次风的蒸汽暖风器8，热媒水暖风器调节阀（分为一次风热媒水暖风器调节阀46和二次风热媒水暖风器调节阀47），蒸汽暖风器出口调阀50等。
从一次风机31出来的一次冷风，通过一次风热媒水暖风器6加热后进入空气预热器1；从送风机出来的二次冷风，通过二次风热媒水暖风器7及蒸汽暖风器8两级加热后再进入空气预热器1。空气经热媒水暖风器加热后，吸收了烟气余热，再经蒸汽暖风器加热，吸收了低压抽汽热量，进入回转式空气预热器再次加热，最终送入炉膛。
部分负荷工况下，通过加大蒸汽暖风器的供汽量，保持空气预热器入口风温达到与额定负荷基本相当的设定值，可以提高空气预热器出口风温，提高部分负荷工况的锅炉效率。
如图1-3所示，为本发明的实施例。
本发明的基本系统流程为：如图1所示的电厂低品位热量深度利用系统中，将烟气挡板4固定于某一开度，实现额定份额α的烟气流量通过旁路烟道0，1-α的烟气流量通过空气预热器1。
通过旁路烟道0的烟气分别向高压给水换热器2和低压凝结水换热器3放热。
高压给水换热器2进口侧给水来自给水泵22和3号高压加热器13之间的给水管道，高压给水换热器2出口侧给水回到蒸汽冷却器21后的主给水中，在锅炉省煤器附近与主给水管道合并进入省煤器。通过出口调阀25调节水量，调节目标选择为高压给水换热器2的出口水温，将此值设定为不低于蒸汽冷却器21出口的主路给水温度，此时高压给水换热器2和低压凝结水换热器3之间的烟温由高压给水换热器2的出口水温决定，为被动变量。
低压凝结水换热器3进口侧凝结水来自7号低加17与6号低加16之间的凝结水管道及6号低加16与5号低加15之间的凝结水管道，通过调节阀实现对于水温和水量的控制（调节阀分为第一调节阀53和第二调节阀54），也可通过关断阀控制低压凝结水换热器3进口侧来水仅取自7号低加17与6号低加16之间或6号低加16与5号低加15之间的凝结水管道（关断阀分为第一关断阀55和第二关断阀56）。通过出口调阀26调节此路总水量，调节目标定为低压凝结水换热器3出口烟温，闭环调节，目标值为达到与空预器1出口烟气温度相当，以使进入烟冷器5的烟气温度基本均匀。凝结水升压泵27为此路凝结水提供动力。
低压凝结水换热器3出口的烟气与空预器1出口的烟气汇合后，通过除尘器前的烟冷器5放热，热媒水在烟冷器5中吸收烟气余热，再去热媒水暖风器6和7中放热给冷风。热媒水回路通过热媒水主路调节阀40调节水量，调节目标为除尘器10入口烟温，闭环调节。热媒水回路设有烟冷器5出口至烟冷器5入口的再循环管路及调节阀41，调节目标为烟冷器入口水温，闭环调节，使其不低于设定值，满足烟冷器减少低温腐蚀的水温要求。水箱30作为热媒水回路的定压设备。
如附图2所示，烟冷器5也可拆分为第一烟冷器5’和第二烟冷器5”，分别布置在空预器出口及旁路烟道低压凝结水换热器出口，第一烟冷器5’和第二烟冷器5”为并联关系，通过出口调节阀控制水量可使出口烟温达到除尘器入口要求。
如附图3所示，烟冷器5也可布置在空预器出口。通过烟冷器出口调节阀及低压凝结水换热器出口调节阀控制水量，可使出口烟温达到除尘器入口要求。
在一次风热媒水暖风器6出口设调节阀46，调节热媒水流量从而控制一次风热媒水暖风器6出口风温。同理，通过二次风热媒水暖风器7出口的调节阀47控制其出口风温。二次风再经过蒸汽暖风器8加热后进入空预器。蒸汽暖风器8的汽源来自五段抽汽或者六段抽汽，通过关断阀51和52的开闭实现汽源切换。蒸汽暖风器8采用疏水侧调节，通过出口疏水调节阀50控制通过蒸汽暖风器8的蒸汽量，调节目标定为蒸汽暖风器8的出口风温，闭环调节，使蒸汽暖风器8的出口风温达到设定值。疏水可直接去凝汽器或低加疏水。蒸汽暖风器疏水去向切换，可通过关断阀实现（分为第三关断阀71和第四关断阀73）。疏水若去低加疏水，则设置暖风器疏水泵72和暖风器疏水箱74。
在低负荷下，锅炉排烟温度下降，二次风热媒水暖风器7的出口风温降低，通过增加蒸汽暖风器8的抽汽量，可保持其出口冷风温度不降低，从而保证空气预热器1的出口热风温度，保持较高的烟气份额，以增强宽负荷下机组的节煤水平。
对于烟煤，经计算本系统可在各负荷下实现节煤2g/kwh以上，对于褐煤机组其收益将更加明显。
本发明中，管路的连接以及相应阀门、泵的设置，可以依据需求进行增减和调整，这是本领域技术人员都可以实现的。
Claims (7)
1.一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，锅炉省煤器排出烟气，其特征在于，该系统包含烟气余热利用系统、热媒水系统及冷风加热系统，其中，烟气余热利用系统分为高温烟气余热利用单元及低温烟气余热利用单元；其中，高温烟气余热利用单元包括连接在省煤器和空气预热器之间的旁路烟道，旁路烟道通过烟气旁路与空气预热器连接，烟气旁路设置烟气挡板调节门；旁路烟道内布置高压给水换热器和低压凝结水换热器，该旁路烟道布置在空气预热器旁边；高压给水换热器与相互串联的3号高压加热器、2号高压加热器、1号高压加热器、0号高压加热器和蒸汽冷却器并联，并连接水泵由水泵给水，高压给水换热器出水与热力系统的主给水混合后连接锅炉省煤器；低压凝结水换热器与5号低压加热器和6号低压加热器并联，5号低压加热器连接6号低压加热器，5号低压加热器或6号低压加热器入口供给凝结水，低压凝结水换热器出水与5号低压加热器出口凝结水混合后连接除氧器；
低温烟气余热利用单元包括烟冷器，烟冷器连接空气预热器，并通过热媒水回路连接一次风热媒水暖风器和二次风热媒水暖风器；冷风加热系统包括一次风机、送风机、一次风热媒水暖风器、二次风热媒水暖风器、二次风的蒸汽暖风器，一次风热媒水暖风器连接一次风机，二次风热媒水暖风器连接送风机，二次风热媒水暖风器连接二次风的蒸汽暖风器并连接空气预热器。
2.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，在热媒水回路进水端设置热媒水循环泵及蒸汽加热器，在热媒水回路出水端设置热媒水主路调节阀，热媒水进水回路还连接定压水箱，热媒水回路进出水端之间设置热媒水再循环回路调节阀，一次风热媒水暖风器和二次风热媒水暖风器还连接热媒水暖风器调节阀。
3.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，高压给水换热器出水连接出口调阀，通过出口调阀调节水量后与热力系统的主给水混合后连接锅炉省煤器。
4.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，6号低压加热器还连接7号低压加热器，7号低压加热器与6号低压加热器之间的凝水管道设置调节阀及关断阀，6号低压加热器与5号低压加热器之间的凝水管道也设施调节阀及关断阀。
5.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，低压凝结水换热器出水端连接凝结水流量调节阀及凝结水升压泵。
6.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，烟冷器分为第一烟冷器和第二烟冷器，该第一烟冷器与第二烟冷器并联，第一烟冷器设于空气预热器出口，第二烟冷器位于低压凝结水换热器出口。
7.如权利要求1所述的一种提高燃煤机组宽负荷运行热效率的系统，其特征在于，烟冷器设置在空气预热器出口，并位于低压凝结水换热器出口前端。
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