CN110925745A - 一种新型冷烟再循环机组效率提升系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵、补充水泵、调节挡板门、再循环风机、空气预热器和锅炉本体;旁路烟气冷却装置的第一进口通过调节挡板门与锅炉本体的排烟口连通,旁路烟气冷却装置的第一出口与空气预热器的出烟口连通;旁路烟气冷却装置与再循环冷烟加热装置循环连通;再循环冷烟加热装置与冷烟再循环风机、炉膛冷灰斗连通;闭式水循环泵的输入端与再循环冷烟加热装置的第二出口连通,闭式水循环泵的输出端与旁路烟气冷却装置的第二进口连通;补充水泵的输出端与第八管道连通,补充水泵的输入端与机组给水系统连通;空气预热器的进烟口与锅炉本体的排烟口连通。

Description

一种新型冷烟再循环机组效率提升系统及控制方法
技术领域
本发明涉及机组效率提升领域,尤其涉及一种新型冷烟再循环机组效率提升系统及控制方法。
背景技术
烟气再循环是一种在燃烧无灰燃料或者低灰燃料时,调节再热器出口汽温所采用的常用方法。目前国内采用烟气再循环调节再热器出口蒸汽温度的大型燃煤机组主要为二次再热机组。二次再热机组是一种在国际上成熟、高效、低污染的燃煤先进发电技术,具有良好的经济效益和环保特性,在我国的发展前景广阔。
冷烟再循环是将部分冷态烟气(温度约为70~150℃)从除尘器或引风机后用再循环风机抽出,然后从锅炉冷灰斗喷入。当冷烟从冷灰斗喷入时,炉膛温度降低,减少炉内辐射换热,加强对流受热面传热。冷烟再循环方案在保持现有炉膛大小不变的前提下,能够降低炉膛烟气温度水平和水冷壁的吸热量,提高烟气的热容量及对流换热能力,将原炉膛水冷壁吸收的部分热量转到炉后对流受热面去吸收,在保证对流受热面换热量和蒸汽温度的同时有效控制金属壁温,实现受热面安全运行安全的前提下保证再热蒸汽吸热的需要。
冷烟再循环方案的缺点是由于锅炉总的烟气中含有一定量的再循环烟气,锅炉总的烟气流量增加,通过空气预热器的烟气、空气比例失调,多余的烟气热量导致空气预热器出口烟气温度升高,机组整体效率降低。国内早期阶段,该方案通常需要在空气预热器增设旁路烟道,选用低压凝结水和高压给水作为冷却介质,通过旁路烟道中的多余烟气热量加热凝结水和给水,减少低压加热器和高压加热器的蒸汽消耗,从而降低机组汽轮机热耗。虽然高压加热器所使用的蒸汽能量品级虽然较高,但低压加热器所使用的蒸汽能量品级比较低,烟气热量总体利用效率有限。
冷烟再循环机组由于再循环烟气量的存在导致通过空气预热器的烟气总流量增加,烟气、空气比例失调,排烟温度升高,锅炉效率下降。国内现有机组通常在空气预热器增设旁路烟道系统吸收多余烟气(机组采用冷烟再循环导致通过空气预热器的多余烟气,即旁路烟气)热量,该系统由旁路烟道、调节挡板门、高压给水换热器、低压凝结水换热器以及相关阀门、管道等组成。冷烟再循环后烟气总流量增加,携带热量增加,为维持机组排烟温度,将多余烟气引入空气预热器旁路系统内,由给水和凝结水吸收部分烟气的热量。
因此,现有采用空气预热器旁路烟道系统的大型冷烟再循环燃煤机组存在以下缺点:
(1)现有采用空气预热器旁路烟道系统目前采用压力较低的凝结水和压力较高的给水分别作为两种冷却介质。根据热力学第二定律,热量从高品级的炉膛烟气显热转变成高品级的给水显热和低品级的凝结水显热,能量做功能力存在一定的不可逆损失,烟气显热总体利用效率有限。因此采用现有空气预热器旁路烟道系统回收冷烟再循环机组多余烟气热量的方式存在一定的不合理性。
(2)烟气在旁路烟道内分别与低压凝结水和高压给水进行热量交换,相当于凝结水换热器与低压加热器并联运行,给水换热器与高压加热器并联运行,水侧系统设计较复杂;同时给水流量/温度、凝结水流量/温度、旁路烟气流量/温度均为系统变量,自动控制运行较复杂。
(3)冷烟再循环机组中,循环烟气温度较低,一般在90℃左右。当冷烟从锅炉下部冷灰斗喷入炉膛时,由于冷烟温度与炉膛温度温差较大,锅炉燃烧稳定工况容易受到冲击,影响燃料燃烬。
发明内容
本发明提供了一种新型冷烟再循环机组效率提升系统及控制方法,通过设置旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵和补充水泵,利用水作为循环介质将高品位的旁路烟气热量转变成同样高品位的炉膛烟气热量,避免了原有空气预热器旁路烟道系统将旁路烟气热量转变为一部分较高品位的给水热量以及一部分较低品味的凝结水热量,而存在较大不可逆损失的技术缺陷问题,能够提高冷烟再循环机组旁路烟气热量的回收利用效率,降低机组发电煤耗,节能效果明显,经济效益显著。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括:锅炉本体、第一管道、空气预热器、第二管道、低温省煤器、第三管道、冷烟再循环风机、再循环冷烟加热装置、第四管道、第五管道、空气预热器旁路冷却装置、第六管道、第七管道、闭式水循环泵、第八管道及第九管道;
所述第一管道连通所述锅炉本体的排烟口与所述空气预热器的进烟口,所述第二管道连通所述空气预热器的出烟口与所述低温省煤器,所述第三管道连通所述低温省煤器与所述冷烟再循环风机的进烟口连通,所述第四管道连通所述冷烟再循环风机的出烟口与所述再循环冷烟加热装置的第一进口,所述第五管道连通所述再循环冷烟加热装置的第一出口与所述锅炉本体的冷灰斗,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
闭式循环子系统,包括再循环冷烟加热装置和空气预热器旁路冷却装置:所述再循环冷烟加热装置的第一进口通过第四管道与所述冷烟再循环风机的出烟口连通,所述再循环冷烟加热装置的第一出口通过第五管道与所述锅炉本体的冷灰斗连通,所述再循环冷烟加热装置还包括互通的第二进口和第二出口;所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口通过第六管道与所述锅炉本体排烟口连通,所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口通过第七管道与第二管道连通,所述空气预热器旁路冷却装置还包括互通的第二进口和第二出口;
所述闭式循环子系统还包括第八管道、第九管道及闭式水循环泵,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
空气预热器旁路冷却子系统,包括第六管道、空气预热器旁路冷却装置、第七管道,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通。
作为优选方案,所述闭式循环子系统还包括第十管道及补充装置;
所述第十管道的一端与所述第八管道连通,所述第十管道的另一端与机组给水系统连通;
所述补充装置设置于所述第十管道,所述补充装置用于向第八管道补充预设用量的循环介质,并维持所述闭式循环子系统的压力。
作为优选方案,所述补充装置为补水泵。
作为优选方案,所述空气预热器旁路冷却子系统还包括调节门,所述调节门设置于所述第六管道上。
作为优选方案,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括多个温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一进口侧设有第一温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一出口侧设有第二温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧设有第三温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧设有第四温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一进口侧设有第五温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧设有第六温度检测装置;
所述空气预热器的出烟口侧设有第七温度检测装置。
作为优选方案,所述闭式循环子系统还包括流量检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第二进口与所述闭式水循环泵之间的所述第九管道上设有一所述流量检测装置。
作为优选方案,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括控制系统,所述控制系统包括主控制器,所述主控制器分别与多个所述温度检测装置、所述流量检测装置、所述闭式水循环泵及所述调节门电连接。
本发明实施例提供了一种新型冷烟再循环机组效率提升控制方法,用于控制如上述任一项所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括以下步骤:
检测所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度;
根据所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度,通过调节门开度控制进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度高于第一预设温度时,控制增加进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量,当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度低于所述第一预设温度时,控制减少进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;
检测所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度;检测所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧的循环水温度及所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧的循环水温度;
根据所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度,控制所述闭式水循环泵的流量;当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度高于第二预设温度时,维持循环水温度,控制增加所述闭式水循环泵的流量,当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度低于所述第二预设温度时,维持循环水温度,控制减少所述闭式水循环泵的流量。
相比于现有技术,本发明实施例具有如下有益效果:
本发明系统以闭式水作为循环媒介,冷烟再循环机组旁路烟气在旁路烟气冷却装置内释放热量降温,循环水在旁路烟气冷却装置内吸收热量升温;循环水在再循环冷烟加热装置内释放热量降温,再循环冷烟在再循环冷烟加热装置内吸收热量升温;循环水在闭式水循环泵的驱动作用下,往复于旁路烟气冷却装置和再循环冷烟加热装置之间,完成上述循环吸热-放热过程,不断的将旁路烟气热量转移成为再循环冷烟热量带入锅炉炉膛。此外,本发明设置有补水系统;水泵为闭式循环系统提供少量补水,补水源于机组主给水系统,由主给水压力和补水泵共同维持整个循环水系统压力,防止循环水高温状态产生汽化,从而提高再循环冷烟加热装置的换热端差,强化高温循环水与再循环冷烟之间的传热。本发明通过设置旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵和补充水泵,利用水作为循环介质将冷烟再循环机组中的高品位的旁路烟气热量转变成同样高品位的炉膛烟气热量,避免了原有空气预热器旁路烟道系统将旁路烟气热量转变为一部分较高品位的给水热量以及一部分较低品味的凝结水热量,而存在较大不可逆损失的技术缺陷问题,能够提高冷烟再循环机组旁路烟气热量的回收利用效率,降低机组发电煤耗,节能效果明显,经济效益显著。
附图说明
图1:为本发明实施例中的新型冷烟再循环机组效率提升系统结构示意图;
其中,说明书附图的附图标记如下:
1、旁路烟气冷却装置;111、旁路烟气冷却装置的第二出口;112、旁路烟气冷却装置的第一出口;121、旁路烟气冷却装置的第一进口;122、旁路烟气冷却装置的第二进口;
2、再循环冷烟加热装置;211、再循环冷烟加热装置的第一出口;212、再循环冷烟加热装置的第二出口;221、再循环冷烟加热装置的第二进口;222、再循环冷烟加热装置的第一进口;
3、闭式水循环泵;4、补充水泵;5、调节挡板门;6、空气预热器;7、锅炉本体;
8、低温省煤器;81、低温省煤器的进水端;82、低温省煤器的出水端;
9、电除尘器;10、冷烟再循环风机;11、引风机;12、SCR系统;13、低氮燃烧器;01、第一管道;02、第二管道;03、第三管道;04、第四管道;05、第五管道;06、第六管道;07、第七管道;08、第八管道;09、第九管道;010、第十管道;
T1、第一温度检测装置;T2、第二温度检测装置;T3、第三温度检测装置;T4、第四温度检测装置;T5、第五温度检测装置;T6、第六温度检测装置;T7、第七温度检测装置;
Q、流量检测装置。
具体实施方式
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清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。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。
下面对以下技术方案中出现的专有名词进行解释:冷烟:指除尘器或者引风机后的烟气,以设置低低温静电除尘器的大型燃煤机组为例,烟气经除尘器或引风机后,其含尘浓度小于100mg/Nm3,温度约为70~150℃。冷烟再循环:指将除尘器或引风机后的冷烟通过再循环风机升压后重新送入锅炉炉膛。再循环风机:本发明中用于循环部分冷烟的设备。再循环烟道:指从除尘器或引风机后抽取冷烟进入再循环风机升压以及在换热器内加热后重新返回锅炉炉膛的烟道。旁路烟气冷却装置:把空气预热器旁路烟气热量传递给外界闭式循环水的换热装置,采用烟气-水换热器。再循环冷烟加热装置:把外界闭式循环水热量传递给再循环冷烟的换热装置,采用水-烟气换热器。闭式循环水泵:本发明中用于水在闭式循环中驱动的设备。补水泵:补水泵为闭式水循环系统提供补水,同时维持循环系统压力,防止循环水高温状态发生汽化。闭式循环水管道:指闭式水进/出旁路烟气冷却装置从空气预热器热烟吸收热量以及进/出再循环冷烟加热装置释放热量至再循环冷烟的相关连接管道。烟气处理设备:对空气预热器出口烟气进行处理并升压,包括低温省煤器、电除尘器以及引风机等。
请参照图1,本发明优选实施例提供了一种新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括:锅炉本体、第一管道、空气预热器、第二管道、低温省煤器、第三管道、冷烟再循环风机、再循环冷烟加热装置、第四管道、第五管道、空气预热器旁路冷却装置、第六管道、第七管道、闭式水循环泵、第八管道及第九管道;
所述第一管道连通所述锅炉本体的排烟口与所述空气预热器的进烟口,所述第二管道连通所述空气预热器的出烟口与所述低温省煤器,所述第三管道连通所述低温省煤器与所述冷烟再循环风机的进烟口连通,所述第四管道连通所述冷烟再循环风机的出烟口与所述再循环冷烟加热装置的第一进口,所述第五管道连通所述再循环冷烟加热装置的第一出口与所述锅炉本体的冷灰斗,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
闭式循环子系统,包括再循环冷烟加热装置和空气预热器旁路冷却装置:所述再循环冷烟加热装置的第一进口通过第四管道与所述冷烟再循环风机的出烟口连通,所述再循环冷烟加热装置的第一出口通过第五管道与所述锅炉本体的冷灰斗连通,所述再循环冷烟加热装置还包括互通的第二进口和第二出口;所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口通过第六管道与所述锅炉本体排烟口连通,所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口通过第七管道与第二管道连通,所述空气预热器旁路冷却装置还包括互通的第二进口和第二出口;
所述闭式循环子系统还包括第八管道、第九管道及闭式水循环泵,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
空气预热器旁路冷却子系统,包括第六管道、空气预热器旁路冷却装置、第七管道,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通。
本发明系统以闭式水作为循环媒介,冷烟再循环机组旁路烟气在旁路烟气冷却装置内释放热量降温,循环水在旁路烟气冷却装置内吸收热量升温;循环水在再循环冷烟加热装置内释放热量降温,再循环冷烟在再循环冷烟加热装置内吸收热量升温;循环水在闭式水循环泵的驱动作用下,往复于旁路烟气冷却装置和再循环冷烟加热装置之间,完成上述循环吸热-放热过程,不断的将旁路烟气热量转移成为再循环冷烟热量带入锅炉炉膛。此外,本发明设置有补水系统;水泵为闭式循环系统提供少量补水,补水源于机组主给水系统,由主给水压力和补水泵共同维持整个循环水系统压力,防止循环水高温状态产生汽化,从而提高再循环冷烟加热装置的换热端差,强化高温循环水与再循环冷烟之间的传热。本发明通过设置旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵和补充水泵,利用水作为循环介质将机组中的高品位的旁路烟气热量转变成同样高品位的炉膛烟气热量,避免了原有空气预热器旁路烟道系统将旁路烟气热量转变为一部分较高品位的给水热量以及一部分较低品味的凝结水热量,而存在较大不可逆损失的技术缺陷问题,能够提高冷烟再循环机组旁路烟气热量的回收利用效率,降低机组发电煤耗,节能效果明显,经济效益显著。
在本实施例中,所述闭式循环子系统还包括第十管道及补充装置;
所述第十管道的一端与所述第八管道连通,所述第十管道的另一端与机组给水系统连通;
所述补充装置设置于所述第十管道,所述补充装置用于向第八管道补充预设用量的循环介质,并维持所述闭式循环子系统的压力。
在本实施例中,所述补充装置为补水泵。
在本实施例中,所述空气预热器旁路冷却子系统还包括调节门,所述调节门设置于所述第六管道上。
在本实施例中,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括多个温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一进口侧设有第一温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一出口侧设有第二温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧设有第三温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧设有第四温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一进口侧设有第五温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧设有第六温度检测装置;
所述空气预热器的出烟口侧设有第七温度检测装置。
在本实施例中,所述闭式循环子系统还包括流量检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第二进口与所述闭式水循环泵之间的所述第九管道上设有一所述流量检测装置。
在本实施例中,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括控制系统,所述控制系统包括主控制器,所述主控制器分别与多个所述温度检测装置、所述流量检测装置、所述闭式水循环泵及所述调节门电连接。
本发明实施例提供了一种新型冷烟再循环机组效率提升控制方法,用于控制如上述任一项所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括以下步骤:
S1,检测所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度;
S2,根据所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度,通过调节门开度控制进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度高于第一预设温度时,控制增加进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量,当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度低于所述第一预设温度时,控制减少进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;
S3,检测所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度;检测所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧的循环水温度及所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧的循环水温度;
S4,根据所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度,控制所述闭式水循环泵的流量;当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度高于第二预设温度时,维持循环水温度,控制增加所述闭式水循环泵的流量,当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度低于所述第二预设温度时,维持循环水温度,控制减少所述闭式水循环泵的流量。
为了更好地评估本发明方案的有效性,在本系统中设置了多个温度监测点和流量监测点用于获取数据进行分析。如图1所示,T1至T7、T补,均为温度监测点,用于获取该位置的温度数据;Q和Q补两点均为流量监测点,用于获取该位置的流量数据。
下面将结合本新型冷烟再循环机组效率提升系统进行详细说明。
以循环介质采用水为例,本发明中循环水来自机组给水系统,压力与给水系统相同,通过补水泵进行补水,由主给水压力和补水泵共同维持整个循环水系统压力。例如超(超)临界参数机组,主给水压力均在25MPa以上,此时对应的饱和温度大概为370℃;亚临界参数机组,主给水压力在18MPa以上,此时对应的饱和温度大概为350℃,在满足循环水与旁路烟气、再循环冷烟充分强化换热的前提下,均能有效防止闭式循环水产生汽化现象,其过冷度的典型选用温度20℃~50℃,因此,吸收旁路烟道热量后的循环水温暂定为320℃。
闭式循环水和旁路烟气在旁路烟气冷却装置内进行充分的热交换:旁路烟气冷却装置入口循环水温度暂按110℃左右考虑,吸收旁路烟气热量后,循环水温度上升至320℃左右;旁路烟气温度即旁路烟气冷却装置入口烟气温度暂按360℃左右考虑,释放烟气热量后,旁路烟气温度下降至150℃左右。
循环水吸热升温后,在闭式循环泵的驱动下,进入再循环冷烟加热装置;旁路烟气冷却后,与空气预热器出口烟气混合,进入低低温静电除尘器。
闭式循环水和再循环冷烟在再循环冷烟加热装置内进行充分的热交换:再循环冷烟加热装置入口循环水温度为320℃左右考虑,释放循环水热量后,循环水温度下降至110℃左右;再循环冷烟加热装置入口再循环冷烟温度为90℃左右考虑,吸收循环水热量后,再循环冷烟温度上升至300℃左右后,由锅炉下部冷灰斗进入炉膛。
此工作流程持续不断进行,以循环水作为工作介质,在循环泵的驱动下,循环水往复于旁路烟气冷却装置和再循环冷烟加热装置之间,完成上述循环吸热-放热过程,并通过旁路烟气冷却装置和再循环冷烟加热装置不断将旁路烟气热量回收并转移成为再循环冷烟热量,提升锅炉下部冷灰斗入口再循环冷烟温度。
冷烟再循环机组由于冷烟再循环而产生的多余烟气引入旁路烟道成为旁路烟气后,空气预热器内的烟气流量减少,烟气、空气比例匹配良好,机组的综合排烟温度维持在正常水平,锅炉效率有所增加,冷烟再循环机组效率得到提升。
以典型参数为例,旁路烟气冷却装置进口和再循环冷烟加热装置出口闭式循环水水温为~110℃,旁路烟气冷却装置出口和再循环冷烟加热装置进口闭式循环水水温为~320℃,均与被冷却工质或被加热工质保持一定的换热端差;旁路烟气冷却装置入口旁路烟气温度为~360℃左右,释放烟气热量后,旁路烟气温度下降至~150℃左右;再循环冷烟加热装置入口再循环冷烟为~90℃左右,吸收循环水热量后,再循环冷烟温度上升至~300℃左右。
冷烟再循环机组效率提升系统上装设必要的温度、流量检测点,其中闭式循环水管路上装设循环水流量测点和温度测点,监控再循环冷烟加热装置进出口循环水温度T1、T2,循环水流量Q;补充水管路上装设补充水流量测点、温度测点,监控补充水温度T补、流量Q补;旁路烟气冷却装置进出口旁路烟道装设必要的温度检测点,监控旁路烟气冷却装置进出口烟气温度T3以及T4;空气预热器出口烟道亦装设必要的温度检测点,监控空预器排烟温度T5;再循环冷烟加热装置进出口再循环烟道装设必要的温度检测点,监控再循环冷烟加热装置进出口烟气温度T6以及T7。
(1)旁路烟气冷却装置进口和再循环冷烟加热装置出口闭式循环水水温T1:
旁路烟气冷却装置进口和再循环冷烟加热装置出口闭式循环水水温T1,一般为~110℃。
(2)旁路烟气冷却装置出口和再循环冷烟加热装置进口闭式循环水水温T2:
旁路烟气冷却装置出口和再循环冷烟加热装置进口闭式循环水水温T2,一般为~320℃。
(3)旁路烟气冷却装置进出口旁路烟气温度T3、T4:
旁路烟气冷却装置进口旁路烟气温度T3与炉膛排烟温度相关,一般为~360℃。
旁路烟气冷却装置出口旁路烟气温度T4在循环水水温一定的情况下,与循环水流量相关,其调整只能通过相应调节循环水流量Q来实现,一般为~150℃。
通过闭式循环泵能够调节循环水的流量,在维持旁路烟气冷却装置进出口水温不变的条件下,增加冷却水流量,则旁路烟道排烟温度降低;减少冷却水流量,则旁路烟道排烟温度升高。
(4)空气预热器排烟温度T5:
空气预热器排烟温度T5在入口烟温一定的情况下,与烟气流量相关,其调整只能通过空气预热器旁路烟道上的挡板调节门相应调节空气预热器和旁路的烟气流量分配来实现,维持与常规机组(无冷烟再循环的机组)空气预热器排烟温度相同,一般为~130℃。
通过挡板调节门能够调节空气预热器的烟气流量,增加烟气流量,则空气预热器排烟温度升高;减少烟气流量,则空气预热器排烟温度升高。
(5)再循环冷烟加热装置进出口烟气温度T6、T7:
再循环冷烟加热装置进口烟气温度T6与引风机进口/出口烟气温度相关,当机组采用低低温静电除尘器时,一般为~90℃。
再循环冷烟加热装置出口烟气温度T7,吸收循环水热量后,一般为~300℃,该温度主要取决于旁路烟气释放给闭式循环水的热量。
(6)综上所述,冷烟再循环机组效率提升系统设计工况下旁路烟气质量流量与再循环烟气质量流量基本相同,空气预热器内的烟气流量和空气流量匹配良好,避免冷烟再循环带来烟气流量增加从而导致空气预热器排烟温度升高,并利用闭式循环水分别作为冷源和热源将旁路烟气热量转换为再循环冷烟热量重新进入炉膛,高品位的旁路烟气热量转变成同样高品位的炉膛烟气热量,避免了原有空气预热器旁路烟道系统(旁路烟气热量转变为一部分较高品位的给水热量以及一部分较低品味的凝结水热量)存在较大不可逆损失的主要缺点。
由于旁路烟气质量流量与再循环烟气质量流量基本相同,在旁路烟气冷却装置入口烟气温度以及再循环冷烟加热装置入口烟气温度一定的情况下,循环水温度T1和T2的选择直接影响该系统回收旁路烟气的热量多少。为了有效防止循环水产生汽化现象,高温循环水过冷度保持为20℃~50℃左右,同时高温循环水与旁路烟气入口烟气温度(350℃~390℃)换热需要的温度端差20℃~40℃左右(旁路烟气换热装置受设备烟气阻力限制,所需换热端差略大),且高温循环水与再循环冷烟加热装置出口烟气温度换热需要的温度端差20℃左右,高温循环水温度在满足上述前提下,选取温度越高回收旁路烟气热量越多;低温循环水与旁路烟气出口烟气温度(130℃~150℃)换热需要的温度端差20℃~40℃左右(旁路烟气换热装置受设备烟气阻力限制,所需换热端差略大),同时低温循环水与再循环冷烟加热装置入口烟气温度(90℃左右)换热需要的温度端差20℃左右,低温循环水温度在满足上述前提下,选取温度越低回收旁路烟气热量越多。
以典型系统为例,通过补水泵为闭式循环系统提供少量补水,系统补水源于机组主给水系统,维持整个循环水系统压力与主给水系统压力相同,防止循环水高温状态产生汽化;根据机组旁路烟气冷却装置入口烟气温度T3以及再循环冷烟加热装置入口烟气温度T6,自动计算并预先设置合适的低温循环水T1及高温循环水水温T2;根据旁路烟气冷却装置排烟温度T4的反馈,在旁路烟气冷却装置进出口水温即循环水水温不变的情况下,通过闭式循环泵能够调节循环水的流量,维持排烟温度T4在~150℃左右;根据空气预热器排烟温度T5的反馈,在空气预热器入口烟温一定的情况下,通过控制旁路烟道挡板调节门能够调节空气预热器旁路烟道的烟气流量,维持排烟温度在~130℃左右。通过上述控制,可以使整个系统始终处于最低成本的运行工况,并建立稳定过程。
整个工艺流程可纳入电厂DCS控制系统或设置独立的PLC控制系统来实现自动控制功能。DCS或PLC控制系统通过数据采集卡采集循环水水温T1、T2,旁路烟气温度T3、T4,空气预热器排烟温度T5,再循环烟气温度T6、T7,经控制系统的处理器内部运算后,控制卡件输出控制信号至闭式循环水泵、旁路烟道挡板调节门,调节循环水泵的转速来实现对循环水量的自动控制,从而维持旁路烟气冷却装置排烟温度T4;调节旁路烟道挡板调节门来实现对空气预热器和空气预热器旁路的烟气流量分配的自动控制,空气预热器旁路的烟气质量流量与再循环烟气质量流量基本保持一致,从而维持空气预热器排烟温度T5。
以典型参数为例:(1)若最佳旁路烟气冷却装置排烟温度确定为150℃,则通过T4测点的反馈,保持排烟温度冷却到150℃。当T4温度高于150℃,调整循环水泵转速,增加循环水流量;当T4温度低于150℃,调整循环水泵转速,减少循环水流量;(2)若最佳空气预热器排烟温度确定为130℃,则通过T5测点的反馈,保持空气预热器排烟温度为130℃。当T5温度低于130℃,调整旁路挡板调节门开度,增加空气预热器烟气流量,减少旁路烟道烟气流量;当T5温度高于130℃,调整旁路挡板调节门开度,减少空气预热器烟气流量,增加旁路烟道烟气流量。
本发明的优点和效果在于:
1、本发明通过上述新型系统及相关设备将冷烟再循环机组中多余的高品位旁路烟气热量转变成同样高品位炉膛烟气热量,在一定程度上避免了原有空气预热器旁路烟道系统(旁路烟气热量转变为一部分较高品位的给水热量以及一部分较低品味的凝结水热量)存在较大不可逆损失的主要缺点。
2、本发明通过上述新型系统及相关设备将冷烟再循环机组中再循环冷烟的烟气温度由90℃左右提高到300℃左右,降低再循环冷烟与炉膛之间的温差,防止燃烧稳定工况受到冲击,保证燃料良好燃烬。
3、本发明能够提高冷烟再循环机组的机组效率,降低机组发电煤耗,节能效果明显,经济效益显著。
4、本发明中旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵、补充水泵、空气预热器旁路烟道及调节挡板门等均为常规设备,国内项目已有一定的运行和维护经验,不存在运行和维护方面的问题,均可以长期安全稳定的运行。
本发明目的在于大幅提高冷烟再循环机组旁路烟气热量的回收利用效率,从而冷烟再循环机组效率提升,降低机组发电煤耗;同时考虑到减小冷烟再循环对炉膛稳定燃烧工况的冲击,简化水侧系统设计、减少运行维护工作量等方面因素,本发明将采用新型的冷烟再循环机组效率提升系统替代原有冷烟再循环机组常规空气预热器旁路烟道系统。以水作为循环媒介,新型的冷烟再循环机组效率提升系统由旁路烟气冷却装置、再循环冷烟加热装置、闭式水循环泵及相关管路和阀门、补充水泵及相关管路和阀门、空气预热器旁路烟道及旁路烟气调节挡板门等组成。该系统以闭式水作为循环媒介,冷烟再循环机组旁路烟气在旁路烟气冷却装置内释放热量降温,循环水在旁路烟气冷却装置内吸收热量升温;循环水在再循环冷烟加热装置内释放热量降温,再循环冷烟在再循环冷烟加热装置内吸收热量升温;循环水在闭式水循环泵的驱动作用下,往复于旁路烟气冷却装置和再循环冷烟加热装置之间,完成上述循环吸热-放热过程,不断的将旁路烟气热量转移成为再循环冷烟热量带入锅炉炉膛。此外,本发明设置有补水系统。补水泵为闭式循环系统提供少量补水,补水源于机组主给水系统,由主给水压力和补水泵共同维持整个循环水系统压力,防止循环水高温状态产生汽化,从而提高再循环冷烟加热装置的换热端差,强化高温循环水与再循环冷烟之间的传热。
本发明以水作为循环媒介,采用闭式循环系统,循环介质通过不同的换热装置在锅炉空气预热器旁路烟道处吸收热量(冷却旁路烟气温度)以及在冷烟再循环烟道处释放热量(加热再循环冷烟温度),在循环泵(或其他驱动设备)的驱动下,不断将锅炉空气预热器旁路烟道中旁路烟气热量转移至冷烟再循环系统再循环冷烟中。由于再循环冷烟使旁路烟道中旁路烟气热量直接进入锅炉炉膛,其能量品级远远高于低压加热器的蒸汽能量品级,也高于高压加热器的蒸汽能量品级,因此其热量利用效率远高于国内传统系统。综上所述,与国内传统空气预热器旁路烟道烟气热量回收节能系统相比,本发明能够提高旁路烟气热量的利用效率,实现冷烟再循环机组的节能提效。本发明能够将冷烟再循环机组的旁路烟气热量利用效率从30%左右提高到60%以上,节煤效果非常明显,经济效益显著。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,包括:锅炉本体、第一管道、空气预热器、第二管道、低温省煤器、第三管道、冷烟再循环风机、再循环冷烟加热装置、第四管道、第五管道、空气预热器旁路冷却装置、第六管道、第七管道、闭式水循环泵、第八管道及第九管道;
所述第一管道连通所述锅炉本体的排烟口与所述空气预热器的进烟口,所述第二管道连通所述空气预热器的出烟口与所述低温省煤器,所述第三管道连通所述低温省煤器与所述冷烟再循环风机的进烟口连通,所述第四管道连通所述冷烟再循环风机的出烟口与所述再循环冷烟加热装置的第一进口,所述第五管道连通所述再循环冷烟加热装置的第一出口与所述锅炉本体的冷灰斗,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
闭式循环子系统,包括再循环冷烟加热装置和空气预热器旁路冷却装置:所述再循环冷烟加热装置的第一进口通过第四管道与所述冷烟再循环风机的出烟口连通,所述再循环冷烟加热装置的第一出口通过第五管道与所述锅炉本体的冷灰斗连通,所述再循环冷烟加热装置还包括互通的第二进口和第二出口;所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口通过第六管道与所述锅炉本体排烟口连通,所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口通过第七管道与第二管道连通,所述空气预热器旁路冷却装置还包括互通的第二进口和第二出口;
所述闭式循环子系统还包括第八管道、第九管道及闭式水循环泵,所述第八管道连通所述空气预热器旁路冷却装置的第二出口与所述再循环冷烟加热装置的第二进口,所述第九管道连通所述再循环冷烟加热装置的第二出口与所述空气预热器旁路冷却装置的第二进口,所述闭式水循环泵设置于所述第九管道;
空气预热器旁路冷却子系统,包括第六管道、空气预热器旁路冷却装置、第七管道,所述第六管道的一端与所述第一管道连通,第六管道的另一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一进口连通,所述第七管道的一端与所述空气预热器旁路冷却装置的第一出口连通,第七管道的另一端与所述第二管道连通。
2.根据权利要求1所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述闭式循环子系统还包括第十管道及补充装置;
所述第十管道的一端与所述第八管道连通,所述第十管道的另一端与机组给水系统连通;
所述补充装置设置于所述第十管道,所述补充装置用于向第八管道补充预设用量的循环介质,并维持所述闭式循环子系统的压力。
3.根据权利要求2所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述补充装置为补水泵。
4.根据权利要求3所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述空气预热器旁路冷却子系统还包括调节门,所述调节门设置于所述第六管道上。
5.根据权利要求4所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括多个温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一进口侧设有第一温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第一出口侧设有第二温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧设有第三温度检测装置;
所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧设有第四温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一进口侧设有第五温度检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧设有第六温度检测装置;
所述空气预热器的出烟口侧设有第七温度检测装置。
6.根据权利要求5所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述闭式循环子系统还包括流量检测装置;
所述空气预热器旁路冷却装置的所述第二进口与所述闭式水循环泵之间的所述第九管道上设有一所述流量检测装置。
7.根据权利要求6所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,其特征在于,所述新型冷烟再循环机组效率提升系统还包括控制系统,所述控制系统包括主控制器,所述主控制器分别与多个所述温度检测装置、所述流量检测装置、所述闭式水循环泵及所述调节门电连接。
8.一种新型冷烟再循环机组效率提升控制方法,其特征在于,用于控制如权利要求1~7中任一项所述的新型冷烟再循环机组效率提升系统,包括以下步骤:
检测所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度;
根据所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度,通过调节门开度控制进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度高于第一预设温度时,控制增加进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量,当所述空气预热器的出烟口侧的烟气温度低于所述第一预设温度时,控制减少进入所述空气预热器旁路冷却子系统的烟气流量;
检测所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度;检测所述再循环冷烟加热装置的所述第二进口侧的循环水温度及所述再循环冷烟加热装置的所述第二出口侧的循环水温度;
根据所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度,控制所述闭式水循环泵的流量;当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度高于第二预设温度时,维持循环水温度,控制增加所述闭式水循环泵的流量,当所述空气预热器旁路冷却装置的所述第一出口侧的烟气温度低于所述第二预设温度时,维持循环水温度,控制减少所述闭式水循环泵的流量。
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