CN111425878A - 一种锅炉尾部烟气余热深度梯级利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，该系统中锅炉的出烟口输出的烟气分成三路，一路烟气通过给水凝水加热单元分别向给水、凝水回路供热；另一路烟气通过三分仓空气预热器的烟气仓分别向一次风烟气暖风器与二次风烟气暖风器供热；最后一路烟气向一次风管式空气预热器供热；所述锅炉送风机将一次风经一次风烟气暖风器通过所述一次风管式空气预热器或三分仓空气预热器的一次风仓进入锅炉；二次风依次通过一次风烟气暖风器与三分仓空气预热器进入锅炉。有益效果：充分合理利用锅炉尾部烟气的余热，采用能源梯级利用，减小各系统的换热端差，加增强了各换热系统的换热效率，减小系统的换热面积，也增加了系统运行的灵活性。

Description

一种锅炉尾部烟气余热深度梯级利用系统
技术领域
本发明属于火电机组安全、节能技术领域，尤其涉及一种锅炉尾部烟气深度梯级利用系统。
背景技术
国内电站锅炉烟气余热回收利用技术路线较多，目前成熟可靠的应用方式有：低温省煤器烟气余热利用、低温省煤器-凝结水联合烟气-空气换热余热利用、烟气余热梯级利用等。低温省煤器烟气余热利用技术发展较早，是在我国目前大范围采用的技术方案。低温省煤器采用空气预热器出口烟气加热低温凝结水的方式，实现余热回收，由于其替代抽气品位较低，节能量有限，一般不超过2g/kwh。低温省煤器-凝结水联合烟气-空气换热余热利用技术在加热凝结水的同时，利用余热加热送风，替代原有暖风器，但在冬季由于环境温度低，凝水余热回收量有限。烟气余热梯级利用技术则采用旁路部分空预入口烟气来加热给水、凝水及送风，使得能效比增高，节煤量一般在3~4g/kwh，但该项改造会造成空预出口送风温度大幅降低，影响机组运行的经济性和安全性。
目前的主流技术均未考虑脱硫后饱和湿烟气汽化潜热的利用，能源梯级利用不够合理，造成能效比偏低，节能量有限，一定程度上会对系统安全运行造成影响。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供了一种锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，具体由以下技术方案实现：
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，包括：锅炉、脱硝系统、给水凝水加热单元、一次风管式空气预热器、一次风烟气暖风器、二次风烟气暖风器、空气换热器、一次风机、二次风机、除尘器、锅炉引风机、脱硫单元以及三分仓空气预热器；
所述锅炉通过脱硝系统输出的烟气分成三路，一路烟气通过给水凝水加热单元分别向给水、凝水回路供热；另一路烟气通过三分仓空气预热器加热一次风和二次风或仅加热二次风；最后一路烟气向一次风管式空气预热器供热；三路烟气最终汇聚后用以加热一次风机和二次风机出口的送风，后经除尘器、锅炉引风机以及脱硫单元由烟囱排出，用以加热一次风机和二次风机入口空气；
所述锅炉送风机通过空气换热器分别向一次风机、二次风机送风形成预热的一次风与二次风，一次风经一次风烟气暖风器通过所述一次风管式空气预热器或三分仓空气预热器的一次风仓进入锅炉；二次风依次通过一次风烟气暖风器与三分仓空气预热器进入锅炉。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，该系统还包括饱和湿烟气余热利用回路，所述饱和湿烟气余热利用回路中设有饱和湿烟气旁路风机，该回路的进气口为脱硫单元的出气口，回路的出气口为烟囱，由脱硫单元输出的饱和湿烟气通过饱和湿烟气旁路风机向空气换热器供热，所述空气换热器设于锅炉一次风机、二次风机的入风口处以预热经过空气换热器的空气。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述三分仓空气预热器的一次风仓与二次风仓进风口通过设有联络门的管路连接，当联络门打开时，一次风仓与二次风仓同时注入二次风，与烟气仓形成二分仓结构；当联络门关闭时，三分仓空气预热器保留原有的三分仓结构。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述给水凝水加热单元包括给水加热器、凝水加热器、除氧器、高压加热器以及低压加热器，凝水自凝泵出口经低压加热器、凝水加热器后，再依次通过除氧器、高压加热器与给水加热器后完成给水供应；向给水凝水加热单元供热的烟气依次通过给水加热器、凝水加热器后与空气预热器出口以及管式空气预热器出口烟气混合后用以加热送风。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述低压加热器为四个，四个低压加热器依次串接，所述凝水加热器并接于一个低压加热器。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述高压加热器为三个，三个高压加热器依次串接，所述凝水加热器并接于三个高压加热器。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述给水凝水加热器与一次风管式空气预热器的烟气气路的输入一侧设有烟气调节挡板。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述一次风烟气暖风器与三分仓空气预热器的一次风仓间设有一次风侧入口门，当所述一次风侧入口门关闭时，一次风经一次风烟气暖风器通过所述一次风管式空气预热器进入锅炉；当所述一次风侧入口门打开时，一次风经一次风烟气暖风器通过三分仓空气预热器的一次风仓进入锅炉。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述给水加热器与凝水加热器均为多流程管式换热器，采用逆流布置方式。
所述锅炉尾部烟气深度梯级利用系统的进一步设计在于，所述一次风管式空气预热器采用高效管式气-气换热器，烟气为管内流程，空气为管外流程，换热器的换热管采用内外肋布置，换热器内肋采用毛刺状肋片。
本发明的优点如下：
本发明的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统增设了空预器烟气旁路，用来加热给水、凝水及冷一次风，增设了一次风烟气暖风器、二次风烟气暖风器，可以将除尘器入口烟气降低至90℃左右，在实现机组余热利用的同时，提高了原有三分仓空气预热器综合冷端温度，同时提升了锅炉热风温度，提高锅炉燃烧效率；通过增设一次风管式空气预热器，将原有三分仓空气预热器间接改造为“二分仓”空气预热器，在保证一、二次风热风温度的同时，大大降低空气预热器漏风率；通过增设给水凝水加热单元，排挤高参数抽汽，增加机组发电量；增设了空气换热器，可以利用饱和湿烟气汽化潜热来加热送风，起到余热深度利用的方式。
本发明的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统可以充分合理利用锅炉尾部烟气的余热，采用能源梯级利用，减小各系统的换热端差，加增强了各换热系统的换热效率，减小系统的换热面积，也增加了系统运行的灵活性。通过本系统的改造，纯凝工况下可以有效降低机组供电煤耗6g/kwh左右。此外，通过本系统的改造，可以提升机组运行的安全性，降低了空气预热器堵塞和腐蚀风险，相较其他改造方式，保证或提升了空气预热器出口二次风的运行温度，提高了锅炉燃烧效率。通过本系统的改造，将除尘入口烟气温度降至90℃左右，提高了电除尘除尘效率的同时，加大了尾部烟气SO3的脱出效率。此外，脱硫出口饱和湿烟气余热利用的同时，实现了收水作用，降低了电厂水耗，通过对饱和湿烟气的冷凝，同时可以降低烟气中可过滤颗粒物、可溶盐、SO3气溶胶等污染物的排放。
附图说明
图1是本发明的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统总体结构及烟气、水流、风向示意图。
其中，1-燃煤电站锅炉,2-脱硝系统出口烟气,3-脱硝出口旁路烟气，4-给水凝水加热单元后烟气，5-一次风管式空气预热器后烟气，6-三分仓空气预热器出口烟气，7-三分仓空预器后混合烟气，8-送风暖风器后烟气，9-除尘器入口烟气，10-脱硫系统后饱和湿烟气，11-饱和湿烟气旁路烟气，12-空气换热器后烟气，13-最终排放烟气，14-饱和湿烟气旁路烟气调节挡板，15-饱和湿烟气旁路风机，16-空气换热器，17-除尘器，18-锅炉引风机，19-脱硫系统，20-烟囱，21-锅炉送风机取风口，22-锅炉送风机入口预热后空气，23-锅炉二次风机入口关断门，24-锅炉一次风机入口关断门，25-锅炉一次风机，26-锅炉二次风机，27-锅炉一次风机出口一次风，28-锅炉二次风机出口二次风，29-锅炉一次风-烟气暖风器，30-锅炉二次风-烟气暖风器，31-暖风器加热后一次风，32-暖风器加热后二次风，33-三分仓空预器一次风侧入口门，34-三分仓空预器一、二次风入口联络门，35-一次风管式空预器入口调整门，36-三分仓空气预热器一次风仓，37-三分仓空气预热器二次风仓，38-三分仓空气预热器烟气仓，39-除尘器入口烟气调节挡板，40-一次风管式空气预热器入口烟气调节挡板，41-给水凝水加热单元入口烟气调节挡板，42-一次风管式空气预热器，43-三分仓空气预热器一次风仓出口热风，44-三分仓空气预热器一次风仓出口一次热风关断门，45-三分仓空预器一、二次风出口联络门，46-三分仓空气预热器出口热二次风，47-一次风管式空气预热器出口热一次风，48-给水加热器，49-凝水加热器，50-给水旁路加热系统调整门，51-给水加热器入口给水，52-给水加热器出口给水，53-凝水加热器入口凝水，54-凝水旁路加热系统调整门，55-凝水加热器出口凝水，56-凝泵出口凝水，57、58、59、60-低压加热器，61-除氧器，62、63、64-高压加热器，65-最终给水，66-三分仓空预器后混合烟气关断门。
具体实施方式
结合具体实施例与附图对本发明的技术方案进一步说明。
如图1，本实施例提供了一种燃煤电站锅炉尾部烟气余热深度梯级利用系统，该系统主要包括了给水-凝水加热系统、空气预热器系统、烟气-空气暖风器系统和湿饱和湿烟气余热利用系统，各系统相互独立，可以从系统中解耦出来单独运行，同时，各系统同时相互耦合使用。
目前，绝大多数燃煤电站锅炉（1）的脱硝系统出口烟气是全部进入三分仓空气预热器烟气仓（38），本实施例在原有基础上旁路出部分烟气，分别用于加热给水、凝水和一次冷风。其中脱硝出口旁路烟气（3）通过给水加热器（48），将除氧器(61)出口给水进行加热，将该部分给水加热至最终给水（65）所对应的温度，与最终给水（65）混合后注入锅炉省煤器，该部分的水流量由给水旁路加热系统调整门（50）进行调整，该部分加热烟气量由给水凝水加热单元入口烟气调节挡板（41）进行调节，通过给水旁路加热系统调整门（50）和给水凝水加热单元入口烟气调节挡板（41）之间的耦合调整，能够保证给水加热器出口给水（52）温度与最终给水（65）温度保持一致。为充分利用该部分烟气余热，本实施例设计了凝水加热系统，采用给水加热器（48）出口烟气加热凝结水，凝结水取自低压加热器（59）出口，通过凝水加热器（49）对凝水进行加热，加热后的凝水注入除氧器（61）入口，该部分凝水流量通过凝水旁路加热系统调整门（54）进行调整，可将给水凝水加热单元后烟气（4）温度控制在120~130℃区间。将排烟温度控制在该区间主要出于两个目的：一、保证排烟温度处于较高区间，用以加热送风。二、保证排烟温度处于较高区间，高于烟气酸露点40℃以上，可以避免换热器冷端低温腐蚀问题。给水加热器（48）和凝水加热器（49）均采用多流程管式换热器，采用逆流布置方式，建议采用H型翅片管，材料采用20G即可。给水凝水加热单元后烟气（4）最终与三分仓空气预热器出口烟气（6）进行混合，混合后烟气温度为130~140℃。
结合图1，给水凝水加热单元后烟气（4）最终与三分仓空气预热器出口烟气（6）进行混合后成为三分仓空预器后混合烟气（7），烟气温度为130~140℃。混合烟气通过除尘器入口烟气调节挡板（39）调节进入暖风器加热系统和短路进入除尘器的烟气量，用以灵活调整排烟温度和暖风器所需热功率。
锅炉一次风机出口一次风（27）和锅炉二次风机出口二次风（28）分别通过锅炉一次风烟气暖风器（29）、 锅炉二次风烟气暖风器（30）进行加热，暖风器建议使用内外双肋高效换热器烟气为管内流程，一、二次风为管外流程。通过该换热器，可以将130~140℃的烟气温度降至90℃，一、二次风温则可以提升40~50℃，此部分换热量可以通过除尘器入口烟气调节挡板（39）调整烟气量进行合理配置。此部分换热器建议采用ND钢。通过本系统，大大提高了三分仓空气预热器的综合冷端温度，降低了空气预热器冷端腐蚀及堵塞的风险，且在冬季运行工况下，可以替代原有蒸汽暖风器的蒸汽消耗，减小汽轮机回热系统抽起量，增加机组发电量。
如图1，本实施例对原有三分仓空气预热器进行了重新配置，脱硝系统后烟气依然通过三分仓空气预热器烟气仓（38），暖风器加热后一次风（31）不进入三分仓空气预热器一次风仓（36），而是通过旁路进入一次风管式空气预热器（42），采用脱硝出口旁路烟气（3）对一次风进行加热，加热后的一次风管式空气预热器出口热一次风（47）则与原有冷一次风系统掺混后进入制粉系统，该部分热一次风温通过一次风管式空气预热器入口烟气调节挡板（40）和一次风管式空预器入口调整门（35）进行烟气量和一次热风量的调节，以此调节一次风管式空气预热器出口热一次风温度和一次风管式空气预热器后烟气温度。此种工况下，要求一次风管式空预器入口调整门（35）为打开状态，而三分仓空预器一次风侧入口门（33）为关闭状态，三分仓空气预热器一次风仓出口一次热风关断门（44）为关闭状态。同时三分仓空预器一、二次风入口联络门（34）和三分仓空预器一、二次风出口联络门（45）为开启状态。暖风器加热后二次风通过三分仓空预器一、二次风入口联络门（34）分别进入三分仓空气预热器一次风仓（36）和三分仓空气预热器二次风仓（37）进行换热，三分仓空气预热器出口热二次风（46）进入锅炉大风箱。通过该设计，将原有三分仓空气预热器改为了二分仓空气预热器，大大增高了二次风的换热面积，三分仓空气预热器出口热二次风（46）温度能够在原有基础上进一步提高或得以保持，避免了由于进入预热器的烟气量减少而导致二次风温降低的问题，同时降低了二次风侧及烟气侧的空气预热器阻力。另一方面，由于将一次风旁路为管式空气预热器加热，其漏风率几乎为零，而二分仓容克式空气预热器的漏风率一般能够保证在2%以内，大大降低了空气预热器系统的漏风率，可以降低机组供电煤耗0.6g/kwh左右。由于管式空气预热器存在被磨损或者腐蚀的问题，同样会造成漏风，为了增加系统运行的稳定性，本设计保留了原有三分仓空气换热器的结构。可以通过关闭一次风管式空气预热器入口烟气调节挡板（40）、给水凝水加热单元入口烟气调节挡板（41），将一次风管式空气预热器及给水凝水加热系统隔离，将一次风管式空预器入口调整门（35）关闭，三分仓空预器一次风侧入口门（33）打开，三分仓空预器一、二次风入口联络门（关闭），三分仓空气预热器一次风仓出口一次热风关断门（44）打开，三分仓空预器一、二次风出口联络门（45）关闭，系统将恢复传统三分仓布置方式，将新加系统隔离至原有系统外。优选地，一次风管式空气预热器（42）采用高效管式气-气换热器，烟气为管内流程，空气为管外流程，换热管采用内外肋布置，内肋建议采用毛刺状肋片，可以防止腐蚀和积灰问题；换热器材质建议采用ND钢。
本实施例还提供了一种脱硫后烟气余热回收利用回路，脱硫系统后饱和湿烟气（10）旁路出部分烟气，饱和湿烟气旁路烟气（11）通过饱和湿烟气旁路风机（15）引出，通过空气换热器（16）对一次风机及送风机入口空气进行预热，形成锅炉送风机入口预热后空气（22），空气换热器后烟气（12）排至最终排放烟气（13），最后排至烟囱（20），旁路系统的烟气量可以通过饱和湿烟气旁路烟气调节挡板进行烟气量的调节。空气换热器（16）设计为管式气-气换热器，饱和湿烟气为管外流程，空气为管内流程，换热器材质建议采用2205不锈钢，换热器建议采用管内为高效肋片，管外为光管的高效换热器。通过该换热器，冬季工况下，可将100万m3/h的-10℃的冷空气加热至30℃左右，需旁路出40万m3/h的50℃饱和湿烟气，饱和湿烟气温度降低至35℃左右，同时冷凝出25t/h左右的冷凝水。夏季工况下，可将100万m3/h的20℃的空气加热至40℃左右，需旁路出30万m3/h的50℃饱和湿烟气，饱和湿烟气温度降低至40℃左右，同时冷凝出18t/h左右的冷凝水。系统设计了锅炉二次风机入口关断门（23）和锅炉一次风机入口关断门（24），旁路系统切除机组运行时，可关闭锅炉二次风机入口关断门（23）和锅炉一次风机入口关断门（24），将该系统切除机组运行，风机入风口则采用原有系统，而旁路系统运行时，则将原有系统切离运行，在此不再赘述。通过本系统，可以在冬季工况下将风机入口风温加热到30℃，有效防止锅炉一次风-烟气暖风器（29）、锅炉二次风-烟气暖风器（30）的冷端腐蚀。在夏季工况下，则可以有效回收烟气余热，增加给水、凝水系统的吸热量。
通过本系统的改造，可以充分合理利用锅炉尾部烟气的余热，采用能源梯级利用，减小各系统的换热端差，加增强了各换热系统的换热效率，减小系统的换热面积，也增加了系统运行的灵活性。通过本系统的改造，纯凝工况下可以有效降低机组供电煤耗6g/kwh左右。此外，通过本系统的改造，可以提升机组运行的安全性，降低了空气预热器堵塞和腐蚀风险，相较其他改造方式，保证或提升了空气预热器出口二次风的运行温度，提高了锅炉燃烧效率。通过本系统的改造，将除尘入口烟气温度降至90℃左右，提高了电除尘除尘效率的同时，加大了尾部烟气SO3的脱出效率。此外，脱硫出口饱和湿烟气余热利用的同时，实现了收水作用，降低了电厂水耗，通过对饱和湿烟气的冷凝，同时可以降低烟气中可过滤颗粒物、可溶盐、SO3气溶胶等污染物的排放。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于包括：锅炉、脱硝系统、给水凝水加热单元、一次风管式空气预热器、一次风烟气暖风器、二次风烟气暖风器、空气换热器、一次风机、二次风机、除尘器、锅炉引风机、脱硫单元以及三分仓空气预热器；
所述锅炉通过脱硝系统输出的烟气分成三路，一路烟气通过给水凝水加热单元分别向给水、凝水回路供热；另一路烟气通过三分仓空气预热器加热一次风和二次风或仅加热二次风；最后一路烟气向一次风管式空气预热器供热；三路烟气最终汇聚后用以加热一次风机和二次风机出口的送风，后经除尘器、锅炉引风机以及脱硫单元由烟囱排出，用以加热一次风机和二次风机入口空气；
所述锅炉送风机通过空气换热器分别向一次风机、二次风机送风形成预热的一次风与二次风，一次风经一次风烟气暖风器通过所述一次风管式空气预热器或三分仓空气预热器的一次风仓进入锅炉；二次风依次通过一次风烟气暖风器与三分仓空气预热器进入锅炉。
2.根据权利要求1所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：该系统还包括饱和湿烟气余热利用回路，所述饱和湿烟气余热利用回路中设有饱和湿烟气旁路风机，该回路的进气口为脱硫单元的出气口，回路的出气口为烟囱，由脱硫单元输出的饱和湿烟气通过饱和湿烟气旁路风机向空气换热器供热，所述空气换热器设于锅炉一次风机、二次风机的入风口处以预热经过空气换热器的空气。
3.根据权利要求1所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述三分仓空气预热器的一次风仓与二次风仓进风口通过设有联络门的管路连接，当联络门打开时，一次风仓与二次风仓同时注入二次风，与烟气仓形成二分仓结构；当联络门关闭时，三分仓空气预热器保留原有的三分仓结构。
4.根据权利要求1所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述给水凝水加热单元包括给水加热器、凝水加热器、除氧器、高压加热器以及低压加热器，凝水自凝泵出口经低压加热器、凝水加热器后，再依次通过除氧器、高压加热器与给水加热器后完成给水供应；向给水凝水加热单元供热的烟气依次通过给水加热器、凝水加热器后与空气预热器出口以及管式空气预热器出口烟气混合后用以加热送风。
5.根据权利要求4所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述低压加热器为四个，四个低压加热器依次串接，所述凝水加热器并接于一个低压加热器。
6.根据权利要求4所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述高压加热器为三个，三个高压加热器依次串接，所述凝水加热器并接于三个高压加热器。
7.根据权利要求3所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述给水凝水加热器与一次风管式空气预热器的烟气气路的输入一侧设有烟气调节挡板。
8.根据权利要求3所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述一次风烟气暖风器与三分仓空气预热器的一次风仓间设有一次风侧入口门，当所述一次风侧入口门关闭时，一次风经一次风烟气暖风器通过所述一次风管式空气预热器进入锅炉；当所述一次风侧入口门打开时，一次风经一次风烟气暖风器通过三分仓空气预热器的一次风仓进入锅炉。
9.根据权利要求1所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述给水加热器与凝水加热器均为多流程管式换热器，采用逆流布置方式。
10.根据权利要求1所述的锅炉尾部烟气深度梯级利用系统，其特征在于：所述一次风管式空气预热器采用高效管式气-气换热器，烟气为管内流程，空气为管外流程，换热器的换热管采用内外肋布置，换热器内肋采用毛刺状肋片。
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CN114413269A (zh) * 2022-01-24 2022-04-29 西安西热锅炉环保工程有限公司 一种垃圾发电厂提升污泥及垃圾处置量的系统及方法

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