CN111457353A - 耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧系统及方法 - Google Patents

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CN111457353A CN202010196731.3A CN202010196731A CN111457353A CN 111457353 A CN111457353 A CN 111457353A CN 202010196731 A CN202010196731 A CN 202010196731A CN 111457353 A CN111457353 A CN 111457353A
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严建华
张艺颗
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方卓婷
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Abstract

本申请公开一种耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧系统及方法，包括安装于锅炉车间的：锅炉，包括炉体和汽包；过热器，与汽包的蒸汽出口连接；高压省煤器，出水口连接汽包的进水口；低压省煤器，进水口连接锅炉给水管；除氧器，连接低压省煤器的出水口和高压省煤器的进水口；以及位于汽机车间的汽轮机和冷凝器，过热器的过热蒸汽出口接入该汽轮机，冷凝器的进水口连接汽轮机的排水口、出水口连接低压省煤器的进水口。本申请改变原有垃圾焚烧电厂除氧器与汽轮发电机系统结合放置于汽机除氧间的用汽轮机抽汽加热的锅炉给水加热方法，提供一种新型的结合于垃圾焚烧锅炉的给水加热除氧系统。

Description

耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧 系统及方法
技术领域
本申请涉及固体废弃物焚烧技术领域，具体为一种生活垃圾焚烧发电厂的锅炉的给水加热除氧系统。
背景技术
在锅炉给水处理工艺过程中，除氧是非常关键的一个环节。氧是锅炉给水系统的主要腐蚀性物质，给水系统中的氧应当迅速得到清除，否则它会腐蚀锅炉的给水系统和部件，腐蚀性物质氧化铁会进入锅炉内，沉积或附着在锅炉管壁和受热面上，形成难溶而传热不良的铁垢，腐蚀的铁垢会造成管道内壁出现点坑，流动阻力系数增大。管道腐蚀严重时，甚至会发生管道爆炸事故。国家规定蒸发量大于等于2吨每小时的蒸汽锅炉和水温大于等于95℃的热水锅炉都必须除氧。
目前除氧器主要有热力除氧和化学除氧。热力除氧是将除氧器内的水散播成微细的水柱或微薄的水膜，同时将高温蒸汽引入除氧器。高温蒸汽与水接触，将水加热到饱和温度，使水中溶解的氧逸出。化学除氧是在除氧器中添加钢屑或亚硫酸钠等，使水中溶解的氧气与之反应，进而达到除氧的目的，不过化学除氧一般用于热力除氧后的辅助除氧手段。
热力除氧的主要流程是将高温蒸汽从汽轮机中引出，经管道传输后进入除氧器，与给水混合，提高给水的温度，当给水被加热至相应压力下的沸腾温度时，溶解气体的分压力为零，水不再具有溶解气体的能力，亦即溶解于水中的气体，包括氧气均可被除去，达到除氧目的。但这样难免会造成汽轮机排汽损失，且蒸汽在管道传输时也会有热损耗和压力损耗，且除氧器运行管理不当还会造成较高的排汽损失，除氧器排汽损失的经验值为其出力的0.1％～0.3％，造成热损失。除氧后，锅炉给水的温度较高接近常压的饱和温度，为避免水泵汽蚀还需要较高的静止水头，为此除氧器需要布置在较高的位置，一般放置于汽机车间，增加了厂房的土建费用。另外，由于除氧器布置在汽机车间，相应地，锅炉给水泵也需要布置在汽机车间，与锅炉距离远，长距离的水管流动会产生较大的阻力损失。
垃圾焚烧发电是指将垃圾送入垃圾焚烧锅炉进行高温焚烧的一种垃圾减量化、减容化和无害化处理技术，目前的生活垃圾焚烧发电的热力系统中，延续传统的发电厂热力系统，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机高速旋转带动发电机发电，利用汽轮机的低压抽汽进行给水加热和除氧后再经过给水泵加压到余热锅炉额定压力以上进入锅炉的省煤器。给水加热和除氧消耗汽轮机蒸汽，减少发电量，由汽机车间到焚烧车间的长高压给水管道投资大，运行成本高。众所周知，锅炉是蒸汽的产生源，因此，开发一种新型的与垃圾焚烧厂锅炉车间耦合，不依赖于汽轮机抽汽的除氧系统，提高垃圾焚烧厂的发电效率，具有重要的应用价值。
发明内容
结合垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧和余热利用锅炉系统，改变原有垃圾焚烧电厂除氧器与汽轮发电机系统结合放置于汽机除氧间的用汽轮机抽汽加热的锅炉给水加热方法，本申请提供一种新型的结合于垃圾焚烧锅炉的给水加热除氧系统，将除氧器与垃圾焚烧发电的锅炉耦合，形成新的生活垃圾焚烧发电系统中锅炉给水加热除氧系统。
耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧系统，包括安装于锅炉车间的：
垃圾焚烧锅炉，包括炉体和汽包；
过热器，与所述汽包的蒸汽出口连接；
高压省煤器，进水口连接给水泵的出水口，出水口连接所述汽包的进水口；
除氧器，出水口连接所述给水泵的进水口；
低压省煤器，出水口连接所述除氧器的进水口；
以及位于汽机车间的汽轮机、冷凝器和凝结水泵，所述过热器的过热蒸汽出口接入该汽轮机，所述冷凝器的进水口连接所述汽轮机的排汽口、出水口连接所述凝结水泵的进水口，所述凝结水泵的出水口连接所述低压省煤器的进水口。
低压省煤器、除氧器、给水泵、高压省煤器、垃圾焚烧锅炉和过热器依次连接且均安装于锅炉车间内；汽轮机、冷凝器和凝结水泵依次连接且均安装于汽机车间内；凝结水泵与锅炉车间的低温省煤器连接，汽轮机与锅炉车间的过热器连接。
本申请将除氧器与垃圾焚烧发电厂的锅炉耦合，形成新的生活垃圾焚烧发电系统中锅炉给水加热除氧系统。汽轮发电机的冷凝水通过冷凝水泵，经过低压省煤器加热升温达到饱和温度后进入除氧器减压沸腾，水中溶解氧在除氧器中逸出，通过管道排出除氧器外，达到加热除氧的目的。除氧后的锅炉给水通过设置于锅炉车间的高压给水泵送入高压省煤器内，加热后进入锅炉汽包，在垃圾焚烧锅炉的受热面中给水吸收垃圾焚烧高温烟气热量后蒸发变成蒸汽进入过热器，过热器加热后的过热蒸汽再送往汽机车间的汽轮机做功发电，完成汽水循环。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所述除氧器为热力除氧器；所述锅炉为生活垃圾焚烧发电厂的锅炉或利用危险废物焚烧厂余热锅炉蒸汽发电的锅炉；除氧器放置于垃圾焚烧厂的锅炉车间。
可选的，所述除氧器置于垃圾焚烧锅炉上且位于12米高处以上钢架上。
两级省煤器的压力不同，分别称为高压省煤器和低压省煤器。低压省煤器的工作压力为0.6～1MPa；高压省煤器的工作压力在垃圾焚烧锅炉额定压力之上。
可选的，所述低压省煤器安装于300～200℃的低温段烟道内；所述高压省煤器安装于400～300℃的高温段烟道内。例如垃圾焚烧锅炉的立式烟道内，呈上下布置。
可选的，还包括连接于所述冷凝器和低温省煤器之间的冷凝水泵，用于将冷凝器出水送入低温省煤器中。
可选的，所述给水泵为高压给水泵，用于将所述除氧器的除氧水加压依次送入高压省煤器和垃圾焚烧锅炉的汽包内。
本申请还提供一种耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧方法，包括：
汽轮机做功后的乏汽在冷凝器中冷凝后的冷凝水，经过冷凝水泵送入锅炉车间内的低压省煤器；
锅炉给水经低压省煤器加热升温后进入除氧器，在除氧器内经减压沸腾，水中溶解氧在除氧器内溶解度下降逸出，通过管道排出除氧器外，完成锅炉给水的除氧；
除氧后的锅炉给水经过给水泵加压送入高压省煤器中，在高压省煤器中加热后进入汽包，然后在垃圾焚烧锅炉的受热面中给水吸收垃圾焚烧高温烟气热量，沸腾蒸发成蒸汽进入过热器；
在过热器中变成过热蒸汽后进入汽轮机做功发电，完成汽水循环。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所述的低压省煤器的工作压力为0.6～1MPa；低压省煤器的出口给水温度达到饱和温度。
可选的，送入除氧器中的低压饱和水降压至0.018MPa后减压沸腾除氧，不再外接蒸汽加热汽源。
由高压给水泵加压的锅炉给水，高压省煤器的工作压力在垃圾焚烧锅炉额定压力之上。例如，对于3.8MPa、450℃额定蒸汽参数的垃圾焚烧发电余热锅炉，其工作压力为4.5～5.3MPa。对于5.3MPa、400℃额定蒸汽参数的垃圾焚烧发电余热锅炉，其工作压力为6.0～6.5MPa。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
(1)省去了除氧器给水加热除氧所需的汽轮机抽汽，减少汽轮机抽汽，增加了汽轮机做功发电量。
(2)简化了工艺流程，减少了蒸汽管道，降低系统的热损失和压力损失。
(3)减少了从汽轮机车间到锅炉车间的高压给水管道，减少了厂用电。
(4)除氧器放置于锅炉钢架上，减少了传统的除氧间的土建成本。
附图说明
图1为传统的给水加热流程图。
图2为本申请的给水加热流程图。
图3为传统的系统结构示意图。
图4为本申请的系统结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1-汽机车间 2-汽轮机 3-冷凝器
4-冷凝水泵 5-锅炉车间 6-低压省煤器
7-除氧器 8-高压给水泵 9-高压省煤器
10-垃圾焚烧锅炉 11-汽包 12-过热器
13-第一低压抽气管 14-第二低压抽气管 15-第三低压抽气管
16-低压加热器 17-高压加热器 18-低温省煤器
19-高温省煤器
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
术语解释：
低压省煤器、高压省煤器、低温省煤器、高温省煤器的设备本身均为常规的省煤器结构，“低压”、“高压”、“低温”、“高温”是根据其工作条件不同进行分别命名。传统的工艺中，两个省煤器串联，两个省煤器内工作压力基本相同，加热温度不同，因此通过加热温度不同进行区分即低温省煤器和高温省煤器；本申请改进后的工艺中两个省煤器之间设置了除氧器，两个省煤器之间的工作压力不同，以示区分根据工作压力不同命名为低压省煤器和高压省煤器。
在常规的垃圾焚烧发电厂中，省煤器(英文名称Economizer)是安装于锅炉尾部烟道下部用于回收所排烟的余热的一种装置，将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水的受热面，由于它吸收垃圾焚烧烟气的热量，降低了垃圾焚烧锅炉的排烟温度，回收了能源，提高了余热利用效率，所以称之为省煤器。常规的电厂的省煤器上下级是以省煤器内的锅炉给水加热过程的温度变化来区分，常常分为高温省煤器和低温省煤器，其给水的压力往往差别不大，只是存在沿程流动阻力和高度差的区别。在水流程上，汽机车间先进行除氧，再通过高压给水泵进入省煤器然后再进入汽包。
如图3所示，为一种传统的焚烧发电加热除氧系统，包括位于汽机车间1中的汽轮机2、冷凝器3、冷凝水泵4、低压加热器16、除氧器7、高压给水泵8和高压加热器17；以及位于锅炉车间5内的低温省煤器18、高温省煤器19、垃圾焚烧锅炉10和过热器12；垃圾焚烧锅炉为生活垃圾焚烧锅炉，包括炉体和位于炉体顶部的汽包11。在汽机车间1内，低压加热器16、除氧器7和高压加热器17分别通过第一低压抽气管13、第二低压抽气管14和第三低压抽气管15连接汽轮机2，从汽轮机2抽取蒸汽供给热量。
传统垃圾焚烧发电的汽水循环流程如图1和图3所示：汽机车间1内，汽轮机2做功后的蒸汽经过冷凝器3形成冷凝水。冷凝水经过冷凝水泵4进入低压加热器16，与由第一低压抽汽管13从汽轮机中抽取的低压蒸汽换热后进入除氧器7。冷凝水在除氧器7中与由第二低压抽气管14从汽轮机中抽取的低压抽汽混合后加热至相应压力下的沸腾温度，水中的溶解氧气析出，达到除氧目的。冷凝水除氧后变成锅炉给水，经过高压给水泵8加压输送至高压加热器17，并与由第三低压抽汽管15自汽轮机抽取的低压蒸汽换热后进入锅炉车间5内。在锅炉车间5内锅炉给水先后经过低温省煤器18、高温省煤器19进入位于垃圾焚烧锅炉10上方的汽包11，锅炉给水吸收垃圾焚烧锅炉10的烟气热量后蒸发形成蒸汽，经过过热器12进一步吸收烟气热量形成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽机车间1内的汽轮机2进行做功发电，完成垃圾焚烧厂常规的汽水循环。
本申请结合垃圾焚烧电厂的垃圾焚烧和余热利用锅炉系统，改变原有垃圾焚烧电厂除氧器与汽轮发电机系统结合放置于汽机除氧间的用汽轮机抽汽加热的锅炉给水加热方法，提供一种新型的结合于垃圾焚烧锅炉的给水加热除氧系统，将除氧器与垃圾焚烧发电的锅炉耦合，形成新的生活垃圾焚烧发电系统中锅炉给水加热除氧系统。
如图4所示，一种耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧系统，包括安装于锅炉车间5的垃圾焚烧锅炉10、过热器12、低压省煤器6、除氧器7、高压省煤器9，以及位于汽机车间1中的汽轮机2、冷凝器3和凝结水泵4。垃圾焚烧锅炉包括炉体和汽包11；过热器12的蒸汽进口与汽包11的蒸汽出口连接、蒸汽出口连接至汽轮机2；冷凝器3连接汽轮机2的乏汽排汽口和冷凝水泵4的进水口；除氧器7的进水口连接低压省煤器6的出水口、出水口连接至高压给水泵8的进口，再接至高压省煤器9的进水口；高压省煤器9的出水口连接汽包11的进水口。
相比于如图1和图3的传统方式，本申请中省去了除氧器给水加热除氧所需的汽轮机抽汽，减少汽轮机抽汽，增加了汽轮机做功发电量；简化了工艺流程，减少了蒸汽管道，降低系统的热损失和压力损失；将除氧器放置于锅炉车间，减少了从汽轮机车间到锅炉车间的高压给水管道，减少了厂用电。
锅炉为现有的生活垃圾焚烧锅炉或进行针对性改造，除氧器为常规的热力除氧器，带有进水口、出水口和排气口，除氧器内采用沸腾除氧。
除氧器安装于锅炉车间内，一种比较优选的实施方式中，除氧器置于焚烧锅炉上且位于12米高处以上钢架上，减少了传统的除氧间的土建成本。
低压省煤器和高压省煤器均采用现有工艺中的常规设备，安装于烟道中，一种比较优选的实施方式中，低压省煤器和高压省煤器放置于烟气温度为400～200℃的烟道内。例如垃圾焚烧锅炉的烟道内。在400～300℃的高温段放置高压省煤器，在300～200℃的低温段放置低压省煤器，在烟道内的安装方式既可以是卧式、也可以是立式安装，为本领域公知安装方式。
冷凝器中的冷凝出水送入低压省煤器中进行加热，一种比较优选的实施方式中，还包括连接于所述冷凝器和低温省煤器之间的冷凝水泵4，用于将冷凝器出水送入低温省煤器中。
该改进的方案中，除氧器内除氧后的除氧水称为垃圾焚烧锅炉的锅炉给水送入高压省煤器中，因此，一种比较优选的实施方式中，还包括连接于除氧器7与高压省煤器9之间的高压给水泵8，高压给水泵8的进水口通过管路连接除氧器的出水口、出水口通过管路连接高压省煤器的进水口，将除氧器的除氧水加压送入高压省煤器内。
将除氧器放置在焚烧锅炉或余热锅炉钢架结构顶部，把常规的省煤器分为高压和低压两部分，在锅炉给水流程上，把除氧器放置在高压省煤器和低压省煤器之间，汽轮发电机出来的凝结水先通过低压冷凝水泵加压到0.6MPa打入低压省煤器，低压省煤器在垃圾焚烧锅炉烟道中吸收烟气的热量加热升温，而非传统的用汽轮机抽汽进行给水加热。冷凝水在低压省煤器加热到饱和温度后进入除氧器，在除氧器中减压到0.018MPa后沸腾完成除氧。除氧后的给水再通过高压给水泵加压到4.3～5.5MPa打入高压省煤器，进一步吸热后再进入余热锅炉汽包。
耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧方法包括：
汽轮机做功后的乏汽在冷凝器中冷凝后的冷凝水，经过低压冷凝水泵送入锅炉车间的低压省煤器；
经低压省煤器加热升温后进入除氧器，在除氧器内经减压沸腾，水中溶解氧逸出，通过管道排出除氧器外；
除氧后的锅炉给水经过高压给水泵加压送入高压省煤器中，在高压省煤器中加热后进入汽包，在汽包中锅炉给水吸收垃圾焚烧锅炉高温烟气热量，沸腾蒸发成蒸汽进入过热器；
在过热器中变成过热蒸汽后进入汽轮机做功发电，完成汽水循环。
低压省煤器工作压力为0.6～1MPa；低压省煤器的出口给水温度达到饱和温度；送入除氧器中的低压饱和水降压至0.018MPa过程中减压沸腾除氧。给水在除氧器中沸腾除氧，不再外接蒸汽加热汽源。
由高压给水泵加压的锅炉给水，高压省煤器的工作压力在垃圾焚烧锅炉额定压力之上。
一种具体的实施方法流程，如图2和图4所示：
汽机车间1内，汽轮机2做功后的蒸汽经过冷凝器3形成冷凝水，冷凝水经过冷凝水泵4加压后离开汽机车间1进入锅炉车间5内。在锅炉车间5内的低压省煤器6中，冷凝水在低压省煤器6中通过与烟气换热升温到饱和温度，进入除氧器7减压沸腾除氧，水中溶解氧通过管道排出除氧器7。
冷凝水除氧后成为锅炉给水，经过高压给水泵8加压后进入高压省煤器9加热后进入位于垃圾焚烧锅炉10上方的汽包11，在过热器12中进一步吸收垃圾焚烧锅炉释放的高温烟气热量蒸发形成蒸汽，蒸汽在过热器中继续加热成过热蒸汽后送往汽机车间1内的汽轮机2进行做功发电，完成垃圾焚烧厂的汽水循环。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧系统，其特征在于，包括安装于锅炉车间的：
垃圾焚烧锅炉，包括炉体和汽包；
过热器，与所述汽包的蒸汽出口连接；
高压省煤器，进水口连接给水泵的出水口，出水口连接所述汽包的进水口；
除氧器，出水口连接所述给水泵的进水口；
低压省煤器，出水口连接所述除氧器的进水口；
以及位于汽机车间的汽轮机、冷凝器和凝结水泵，所述过热器的过热蒸汽出口接入该汽轮机，所述冷凝器的进水口连接所述汽轮机的排汽口、出水口连接所述凝结水泵的进水口，所述凝结水泵的出水口连接所述低压省煤器的进水口。
2.根据权利要求1所述的锅炉给水加热除氧系统，其特征在于，所述除氧器为热力除氧器。
3.根据权利要求1所述的锅炉给水加热除氧系统，其特征在于，所述除氧器置于垃圾焚烧锅炉上且位于12米高处以上钢架上。
4.根据权利要求1所述的锅炉给水加热除氧系统，其特征在于，所述低压省煤器安装于300～200℃的低温段烟道内；所述高压省煤器安装于400～300℃的高温段烟道内。
5.根据权利要求1所述的锅炉给水加热除氧系统，其特征在于，所述给水泵为高压给水泵，用于将所述除氧器的除氧水加压依次送入高压省煤器和垃圾焚烧锅炉的汽包内。
6.耦合于生活垃圾焚烧发电厂的锅炉车间的锅炉给水加热除氧方法，其特征在于，包括：
汽轮机做功后的乏汽在冷凝器中冷凝后的冷凝水，经过冷凝水泵送入锅炉车间内的低压省煤器；
锅炉给水经低压省煤器加热升温后进入除氧器，在除氧器内经减压沸腾，水中溶解氧在除氧器内溶解度下降逸出，通过管道排出除氧器外，完成锅炉给水的除氧；
除氧后的锅炉给水经过给水泵加压送入高压省煤器中，在高压省煤器中加热后进入汽包，然后在垃圾焚烧锅炉的受热面中给水吸收垃圾焚烧高温烟气热量，沸腾蒸发成蒸汽进入过热器；
在过热器中变成过热蒸汽后进入汽轮机做功发电，完成汽水循环。
7.根据权利要求6所述的锅炉给水加热除氧方法，其特征在于，所述的低压省煤器的工作压力为0.6～1MPa；低压省煤器的出口给水温度达到饱和温度。
8.根据权利要求6所述的锅炉给水加热除氧方法，其特征在于，送入除氧器中的低压饱和水降压至0.018MPa后减压沸腾除氧。
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