CN111486722A - 利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，包括锅炉尾部烟道、省煤器和空气预热器，省煤器安装在锅炉尾部烟道上，省煤器通过热烟气主管道与空气预热器相连通，空气预热器上连通有冷风进风管以及冷烟气排出主管；冷烟气排出主管的尽头设置有烟气处理装置。方法包括：烟气部分进入到空气预热器中，另一部分进入到热烟气支管道中分别进行降温和热交换并处理后排放。本发明将空气预热器入口冷风温度升高，减少冷风在空气预热器中的吸热量，同时设置热烟气支管道对该部分热量加以利用，降低排烟温度，提高锅炉效率。采用烟气余热加热的循环水替代常规汽轮机抽汽加热进气空气，利用低品质热源替代高品质热源，有效减少能量损失，提高机组效率。

Description

利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种烟气余热利用系统及方法，尤其涉及一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统及方法。
背景技术
自电力企业改革后，从体制上根本打破了电力企业集发、输、配、售于一体的局面，火电厂在新的经营模式下面临着日渐严峻的考验。尤其是煤炭市场放开后，煤炭价格的上涨，使得火电厂的生产成本急剧上升，加剧了火电厂的经营困境。
同时，随着国家节能形势日益严峻，国家发改委、环境保护部、国家能源局在《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》文件中要求：全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300g/kWh；到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310g/kWh，其中现役60万千瓦及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗低于300g/kWh。
在这种情况下，用新技术、新工艺、新方法，挖潜改造，节能减排势在必行。
电站锅炉各项热损失中最大的一项是排烟热损失，现代电站锅炉的排烟热损失一般约为4％～8％。影响排烟热损失的一个重要因素是排烟温度，排烟温度指从空气预热器出来的烟气温度。
为了防止烟气中的硫成分结露，造成设备的低温腐蚀，锅炉的排烟温度一般为130～150℃。排烟温度每上升10℃，锅炉效率就下降0.6～1.0％，标准煤耗上升1.2～2.4g/(kW·h)，造成了电力用煤的巨大浪费。因此，降低排烟温度对于节约燃料、提高机组效率，降低污染有着很重要的意义。
常规锅炉暖风器是利用汽轮机低压抽汽加热空气预热器进口空气的热交换器。使进入空气预热器的空气温度升高，空气预热器壁温升高，从而可防止低温腐蚀。常规暖风器采用汽轮机抽汽将风温加热，虽防止了低温腐蚀但减小了汽轮机蒸汽做功，降低了汽轮机效率。
因此，需要设计一种新型的换热装置，以提高锅炉和汽轮机的效率，以此提高发电厂的整体经济效益和节约能源。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，包括锅炉的锅炉尾部烟道、省煤器和空气预热器，省煤器安装在锅炉尾部烟道上，省煤器通过热烟气主管道与空气预热器相连通，空气预热器上连通有冷风进风管以及冷烟气排出主管；冷烟气排出主管的尽头设置有烟气处理装置；
热烟气主管道上连接有热烟气支管道；热烟气支管道的末端与冷烟气排出主管相连通，且热烟气支管道上设置有一级烟气换热器和二级烟气换热器，且一级烟气换热器位于二级烟气换热器的入口侧；
冷风进风管上安装有提升进风温度的暖风器；暖风器与二级烟气换热器之间设置有连通暖风器与二级烟气换热器的水管形成循环水管路，循环水管路将二级烟气换热器从热烟气支管道吸收热量后的水传送到暖风器后再流回至二级烟气换热器中。
进一步地，一级烟气换热器内部设置有给水管道；给水管道的入口端连接有给水泵、出口端连接省煤器；给水泵与一级烟气换热器之间的给水管道上设置有用于调节流量的调节阀；一级烟气换热器与省煤器之间的给水管道上设置有电动截止阀；
给水管道上安装有温度测点和压力测点。
进一步地，循环水管路上安装有补水装置、温度测点和压力测点；补水装置与二级烟气换热器之间安装有稳压罐和增压泵；循环水管路上还安装有调节阀；调节阀位于暖风器的入口侧。
进一步地，冷风进风管为两个；暖风器为两个，两个暖风器分别对应安装在两个冷风进风管上，且两个暖风器在循环水管路中并联。
进一步地，循环水管路中还设置有三级烟气换热器；三级烟气换热器设置于冷烟气排出主管上，且位于冷烟气排出主管与热烟气支管道交点的下游；三级烟气换热器与二级烟气换热器串联。
进一步地，一级烟气换热器入口侧的热烟气支管道上设置有支路烟道挡板门。
一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统的使用方法，包括以下步骤：
Ⅰ、锅炉通过锅炉尾部烟道排出高温的烟气，烟气在省煤器中进行降温，之后烟气通过热烟气主管道部分进入到空气预热器中，另一部分进入到热烟气支管道中；
Ⅱ、空气预热器通过冷风进风管吸入低温空气，低温空气在空气预热器中与高温的烟气进行热交换，使烟气的温度进一步降低，然后烟气通过冷烟气排出支管排到烟气处理装置中；期间，暖风器对低温空气进行加热使空气温度升高后进入到空气预热器中；
Ⅲ、进入热烟气支管道中的烟气先经过一级烟气换热器进行换热降温，然后进入到二级烟气换热器中进一步降温，最终经过冷烟气排出主管进入到烟气处理装置中；期间，循环水管路中的水在二级烟气换热器中吸收烟气热量后，流至暖风器中与低温空气进行热量交换使空气温度上升；水随热量交换而温度降低，最后流回至二级烟气换热器中吸收烟气热量，实现一次循环；
Ⅳ、烟气处理装置将低温的烟气处理后排放。
本发明将空气预热器入口冷风温度升高，减少冷风在空气预热器中的吸热量，同时设置热烟气支管道对该部分热量加以利用，降低排烟温度，提高锅炉效率。热烟气支管道的设置提高了余热利用品质，在热烟气支管道中设置一级烟气换热器和二级烟气换热器分别对给水和循环水进行加热，实现了热量的梯级利用，提高了热量利用率；本发明一级烟气换热器加热了汽轮机给水，排挤汽轮机高压加热器的抽汽返回汽轮机做功，提高了汽轮机效率；二级烟气换热器将循环水加热，利用加热后的循环水将空气预热器的进气升到较高的温度，防止空气预热器低温腐蚀的同时，有更多的高品质热量进入热烟气支管道被充分利用；本发明采用烟气余热加热的循环水替代常规汽轮机抽汽加热进气空气，利用低品质热源替代高品质热源，有效减少能量的损失，提高了机组效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明给水管道的结构示意图。
图3为本发明循环水管路的结构示意图。
图4为本发明三级循环水管路的整体结构示意图。
图5为本发明三级循环水管路的结构示意图。
1、省煤器；2、空气预热器；3、热烟气主管道；4、冷风进风管；5、冷烟气排出主管；6、烟气处理装置；7、热烟气支管道；8、一级烟气换热器；9、二级烟气换热器；10、循环水管路；11、给水管道；12、给水泵；13、支路烟道挡板门；14、调节阀；15、电动截止阀；16、温度测点；17、压力测点；18、补水装置；19、稳压罐；20、增压泵；21、三级烟气换热器；22、暖风器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，包括锅炉的锅炉尾部烟道、省煤器1和空气预热器2，省煤器安装在锅炉尾部烟道上，省煤器通过热烟气主管道3与空气预热器相连通。锅炉内部燃烧产生的烟气温度较高，烟气排放时经过省煤器进行换热，利用大量的烟气热量。
空气预热器是现有技术中一种用于对烟气热交换降温的机器。应用在锅炉烟气处理上可以使烟气在空气预热器中进行热交换从而达到降温的目的。
空气预热器上连通有冷风进风管4以及冷烟气排出主管5；空气预热器通过冷风进风管吸入外界冷空气到空气预热器中与烟气进行热交换，使烟气的温度下降，降温后的烟气再经由冷烟气排出主管离开空气预热器。
冷烟气排出主管的尽头设置有烟气处理装置6；烟气处理装置用于处理降温后的烟气，经过除尘、脱硫后使之达到排放标准。
热烟气主管道3上连接有热烟气支管道7；热烟气支管道的末端与冷烟气排出主管相连通。热烟气支管道与热烟气主管道是相互并联的，降低空预器烟气阻力的同时，使烟气被分为两部分被分别降温，一方面可以增加换热效率，使烟气降温的效果更好；另一方面是可以将进入热烟气支管道中的烟气热量进行利用。
具体的利用方式是：热烟气支管道上设置有一级烟气换热器8和二级烟气换热器9，且一级烟气换热器位于二级烟气换热器的入口侧，使烟气先经过一级烟气换热器，再经过二级烟气换热器。一级烟气换热器入口侧的热烟气支管道上设置有支路烟道挡板门13，支路烟道挡板门用于调节进入热烟气支管道的烟气量。
一级烟气换热器内部设置有给水管道11；如图2所示，给水管道的入口端连接有水泵12、出口端连接省煤器1；低温水经过给水泵进入到给水管道中，水流经过一级烟气换热器时可与热烟气支管道发生热量交换，使烟气降温而水升温，之后水流入至省煤器中参与锅炉的循环。一级烟气换热器用于回收排烟余热，用来加热给水泵出口的部分给水，可以排挤汽轮机高压加热器的抽汽返回汽轮机做功，提高了机组效率。
此外，给水泵与一级烟气换热器之间的给水管道上设置有用于调节流量的调节阀14；一级烟气换热器与省煤器之间的给水管道上设置有电动截止阀15。
冷风进风管4上安装有提升进风温度的暖风器；暖风器与二级烟气换热器9之间设置有连通暖风器与二级烟气换热器的水管形成循环水管路10，循环水管路将二级烟气换热器从热烟气支管道吸收热量后的水传送到暖风器后再流回至二级烟气换热器中。使热烟气支管道中的烟气热量能够进一步被利用至加热空气预热器的进风。一方面是增加了烟气热量的利用效率；另一方面是提高空气预热器进风温度，可以避免了空气预热器冷端的低温腐蚀。此外，进风的温度升高可以降低空气预热器中进风与烟气之间的热量交换，从而促进热烟气支管道中对烟气热量的吸收，增加热量的利用率。
循环水管路上安装有补水装置18，如图3所示，补水装置用于储放水，当循环水管路中水量不足时，补水装置中的水可以补充到循环水管路中。补水装置与二级烟气换热器之间安装有稳压罐19和增压泵20；稳压罐用来维持补水装置回路压力稳定，增压泵用来调节进入二级烟气换热器的水流量；循环水管路上还安装有调节阀；调节阀位于暖风器的入口侧，用来调整水流量与预设风温相匹配。
在本实施例中，冷风进风管为两个；暖风器22为两个，两个暖风器分别对应安装在两个冷风进风管上。由于进入空气预热器的烟气量减少，降低了空气预热器的阻力，降低了煤耗。
两个暖风器在循环水管路中并联，可根据需要调整每个暖风器中的换热量，从而保持空气预热器的进气温度稳定。
此外，还可以在循环水管路中设置三级烟气换热器21形成三级循环水管路，如图4和5所示。三级烟气换热器设置于冷烟气排出主管上，且位于冷烟气排出主管与热烟气支管道交点的下游；三级烟气换热器与二级烟气换热器串联。三级烟气换热器用于将空气预热器换热后排出的烟气以及经过一、二级烟气换热器换热后排出的烟气进行再一次换热，使烟气热量回收更加彻底。
可以使循环水路中水流方向是先经三级烟气换热器加热后，再经过二级烟气换热器进一步升温，然后同时经过两个并联的暖风器降温，并最终流回至三级烟气换热器中，实现在二、三级烟气换热器以及暖风器中的热量循环。
给水管道及循环水管路上安装有温度测点16和压力测点17；技术人员可根据温度测点和压力测点的数据分析相应管路的运行状况，从而采取相应的措施。例如温度测点检测到的温度高于或者低于预设温度，可适当降低或者增加水流量来进行调节；通过压力测点的压力值调整水路阻力，从而使出口水压与预设值相当。
本发明的使用方法及原理为：
Ⅰ、锅炉通过锅炉尾部烟道排出高温的烟气，烟气在省煤器中进行初次降温，之后烟气通过热烟气主管道部分进入到空气预热器中，另一部分进入到热烟气支管道中；
Ⅱ、空气预热器通过冷风进风管吸入低温空气，低温空气在空气预热器中与高温的烟气进行热交换，使烟气的温度进一步降低，然后烟气通过冷烟气排出支管排到烟气处理装置中；期间，暖风器对低温空气进行加热使空气温度升高后进入到空气预热器中；
Ⅲ、进入热烟气支管道中的烟气先经过一级烟气换热器进行换热降温，然后进入到二级烟气换热器中进一步降温，最终经过冷烟气排出主管进入到烟气处理装置中；期间，循环水管路中的水在二级烟气换热器中吸收烟气热量后，流至暖风器中与低温空气进行热量交换使空气温度上升；水随热量交换而温度降低，最后流回至二级烟气换热器中吸收烟气热量，实现一次循环；
Ⅳ、烟气处理装置将低温的烟气处理后排放。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，包括锅炉的锅炉尾部烟道、省煤器(1)和空气预热器(2)，省煤器安装在锅炉尾部烟道上，省煤器通过热烟气主管道(3)与空气预热器相连通，其特征在于：所述空气预热器上连通有冷风进风管(4)以及冷烟气排出主管(5)；冷烟气排出主管的尽头设置有烟气处理装置(6)；
所述热烟气主管道(3)上连接有热烟气支管道(7)；所述热烟气支管道的末端与冷烟气排出主管相连通，且热烟气支管道上设置有一级烟气换热器(8)和二级烟气换热器(9)，且一级烟气换热器位于二级烟气换热器的入口侧；
所述冷风进风管(4)上安装有提升进风温度的暖风器(22)；暖风器与二级烟气换热器(9)之间设置有连通暖风器与二级烟气换热器的水管形成循环水管路(10)，循环水管路将二级烟气换热器从热烟气支管道吸收热量后的水传送到暖风器放热后再流回至二级烟气换热器中。
2.根据权利要求1所述的利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，其特征在于：所述一级烟气换热器内部设置有给水管道(11)；给水管道的入口端连接有给水泵(12)、出口端连接省煤器(1)；
给水泵与一级烟气换热器之间的给水管道上设置有用于调节流量的调节阀(14)；一级烟气换热器与省煤器之间的给水管道上设置有电动截止阀(15)；
所述给水管道上安装有温度测点(16)和压力测点(17)。
3.根据权利要求1所述的利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，其特征在于：所述循环水管路上安装有补水装置(18)、温度测点和压力测点；补水装置与二级烟气换热器之间安装有稳压罐(19)和增压泵(20)；所述循环水管路上还安装有调节阀；调节阀位于暖风器的入口侧。
4.根据权利要求1所述的利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，其特征在于：所述冷风进风管为两个；暖风器为两个，两个暖风器分别对应安装在两个冷风进风管上，且两个暖风器在循环水管路中并联。
5.根据权利要求1或4所述的利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，其特征在于：所述循环水管路中还设置有三级烟气换热器(21)；所述三级烟气换热器设置于冷烟气排出主管上，且位于冷烟气排出主管与热烟气支管道交点的下游；三级烟气换热器与二级烟气换热器串联。
6.根据权利要求1所述的利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统，其特征在于：所述一级烟气换热器入口侧的热烟气支管道上设置有支路烟道挡板门(13)。
7.一种如权利要求1所述利用旁路热循环加热冷风的烟气余热利用系统的使用方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
Ⅰ、锅炉通过锅炉尾部烟道排出高温的烟气，烟气在省煤器中进行降温，之后烟气通过热烟气主管道部分进入到空气预热器中，另一部分进入到热烟气支管道中；
Ⅱ、空气预热器通过冷风进风管吸入低温空气，低温空气在空气预热器中与高温的烟气进行热交换，使烟气的温度进一步降低，然后烟气通过冷烟气排出支管排到烟气处理装置中；期间，暖风器对低温空气进行加热使空气温度升高后进入到空气预热器中；
Ⅲ、进入热烟气支管道中的烟气先经过一级烟气换热器进行换热降温，然后进入到二级烟气换热器中进一步降温，最终经过冷烟气排出主管进入到烟气处理装置中；期间，循环水管路中的水在二级烟气换热器中吸收烟气热量后，流至暖风器中与低温空气进行热量交换使空气温度上升；水随热量交换而温度降低，最后流回至二级烟气换热器中吸收烟气热量，实现一次循环；
Ⅳ、烟气处理装置将低温的烟气处理后排放。
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