CN112325263A - 一种耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统包括：燃煤锅炉；垃圾焚烧锅炉，垃圾焚烧锅炉产生的主蒸汽汇入燃煤锅炉并与燃煤锅炉产生的主蒸汽混合后输出，垃圾焚烧锅炉产生的烟气与燃煤锅炉产生的烟气混合后作为总烟气输出，垃圾焚烧锅炉的排烟温度设定为140℃到160℃；发电单元，发电单元利用燃煤锅炉输出的蒸汽做功发电；烟气前处理单元，烟气前处理单元对垃圾焚烧锅炉产生的烟气进行前处理；烟气净化单元，烟气净化单元对总烟气进行净化处理并排出；空气预热单元，空气预热单元加热冷空气并向垃圾焚烧锅炉提供热空气，所述空气预热单元为单段抽汽的两段式加热结构。本发明能够提高垃圾炉效率并增加发电量，有利于提高系统整体环保指标和经济性。

Description

一种耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧处理的技术领域，更具体地讲，涉及一种耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统。

背景技术

随着人民生活水平的提高和城市生活垃圾的产量激增，垃圾围城的趋势不断放大。以炉排、CFB锅炉为代表的垃圾焚烧发电技术因具有占地面积小、减量化显著、资源化高等优点，已经发展成为垃圾无害化处理的主流技术。

现有技术大多通过新建垃圾焚烧电厂来处理周边一定区域内的垃圾，但受制于烟气净化对烟温的需求，垃圾炉的排烟温度通常为190℃左右，排烟热损失较大，因而锅炉效率偏低，通常在80％左右。现有技术中垃圾炉的空气预热器需从垃圾炉汽包抽汽，将导致主蒸汽量减少，影响垃圾发电量。另一方面，受制于取汽点的蒸汽参数，单靠汽机低压缸抽汽(通常为1.2MPa，300℃)不足以满足空气预热温度的要求，垃圾焚烧炉的空预器需设计为多段抽汽且结构较复杂。

相比于单独新建垃圾电厂，垃圾发电耦合燃煤机组的技术具有初始投资少、占地面积小等优势，也符合我国燃煤机组广泛分布的国情。现有垃圾耦合燃煤机组发电技术没有充分考虑垃圾炉和燃煤锅炉烟气净化系统的差异，直接将未处理或未处理完全的余热炉出口烟气引入燃煤机组，无法有效脱除垃圾炉尾部烟气中的二噁英和重金属，容易引发环境问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种能够提高垃圾炉效率并增加发电量，有利于提高系统整体环保指标和经济性的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统。

为此，本发明提供了一种耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，所述系统包括：

燃煤锅炉；

垃圾焚烧锅炉，所述垃圾焚烧锅炉产生的主蒸汽汇入燃煤锅炉并与燃煤锅炉产生的主蒸汽混合后输出，所述垃圾焚烧锅炉产生的烟气与燃煤锅炉产生的烟气混合后作为总烟气输出，其中，所述垃圾焚烧锅炉的排烟温度控制为140℃到160℃；

发电单元，所述发电单元利用燃煤锅炉输出的蒸汽做功发电；

烟气前处理单元，所述烟气前处理单元对垃圾焚烧锅炉产生的烟气进行前处理；

烟气净化单元，所述烟气净化单元对所述总烟气进行净化处理并排出；

空气预热单元，所述空气预热单元加热冷空气并向垃圾焚烧锅炉提供热空气，所述空气预热单元为单段抽汽的两段式加热结构。

进一步地，所述系统还包括设置在垃圾焚烧锅炉与燃煤锅炉之间蒸汽连接管道上的蒸汽计量单元，所述蒸汽计量单元包括温度测量子单元、压力测量子单元和流量测量子单元。

进一步地，所述烟气前处理单元包括活性炭喷射子单元和布袋除尘子单元。

进一步地，所述烟气前处理单元的最前端还设置有能够喷入脱酸剂以控制烟气酸露点的干法脱酸子单元。

进一步地，所述发电单元包括汽轮机和与汽轮机连接的发电机，所述汽轮机包括汽缸、凝汽器、除氧器和加热器，燃煤锅炉输出的蒸汽进入汽缸做功后的乏汽进入凝汽器成为凝结水并且再依次经过加热器和除氧器后返回垃圾焚烧锅炉和/或燃煤锅炉。

进一步地，所述烟气净化单元的下游还设置有烟囱。

进一步地，所述空气预热单元包括预热器本体，所述预热器本体包括沿着空气流向依次布置的凝结水段和蒸汽段，所述蒸汽段的汽源为来自燃煤锅炉的抽汽或来自发电单元中汽轮机的抽汽，所述凝结水段的汽源为来自蒸汽段的凝结水。

进一步地，所述空气预热单元还包括与预热器本体相连的闪蒸罐，所述蒸汽段的凝结水出口与闪蒸罐相连，所述闪蒸罐的凝结水出口与凝结水段相连，所述凝结水段的凝结水出口与发电单元中汽轮机的除氧器相连。

本发明与现有的常规垃圾发电系统相比，具有如下几点优势：

1)本系统中垃圾焚烧锅炉的排烟温度相比于现有技术可降低约40℃，可大幅提高垃圾炉效率，增加单位垃圾发电量，系统经济性好；

2)本系统烟气前处理单元负责脱除烟气中二噁英、重金属和粉尘等，同时设置干法脱酸单元，烟气前处理单元等出口烟气引入燃煤机组下游的烟气净化系单元进行脱酸和脱硝，可兼顾垃圾炉和燃煤机组烟气净化的特性，系统整体环保指标优异；

3)本系统中空气预热单元为单段汽源结构，仅从燃煤机组抽汽(从燃煤锅炉抽汽或从汽轮机抽汽)即可满足空气预热温度要求，结构简单且预热空气无需消耗垃圾燃烧的热量，可进一步提高单位垃圾发电量；

4)本系统的垃圾焚烧锅炉与燃煤机组共用发电系统和烟气净化单元，可大幅度缩减垃圾炉侧的初始投资和占地；

5)本系统在垃圾焚烧锅炉的蒸汽出口设有计量单元，能够根据测量得到垃圾焚烧锅炉的主蒸汽参数并可计算得到垃圾发电量，方便后续垃圾处理费、发电补贴等政策的落实。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统中空气预热单元的结构及流程示意图。

附图标记说明：

1-垃圾焚烧锅炉、2-计量单元、3-燃煤锅炉、4-汽轮机、5-发电机、6-烟气前处理单元、7-烟气净化单元、8-烟囱、9-空气预热单元、91-凝结水段、92-蒸汽段、93-闪蒸罐。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

基于现有技术中的问题，本发明提出了一种垃圾焚烧锅炉与燃煤锅炉共用发电单元、烟气净化单元和烟囱的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，可大幅度缩减垃圾炉侧的初始投资和占地，同时通过结构的优化提高系统的经济性。

下面将对本发明的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统进行详细说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统包括燃煤锅炉3、垃圾焚烧锅炉1、发电单元、烟气前处理单元6、烟气净化单元7和空气预热单元9。

其中，燃煤锅炉3是燃烧煤等碳质燃料并将其中热量转化利用的锅炉，可以为现有技术中的任意燃煤锅炉，产生的主蒸汽用于做功发电。垃圾焚烧锅炉1是通过焚烧垃圾来回收垃圾热值的锅炉，可以采用现有技术中已有的炉排炉等锅炉类型。则垃圾从锅炉给料口给入并在炉膛中燃烧，所产生的高温烟气与锅炉的受热面进行热交换后流出，其将热量传递给工质侧的给水，给水在锅炉中吸收高温烟气的热量后产生特定参数的主蒸汽后用于做功发电。

在本发明中，垃圾焚烧锅炉1与燃煤锅炉3共用发电单元和烟气净化单元等设备，可大幅度缩减垃圾焚烧锅炉侧的初始投资和占地。根据本发明，将垃圾焚烧锅炉1产生的主蒸汽汇入燃煤锅炉3并与燃煤锅炉3产生的主蒸汽混合后输出，垃圾焚烧锅炉1产生的烟气经前处理后汇入燃煤锅炉3的尾部烟道并与燃煤锅炉3产生的烟气混合后输出。其中，垃圾焚烧锅炉的排烟温度设定为140℃到160℃。

具体地，发电单元利用来燃煤锅炉输出的蒸汽做功发电，其具体包括汽轮机4和与汽轮机4连接的发电机5，汽轮机4包括汽缸、凝汽器、除氧器和加热器，燃煤锅炉输出的蒸汽进入汽缸做功后的乏汽进入凝汽器成为凝结水并且再依次经过加热器和除氧器后返回垃圾焚烧锅炉1和/或燃煤锅炉3继续作蒸汽循环。

优选地，系统还包括设置在垃圾焚烧锅炉1与燃煤锅炉3之间蒸汽连接管道上的蒸汽计量单元2，用于实时监测垃圾焚烧锅炉1的主蒸汽参数，该蒸汽计量单元2包括温度测量子单元、压力测量子单元和流量测量子单元。结合汽轮机4和发电机5的具体设计参数，计算可得垃圾焚烧锅炉1的主蒸汽在汽轮机4内做功所产生的发电量。

本发明的烟气前处理单元6主要用于垃圾焚烧锅炉所产生的烟气中二噁英、重金属、粉尘的脱除，避免引起环境问题。优选地，该烟气前处理单元6包括活性炭喷射子单元和布袋除尘子单元，可用于脱出二噁英、重金属和粉尘。进一步地，烟气前处理单元的最前端还可留有干法脱酸接口，设置有能够喷入脱酸剂以控制烟气酸露点的干法脱酸子单元，根据需要喷入适量脱酸剂降低烟气酸露点防止低温腐蚀。此外，综合考虑烟气酸露点和烟气前处理单元6中各子单元的性能，同时控制垃圾焚烧锅炉的排烟温度为140℃到160℃。若垃圾焚烧锅炉1的原始烟气酸露点较高，可通过烟气前处理单元6的干法脱酸子单元调整。

烟气前处理单元6的出口烟气与燃煤锅炉的烟气混合后作为燃煤锅炉输出的总烟气再进入烟气净化单元7进行净化处理，满足排放标准后再排入烟囱。即烟气净化单元7对燃煤锅炉3输出的总烟气进行净化处理并排出，其可对烟气进行进一步脱酸、脱硝等其他净化工序。优选地，烟气净化单元的下游还设置有烟囱8，以排出脱酸、脱硝等处理之后的烟气。

本发明中的空气预热单元9用于预热垃圾焚烧锅炉1的热一次风和热二次风，空气预热单元9加热冷空气并向垃圾焚烧锅炉提供热空气，本发明中采用的空气预热单元为单段抽汽的两段式加热结构，有利于简化结构。

图2示出了根据本发明示例性实施例的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统中空气预热单元的结构及流程示意图。

如图2所示，本发明中空气预热单元9包括预热器本体，该预热器本体包括沿着空气流向依次布置的凝结水段91和蒸汽段92，蒸汽段92的汽源为来自燃煤锅炉的抽汽或来自发电单元中汽轮机的抽汽，凝结水段91的加热源为来自蒸汽段92的凝结水。

其中，空气预热单元9还包括与预热器本体相连的闪蒸罐93，蒸汽段92的凝结水出口与闪蒸罐93相连，闪蒸罐93的凝结水出口与凝结水段91相连，凝结水段91的凝结水出口与发电单元中汽轮机的除氧器相连以排出凝结水，空气预热单元9的热风出口与垃圾焚烧锅炉1相连。

本系统的烟气流程为：燃烧空气经空气预热单元9加热后送入垃圾焚烧锅炉1，垃圾从给料口给入后在垃圾焚烧锅炉1中燃烧，所产生的高温烟气与垃圾焚烧锅炉1的受热面进行热交换并将热量传递给工质侧，降温后的烟气进入烟气前处理单元6，脱除二噁英、重金属、粉尘及部分酸性组分后通过烟道引至燃煤锅炉的尾部烟道与烟气混合后送入烟气净化单元7，经净化后一并送入烟囱6，最终排入大气。

本系统的汽水流程为：垃圾焚烧锅炉1中的给水吸收高温烟气的热量产生特定参数的主蒸汽，经蒸汽连接管引入燃煤锅炉3适当位置，与燃煤锅炉3的主蒸汽混合后一并送入汽轮机4的汽缸中做功，进而带动发电机5发电。汽轮机4的乏汽进入凝汽器变成水，依次通过加热器和除氧器，再经给水泵等装置最终返回锅炉继续做蒸汽循环。

本系统垃圾焚烧锅炉的排烟温度可降低约50℃，将极大提高垃圾炉效率和系统经济性，本系统垃圾焚烧锅炉的空气预热单元为单段抽汽，结构简单且有助于提高垃圾炉的发电量；并且，本系统只需对燃煤机组的锅炉、汽轮机和烟气净化单元做简单的改造，操作方便且易于实现。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统如图1所示，包含垃圾焚烧锅炉1、计量单元2、燃煤锅炉3、汽轮机4、发电机5、烟气前处理单元6、烟气净化单元7、烟囱8、空气预热单元9等组件。

垃圾焚烧锅炉1的设计参数为2*400t/d、2000Kcal/kg、中温次高压，燃煤机组为常规350MW亚临界机组。

沿空气/烟气流向，空气预热单元9、垃圾焚烧锅炉1、烟气前处理单元6、烟气净化单元7和烟囱8顺次相连。沿蒸汽流向，垃圾焚烧锅炉1、计量单元2、燃煤锅炉3、发电单元顺次相连，垃圾焚烧锅炉1产生的主蒸汽在计量单元2中测量主蒸汽参数，然后引入燃煤锅炉3，如再热系统的适当位置。

汽轮机4包括汽缸、凝汽器、除氧器、加热器等部件。计量单元2测量的垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数包括温度、压力、流量等，根据温度和压力查出对应焓值，结合主蒸汽流量计算得到垃圾焚烧锅炉的主蒸汽热量，再根据燃煤机组对应汽轮机4的排汽参数、汽机效率等，计算可得到垃圾炉1主蒸汽进入汽轮机的发电量。

本系统设计工况下的酸露点为145℃，排烟温度为150℃。烟气前处理单元6中沿烟气流向，干法脱酸单元、活性炭喷射单元、布袋除尘单元顺次相连，可脱除垃圾焚烧锅炉1出口烟气中部分酸性组分、二噁英、重金属及粉尘，经干法脱酸单元处理后烟气酸露点降至130℃，前处理完毕的烟气二噁英、重金属、粉尘等排放已达标，经连接烟道引入烟气净化单元7作进一步净化处理。

空气预热单元9为管式换热器，空气预热温度设定为200℃，其结构如图2所示，空气预热单元9包括预热器本体、闪蒸罐及连接管路。预热器本体沿空气流向布置有凝结水段和蒸汽段，蒸汽段汽源来自汽轮机4的低压缸，抽汽参数为3.1MPa、330℃。蒸汽段出口的凝结水(3.1MPa、235.7℃，饱和水)经闪蒸罐降压至1.2MPa，闪蒸后蒸汽并入抽汽送入蒸汽段，闪蒸后的凝结水送回预热器主体并作为凝结水段的热源，凝结水与冷空气换热降温至合适温度后引至汽轮机4的除氧器。其中，空气预热单元9所需抽汽量可根据热平衡方程计算得到。

与现有技术相比，本实施例的排烟温度从190℃降至150℃，可额外回收热量2500KW，此外空气预热单元不从垃圾焚烧锅炉的汽包抽汽，可进一步提高垃圾焚烧锅炉的主蒸汽流量。经核算，垃圾焚烧锅炉的锅炉效率可提升3.2％，进入汽轮机的主蒸汽流量增加5.3t/h。

另外，垃圾焚烧锅炉侧不设置脱酸塔、SCR脱硝系统和烟囱，有利于节省占地。因垃圾焚烧锅炉的体量相对于燃煤机组来说较小，设计中充分考虑垃圾炉焚烧锅炉工质参数与引入点参数相匹配，其蒸汽、烟气的引入几乎不影响燃煤锅炉的运行，燃煤锅炉侧的改造易于实现。主要改造内容包括：锅炉侧增加垃圾焚烧锅炉主蒸汽接口、汽轮机侧增加抽汽接口、省煤器出口烟道增加垃圾焚烧锅炉烟气接口等。

实施例2：

本实施例提供一种与实施例1类似的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统。

本实施例与实施例1不同的是，本实施例的原始烟气酸露点为115℃，因而设计工况排烟温度降至140℃，可进一步回收烟气余热，烟气前处理单元6中干法脱酸子单元可取消或保持常闭，以节省运行成本。

实施例3：

本实施例提供一种与实施例1类似的耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统。

本实施例与实施例1不同的是，空气预热单元9改为从燃煤锅炉3的低再入口抽汽，将燃煤机组蒸汽侧的改造控制在燃煤锅炉3以内，燃煤机组中汽轮机4无需改造。

本发明与现有技术的效果对比如下表1所示。

表1本发明与现有技术的效果对比

综上所述，本发明耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统相比现有方案具有单位垃圾发电量高、环保指标优异、系统设置简单和初始投资少等优势。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述系统包括：

燃煤锅炉；

垃圾焚烧锅炉，所述垃圾焚烧锅炉产生的主蒸汽汇入燃煤锅炉并与燃煤锅炉产生的主蒸汽混合后输出，所述垃圾焚烧锅炉产生的烟气与燃煤锅炉产生的烟气混合后作为总烟气输出，其中，所述垃圾焚烧锅炉的排烟温度设定为140℃到160℃；

发电单元，所述发电单元利用燃煤锅炉输出的蒸汽做功发电；

烟气前处理单元，所述烟气前处理单元对垃圾焚烧锅炉产生的烟气进行前处理；

烟气净化单元，所述烟气净化单元对所述总烟气进行净化处理并排出；

空气预热单元，所述空气预热单元加热冷空气并向垃圾焚烧锅炉提供热空气，所述空气预热单元为单段抽汽的两段式加热结构。

2.根据权利要求1所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述系统还包括设置在垃圾焚烧锅炉与燃煤锅炉之间蒸汽连接管道上的蒸汽计量单元，所述蒸汽计量单元包括温度测量子单元、压力测量子单元和流量测量子单元。

3.根据权利要求1所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述烟气前处理单元包括活性炭喷射子单元和布袋除尘子单元。

4.根据权利要求4所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述烟气前处理单元的最前端还设置有能够喷入脱酸剂以控制烟气酸露点的干法脱酸子单元。

5.根据权利要求1所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述发电单元包括汽轮机和与汽轮机连接的发电机，所述汽轮机包括汽缸、凝汽器、除氧器和加热器，燃煤锅炉输出的蒸汽进入汽缸做功后的乏汽进入凝汽器成为凝结水并且再依次经过加热器和除氧器后返回垃圾焚烧锅炉和/或燃煤锅炉。

6.根据权利要求1所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述烟气净化单元的下游还设置有烟囱。

7.根据权利要求1或5所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述空气预热单元包括预热器本体，所述预热器本体包括沿着空气流向依次布置的凝结水段和蒸汽段，所述蒸汽段的汽源为来自燃煤锅炉的抽汽或来自发电单元中汽轮机的抽汽，所述凝结水段的汽源为来自蒸汽段的凝结水。

8.根据权利要求7所述耦合燃煤电厂的高效垃圾发电系统，其特征在于，所述空气预热单元还包括与预热器本体相连的闪蒸罐，所述蒸汽段的凝结水出口与闪蒸罐相连，所述闪蒸罐的凝结水出口与凝结水段相连，所述凝结水段的凝结水出口与发电单元中汽轮机的除氧器相连。

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