CN114909647B - 用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组及方法，属于火电机组调峰领域。本发明利用机组自身发出的电能作为风粉稳燃电加热器、二次风稳燃电加热器和再循环烟气电加热器的电力来源，可达到热电深度解耦的目的，同时实现高效的电‑电转化。将一次风粉、二次风和再循环烟气加热到高温在大幅提高锅炉低负荷稳燃性能的同时可以减少甚至避免锅炉低负荷运行时燃油的使用，提高锅炉低负荷运行的经济性并减少燃油带来的额外碳排放。此外，由于烟气再循环技术的采用，可大幅减少低负荷下NO_x排放。本发明的设计合理，性能可靠，系统简单，有利于实现锅炉低负荷稳燃和热电深度解耦。

Description

用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组及方法

技术领域

本发明属于火电机组调峰领域，特别涉及一种用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组及方法。

背景技术

目前，风电和光伏等可再生能源装机容量不断增加。冬季供暖期间，热电联产机组通常采用“以热定电”的方式运行，然而这种方式下为满足供热的需求，不得不维持较高的电负荷，从而使电网调峰能力下降，直接导致大量风电光电不能上网，产生弃风弃光，浪费大量资源。为改善热电联产机组调峰能力，通常采用电极锅炉的方式实现热电解耦，然而电极锅炉具有造价高且能量利用率低的缺点。此外，当供热机组处于低负荷运行时，低负荷稳燃问题成为制约其深度调峰的关键。在锅炉低负荷运行时，燃料投入的减少使炉膛内燃烧趋于不稳定，为保证锅炉稳燃往往需要采用燃油助燃，因燃油价格高且消耗量大，严重影响电厂的经济效益。因此，如何实现热电解耦的同时提高锅炉低负荷稳燃特性是亟待解决的难题。

申请号为201910584293.5的专利公开了一种节能型锅炉超低负荷稳燃系统，虽然布置多级加热器利用抽汽热量对一次风和煤粉混合物进行加热，可以促进煤粉着火和燃尽，提高锅炉低负荷稳燃特性，但受限于抽汽温度，一次风和煤粉加热温度有限，在提升锅炉低负荷运行稳燃性方面仍有待提高。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组及方法，本发明可提高锅炉低负荷稳燃性能和实现热电深度解耦。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，包括一次风机、空气预热器、磨煤机、风粉稳燃电加热器、控制器、电源、二次风机、二次风稳燃电加热器、再循环风机、再循环烟气电加热器、煤粉燃烧器、锅炉、锅炉受热面、汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、高压加热器、多级抽汽管路、供热抽汽管路、热网加热器；

所述一次风机进口与大气相连通，一次风机出口与布置在锅炉上的空气预热器的一次风进口连通，所述空气预热器的一次风出口与磨煤机的一次风入口相连通，所述磨煤机的出口与风粉稳燃电加热器的一次风粉入口相连通，所述风粉稳燃电加热器的一次风粉出口与煤粉燃烧器的燃料入口相连通；

所述二次风机进口与大气相连通，所述二次风机出口与空气预热器的二次风进口连通，所述空气预热器的二次风出口与二次风稳燃电加热器的入口相连通，所述二次风稳燃电加热器的出口与煤粉燃烧器的二次风入口相连通，所述煤粉燃烧器布置在锅炉上；所述锅炉受热面布置在锅炉内，所述锅炉受热面的入口与高压加热器的给水出口相连，所述锅炉受热面的出口与汽轮机的入口相连，所述汽轮机与发电机相连；

所述再循环风机入口与锅炉受热面所在尾部烟道相连，所述再循环风机出口与再循环烟气电加热器的再循环烟气入口相连；所述再循环烟气电加热器的再循环烟气出口与煤粉燃烧器相连；

所述风粉稳燃电加热器通过控制器与电源相连；所述二次风稳燃电加热器与电源相连；所述再循环烟气电加热器与电源相连；

所述汽轮机布置有多级抽汽管路，多级抽汽管路分别连接至低压加热器、除氧器和高压加热器，所述汽轮机排气与凝汽器入口相连，凝汽器的出口与低压加热器的凝结水入口相连，所述低压加热器的凝结水出口与除氧器的凝结水入口相连，所述除氧器的给水出口与高压加热器的给水入口相连；

所述汽轮机通过供热抽汽管路与热网加热器连接，所述热网加热器的凝结水出口连接至凝汽器的入口。

进一步地，所述风粉稳燃电加热器、二次风稳燃电加热器和再循环烟气电加热器分别布置有单台或多台，且多台布置时，多台风粉稳燃电加热器之间并联或串联设置，多台二次风稳燃电加热器之间并联或串联设置，多台再循环烟气电加热器之间并联或串联设置。

进一步地，所述风粉稳燃电加热器用于将一次风粉加热到接近煤粉着火点；所述二次风稳燃电加热器用于将二次风加热到800 °C以上，所述再循环烟气电加热器用于将再循环烟气加热到800 °C以上。

进一步地，所述风粉稳燃电加热器、二次风稳燃电加热器和再循环烟气电加热器所需电力由发电机发出的电能提供。

进一步地，所述风粉稳燃电加热器采用电磁加热方式，二次风稳燃电加热器和再循环烟气电加热器采用电阻式波纹板肋片电加热方式。

进一步地，所述除氧器的出口与高压加热器的入口之间设置有给水泵。

进一步地，所述供热抽汽管路上设置有供热调节阀。

用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组的运行方法，包括以下步骤：

在用电负荷低谷或新能源大发时段，热电联产机组深度调峰时，一次风和二次风经一次风机和二次风机送入空气预热器，与来自锅炉受热面出口烟气进行热交换；

经初步预热后一次风经空气预热器的一次风出口送入磨煤机用于干燥和运输煤粉，根据电网负荷需求，磨煤机出口的一次风粉送入风粉稳燃电加热器利用电磁加热方式将发电机发出的部分电能转化为一次风粉的热能，一次风粉气流加热到接近风粉着火点后经煤粉燃烧器燃料喷口高速喷入锅炉的炉膛燃烧；

经初步预热后二次风经空气预热器的二次风出口送入二次风稳燃电加热器利用电阻加热方式将发电机发出的部分电能转化为二次风的热能，将二次风加热到高温后经煤粉燃烧器二次风入口送入锅炉炉膛，

来自锅炉受热面出口的部分烟气经再循环风机送入再循环烟气电加热器，利用电阻加热方式将发电机发出的部分电能转化为再循环烟气的热能，将再循环烟气加热到高温后经煤粉燃烧器送入锅炉；

来自高压加热器的给水在锅炉受热面中吸收烟气热量产生高温高压蒸汽送入汽轮机做功，所述汽轮机排气送入凝汽器，汽轮机上布置的多级抽汽管路将凝汽器出口的凝结水经低压加热器、除氧器和高压加热器加热到高温后送入锅炉受热面吸收烟气热量，汽轮机上布置的供热抽汽管路将供热抽汽送入热网加热器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明应用在在冬季供暖期，在用电负荷低谷或新能源大发时段，根据电网负荷需求，将电厂自身发出难以并网的电作为风粉稳燃电加热器和二次风稳燃电加热器的电力来源，实现热电深度解耦，大幅提高热电联产机组深度调峰的能力。另外热电联产机组自身发出电能以一次风粉、二次风和再循环烟气热能的形式送入炉内，这部分热能经锅炉受热面传递给工质水以产生高温蒸汽，高温蒸汽推动汽轮机发电做功，可实现高效的电-电转化。

进一步地，本发明利用电能对一次风粉气流加热可以将其加热至接近着火点状态，极大地减少了煤粉着火所需热量。此外利用电能对二次风进行加热可以将其加热至800°C甚至更高温度，解决了烟气或蒸汽与二次风换热时二次风加热温度十分有限的难题，可减少甚至避免锅炉低负荷运行时燃油的使用。此外，采用烟气再循环技术，可大幅减少低负荷下NO_x的排放。因此，采用该发明可有效地提高锅炉低负荷稳燃性能和热电深度解耦。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组的结构示意图。

其中，1-一次风机；2-空气预热器；3-磨煤机；4-风粉稳燃电加热器；5-控制器；6-电源；7-二次风机；8-二次风稳燃电加热器；9-再循环风机；10-再循环烟气电加热器； 11-煤粉燃烧器；12-锅炉；13-锅炉受热面；14-汽轮机；15-发电机；16-凝汽器；17-凝结水泵；18-低压加热器；19-除氧器；20-给水泵；21-高压加热器；22-多级抽汽管路；23-供热抽汽管路；24-供热调节阀；25-热网加热器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明实施例做详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，具体包括：一次风机1、空气预热器2、磨煤机3、风粉稳燃电加热器4、控制器5、电源6、二次风机7、二次风稳燃电加热器8、再循环风机9、再循环烟气电加热器10、煤粉燃烧器11、锅炉12、锅炉受热面13、汽轮机14、发电机15、凝汽器16、凝结水泵17、低压加热器18、除氧器19、给水泵20、高压加热器21、多级抽汽管路22、供热抽汽管路23、供热调节阀24和热网加热器25。

锅炉12内布置有空气预热器2、煤粉燃烧器11和锅炉受热面13；一次风机1进口与大气相连通，一次风机1出口与空气预热器2的一次风进口连通，空气预热器2的一次风出口通过管道与磨煤机3相连，磨煤机3一次风粉出口通过管道与风粉稳燃电加热器4入口相连，风粉稳燃电加热器4出口通过管道与煤粉燃烧器11相连；

二次风机7进口与大气相连通，二次风机7出口与空气预热器2的二次风进口相连，空气预热器2的二次风出口通过管道与二次风稳燃电加热器8入口相连，二次风稳燃电加热器加热器8出口通过管道与煤粉燃烧器11的二次风入口相连；

再循环风机9入口与锅炉受热面13所在尾部烟道相连，再循环风机9出口与再循环烟气电加热器10再循环烟气入口相连，再循环烟气电加热器10的再循环烟气出口与煤粉燃烧器11相连；

风粉稳燃电加热器4、二次风稳燃电加热器8和再循环烟气加热器10的电源6与发电机15相连；风粉稳燃电加热器4、二次风稳燃电加热器8和再循环烟气加热器10分别布置有单台或多台，且多台布置时，多台风粉稳燃电加热器4之间并联或串联设置，多台二次风稳燃电加热器8之间并联或串联设置，多台再循环烟气加热器10之间并联或串联设置，风粉稳燃电加热器4用于将一次风粉加热到接近煤粉着火点；所述二次风稳燃电加热器8可将二次风加热到800 °C以上，再循环烟气加热器10可将再循环烟气加热到800 °C以上。

锅炉受热面13入口与高压加热器21给水出口相连，锅炉受热面13出口与汽轮机14入口相连，汽轮机14与发电机15相连，汽轮机14的排汽口连接至凝汽器16，且汽轮机14布置有多级抽汽管路22，多级抽汽管路22分别连接至低压加热器18、除氧器19和高压加热器21，所述凝汽器16出口的凝结水经低压加热器18、除氧器19和高压加热器21加热后送入锅炉受热面13，低压加热器18的疏水出口连接至凝汽器16入口，所述高压加热器21的疏水连接至除氧器19的入口，所述除氧器19的出口与高压加热器21的入口之间设置有给水泵20。

汽轮机14通过供热抽汽管路23与热网加热器25连接，热网加热器25的凝结水出口连接至凝汽器16入口，供热抽汽管路23上设置有供热调节阀24。

本发明一种用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组的工作过程为：

在用电负荷低谷或新能源大发时段，热电联产机组深度调峰时，一次风和二次风分别经一次风机1和二次风机5送入空气预热器2的一次风和二次风入口，与来自锅炉受热面13出口的烟气进行换热，换热后的一次风送入磨煤机3用于干燥和运输煤粉，磨煤机3出口的一次风粉经输送管道送入风粉稳燃电加热器4，一次风粉在风粉稳燃电加热器4内采用电磁加热方式将风粉加热到接近着火状态后经煤粉燃烧器11燃料喷口高速喷入锅炉12中燃烧，风粉稳燃电加热器4所需电力由发电机15发出的电能提供。控制器5外接50 Hz的交流电，电流进入控制器5后变为1 kHz~20 kHz的高频交流电，高频交流电流经电磁线圈会产生高速变化的磁场，交变磁场会在管壁内部产生涡流并加热金属管壁，升温后的金属管壁与流经加热器的加热工质进行热交换，从而在风粉稳燃电加热器4内实现一次风粉的加热。

在空气预热器内换热后的二次风送入二次风稳燃电加热器8，二次风在二次风稳燃电加热器8中加热到800 °C后送入煤粉燃烧器11的二次风入口，二次风稳燃电加热器8所需电力由发电机15发出的电能提供。

来自高压加热器21的给水在锅炉受热面13中吸收烟气热量产生高温高压蒸汽送入汽轮机14做功，汽轮机14排气送入凝汽器16，汽轮机14布置有多级抽汽管路22，用于将凝汽器16出口的凝结水经低压加热器18、除氧器19和高压加热器21加热到高温后送入锅炉受热面13吸收烟气热量以产生蒸汽；汽轮机14布置有供热抽汽管路23，供热抽汽经供热调节阀24调整供热抽汽流量，供热抽汽送入热网加热器25。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上做出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，其特征在于，包括一次风机（1）、空气预热器（2）、磨煤机（3）、风粉稳燃电加热器（4）、控制器（5）、电源（6）、二次风机（7）、二次风稳燃电加热器（8）、再循环风机（9）、再循环烟气电加热器（10）、煤粉燃烧器（11）、锅炉（12）、锅炉受热面（13）、汽轮机（14）、发电机（15）、凝汽器（16）、凝结水泵（17）、低压加热器（18）、除氧器（19）、高压加热器（21）、多级抽汽管路（22）、供热抽汽管路（23）、热网加热器（25）；

所述一次风机（1）进口与大气相连通，一次风机（1）出口与布置在锅炉（12）上的空气预热器（2）的一次风进口连通，所述空气预热器（2）的一次风出口与磨煤机（3）的一次风入口相连通，所述磨煤机（3）的出口与风粉稳燃电加热器（4）的一次风粉入口相连通，所述风粉稳燃电加热器（4）的一次风粉出口与煤粉燃烧器（11）的燃料入口相连通；

所述二次风机（7）进口与大气相连通，所述二次风机（7）出口与空气预热器（2）的二次风进口连通，所述空气预热器（2）的二次风出口与二次风稳燃电加热器（8）的入口相连通，所述二次风稳燃电加热器（8）的出口与煤粉燃烧器（11）的二次风入口相连通，所述煤粉燃烧器（11）布置在锅炉（12）上；所述锅炉受热面（13）布置在锅炉（12）内，所述锅炉受热面（13）的入口与高压加热器（21）的给水出口相连，所述锅炉受热面（13）的出口与汽轮机（14）的入口相连，所述汽轮机（14）与发电机（15）相连；

所述再循环风机（9）入口与锅炉受热面（13）所在尾部烟道相连，所述再循环风机（9）出口与再循环烟气电加热器（10）的再循环烟气入口相连；所述再循环烟气电加热器（10）的再循环烟气出口与煤粉燃烧器（11）相连；

所述风粉稳燃电加热器（4）通过控制器（5）与电源（6）相连；所述二次风稳燃电加热器（8）与电源（6）相连；所述再循环烟气电加热器（10）与电源（6）相连；

所述汽轮机（14）布置有多级抽汽管路（22），多级抽汽管路（22）分别连接至低压加热器（18）、除氧器（19）和高压加热器（21），所述汽轮机（14）排气与凝汽器（16）入口相连，凝汽器（16）的出口与低压加热器（18）的凝结水入口相连，所述低压加热器（18）的凝结水出口与除氧器（19）的凝结水入口相连，所述除氧器（19）的给水出口与高压加热器（21）的给水入口相连；

所述汽轮机（14）通过供热抽汽管路（23）与热网加热器（25）连接，所述热网加热器（25）的凝结水出口连接至凝汽器（16）的入口；

所述风粉稳燃电加热器（4）用于将一次风粉加热到接近煤粉着火点；所述二次风稳燃电加热器（8）用于将二次风加热到800 °C以上，所述再循环烟气电加热器（10）用于将再循环烟气加热到800 °C以上；

所述风粉稳燃电加热器（4）、二次风稳燃电加热器（8）和再循环烟气电加热器（10）所需电力由发电机（15）发出的电能提供。

2.根据权利要求1所述的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，其特征在于，所述风粉稳燃电加热器（4）、二次风稳燃电加热器（8）和再循环烟气电加热器（10）分别布置有单台或多台，且多台布置时，多台风粉稳燃电加热器（4）之间并联或串联设置，多台二次风稳燃电加热器（8）之间并联或串联设置，多台再循环烟气电加热器（10）之间并联或串联设置。

3.根据权利要求1所述的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，其特征在于，所述风粉稳燃电加热器（4）采用电磁加热方式，二次风稳燃电加热器（8）和再循环烟气电加热器（10）采用电阻式波纹板肋片电加热方式。

4.根据权利要求1所述的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，其特征在于，所述除氧器（19）的出口与高压加热器（21）的入口之间设置有给水泵（20）。

5.根据权利要求1所述的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组，其特征在于，所述供热抽汽管路（23）上设置有供热调节阀（24）。

6.权利要求1-5任一项所述的用于低负荷稳燃和热电深度解耦的热电联产机组的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

在用电负荷低谷或新能源大发时段，热电联产机组深度调峰时，一次风和二次风经一次风机（1）和二次风机（7）送入空气预热器（2），与来自锅炉受热面（13）出口烟气进行热交换；

经初步预热后一次风经空气预热器（2）的一次风出口送入磨煤机（3）用于干燥和运输煤粉，根据电网负荷需求，磨煤机（3）出口的一次风粉送入风粉稳燃电加热器（4）利用电磁加热方式将发电机（15）发出的部分电能转化为一次风粉的热能，一次风粉气流加热到接近风粉着火点后经煤粉燃烧器（11）燃料喷口高速喷入锅炉（12）的炉膛燃烧；

经初步预热后二次风经空气预热器（2）的二次风出口送入二次风稳燃电加热器（8）利用电阻加热方式将发电机（15）发出的部分电能转化为二次风的热能，将二次风加热到高温后经煤粉燃烧器（11）二次风入口送入锅炉（12）炉膛，

来自锅炉受热面（13）出口的部分烟气经再循环风机（9）送入再循环烟气电加热器（10），利用电阻加热方式将发电机（15）发出的部分电能转化为再循环烟气的热能，将再循环烟气加热到高温后经煤粉燃烧器（11）送入锅炉（12）；

来自高压加热器（21）的给水在锅炉受热面（13）中吸收烟气热量产生高温高压蒸汽送入汽轮机（14）做功，所述汽轮机（14）排气送入凝汽器（16），汽轮机（14）上布置的多级抽汽管路（22）将凝汽器（16）出口的凝结水经低压加热器（18）、除氧器（19）和高压加热器（21）加热到高温后送入锅炉受热面（13）吸收烟气热量，汽轮机（14）上布置的供热抽汽管路（23）将供热抽汽送入热网加热器（25）。

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