CN117628483A - 锅炉-汽轮机系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉‑汽轮机系统，包括：锅炉，包括炉膛和烟道；汽轮机，锅炉适于经由蒸汽管路向汽轮机的蒸汽入口提供蒸汽；和燃烧装置，设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器，换热器入口经由旁路管路与对应的蒸汽管路相通，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。本发明还涉及一种锅炉‑汽轮机运行方法，包括步骤：提供燃烧装置，燃烧装置设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器；在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以及将从锅炉到汽轮机的蒸汽的至少一部分旁路至换热器，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

Description

锅炉-汽轮机系统及运行方法

技术领域

本发明的实施例涉及能源技术领域，尤其涉及一种锅炉-汽轮机系统以及一种锅炉-汽轮机运行方法。

背景技术

伴随着可再生能源的发展，电力系统调峰需求将显著增加，这就使火力发电承担起更多的调峰任务，对燃煤电站的超低负荷运行稳定性和经济性带来冲击。

对于汽轮机做功而言，超低负荷的运行条件下，锅炉炉膛及尾部受热面的吸热量显著减少，进入汽机的蒸汽温度偏低，发电效率大幅降低，发电煤耗显著上升，进一步提高了调峰运行的成本。

此外，当运行负荷远远低于设计工况时，燃料在炉内燃烧、蒸汽在汽轮机内做功以及污染物控制的子系统等都显著偏离设计工况。

例如对SCR脱硝装置，催化剂运行在370-400℃左右时脱硝效率较高，当烟气温度低于该范围时，脱硝效率显著下降，造成大量的氨逃逸。现有技术采用的主要手段包括：通过蒸汽回热加热SCR进口处烟气温度，从而改善这一状况；通过将烟道上游烟气旁路送至SCR入口处，可以将SCR上游受热面短路一部分，提升SCR进口烟温。

通过在尾部烟道中设置补热装置是一种有效的手段之一，但由于补热装置燃烧空间有限，现有技术往往需要匹配气体或液体燃料以利于在有限空间内燃尽，电厂需要单独配备燃气或燃油系统，提高运行成本和供应难度。

对于煤电机组的常规运行，同样存在参数低于额度设计值的问题，主要是三个方面的原因：(1)煤电机组大多在50％-60％及以下的负荷下运行，偏离设计工况；运行煤种偏离设计煤种，发热量不足，烟气温度水平不高；为降低热力氮采用分级配风，炉膛温度下降，再热和过热屏烟气温度偏低。

发明内容

为解决上述技术问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种锅炉-汽轮机系统，包括：

锅炉，适于提供蒸汽，包括炉膛和尾部烟道；

汽轮机，锅炉适于经由蒸汽管路向汽轮机的蒸汽入口提供蒸汽；和

燃烧装置，设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器，换热器入口经由旁路管路与对应的蒸汽管路相通，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

本发明还提出了一种锅炉-汽轮机运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，燃烧装置设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以及将从锅炉到汽轮机的至少一个蒸汽管路旁路至所述换热器，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的锅炉-汽轮机系统的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，附图标记如下：

11：锅炉；

12：过热器或再热器；

13：其他受热面，例如省煤器，低温再热器、低温过热器等；

14：脱硝装置，例如SCR脱硝反应器；

15：空预器；

16：过热蒸汽母管；

21：预热燃烧器；

22：燃烧室或燃烧空间；

23：换热器，例如蒸汽受热面；

30：过热蒸汽旁路管路；

31：过热蒸汽旁路阀；

32：过热蒸汽阀门(主阀门)；

40：汽轮机；

50：发电机。

图1所示的实施例涉及一种燃煤电站运行系统，该系统包括：

锅炉11，锅炉包括炉膛及尾部烟道、燃烧器、制粉和送粉系统，布置在锅炉炉膛和尾部烟道的各级受热面(例如包括过热器12、其他受热面13)，布置在尾部烟道的脱硝装置14如SCR反应器，布置在脱硝装置14下游的空预器15等；

汽轮机40，一般而言，汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，从低压缸排出的气体进入到凝气装置内；

发电机50；及

凝气装置及其他辅机系统(未示出)。

如图1所示，系统还包括燃烧室22，燃烧室22为锅炉炉膛之外的燃烧区或燃烧空间。可选的，燃烧室22的空间可以远远小于锅炉炉膛，例如是锅炉炉膛热功率的五分之一及以下，进一步的在锅炉炉膛热功率的十分之一及以下。

如图1所示，燃烧室22内设置有换热器23，例如过热蒸汽受热面。参见图1，从锅炉11去汽轮机40做功的过热蒸汽母管16引出旁路(即过热蒸汽旁路管路30)，经过过热蒸汽旁路阀31与燃烧室22内的过热蒸汽受热面进口相通，过热蒸汽受热面的出口引回至过热蒸汽母管16或汽轮机相应位置处(即，和蒸汽参数相对应的汽轮机缸位置)。

在本发明的一个实施例中，图1所示的预热燃烧器21为流态化反应器，用于将煤粉部分燃烧放热加热自身后形成高温气固混合燃料，然后进入燃烧室22内燃烧放热，为燃烧室22内的受热面提供热量。该部分热量可以用于锅炉在超低负荷运行时，提升过热蒸汽参数，提高低负荷下的锅炉-汽轮机系统发电效率。

通过在过热器12去汽机管路(即过热蒸汽母管16)上设置旁路(即过热蒸汽旁路管路30)，旁路进燃烧室22的受热面或换热器23，再去汽轮机40的高压缸，可以形成超低负荷过热蒸汽再热系统。

在锅炉11进入低负荷运行工况下(例如负荷低于额定负荷的60％，甚至是50％)，或者进入超低负荷运行工况下(例如负荷低于额定负荷的30％，甚至低于20％时)，可以通过过热蒸汽旁路阀31启动该过热蒸汽旁路管路30，同时通过关闭过热蒸汽阀门32(与旁路阀门相对应的，可以称其为主阀门)以阻止过热蒸汽母管直接向汽轮机40的高压缸供汽。其中，过热蒸汽旁路阀和过热蒸汽阀门均为截止阀。在本发明中，“锅炉负荷低于预定值”中的“预定值”一般而言是锅炉的额定负荷的60％，也可以是根据电厂具体情况核算的负荷。

虽然没有示出，与图1相似的，图1中的过热器12也可以是再热器，此时，图1中蒸汽通入汽轮机40的位置不是高压缸而是中压缸。相应的，设置的蒸汽旁路则为再热蒸汽旁路管路。如能够理解的，再热蒸汽旁路中仍然设置有旁路阀，与汽轮机对应的再热蒸汽母管也设置有阀门32，旁路阀的入口设置在阀门32的上游。

以上，示例性说明了燃烧室22内仅设置了单个换热器以及仅存在单个蒸汽旁路的情况，但是本发明不限于此。也可以基于向汽轮机的高压缸提供蒸汽的过热蒸汽母管以及向汽轮机的中压缸提供再热蒸汽的再热蒸汽母管，分别提供过热和再热蒸汽旁路。如此，可以在燃烧室22内分别设置两个换热器，依次用于旁路和加热到汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的蒸汽，以提高锅炉低负荷运行工况下的蒸汽品质。

在本发明的技术方案中，通过为蒸汽管道管路设置蒸汽旁路管路且蒸汽旁路管路中的蒸汽被独立于锅炉炉膛的燃烧空间所加热，可以使得在锅炉处于低负荷情况下，保证进入到汽轮机高压缸中过热蒸汽的参数或者进入到汽轮机的中压缸的再热蒸汽的参数以及从中压缸进入到低压缸的蒸汽的参数，从而有利于提高锅炉-汽轮机系统在低负荷运行下的发电效率和稳定性，这样的配置也有利于煤电发电系统的调峰。

此外，如图1所示，在本发明的一个实施例中，燃烧室22的烟气出口和锅炉烟道连接处设置在省煤器出口、脱硝装置14的进口之间。如此，燃烧室22内的烟气，经过受热面吸热后，降温至450-950℃，进一步的在500-750℃，例如530℃、550℃、570℃、590℃、600℃、620℃、650℃、670℃、690℃、700℃、720℃，直接进入脱硝装置14的入口附近，这有利于提高进入到脱硝装置14内的烟气的温度，从而提高脱硝装置14的入口烟温，保证SCR运行在脱硝反应温度窗口范围内，提升锅炉低负荷时SCR脱硝效率，减少氨逃逸。

虽然没有示出，只要有利于提高进入脱硝装置14的烟气的温度或者有利于将进入到脱硝装置14的烟气的温度控制在需要的范围内，可以将燃烧室22的烟气出口连接到尾部烟道中在脱硝装置14上游的任意位置(例如，烟气转向室或者烟气转向室后的位置)，即燃烧室22的烟气出口在脱硝装置14的上游的位置与尾部烟道相通。

虽然没有示出，燃烧室22的烟气出口也可以与炉膛内空间相通。在燃烧室22出来的烟气的温度较高的情况下，可以有利于提高下游的烟气的温度，从而有利于提升受热面内的蒸汽的温度。在一个更具体的实施例中，锅炉11设置有再热器，燃烧室22的烟气出口在锅炉的烟气流动方向上可以在整个再热器的上游与炉膛内空间相通。在另外的一个具体的实施例中，锅炉11设置有低温再热器和高温再热器，此时，燃烧室22的烟气出口在锅炉的烟气流动方向上可以在低温再热器的上游以及高温再热器的下游与炉膛内空间相通。这种提升流经锅炉内的受热面的烟气温度的方式，有利于提高受热面内的蒸汽的温度，从而在锅炉处于低负荷的情况下，也有利于保持有效的过热蒸汽的温度或者再热蒸汽的温度，从而提高发电效率，也有利于锅炉在低负荷情况下的调峰。

在图1所示的实施例中，换热器23设置在燃烧室22或者燃烧空间内，但是本发明不限于此。例如，换热器23也可以设置在与燃烧室22连通的烟气通道中。

在图1所示的实施例中，燃烧室23的烟气出口在脱硝装置的上游烟气入口附近与尾部烟道相通，但是，燃烧室23的烟气出口也可以在尾部烟道的转向室(转向室是水平烟道向尾部烟道的过渡部分，或者转向室是处于水平烟道下游的尾部烟道的一部分)与尾部烟道相通。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，燃烧室22外部设置有预热燃烧器21，从而燃料先在预热燃烧器21内预处理之后再通入到燃烧室22内充分燃烧，这有利于在降低氮氧化物的同时提高燃烧室22内的温度，以有利于提升换热器23内的蒸汽的温度。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，预热燃烧器21中通入了来自制粉系统(其同时也向锅炉11供给煤粉)的煤粉以及流化空气，这避免了背景技术中提及的“现有技术往往需要匹配气体或液体燃料以利于在有限空间内燃尽，电厂需要单独配备燃气或燃油系统，提高运行成本和供应难度”这样的技术问题。

在本发明的一个实施例中，燃烧室22或者燃烧空间的至少一部分可以设置在锅炉的尾部烟道中，从而预热燃烧器21产生的高温气固混合燃料直接进入锅炉炉膛尾部烟道中燃烧。

虽然没有示出，图1中所示的燃烧室22和预热燃烧器21也可以替换为容量和体积均小于所述锅炉11的另外的锅炉。在该另外的锅炉同样通入了来自制粉系统的煤粉的情况下，也可以避免背景技术中提及的“现有技术往往需要匹配气体或液体燃料以利于在有限空间内燃尽，电厂需要单独配备燃气或燃油系统，提高运行成本”这样的技术问题。

在图1所示的实施例中，可以通过独立于锅炉炉膛的燃烧空间来提升旁路的蒸汽的参数，这可以兼顾发电效率、电站锅炉低负荷稳定运行以及调峰的需求。此外，在燃烧空间产生的高温烟气通入到脱硝装置的上游的情况下，有利于保证脱硝装置的脱硝效率，减少氮氧化物的排放和氨逃逸。

在上述的说明中，也涉及到一种锅炉-汽轮机运行方法，其可以是在锅炉负荷低于预定值(例如在锅炉负荷低于额定工况的40％)的情况下，运行燃烧装置(对应于图1中的燃烧室22和预热燃烧器21)以及将从锅炉11到汽轮机的蒸汽的至少一部分旁路至换热器23，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。该方法可以在锅炉处于低负荷运行时用于保持进入到汽轮机的不同缸体的蒸汽的参数。

更进一步的，在本发明的实施例中，还可以在锅炉11负荷低于额定工况的30％的情况下，将从锅炉11到汽轮机40的所有蒸汽旁路至换热器23。这对于汽轮机的中压缸尤其是低压缸而言，有利于控制好再热蒸汽的参数，实现机组的稳定运行。

在锅炉-汽轮机发电负荷低于设定值时(一般为60％负荷以下，尤其是40％负荷以下)，逐渐关小蒸汽阀门32，逐渐增大旁路阀31，将蒸汽引入燃烧室换热器23中；同时，可以控制燃烧装置的热功率。进一步的，在燃烧装置由预热燃烧器和燃烧室组成的情况下，通过控制预热燃烧器的热功率，控制燃烧室内的燃料放热量，从而控制或者调整蒸汽参数。

如前提及的，因为在脱硝装置14的入口的上游通入了来自燃烧室22的高温烟气，有利于将进入到脱硝装置14的烟气的温度保持在适当的范围内(即在脱硝反应温度窗口范围内)以保证脱硝效果。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种锅炉-汽轮机系统，包括：

锅炉，适于提供蒸汽，包括炉膛和尾部烟道；

汽轮机，锅炉适于经由蒸汽管路向汽轮机的蒸汽入口提供蒸汽；和

燃烧装置，设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器，换热器入口经由旁路管路与对应的蒸汽管路相通，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

2、根据1所述的系统，其中：

燃烧装置的烟气出口与尾部烟道相通。

3、根据2所述的系统，其中：

尾部烟道中设置有脱硝装置，燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游的位置与尾部烟道相通。

4、根据3所述的系统，其中：

尾部烟道中设置有省煤器和所述脱硝装置，燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游以及在省煤器的下游的位置与尾部烟道相通。

5、根据1所述的系统，其中：

燃烧装置的烟气出口与炉膛内空间相通。

6、根据5所述的系统，其中：

锅炉设置有再热器；

燃烧装置的烟气出口在锅炉烟气流动方向上在至少一部分再热器的上游与炉膛内空间相通。

7、根据1所述的系统，其中：

换热器设置在燃烧空间内或者与燃烧空间相通的燃烧装置的烟气通道中。

8、根据7所述的系统，其中：

所述燃烧装置还包括向燃烧空间内提供燃料的预热燃烧器，预热燃烧器用于预热或者预处理燃料，来自预热燃烧器的燃料流通入到燃烧空间内。

9、根据8所述的系统，其中：

所述预热燃烧器为流态化反应装置。

10、根据1所述的系统，其中：

所述燃烧装置为容量和体积均小于所述锅炉的另外的带受热面的燃烧装置。

11、根据1或9所述的系统，其中：

所述燃烧装置的燃烧空间的至少一部分设置在炉膛或者烟道内或者是炉膛或者烟道的一部分。

12、根据1所述的系统，其中：

锅炉内设置有再热器；

所述蒸汽管路包括与再热器出口相通的再热蒸汽管路，所述旁路管路包括再热旁路管路；

所述换热器包括第一换热器，所述第一换热器入口经由再热旁路管路与再热蒸汽管路相通，第一换热器出口与汽轮机中压缸的蒸汽入口相通。

13、根据1或12所述的系统，其中：

所述锅炉内设置有过热器，所述蒸汽管路包括过热蒸汽管路，所述旁路管路包括过热蒸汽旁路管路；

所述换热器包括第二换热器，第二换热器入口经由过热蒸汽旁路管路与过热蒸汽管路相通，第二换热器出口与汽轮机高压缸的蒸汽入口相通。

14、根据1-13中任一项所述的系统，还包括：

煤粉供给设备，所述煤粉供给设备向燃烧装置和锅炉供给作为燃料的煤粉。

15、根据1-14中任一项所述的系统，其中：

蒸汽管路设置有主阀门，旁路管路上设置有处于对应主阀门的上游的旁路阀门。

16、根据15所述的系统，还包括：

控制装置，所述控制装置在锅炉负荷低于预定值的情况下，用于所述旁路阀门和主阀门的开闭，以使蒸汽从旁路管路进入到换热器。

17、根据16所述的系统，其中：

在锅炉负荷低于额定工况的30％的情况下，所述控制装置关闭主阀门以及开启旁路阀门。

18、一种锅炉-汽轮机运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，燃烧装置设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以及将从锅炉到汽轮机的至少一个蒸汽管路旁路至所述换热器，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

19、根据18所述的方法，其中：

锅炉的烟道中设置有脱硝装置；

所述方法还包括步骤：使得燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游的位置与烟道相通，以提高进入到脱硝装置前的烟气的温度。

20、根据19所述的方法，其中：

锅炉的烟道中设置有省煤器和所述脱硝装置；

所述方法包括步骤：使得燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游以及在省煤器的下游的位置与烟道相通，以提高进入到脱硝装置前的烟气的温度。

21、根据18所述的方法，还包括步骤：

在锅炉负荷低于预定值的情况下，控制或调整燃烧装置的热功率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种锅炉-汽轮机系统，包括：

锅炉，适于提供蒸汽，包括炉膛和尾部烟道；

汽轮机，锅炉适于经由蒸汽管路向汽轮机的蒸汽入口提供蒸汽；和

燃烧装置，设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器，换热器入口经由旁路管路与对应的蒸汽管路相通，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

燃烧装置的烟气出口与尾部烟道相通。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

尾部烟道中设置有脱硝装置，燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游的位置与尾部烟道相通。

4.根据权利要求3所述的系统，其中：

尾部烟道中设置有省煤器和所述脱硝装置，燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游以及在省煤器的下游的位置与尾部烟道相通。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

燃烧装置的烟气出口与炉膛内空间相通。

6.根据权利要求5所述的系统，其中：

锅炉设置有再热器；

燃烧装置的烟气出口在锅炉烟气流动方向上在至少一部分再热器的上游与炉膛内空间相通。

7.根据权利要求1所述的系统，其中：

换热器设置在燃烧空间内或者与燃烧空间相通的燃烧装置的烟气通道中。

8.根据权利要求7所述的系统，其中：

所述燃烧装置还包括向燃烧空间内提供燃料的预热燃烧器，预热燃烧器用于预热或者预处理燃料，来自预热燃烧器的燃料流通入到燃烧空间内。

9.根据权利要求8所述的系统，其中：

所述预热燃烧器为流态化反应装置。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述燃烧装置为容量和体积均小于所述锅炉的另外的带受热面的燃烧装置。

11.根据权利要求1或9所述的系统，其中：

所述燃烧装置的燃烧空间的至少一部分设置在炉膛或者烟道内或者是炉膛或者烟道的一部分。

12.根据权利要求1所述的系统，其中：

锅炉内设置有再热器；

所述蒸汽管路包括与再热器出口相通的再热蒸汽管路，所述旁路管路包括再热旁路管路；

所述换热器包括第一换热器，所述第一换热器入口经由再热旁路管路与再热蒸汽管路相通，第一换热器出口与汽轮机中压缸的蒸汽入口相通。

13.根据权利要求1或12所述的系统，其中：

所述锅炉内设置有过热器，所述蒸汽管路包括过热蒸汽管路，所述旁路管路包括过热蒸汽旁路管路；

所述换热器包括第二换热器，第二换热器入口经由过热蒸汽旁路管路与过热蒸汽管路相通，第二换热器出口与汽轮机高压缸的蒸汽入口相通。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的系统，还包括：

煤粉供给设备，所述煤粉供给设备向燃烧装置和锅炉供给作为燃料的煤粉。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，其中：

蒸汽管路设置有主阀门，旁路管路上设置有处于对应主阀门的上游的旁路阀门。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括：

控制装置，所述控制装置在锅炉负荷低于预定值的情况下，用于所述旁路阀门和主阀门的开闭，以使蒸汽从旁路管路进入到换热器。

17.根据权利要求16所述的系统，其中：

在锅炉负荷低于额定工况的30％的情况下，所述控制装置关闭主阀门以及开启旁路阀门。

18.一种锅炉-汽轮机运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，燃烧装置设置有独立于炉膛设置的燃烧空间，且所述燃烧装置设置有吸收燃烧装置产生的热量的换热器；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以及将从锅炉到汽轮机的至少一个蒸汽管路旁路至所述换热器，换热器出口与汽轮机的对应的蒸汽入口相通。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

锅炉的烟道中设置有脱硝装置；

所述方法还包括步骤：使得燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游的位置与烟道相通，以提高进入到脱硝装置前的烟气的温度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中：

锅炉的烟道中设置有省煤器和所述脱硝装置；

所述方法包括步骤：使得燃烧装置的烟气出口在脱硝装置的上游以及在省煤器的下游的位置与烟道相通，以提高进入到脱硝装置前的烟气的温度。

21.根据权利要求18所述的方法，还包括步骤：

在锅炉负荷低于预定值的情况下，控制或调整燃烧装置的热功率。