CN209742983U - 一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于火力发电技术领域的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统。该系统基于“温度对口、能量梯级利用”原则将垃圾焚烧余热锅炉的出口过热蒸汽、垃圾焚烧炉一、二次风预热器系统和燃煤机组的回热系统有效结合起来，利用高温垃圾焚烧余热锅炉出口过热蒸汽加热部分燃煤锅炉给水以减少相应燃煤机组抽汽级的高品质抽汽，同时利用燃煤机组的低、中温凝结水对垃圾焚烧炉的冷一、二次风进行加热以减少换热温差。本实用新型将垃圾焚烧锅炉的能量与能效更高的燃煤机组进行整合，为提高垃圾焚烧所产生热量的利用效率提供了更为高效和经济的方法。
Description
技术领域
本实用新型属于火力发电技术领域，特别涉及一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统。
背景技术
随着经济的迅速发展以及国民生活水平的日益提高，“垃圾围城”的困境日益突出，如何处理数量庞大的生活垃圾已成为目前我国面临的严峻问题之一。目前，生活垃圾的处理方式有三种：直接焚烧、卫生填埋和堆肥，相比于易造成二次污染的填埋与难以销售的垃圾堆肥，直接焚烧逐渐成为我国生活垃圾处理的主流方式。垃圾焚烧过程中，会产生大量的热量，将这部分热量用于发电，可实现余热回收及资源最大化使用。垃圾焚烧发电，主要是利用垃圾燃烧所放出的热量加热水以获得过热蒸汽，过热蒸汽膨胀做功推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。对于日处理垃圾量大于330t/d的垃圾焚烧发电厂，其余热锅炉的效率约为70～78％，汽轮机效率约为28～30.6％，发电机效率约为97％，垃圾焚烧发电厂的总发电效率在18～23％之间，远小于大容量燃煤电厂可达到的43％的发电效率。由此，对垃圾焚烧发电系统与常规的燃煤发电系统进行耦合，有望实现垃圾焚烧所产生热量的高效利用，进而解决垃圾焚烧发电厂效率偏低的问题。
现有的垃圾焚烧发电厂规模小，发电效率偏低，但其发电系统完备程度高，设备配置齐全，配有锅炉、汽轮机、发电机、烟气处理装置等一系列设备，以致垃圾焚烧发电厂投资成本高，单位投资约为 1.8～2.2万/kW，建成后的运行与维护成本更是巨大。而常规燃煤发电是一种大型化、规模化、高效化的发电方式，其机组容量大，机组效率可达43％以上，单位投资成本较低，是垃圾焚烧发电厂的单位投资的1/4左右。由此，对垃圾焚烧发电厂与常规的燃煤发电厂进行系统集成，共用汽轮机、发电机及烟囱等设备，可节省垃圾焚烧发电厂的汽轮机发电机组及烟囱等设备的投资与运行维护费用，并可提高垃圾焚烧所产生热量的利用效率，从而带来显著的经济效益。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术不足，提出一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统。其特征在于，包括燃煤机组和垃圾焚烧系统，其中燃煤机组包括燃煤锅炉1、2、汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4、汽轮机低压缸5、发电机6、凝汽器7、汽轮机回热系统，垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉36、余热锅炉29、第一辅助换热器19、第二辅助换热器18、第一级一次风预热器23、第二级一次风预热器24、第三级一次风预热器25、第一级二次风预热器21、第二级二次风预热器22、余热锅炉给水泵33；
燃煤锅炉1主蒸汽出口与汽轮机高压缸3入口连接，汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4、汽轮机低压缸5和发电机6同轴依次连接，汽轮机低压缸5乏汽经过凝汽器7冷凝后通过凝结水泵8与汽轮机回热系统连接，汽轮机回热系统中1#高压加热器17、2#高压加热器16、 3#高压加热器15、除氧器13、5#低压加热器12、6#低压加热器11、7#低压加热器10、8#低压加热器9依次连接，1#高压加热器17与2# 高压加热器16蒸汽入口和汽轮机高压缸3相连，3#高压加热器15与除氧器13蒸汽入口和汽轮机中压缸4相连，5#低压加热器12、6#低压加热器11、7#低压加热器10与8#低压加热器9蒸汽入口和汽轮机低压缸5相连，1#高压加热器17出口给水进入燃煤锅炉省煤器2，各回热加热器疏水逐级自流进入下一级加热器；
垃圾焚烧炉36与余热锅炉29串联，余热锅炉汽包30饱和蒸汽出口分为两路，一路与第三级一次风预热器25蒸汽入口相连，另一路进入余热锅炉过热器31后与第一辅助换热器19、第二辅助换热器 18依次连接，第二辅助换热器18、第三级一次风预热器25放热侧出口与3#高压加热器15疏水入口连接，冷一次风和冷二次风分别经过第一级一次风预热器23、第二级一次风预热器24、第三级一次风预热器25和第一级二次风预热器21、第二级二次风预热器22加热后进入垃圾焚烧炉36。
2#高压加热器16出口给水分为二路，一路与1#高压加热器17 给水入口连接，另一路与第一辅助换热器19吸热侧入口连接，第一辅助换热器19吸热侧出口与1#高压加热器17给水出口连接。
3#高压加热器15出口给水分为二路，一路与2#高压加热器16 给水入口连接，另一路与第二辅助换热器18吸热侧入口连接，第二辅助换热器18吸热侧出口给水与第一路混合后与2#高压加热器16 给水入口连接。
除氧器13给水出口分为三路，一路与燃煤锅炉给水泵14连接，另外两路分别与第二级二次风预热器22、第二级一次风预热器24放热侧入口连接，第二级二次风预热器22与第二级一次风预热器24放热侧出口混合连接后通过余热锅炉给水泵33升压与余热锅炉省煤器 32连接。
6#低压加热器11给水出口分为三路，一路与5#低压加热器12 给水入口连接，另外两路分别与第一级一次风预热器23、第一级二次风预热器21放热侧入口连接，第一级一次风预热器23、第一级二次风预热器21放热侧出口与凝结水泵8出口连接。
还包括烟气处理系统，燃煤锅炉空气预热器20出口烟气依次经过静电除尘器26，脱硫塔27后进入烟囱28排出，余热锅炉省煤器 32出口烟气依次经一体化脱硫脱硝装置34，布袋除尘器35后进入烟囱28排出。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提出的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，是将垃圾焚烧锅炉的出口过热蒸汽、垃圾焚烧锅炉一、二次风预热器系统和燃煤机组的回热系统有效结合起来。对于垃圾焚烧锅炉与燃煤锅炉的集成发电系统，燃煤侧的发电效率与煤耗率基本不变，而集成系统发电功率大于分开发电的发电功率之和的主要原因在于：
1.基于“温度对口、能量梯级利用”原则，利用垃圾焚烧锅炉出口过热蒸汽梯级加热部分给水及凝结水，降低了汽轮机的高压缸3、中压缸及低压缸相应抽汽级的抽汽流量，用于发电的蒸汽流量增加，发电机输出的电量增加，进而提高了垃圾焚烧所产生热量的利用率，使原垃圾焚烧锅炉产出的过热蒸汽的发电功率增加。
2.原垃圾焚烧发电系统主蒸汽参数低，汽轮机做功效率偏低，将垃圾焚烧系统产生的主蒸汽集成于大型燃煤机组后，能够更高效地转化主蒸汽的做功能力，提升能量利用效率。
这种集成方式既能保证锅炉给水参数达到设计值，又能保证垃圾焚烧锅炉内的正常燃烧。
本实用新型是针对垃圾焚烧系统与燃煤锅炉的集成发电系统，提出了对于现有机组的改造变动以及安全性影响较小的方案，解决了垃圾焚烧发电效率过低的问题，同时减少了垃圾焚烧发电的汽轮机、发电机、烟囱等设备的投资，缩小了占地面积，为垃圾焚烧锅炉蒸汽循环系统与燃煤锅炉的集成发电提供了更为高效和经济的解决方法。
附图说明
图1为一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统的结构示意图。
图中：1-燃煤锅炉；2-燃煤锅炉省煤器；3-汽轮机高压缸；4-汽轮机中压缸；5-汽轮机低压缸；6-发电机；7-凝汽器；8-凝结水泵；9-8# 低压加热器；10-7#低压加热器；11-6#低压加热器；12-5#低压加热器； 13-除氧器；14-燃煤锅炉给水泵；15-3#高压加热器；16-2#高压加热器；17-1#高压加热器；18-第二辅助换热器；19-第一辅助换热器；20- 燃煤锅炉空气预热器；21-第一级二次风预热器；22-第二级二次风预热器；23-第一级一次风预热器；24-第二级一次风预热器；25-第三级一次风预热器；26-静电除尘器；27-脱硫塔；28-烟囱；29-余热锅炉； 30-余热锅炉汽包；31-余热锅炉过热器；32-余热锅炉省煤器；33-余热锅炉给水泵；34-一体化脱硫脱硝装置；35-布袋除尘器；36-垃圾焚烧炉。
具体实施方式
本实用新型提供一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及应用。
图1所示为一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统。
图中所示包括燃煤机组和垃圾焚烧系统，其中燃煤机组包括燃煤锅炉1、省煤器2、汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4、汽轮机低压缸 5、发电机6、凝汽器7、汽轮机回热系统，垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉36、余热锅炉29、第一辅助换热器19、第二辅助换热器18、第一级一次风预热器23、第二级一次风预热器24、第三级一次风预热器25、第一级二次风预热器21、第二级二次风预热器22、余热锅炉给水泵33；
燃煤锅炉1主蒸汽出口与汽轮机高压缸3入口连接，汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4、汽轮机低压缸5和发电机6同轴依次连接，汽轮机低压缸5乏汽经过凝汽器7冷凝后通过凝结水泵8与汽轮机回热系统连接，汽轮机回热系统中1#高压加热器17、2#高压加热器16、3#高压加热器15、除氧器13、5#低压加热器12、6#低压加热器11、 7#低压加热器10、8#低压加热器9依次连接，1#高压加热器17与2# 高压加热器16蒸汽入口和汽轮机高压缸3相连，3#高压加热器15与除氧器13蒸汽入口和汽轮机中压缸4相连，5#低压加热器12、6#低压加热器11、7#低压加热器10与8#低压加热器9蒸汽入口和汽轮机低压缸5相连，1#高压加热器17出口给水进入燃煤锅炉省煤器2，各回热加热器疏水逐级自流进入下一级加热器；
垃圾焚烧炉36与余热锅炉29串联，余热锅炉汽包30饱和蒸汽出口分为两路，一路与第三级一次风预热器25蒸汽入口相连，另一路进入余热锅炉过热器31后与第一辅助换热器19、第二辅助换热器 18依次连接，第二辅助换热器18、第三级一次风预热器25放热侧出口与3#高压加热器15疏水入口连接，冷一次风和冷二次风分别经过第一级一次风预热器23、第二级一次风预热器24、第三级一次风预热器25和第一级二次风预热器21、第二级二次风预热器22加热后进入垃圾焚烧炉36。
2#高压加热器16出口给水分为二路，一路与1#高压加热器17 给水入口连接，另一路与第一辅助换热器19吸热侧入口连接，第一辅助换热器19吸热侧出口与1#高压加热器17给水出口连接。
3#高压加热器15出口给水分为二路，一路与2#高压加热器16 给水入口连接，另一路与第二辅助换热器18吸热侧入口连接，第二辅助换热器18吸热侧出口给水与第一路混合后与2#高压加热器16 给水入口连接。
除氧器13给水出口分为三路，一路与燃煤锅炉给水泵14连接，另外两路分别与第二级二次风预热器22、第二级一次风预热器24放热侧入口连接，第二级二次风预热器22与第二级一次风预热器24放热侧出口混合连接后通过余热锅炉给水泵33升压与余热锅炉省煤器 32连接。
6#低压加热器11给水出口分为三路，一路与5#低压加热器12 给水入口连接，另外两路分别与第一级一次风预热器23、第一级二次风预热器21放热侧入口连接，第一级一次风预热器23、第一级二次风预热器21放热侧出口与凝结水泵8出口连接。
还包括烟气处理系统，燃煤锅炉空气预热器20出口烟气依次经过静电除尘器26，脱硫塔27后进入烟囱28排出，余热锅炉省煤器 32出口烟气依次经一体化脱硫脱硝装置34，布袋除尘器35后进入烟囱28排出。
下面结合算例，对系统的效果进行说明。
将额定发电功率为1000MW燃煤发电机组与500t/d的垃圾焚烧锅炉进行集成设计，图1为一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统示意图。以燃煤机组THA工况为计算工况，对图1所述实施例进行模拟，在燃煤锅炉煤耗基本保持不变的情况下，燃煤机组发电量增加到1013MW，而常规相同容量的垃圾焚烧发电机组的发电功率为10MW。相比之下，集成发电系统将垃圾焚烧锅炉的能量利用率提高了30％。
本实施方式只是对本实用新型专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，可对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是包括燃煤机组和垃圾焚烧系统，其中燃煤发电机组包括燃煤锅炉(1)、燃煤锅炉省煤器(2)、汽轮机高压缸(3)、汽轮机中压缸(4)、汽轮机低压缸(5)、发电机(6)、凝汽器(7)、汽轮机回热系统，垃圾焚烧系统包括垃圾焚烧炉(36)、余热锅炉(29)、第一辅助换热器(19)、第二辅助换热器(18)、第一级一次风预热器(23)、第二级一次风预热器(24)、第三级一次风预热器(25)、第一级二次风预热器(21)、第二级二次风预热器(22)、余热锅炉给水泵(33)；
燃煤锅炉(1)主蒸汽出口与汽轮机高压缸(3)入口连接，汽轮机高压缸(3)、汽轮机中压缸(4)、汽轮机低压缸(5)和发电机(6)同轴依次连接，汽轮机低压缸(5)乏汽经过凝汽器(7)冷凝后通过凝结水泵(8)与汽轮机回热系统连接，汽轮机回热系统中1#高压加热器(17)、2#高压加热器(16)、3#高压加热器(15)、除氧器(13)、5#低压加热器(12)、6#低压加热器(11)、7#低压加热器(10)、8#低压加热器(9)依次连接，1#高压加热器(17)与2#高压加热器(16)蒸汽入口和汽轮机高压缸(3)相连，3#高压加热器(15)与除氧器(13)蒸汽入口和汽轮机中压缸(4)相连，5#低压加热器(12)、6#低压加热器(11)、7#低压加热器(10)与8#低压加热器(9)蒸汽入口和汽轮机低压缸(5)相连，1#高压加热器(17)出口给水进入燃煤锅炉省煤器(2)，各回热加热器疏水逐级自流进入下一级加热器；
垃圾焚烧炉(36)与余热锅炉(29)串联，余热锅炉汽包(30)饱和蒸汽出口分为两路，一路与第三级一次风预热器(25)蒸汽入口相连，另一路进入余热锅炉过热器(31)后与第一辅助换热器(19)、第二辅助换热器(18)依次连接，第二辅助换热器(18)、第三级一次风预热器(25)放热侧出口与3#高压加热器(15)疏水入口连接，冷一次风和冷二次风分别经过第一级一次风预热器(23)、第二级一次风预热器(24)、第三级一次风预热器(25)和第一级二次风预热器(21)、第二级二次风预热器(22)加热后进入垃圾焚烧炉(36)。
2.根据权利要求1所述的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是2#高压加热器(16)出口给水分为二路，一路与1#高压加热器(17)给水入口连接，另一路与第一辅助换热器(19)吸热侧入口连接，第一辅助换热器(19)吸热侧出口与1#高压加热器(17)给水出口连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是3#高压加热器(15)出口给水分为二路，一路与2#高压加热器(16)给水入口连接，另一路与第二辅助换热器(18)吸热侧入口连接，第二辅助换热器(18)吸热侧出口给水与第一路混合后与2#高压加热器(16)给水入口连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是除氧器(13)给水出口分为三路，一路与燃煤锅炉给水泵(14)连接，另外两路分别与第二级二次风预热器(22)、第二级一次风预热器(24)放热侧入口连接，第二级二次风预热器(22)与第二级一次风预热器(24)放热侧出口混合连接后通过余热锅炉给水泵(33)升压与余热锅炉省煤器(32)连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是6#低压加热器(11)给水出口分为三路，一路与5#低压加热器(12)给水入口连接，另外两路分别与第一级一次风预热器(23)、第一级二次风预热器(21)放热侧入口连接，第一级一次风预热器(23)、第一级二次风预热器(21)放热侧出口与凝结水泵(8)出口连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于汽水系统耦合的垃圾与燃煤集成发电系统，其特征是还包括烟气处理系统，燃煤锅炉空气预热器(20)出口烟气依次经过静电除尘器(26)，脱硫塔(27)后进入烟囱(28)排出，余热锅炉省煤器(32)出口烟气依次经一体化脱硫脱硝装置(34)，布袋除尘器(35)后进入烟囱(28)排出。
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