CN210485789U - 基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，系统包括与锅炉烟气出口相连且并联设置的主路烟道和旁路烟道、由主路烟道和旁路烟道汇合形成的主烟道、布置在主路烟道上的空气预热器、沿着烟气流动方向依次布置在旁路烟道上的高压旁路换热器和低压旁路换热器、布置在主烟道上的低温省煤器以及一次风供给单元和二次风供给单元，低压旁路换热器通过第一热媒水系统与一次风供给单元的一次风加热器连接并用于加热一次风，空气预热器通过二次风道与二次风供给单元连接并用于加热二次风。本实用新型能够降低空气预热系统的排烟温度并有效利用烟气余热并合理回收利用烟气热量。

Description

基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及利用电站锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统。

背景技术

目前大容量锅炉尾部基本均采用回转式空气预热器将烟气余热用于加热锅炉送风，回转式空预器采用三分仓或者四分仓型式，但由于以下原因，导致高品位烟气热量没有较为有效地利用：

(1)烟气量和空气量的不同、烟气和空气的比热的不同以及换热端差等的影响，导致空预器的排烟温度较高，一般空预器排烟温度在120～130℃左右，而难以做到更低，导致排烟热损失较大；

(2)锅炉需求的一次风温和二次风温不同，一次风温较低，通常采用旁路冷风和空预器出口的一次热风混合达到锅炉需求的一次风温，这样部分高温烟气的高品位热量白白浪费；

除了高品位热量及排烟热损失浪费较为严重，锅炉一次风压较高，回转式空预器一次风漏风较为严重，导致一次风机和引风机电耗浪费较多。

针对传统空气预热系统存在的上述问题，本实用新型提出一种基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，可有效解决上述问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种能够降低空气预热系统的排烟温度、有效利用烟气余热并合理回收利用烟气热量、避免一次风漏风并降低空预器成本的基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统。

本实用新型提供了一种基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，所述系统包括与锅炉烟气出口相连且并联设置的主路烟道和旁路烟道、由所述主路烟道和旁路烟道汇合形成的主烟道、布置在主路烟道上的空气预热器、沿着烟气流动方向依次布置在旁路烟道上的高压旁路换热器和低压旁路换热器、布置在主烟道上的低温省煤器以及一次风供给单元和二次风供给单元，

其中，所述低压旁路换热器通过第一热媒水系统与一次风供给单元的一次风加热器连接并用于加热一次风，空气预热器通过二次风道与二次风供给单元连接并用于加热二次风。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述一次风供给单元包括通过一次风道连接的一次风机、一次风暖风器和一次风加热器，所述一次风加热器的热一次风出口与锅炉相连；所述二次风供给单元包括通过二次风道连接的二次风机和二次风暖风器，所述空气预热器的热二次风出口与锅炉相连，其中，所述低温省煤器通过第二热媒水系统分别与一次风供给单元的一次风暖风器和二次风供给单元的二次风暖风器连接。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述系统还包括设置在低温省煤器之前或之后的除尘器，所述空气预热器为回转式空气预热器或者管式空气预热器，所述主路烟道和旁路烟道中分别设置调节挡板。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述高压旁路换热器设置有高压旁路换热器给水管路和高压旁路换热器回水管路并且高压旁路换热器利用旁路烟道中高温烟气的热量加热高压给水或省煤器给水，所述高压旁路换热器采用烟气-水换热方式且高压旁路换热器的换热器采用光管式或翅片式的金属换热器。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述低压旁路换热器与一次风加热器之间的第一热媒水系统设置有低压旁路冷源入口管路、低压旁路热源出口管路和第一控制阀，所述低压旁路热源出口管路与低温加热器连接，所述低压旁路换热器采用烟气-水换热方式且低压旁路换热器采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述一次风加热器设置有用于提供备用热源的一次风加热器备用热源管道、一次风加热器备用回水管道和第二控制阀，所述备用热源为辅助蒸汽或凝结水；所述一次风加热器采用蒸汽/水-空气换热方式或直接采用烟气加热空气方式，所述一次风加热器采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

根据本实用新型基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的一个实施例，所述第一热媒水系统和第二热媒水系统为开式系统或闭式系统，所述低温省煤器采用烟气-水换热方式，所述一次风暖风器和二次风暖风器采用水-空气换热方式，所述低温省煤器、一次风暖风器和二次风暖风器均采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

与现有技术相比，本实用新型有效利用烟气量和空气量的不同、烟气和空气比热的不同，将省煤器出来的高温烟气进行科学的分区，利用不同等级的烟气余热来加热锅炉一、二次风及高压给水，合理回收利用烟气不同能级的热量，提高机组效率；对于采用回转式空预器的系统，锅炉一次风采用单独的加热系统，可避免一次风的漏风；空预器的烟气量和空气量均大幅降低，空预器的成本可以降低，空预器冷端腐蚀问题得到缓解。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的结构示意图。

图2a和图2b分别示出了传统空气预热系统的一次风热力学分析图和二次风热力学分析图。

图3a和图3b分别示出了实施例1中基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的二次风热力学分析图和一次风热力学分析图。

附图标记说明：

1-锅炉、2-空气预热器、3-旁路烟道、4-低温省煤器、5-除尘器、6-二次风暖风器、7-低压旁路换热器、8-高压旁路换热器、9-一次风暖风器、10-一次风加热器、11-二次风机、12-一次风机、13-二次风道、14-一次风道、15-高压旁路换热器给水管路、16-高压旁路换热器回水管路、17-低压旁路冷源入口管路、 18-低压旁路热源出口管路、19-一次风加热器备用热源管道、20-一次风加热器备用回水管道、21-主路烟道、22-主烟道、23-第一阀门、24-第二阀门、25-第一热媒水系统、26-第二热媒水系统。

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。

下面先结合附图对本实用新型的基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统进行具体说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统的结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统包括与锅炉烟气出口相连且并联设置的主路烟道21 和旁路烟道3、由主路烟道21和旁路烟道3汇合形成的主烟道22、布置在主路烟道21上的空气预热器2、沿着烟气流动方向依次布置在旁路烟道3上的高压旁路换热器8和低压旁路换热器7、布置在主烟道22上的低温省煤器4以及一次风供给单元和二次风供给单元。其中，低压旁路换热器7通过第一热媒水系统25与一次风供给单元的一次风加热器10连接并用于加热一次风，空气预热器2通过二次风道13与二次风供给单元连接并用于加热二次风。

本实用新型将从锅炉1出来的烟气分为两部分，一部分进入主路烟道的空气预热器2中对二次风进行加热，另一部分进入旁路烟道中对高压给水和一次风进行加热，通过上述结构的改进，相比原空气预热系统而言进入锅炉的一次风和二次风温保持不变，并且还具有其他多方面的有益效果。

具体地，一次风供给单元包括通过一次风道14连接的一次风机12、一次风暖风器9和一次风加热器10，一次风加热器10的热一次风出口与锅炉1相连；二次风供给单元包括通过二次风道13连接的二次风机11和二次风暖风器 6，空气预热器2的热二次风出口与锅炉1相连。其中，低温省煤器4通过第二热媒水系统26分别与一次风供给单元的一次风暖风器9和二次风供给单元的二次风暖风器6连接。

本实用新型中旁路烟道3上布置有两级烟气换热器，分别为高压旁路换热器8和低压旁路换热器7，高压旁路换热器8回收烟气热量至高压给水，低压旁路换热器7回收烟气热量至一次风。另外，低温省煤器4回收的热量则用于加热空气预热器入口的冷二次风和一次风加热器入口的冷一次风。

通过空气预热器2的烟气量优选为总烟气量的50～90％，具体可根据不同的工程情况调整烟气比例。本实用新型中空气预热器2仅加热二次风，空气预热器2的排烟温度可保持和原空气预热系统基本一致，也可通过调整空气预热器2的烟气量来调节排烟温度。二次风在进入空气预热器2之前，优选地可以通过二次风暖风器6先进行加热，热量来自于布置在主烟道22中的低温省煤器4回收的低品位烟气余热。

通过旁路烟道的烟气量优选为总烟气量的10～50％，具体可根据不同的工程情况调整烟气比例。旁路烟道3中的烟气高温部分用于加热高压给水，中低温部分用于加热一次风，可通过调整高压给水的吸热量来调整一次风温。一次风在进入一次风加热器10之前，可通过一次风暖风器9先进行加热，热量同样来自于布置在主烟道22中的低温省煤器回收的低品位烟气余热。

优选地，本实用新型的系统还包括设置在低温省煤器之前或之后的除尘器 5，具体设置位置可以根据工程实际情况而定。本实用新型中采用的空气预热器2可以为回转式空气预热器或者管式空气预热器，主路烟道21和旁路烟道3 中分别设置调节挡板以调节烟气流量。

根据本实用新型，高压旁路换热器8设置有高压旁路换热器给水管路15 和高压旁路换热器回水管路16并且高压旁路换热器8利用旁路烟道3中高温烟气的热量加热高压给水或省煤器给水。也即，高压旁路换热器8吸收旁路烟道3的高温烟气的热量送至汽轮机的高压给水，高压旁路换热器也可作为一级省煤器用于加热省煤器中的给水。本实用新型的高压旁路换热器8采用烟气- 水换热方式且高压旁路换热器8的换热器可以采用光管式或翅片式的金属换热器。

并且，低压旁路换热器7与一次风加热器10之间的第一热媒水系统25设置有低压旁路冷源入口管路17、低压旁路热源出口管路18和第一控制阀23，低压旁路热源出口管路18可以与低温加热器等连接。本实用新型通过在第一热媒水系统25中设置低压旁路换热器给水管路和低压旁路换热器回水管路，可用于调节低压旁路换热器7和一次风加热器10热负荷不匹配的工况。也即，低压旁路换热器7回收旁路烟道3的中低温烟气的热量并通过一次风加热器送至一次风，若低压旁路换热器7回收的热量有多余，可将多余的热量通过低压旁路热源出口管路送至低温加热器侧或其他地方。本实用新型的低压旁路换热器7采用烟气-水换热方式且低压旁路换热器7可以采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

优选地，本实用新型的一次风加热器10设置有用于提供备用热源的一次风加热器备用热源管道19、一次风加热器备用回水管道20和第二控制阀24，所采用的备用热源可以为辅助蒸汽或凝结水等。当低压旁路换热器7发生故障时，可切除低压旁路换热器并通过备用热源来加热一次风，从而提高整个系统的可靠性。本实用新型中的一次风加热器采用蒸汽/水-空气换热方式或直接采用烟气加热空气方式，一次风加热器可以采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

其中，低压旁路换热器7和一次风加热器10之间采用第一热媒水系统连 25接起来进行热量传递，低温省煤器4与一次风暖风器9、二次风暖风器6之间采用第二热媒水系统26连接起来进行热量传递，第一热媒水系统25和第二热媒水系统26可以为开式系统或闭式系统。低温省煤器4采用烟气-水换热方式，一次风暖风器和二次风暖风器采用水-空气换热方式，低温省煤器、一次风暖风器和二次风暖风器均可以采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

采用上述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统时，具体控制方式为：控制锅炉高温烟气的一部分进入主路烟道并且通过空气预热器加热二次风，控制锅炉高温烟气的剩余部分进入旁路烟道并且通过高压旁路换热器回收旁路烟道中的高温烟气的热量、通过低压旁路换热器回收旁路烟道中的中低温烟气的热量并用于加热一次风。

优选地，控制进入主路烟道的所述锅炉高温烟气的一部分为总烟气量的 50～90％，例如70％，控制进入旁路烟道的所述锅炉高温烟气的剩余部分为总烟气量的10～50％，例如30％，并通过低温省煤器回收主烟道中低温烟气的热量并用于预热二次风和一次风。其中，上述烟气量可以根据实际情况调整，也可以调整空气预热器和高压给水的吸热量来调整二次风温和一次风温。

此外，当低压旁路换热器发生故障时，通过关闭低压旁路换热器并利用备用热源俩加热一次风，提高系统的可靠性。

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例：

以某1000MW机组参数为依据进行说明。

传统空气预热系统的热力学分析如图2a和图2b所示，图中的横坐标为焓差，纵坐标为温度。其中A(368℃)→B(130℃)为烟气放热的过程，C(30/25℃) →D(315/339℃)为空气(一次风和二次风)吸热的过程。

传统空气预热系统的热量分配如下表1所示。

表1传统空气预热系统的热量分配

此过程换热过程主要存在以下两点问题：

(1)由于烟气的比热比空气大，同时烟气量也比空气量大，导致空预器出口烟温比入口风温大很多，冷端端差较大，烟气热量没有有效的利用；

(2)从空预器出来的热一次风温较高，需要与部分旁路冷风混合，此过程高品位热量白白浪费。

针对上述传统空气预热系统存在的问题，实施例1采用了图1中基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其二次风和一次风热力学分析分别如图 3a和图3b所示。

图3a为二次风热力学分析，进入空气预热器侧的烟气量约为总烟气量的70％，其中A(368℃)→B(130℃)为烟气在空气预热器中放热的过程，B (130℃)→C(90℃)为烟气在低温省煤器中放热的过程，D(25℃)→E(80℃) 为二次风吸收低温省煤器回收的烟气余热，E(80℃)→F(339℃)为二次风在空预器中吸热的过程。

图3b为一次风和烟气加热高压给水的热力学分析，进入旁路烟道侧的烟气量约为总烟气量的30％，其中A(368℃)→B(250℃)为烟气在高压旁路换热器中放热的过程，B(250℃)→C(130℃)为烟气在一次风加热器中放热的过程，C(130℃)→D(90℃)为烟气在一次风暖风器中的放热过程；E (30℃)→F(56℃)一次风吸收低温省煤器回收的烟气余热，F(56℃)→G (208℃)为一次风在一次风加热器中吸热的过程；H(190℃)→I(304℃) 为高压给水在高压旁路换热器中吸热的过程。

本实施例1的空气预热和余热利用系统实施后的热量分配如下表2所示。

表2实施例1中空气预热和烟气余热利用系统的热量分配

可以看出，本实用新型通过烟气和空气比热的不同合理分配主路烟道和旁路烟道的烟气量并根据各换热段的温度合理进行热量的能级匹配，可以将低品位烟气余热(130-90℃)全部送回锅炉，同时置换出同等热量的高品位热量，总热量为46MW，可全部送回汽机高压给水或者省煤器。相比常规空气预热系统，机组经济性有较大幅度的提升，而且相比常规空预器旁路系统，回收至高压给水的热量也大幅度提升。若锅炉燃用低水分煤，则回收至高压给水的热量还可继续增加。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1)有效利用烟气量和空气量的不同、烟气和空气比热的不同，将省煤器出来的高温烟气进行科学的分区，利用不同等级的烟气余热来加热锅炉一、二次风及高压给水，合理回收利用烟气不同能级的热量，提高机组效率；可将传统空气预热系统的排烟温度从～130℃降低至～90℃，利用低品位烟气余热置换出更高的高品位热量；以某1000MW机组为例进行说明，通过回收130℃至 90℃的低温烟气余热，可置换出46MW的高品质热量，这些热量可全部送至高压给水，排挤高加的抽汽。

2)通过本系统的实施，进入锅炉的热风温度没有下降，对锅炉的运行没有影响，且增加的一次风加热器可通过烟气余热对一次风进行加热，也可采用备用热源对一次风进行加热，可靠性比较高。

3)对于采用回转式空预器的系统，锅炉一次风采用单独的加热系统，可避免一次风的漏风，减少一次风机和引风机电耗损失。由于一次风没有了漏风，一次风机的风量可以减少约15～20％，烟气量可以减少约1～2％，一次风机和引风机的电耗降低。

4)空预器的烟气量和空气量均大幅降低，空预器的成本可以降低。以回转式空预器为例，经计算，采用本系统的回转式空预器可以比传统空气预热系统的预热器小一个型号；

5)空预器冷端腐蚀问题得到缓解，通过本系统的实施，空预器冷端综合温度从原来的160℃提升至210℃，空预器冷端换热元件大大远离腐蚀区。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型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 (7)

1.一种基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述系统包括与锅炉烟气出口相连且并联设置的主路烟道和旁路烟道、由所述主路烟道和旁路烟道汇合形成的主烟道、布置在主路烟道上的空气预热器、沿着烟气流动方向依次布置在旁路烟道上的高压旁路换热器和低压旁路换热器、布置在主烟道上的低温省煤器以及一次风供给单元和二次风供给单元，

其中，所述低压旁路换热器通过第一热媒水系统与一次风供给单元的一次风加热器连接并用于加热一次风，空气预热器通过二次风道与二次风供给单元连接并用于加热二次风。

2.根据权利要求1所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述一次风供给单元包括通过一次风道连接的一次风机、一次风暖风器和一次风加热器，所述一次风加热器的热一次风出口与锅炉相连；所述二次风供给单元包括通过二次风道连接的二次风机和二次风暖风器，所述空气预热器的热二次风出口与锅炉相连，其中，所述低温省煤器通过第二热媒水系统分别与一次风供给单元的一次风暖风器和二次风供给单元的二次风暖风器连接。

3.根据权利要求1所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述系统还包括设置在低温省煤器之前或之后的除尘器，所述空气预热器为回转式空气预热器或者管式空气预热器，所述主路烟道和旁路烟道中分别设置调节挡板。

4.根据权利要求1所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述高压旁路换热器设置有高压旁路换热器给水管路和高压旁路换热器回水管路并且高压旁路换热器利用旁路烟道中高温烟气的热量加热高压给水或省煤器给水，所述高压旁路换热器采用烟气-水换热方式且高压旁路换热器的换热器采用光管式或翅片式的金属换热器。

5.根据权利要求1所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述低压旁路换热器与一次风加热器之间的第一热媒水系统设置有低压旁路冷源入口管路、低压旁路热源出口管路和第一控制阀，所述低压旁路热源出口管路与低温加热器连接，所述低压旁路换热器采用烟气-水换热方式且低压旁路换热器采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

6.根据权利要求1所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述一次风加热器设置有用于提供备用热源的一次风加热器备用热源管道、一次风加热器备用回水管道和第二控制阀，所述备用热源为辅助蒸汽或凝结水；所述一次风加热器采用蒸汽/水-空气换热方式或直接采用烟气加热空气方式，所述一次风加热器采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

7.根据权利要求2所述基于能级匹配的空气预热和烟气余热利用系统，其特征在于，所述第一热媒水系统和第二热媒水系统为开式系统或闭式系统，所述低温省煤器采用烟气-水换热方式，所述一次风暖风器和二次风暖风器采用水-空气换热方式，所述低温省煤器、一次风暖风器和二次风暖风器均采用光管式或翅片式的金属换热器或者非金属换热器。

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