基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的制作方法

文档序号:12586558阅读:282来源:国知局
基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的制作方法与工艺

本发明属于火力发电领域,具体涉及基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统。



背景技术:

随着能源价格的不断攀升以及节能减排要求日益严格,电站锅炉烟气余热利用受到广泛重视。目前运用最广泛的烟气余热回收形式是在空气预热器之后的锅炉排烟烟道内加装换热器(一般称之为低压省煤器),利用锅炉排烟的低温余热加热汽轮机凝结水,从而可节省部分汽轮机抽汽,达到增加机组出力和降低供电煤耗的目的。这种方式不足的地方是:锅炉排烟的温度较低,导致烟气和凝结水的换热温差较低,因而可回收烟气余热量有限,而且换热器成本及体积较大,工程应用的经济性不高;另外,低温烟气的品质较低,只能排挤低压抽汽在汽轮机做功,热功转换效率低,最终由烟气余热回收获得的发电机组节煤效益也比较有限。

针对高水分褐煤锅炉排烟温度高,而低压省煤器方案所得节煤效益有限的情况,德国学者提出了在锅炉尾部设置与空气预热器并联的旁路烟道方案。该方案因一部分烟气未经空气预热器而从旁路烟道流出,使得空气预热器出口的烟气温度被降低;同时,利用旁路烟道内温度相对较高的烟气加热机组给水及凝结水,使得烟气热能所排挤汽轮机组抽汽的品质提高,从而获得较低压省煤器方案更高的节煤效益。

但是,在所有现有旁路烟道方案中,锅炉送风均采用全部由烟气加热的两级预热,空气第一级预热由锅炉除尘器之后的低温烟气以中间循环工质为热媒通过间壁式换热加热空气,第二级预热由布置在锅炉尾部烟道的常规回转式空气预热器加热。这种空气预热方案存在的突出问题是:空气的第一级预热器中 烟气与空气换热温差很小,致使低温空气预热器的设备体积及投资成本很大;而且因除尘器后低温烟气预热空气可获得的空气温升较小,使得能够进入旁路烟道用于排挤抽汽的烟气量较小,因而机组节煤效益相对有限;而且,更为突出的问题是,因受热面管壁温度很低,使低温空气预热器受热面不可避免地面临严重的低温腐蚀,为此低温空气预热器受热面须采用价格非常昂贵的耐腐蚀材质,这严重降低了旁路烟道方案的工程可行性和投资经济性。

另外,即使有通过采用汽轮机的抽汽来预热锅炉送风,发电系统的效率有一定增加,但是,由低压抽汽直接加热锅炉送风时,暖风器内蒸汽凝结放热一侧处于负压,故空气会漏入蒸汽侧从而影响蒸汽凝结放热的能力,为此,需要在暖风器中配置抽气器装置,同时,由于低压蒸汽抽汽管道的直径较大,这些均使得暖风器装置投资及运行维护成本较大。



技术实现要素:

本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种充分利用汽轮机抽水的热量预热环境冷风和锅炉尾部烟气余热预热给水、能够避免空气预热器的冷端低温腐蚀,同时使得发电效率大大提高的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统。

本发明提供一种基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统,利用燃料加热给水从而进行发电,其特征在于,包括:锅炉本体子系统、送风子系统、尾部烟道子系统、汽轮机组子系统以及发电机,其中,锅炉本体子系统包含:设有炉膛的锅炉、与炉膛的出口相连并且分成主路烟道和旁路烟道的锅炉烟道,送风子系统包含:用于提供环境冷风的送风机、与送风机相连接用于对环境冷风进行预热得到温风的前置空气预热器、设在主路烟道中将温风进行加热得到热风的烟道空气预热器,尾部烟道子系统包含:设在旁路烟道中并且靠近旁路烟道的入口的高压给水换热器以及设在旁路烟道中并且靠近旁路烟道的出口的低压凝结水换热器,汽轮机组子系统包含:与锅炉顺次连接的汽轮机、凝汽器以及多 个加热器,燃料在炉膛中进行燃烧加热给水得到蒸汽,并且燃料在炉膛内部燃烧生成烟气,烟气的一部分进入主路烟道对烟道空气预热器内的温风进行加热,烟气的另一部分进入旁路烟道对高压给水换热器中的给水和低压凝结水换热器中的凝结水进行加热,汽轮机利用蒸汽做功从而带动发电机进行发电,从汽轮机出来的蒸汽进入凝汽器后被冷凝为凝结水,凝结水经过回热加热单元被加热形成给水进入锅炉,每个加热器分别顺次利用汽轮机中的压力递增的抽汽对凝结水加热得到高温凝结水,利用一定压力的抽汽进行加热的加热器作为第一加热器,利用高于一定压力的抽汽进行加热的加热器作为第二加热器,前置空气预热器的进水口与第二加热器的出水口相连接,利用高温凝结水对环境冷风进行热交换得到温风,热交换后的高温凝结水回流至第一加热器的进水口,多个加热器分别为利用汽轮机中相对应的抽汽对凝结水进行加热得到热水的多个低压加热器、以及利用汽轮机中的高压抽汽对热水进行加热并得到给水的多个高压加热器,低压凝结水换热器与至少一个低压加热器相并联用于将凝结水加热形成热水,高压给水换热器与至少一个高压加热器相并联用于将热水加热形成给水。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,汽轮机组子系统还包含设在凝汽器和多个低压加热器之间的凝结水泵,凝结水泵用于将凝结水进行升压,多个低压加热器和多个高压加热器基于从汽轮机中抽出的抽汽的汽压按一定顺序连接。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,前置空气预热器包含:连接在送风机和烟道空气预热器之间的低温空气预热器、用于引入第二加热器中的高温凝结水的空气预热器抽水管道、以及将换热后的高温凝结水回流至第一加热器中的空气预热器回流管道,低温空气预热器利用高温凝结水对环境冷风进行预热并得到温风。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,前置空气预热器还包含设在低温空气预热器的进水口与第二 加热器的出水口之间的增压泵,增压泵用于抽取第二加热器的出水口的高温凝结水至前置空气预热器中。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,高压给水换热器上设有用于调节热水的流量的高压调节阀,低压凝结水换热器上设有用于调节凝结水的流量的低压调节阀。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,尾部烟道子系统还包含:与锅炉烟道的尾部出口依次连接的除尘器、引风机和脱硫装置,引风机的出口与脱硫装置的进口相连。

在本发明提供的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,还可以具有这样的特征:其中,锅炉本体子系统包含位于低压凝结水换热器下方的烟气挡板、以及用于调节烟气挡板的开度大小的调节件,调节件调节烟气挡板的开度从而调节主路烟道和旁路烟道中的烟气流量分配。

发明的作用与效果

在本发明的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统中,因为锅炉烟道分成主路烟道和旁路烟道,高压给水换热器和低压凝结水换热器分别利用烟气的热量加热热水和凝结水,另外,通过前置空气预热器利用加热器出口的高温凝结水对环境冷风进行预热,这样解决了现有空气预热器旁路烟道高效发电技术存在的低温空气预热器受热面严重低温腐蚀的突出问题,同时使火力发电机组供电效率进一步大幅提高。其技术原理是,在一定送风量和热风温度前提下,由于汽轮机组抽汽的凝结废热用于锅炉送风预热,使得由锅炉尾部烟气加热送风的所需热量减小,因而可在空气预热器旁路烟道内分流出更多温度较高的高品质烟气热能用于加热机组给水/凝结水,由此减少热功转换效率高的高压蒸汽的抽汽量,最终使火力发电机组供电效率得以大幅提高。由于前置空气预热器采用从加热器出口抽取的高温凝结水比抽汽更加容易实施,并且具有简便可行的优点,同时也完全避免了由低温烟气加热所带来的严重腐蚀问题。此外从强化 换热从而减小换热设备体积及成本的角度,因而采用从加热器中抽取高温凝结水加热的前置空气预热器具有明显的体积小、维护成本低、运行更加安全可靠、工程可行性更好的优点。

附图说明

图1为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构框图;

图2为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构示意图;

图3为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的工作示意图;以及

图4为本发明实施例二中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,以下实施例结合附图和实施例对本发明涉及基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统进行详细的说明。

<实施例一>

图1为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构框图。

如图1所示,基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统100利用燃料燃烧产生的热量进行发电,不仅能够减少高压抽汽从而提高发电效率,还能够避免由低温烟气预热空气所带来的换热设备腐蚀问题,基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统100包括:锅炉本体子系统10、送风子系统20、尾部烟道子系统30、汽轮机组子系统40以及发电机50。

燃料在锅炉本体子系统10中燃烧产生的热量对汽轮机组子系统40的给水进行加热形成高温高压的蒸汽,蒸汽再进入汽轮机组子系统40中进行做功,进一步拖动发电机50进行发电。

图2为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构示意图。

如图2所示,在本实施例中,锅炉本体子系统10包含:锅炉11、锅炉烟道12。

锅炉11中设有炉膛,燃料与热风进入炉膛进行燃烧,产生大量的热量和烟气,热量用于给锅炉中的给水加热,给水吸收热量后汽化为高温高压的蒸汽。烟气从炉膛出口进入锅炉烟道12。锅炉烟道12与炉膛的出口相连接,并且锅炉烟道12在经过省煤器之后分成主路烟道和旁路烟道。

为锅炉11提供热风的送风子系统20包含:送风机21、前置空气预热器22和烟道空气预热器23。

送风机21抽取环境冷风,前置空气预热器22的空气入口与送风机21的出风口相连接,用于将环境冷风进行预热然后得到温风。烟道空气预热器23设在主路烟道中,利用主路烟道中的烟气对温风进一步进行加热从而得到热风。

尾部烟道子系统30包含:高压给水换热器31、低压凝结水换热器32、除尘器33、引风机34、脱硫装置35、烟气挡板36和调节件37。除尘器33、引风机34和脱硫装置35依次连接。

高压给水换热器31设在旁路烟道中且靠近旁路烟道的入口,烟气与高压给水换热器31进行换热。低压凝结水换热器32也设在旁路烟道中但靠近旁路烟道的出口,即、位于高压给水换热器31的下游处,再利用与高压给水换热器31换热后的烟气进行换热。

烟气挡板36设在锅炉烟道12的尾部,并且位于旁路烟道的低压凝结水换热器32的下游处和主路烟道的下游处,调节件37用于调节烟气挡板36的开度,调 节件37调节烟气挡板36的开度大小从而调节主路烟道和旁路烟道中的烟气流量分配。

除尘器33与锅炉烟道12的尾部出口相连接,用于主路烟道和旁路烟道冷却后汇合的烟气进行除尘。经过除尘器33的烟气经引风机34引入脱硫装置35进行脱硫处理,脱硫处理后的烟气通过烟囱排入大气。

汽轮机组子系统40利用高温高压的蒸汽进行发电,包含:汽轮机41、凝汽器43、凝结水泵44以及八个加热器45。

汽轮机41的蒸汽入口与锅炉11的蒸汽出口相连接,汽轮机41的排汽出口与凝汽器43的蒸汽入口相连接,并且汽轮机41与发电机50通过轴相连接。凝汽器43的凝结水出口与凝结水泵44的入口相连接,凝结水泵44的出口与八个加热器45的入口相连接,八个加热器45的出口与锅炉11的进水口相连接。

蒸汽进入汽轮机41膨胀做功从而带动发电机50进行发电。从汽轮机41做完功的蒸汽进入凝汽器43被冷凝成为凝结水,凝结水通过凝结水泵44升压后进入八个加热器45。

在本实施例中,八个加热器45采用当前火力发电机组典型应用的回热抽汽系统“三高四低一除氧”即、三个高压加热器、一个除氧器、四个低压加热器。其中,除氧器为混合式加热器,低压加热器和高压加热器为表面式加热器,各级加热器中的疏水采用逐级自流式,高压部分的疏水进入除氧器,低压部分的疏水进入凝汽器43。

八个加热器45具体包含顺次连接的:第一低压加热器#8、第二低压加热器#7、第三低压加热器#6、第四低压加热器#5、除氧器#4、给水泵45a、第一高压加热器#3、第二高压加热器#2和第三高压加热器#1。

第一低压加热器#8通过凝结水管道45b与凝结水泵44相连接,第三高压加热器#1通过给水管45c与锅炉11相连接。

第一低压加热器#8、第二低压加热器#7、第三低压加热器#6、第四低压加热器#5、除氧器#4、第一高压加热器#3、第二高压加热器#2和第三高压加热器 #1分别抽取汽轮机41中不同压力等级的蒸汽对凝结水或热水进行加热,一般地,第一低压加热器#8、第二低压加热器#7、第三低压加热器#6、第四低压加热器#5和除氧器#4各自对应的不同压力抽汽称为低压抽汽,第一高压加热器#3、第二高压加热器#2和第三高压加热器#1各自对应不同压力抽汽称为高压抽汽。

凝结水经过凝结水管道45b依次经过第一低压加热器#8、第二低压加热器#7、第三低压加热器#6、第四低压加热器#5和除氧器#4被不同压力的低压抽汽加热形成热水,热水经过给水泵45a再次升压后(升压后的水称为给水),给水经过第一高压加热器#3、第二高压加热器#2和第三高压加热器#1被不同压力的高压抽汽加热形成高温给水。高温给水进入锅炉省煤器,这样完成一次汽水循环过程。实际火力发电机组中还包括了汽轮机高压缸排汽被引至锅炉中进行加热,然后,再返回至中压缸做功的蒸汽再热循环,图中未画出具体结构。

在本实施例中,前置空气预热器22利用第二低压加热器#7出水口的高温凝结水对环境冷风进行预热,前置空气预热器22包含:低温空气预热器22a、空气预热器抽水管道22b、空气预热器回流管道22c和增压泵22d。

低温空气预热器22a连接在送风机21和烟道空气预热器23之间。为了克服水经过低温空气预热器22a的流动阻力,将增压泵22d设在空气预热器抽水管道22b中,空气预热器抽水管道22b的一端与低温空气预热器22a的进水口相连通,另一端与第二低压加热器#7即、第二加热器的出水口所对应的抽水管道相连通,增压泵22d将第二低压加热器#7出水口流出的高温凝结水抽出至低温空气预热器22a中。空气预热器回流管道22c一端与低温空气预热器22a的出水口相连通,另一端与第一低压加热器#8即第一加热器的进水口相连通,将换热后的高温凝结水引入第一低压加热器#8的出口。实现低温空气预热器22a利用抽水对环境冷风进行预热并得到温风。

在本实施例中,旁路给水进水管道311连通给水泵45a的出水口和高压给水换热器31的入口,旁路给水回水管道312连通高压给水换热器31的出口和锅炉11入水口。一部分经过了给水泵45a的给水通过旁路给水进水管道311进入高压给 水换热器31被烟气换热形成高温给水。给水通过旁路给水进水管道311进入高压给水换热器31被烟气换热形成高温给水,然后,通过旁路给水回水管道312进入锅炉11。旁路给水进水管道311上设有调节阀门,能够调节进入高压给水换热器31的给水流量,从而更好地利用烟气热量。

旁路凝水进水管道321连通第二低压加热器#7的出水口和低压凝结水换热器32的入口,旁路凝水回水管道322连通低压凝结水换热器32的出口和除氧器#4的入水口。一部分经过了第二低压加热器#7的凝结水通过旁路凝水进水管道38进入低压凝结水换热器32与烟气换热形成旁路凝水。然后,通过旁路凝水回水管道322进入除氧器#4中。旁路凝水进水管道321上设有调节阀门,能够调节进入低压凝结水换热器32的凝结水流量,从而更好地利用烟气热量。

图3为本发明实施例一中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的工作流程示意图。

如图3所示,在本实施例中,燃料进入锅炉11的炉膛中与热风一起进行燃烧,产生带有大量热量的高温烟气,高温烟气对锅炉11中的给水进行加热形成蒸汽。

给水的循环:给水在锅炉11中被加热为蒸汽,蒸汽进入汽轮机41进行做功从而带动发电机50发电,做完功的蒸汽进入凝汽器43被凝结为凝结水,凝结水经过了利用汽轮机41的抽汽进行换热的八个加热器45、利用锅炉烟气进行换热的高压给水换热器31、利用高温烟气进行换热的低压凝结水换热器32后被加热成为高温给水,高温给水进入锅炉11中被燃料燃烧产生的高温烟气加热形成蒸汽。

空气和烟气的循环:环境冷风、即空气被送风机21引入到低温空气预热器22a中,利用汽轮机41的低压抽汽的热量进行预热形成温风,温风进入烟道空气预热器23利用烟气的热量进行换热形成热风,热风与燃料一起燃烧产生烟气,烟气与锅炉内本体受热面进行换热后,一部分烟气经过主路烟道与烟道空气预热器23进行换热,另一部分烟气通过旁路烟道与高压给水换热器31和低压凝 结水换热器32进行换热,换热后的烟气都经过除尘器33、引风机34和脱硫装置35后排向大气。

实施例一的作用与效果

在本实施例一的发电系统中,因为锅炉烟道分成主路烟道和旁路烟道,高压给水换热器和低压凝结水换热器分别利用烟气的热量加热热水和凝结水,另外,通过前置空气预热器利用加热器的高温凝结水对环境冷风进行预热,这样解决了现有空气预热器旁路烟道高效发电技术存在的低温空气预热器受热面严重低温腐蚀的突出问题,同时使火力发电机组供电效率进一步大幅提高。其技术原理是,在一定送风量和热风温度前提下,由于汽轮机组抽汽的凝结废热用于锅炉送风预热,使得由锅炉尾部烟气加热送风的所需热量减小,因而可在空气预热器旁路烟道内分流出更多温度较高的高品质烟气热能用于加热机组给水/凝结水,由此减少热功转换效率高的高压蒸汽的抽汽量,最终使火力发电机组供电效率得以大幅提高。由于前置空气预热器采用从加热器的出口中抽取的高温凝结水比抽汽更加容易实施,并且具有简便可行的优点,同时也完全避免了由低温烟气加热所带来的严重腐蚀问题。此外从强化换热从而减小换热设备体积及成本的角度,因而采用从加热器中抽取高温凝结水加热的前置空气预热器具有明显的体积小、维护成本低、运行更加安全可靠、工程可行性更好的优点。

<实施例二>

以下是对实施例二的说明。

在实施例二中,对于和实施例一中相同的结构,给予相同的符号,并省略相同的说明。

图4为本发明实施例二中基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统的结构示意图。

如图4所示,在本实施例二中,基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统200包括:锅炉本体子系统10、送风子系统220、尾部烟道子系统30、汽轮机组子系统40以及发电机50。

送风子系统220包含:送风机21、前置空气预热器222和烟道空气预热器23。前置空气预热器222利用第四低压加热器#5出水口的高温凝结水对环境冷风进行预热,前置空气预热器222包含:低温空气预热器22a、空气预热器抽水管道222b、空气预热器回流管道222c和增压泵22d。

低温空气预热器22a连接在送风机21和烟道空气预热器23之间。为了克服水经过低温空气预热器22a的流动阻力,将增压泵22d设在空气预热器抽水管道222b中,空气预热器抽水管道222b的一端与低温空气预热器22a的进水口相连通,另一端与第四低压加热器#5的出水口所对应的抽水管道相连通,增压泵22d将第四低压加热器#5即、第二加热器的出水口流出的高温凝结水抽出至低温空气预热器22a中。空气预热器回流管道222c一端与低温空气预热器22a的出水口相连通,另一端与第一低压加热器#8的进水口相连通,将换热后的高温凝结水引入第一低压加热器#8即、第一加热器的出口。实现低温空气预热器22a利用抽水对环境冷风进行预热并得到温风。

实施例二的作用与效果

在本实施例二的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统与实施例一中的基于锅炉尾部旁路烟道的火力发电系统具有相同的作用与效果。

在本实施例一和实施例二中,由于低温空气预热器利用加热器的抽水对环境冷风进行预热,然后再进入烟道空气预热器进行加热,从而确保进入锅炉的热风温度不会因部分烟气加热给水和凝结水而降低,保证了锅炉的可靠运行和燃烧效率,并且利用高温烟气加热给水,减少高压加热器的抽汽量,从而实现增加汽轮机输出功率。另外,烟道空气预热器的入口空气温度升高,不但有效防止烟道空气预热器冷端受热面低温腐蚀,而且可进一步降低烟道空气预热器出口烟气温度,使烟气余热利用最大化。同时,通过增加进入低温空气预热器 的抽水量,减少空气在烟道空气预热器的吸热量,从而可提供更多的温度较高的烟气去排挤高品质的抽汽,进一步增加了汽轮机输出功率和机组发电量。

上述实施方式为本发明的优选案例,并不用来限制本发明的保护范围。

本发明中,在实施例一中,低温空气预热器利用第二低压加热器#7的出口的高温凝结水对环境冷风进行预热,在实施例二中,低温空气预热器利用第四低压加热器#5中的抽水对环境冷风进行预热,而在本发明中,低温空气预热器也可以利用第一低压加热器#8、第三低压加热器#6中的高温凝结水对环境冷风进行预热。

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