一种蒸汽冷却器系统的制作方法

本发明涉及汽轮机抽汽过热度利用领域，具体涉及一种蒸汽冷却器系统。

背景技术：

在火力发电机组中，回热系统是汽轮机热力系统的基础及核心，它对机组和电厂的热经济性起着重要的作用，而抽汽作为整个换热过程的热量输出源，它的过热度对回热系统的经济性又有着重要影响，而目前系统中的抽汽都具有一定的过热度，尤其是再热后的各级回热抽汽，其焓值、过热度都提高了，以600℃蒸汽参数等级参数的超超临界机组为例，一般来说再热后的第一、二级抽汽的过热度高达150～250℃，使该级回热加热器的汽水换热温差增大，导致熵增增大，影响机组经济性的提升。而随着二次再热机组的发展以及机组温度参数的不断提高，机组抽汽的温度及过热度也越来越高，尤其是发展到700℃机组时，高温、高过热度的抽汽，不仅导致汽水换热温差增大，严重影响机组经济性的提升，而且还会大幅增大此等高压给水加热器的制造困难性。即便可制造，其造价亦会大幅增加，安全可靠性、运行寿命也会因此降低。此外，高温、高过热度的抽汽也会使得相应抽汽管道材料升级，因而，抽汽管道造价也会上升。

现有传统技术通过装设外置式的蒸汽冷却器（汽-水换热器），可一定程度降低抽汽过热度，并提高该级加热器出口水温或整个回热系统出口水温。然而由于换热的介质为抽汽及给水，一方面，抽汽温度与出口水温差值仍然较大，另一方面，给水温度本身受到锅炉最高设计给水温度的制约，因此抽汽过热度的利用相应受到限制。再之，由于利用抽汽过热度来加热给水，其对抽汽过热度这部分热量的利用效率也是一定的，因此对机组经济性的提升也是较有限。此外，给水侧的压力往往较高，因而，此等蒸汽冷却器的管束壁厚也较大，其造价也就相对较高。

另外一方面，现有电厂在进入正常生产和运行后，燃烧的实际煤种往往与机组设计煤种偏离很大，水分、灰分和硫等物质的含量随着煤种的变化都有非常大的差异。尤其是对于一些中、高水分的煤种来说，制粉系统干燥出力跟不上煤种水分的变化，磨煤机出口粉温达不到设计要求，进入锅炉后，煤粉着火点推迟、燃烬率降低，将大大影响锅炉效率，还会影响锅炉的燃烧稳定性，并且，对于一些难磨的煤种时，制粉电耗上升，煤粉变粗，相应的，煤粉着火点进一步推迟、燃烬率进一步降低。

此外，由于现有的锅炉设计，一般是通过空预器利用锅炉烟气的热量来加热空预器入口的一次风及二次风，然后形成热一次风及热二次风，最后送入锅炉，而空预器出口的烟温是具有一定限制的，因此，其热一次风和热二次风的温度也会相应受到限制，这对锅炉的制粉系统出力、锅炉的燃烧情况都会产生重要影响，事实上，进入锅炉的风温越高越有利于锅炉的燃烧，若能突破现有锅炉设计，确保安全基础上，进一步提高热一次风温及热二次风温，将大幅提高锅炉的燃烧情况以及机组经济性。

因而如何进一步有效利用汽轮机抽汽的过热度，同时提高一次风温或二次风温是一个重要的新课题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种系统，以锅炉的进风作为回热媒介，通过该系统，利用全负荷运行范围工况下仍具有一定过热度的汽轮机抽汽来加热空预器出口的热风，可达到拓展回热媒介，实现更广义的回热循环，与此同时，还可有效降低汽轮机抽汽的过热度，大幅提升汽轮机抽汽过热度利用效率，并提高锅炉对煤种的适应性、锅炉的燃烧稳定性及燃烧效率，从而提高机组的整体经济性。

本发明提供的系统，相对于传统的蒸汽冷却器（汽-水换热器）来说，其换热媒介不再局限于给水，而是拓展至锅炉的进风，是利用抽汽来加热锅炉进风（可为热一次风，或热二次风，或同时包括热一次风及热二次风），一方面提高锅炉的进风温度，另一方面降低抽汽的过热度，因此称之为一种新型的“蒸汽冷却器系统”。

本发明提供一种蒸汽冷却器系统，包括至少一个‘汽-风’换热装置、热风道、汽轮机的抽汽管道，其特征在于，‘汽-风’换热装置布置在热风道中，所述热风道可为空预器出口的热一次风风道，也可为空预器出口的热二次风风道，所述‘汽-风’换热装置的进汽口与汽轮机中具有一定过热度的抽汽连接，所述‘汽-风’换热装置的出汽口与热力系统的高压给水加热器连接。

本发明提供的蒸汽冷却器系统，汽轮机中具有一定过热度的抽汽经‘汽-风’换热装置放热给锅炉的进风（可为热一次风，或热二次风，或同时包括热一次风及热二次风），并确保‘汽-风’换热装置的回汽仍具有较低的过热度或接近饱合蒸汽，然后再进入热力系统中的高压给水加热器，进一步加热给水。

需注意的是，该蒸汽冷却器系统是将现有全负荷范围运行工况下均具有一定过热度的汽轮机抽汽与锅炉的进风来进行换热，达到降低抽汽过热度、提高锅炉进风温度从而提高机组经济性的主要目的。一般来说，若采用纯滑压运行，随着机组负荷降低，汽轮机抽汽的过热度将更大，即抽汽过热度的利用空间也更大。因此该蒸汽冷却器系统可在全负荷范围内运行并且在低负荷的利用空间也更大，突破了现有传统锅炉设计中热一次风、热二次风的温度边界限制，热一次风温度的提高，在确保输送煤粉安全的基础上，实现了制粉系统出力的提升及煤粉燃烧效果的提升，相应的，热二次风温度的提高，也使得锅炉燃烧效果进一步提升，由于汽轮机的抽汽过热度得到降低，汽轮机抽汽量会相应增加，汽轮机的排汽冷源损失大幅降低，与此同时，抽汽的热量通过锅炉进风，被携带至锅炉，使输入锅炉的热量成分发生变化，换言之，替代了部分燃料，因此可实现机组经济性的大幅提升。

本发明具有以下优点和效果：

1、本发明拓展了回热媒介，实现了更广义的回热循环。以锅炉的进风作为回热媒介，通过该蒸汽冷却器系统，利用全负荷范围运行工况下均具有一定过热度的汽轮机抽汽来加热空预器出口的热风，以热风携带热量的形式，间接将汽轮机抽汽的热量返回到锅炉，这样使输入锅炉的热量成分发生变化，替代了一部分燃料热量，从而获得热经济效益，而同时由于降低了抽汽过热度，增加了回热蒸汽量，减少了冷源损失，提高了装置的经济性。

2、采用本发明的系统，热一次风得到进一步加热，相当于制粉系统的干燥出力得到明显提高、煤粉的可磨性改善，煤粉的着火点提前且制粉电耗降低，燃烧条件得到改善，同时，热二次风风温提高，燃烧条件得到进一步改善，燃烧稳定性及煤粉燃烬率都得以进一步提高，锅炉效率也得以提高；尤其是在低负荷工况下，采用本发明的方法后，锅炉的燃烧稳定性及煤粉燃烬率都将得到明显提高。

3、本发明提供的蒸汽冷却器系统，相比传统的蒸汽冷却器（汽-水换热器），由于传统蒸汽冷却器是利用抽汽的过热度来加热给水，而本发明的蒸汽冷却器系统是利用抽汽的过热度来加热锅炉进风，因此，相对来说，本发明的蒸汽冷却器系统可更有效地降低机组的抽汽过热度，对抽汽过热度的利用效率也更高。而高压加热器进汽过热度的显著降低，也能降低其造价，并提高其安全可靠性及运行寿命。该系统及方法尤适用于解决两次再热超超临界机组及700℃机组的抽汽普遍高过热度问题，突破了再热超超临界机组及700℃机组的高过热度抽汽问题所产生的技术瓶颈，另外，本发明的蒸汽冷却器系统，由于主体为‘汽-风’换热装置，不存在传统蒸汽冷却器中的高压力给水侧管束，因此，整个换热器的造价亦相对要低。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明一个具体实施例的示意图。

图3为本发明另一个具体实施例的示意图。

图4为本发明另一个具体实施例的示意图。

图5为本发明另一个具体实施例的示意图。

图6为本发明另一个具体实施例的示意图。

图7为本发明另一个具体实施例的示意图。

图8为本发明另一个具体实施例的示意图。

图9为本发明另一个具体实施例的示意图。

图10为本发明另一个具体实施例的示意图。

图11为本发明另一个具体实施例的示意图。

图12为本发明另一个具体实施例的示意图。

图中标记：1、1’――热风道； 2、2’――‘汽-风’换热装置；3――蒸汽联通管；4、5――调节阀。

具体实施方式

实施例1

如图所示，图1为本发明实施例1的示意图。本实施例的蒸汽冷却器系统主要包括热风道1、‘汽-风’换热装置2以及来自汽轮机额定负荷下具有一定过热度的抽汽。来自汽轮机全负荷范围运行工况下均具有一定过热度的抽汽通过布置在风道1里的‘汽-风’换热装置2对热一次风或热二次风进行加热。若为热一次风，则经该蒸汽冷却器加热后的热一次风，其温度会进一步升高然后进入磨煤机，因而，制粉系统的干燥出力可得到明显提高、煤粉的可磨性改善、煤粉变细，进入锅炉的风粉混合物温度提高，煤粉着火点提前、易于燃烬；若为热二次风，则经该蒸汽冷却器系统加热后的热二次风进入锅炉后，可提高燃烧效果，使煤粉燃烬率提高，因而，炉膛过量空气系数可适当控制降低，整个烟气量也会降低，如此一来，排烟热损失、烟道尾部的风机作功均可得到降低。另一方面，具有高过热度的抽汽经放热后形成低过热度甚至接近饱合的回汽，再返回到热力系统中的高压给水加热器，因此，增加了回热蒸汽量，减少了冷源损失，提高了装置的经济性。

以某电厂百万千瓦机组为例，来说明本发明技术应用后的技术效果。

例如，热风为热一次风时，即在空预器出口的一次风风道1里布置‘汽-风’换热装置2，从机组的某级抽汽引出蒸汽，额定负荷工况下，该级蒸汽的温度为464℃，高于原热一次风风温336℃，进入到相应的‘汽-风’换热装置后，对‘汽-风’换热装置内的热一次风进行加热，抽汽经放热后的回汽再返回到热力系统的对应加热器继续加热给水。

应用该蒸汽冷却器系统来加热热一次风后，主要影响体现在锅炉侧吸收热量增加、送风机电耗增加和蒸汽做功能力损失。

若热一次风量为140kg/s，风温由336℃被加热到374℃，则可计算得到热一次风吸热量为：

140×1.007×(374-336)=5357.24 KW

按照锅炉效率94%，标准煤发热量为29270 kJ/kg，机组年可利用小时数5000小时计算，折合节省的标准煤量：

5357.24×5000×3600÷0.94÷29270=3504.8 吨/年

与此同时，加装该蒸汽冷却器后，由于一次风道中的阻力增大，一次风机电耗会相应增加，约115KW。

按机组年利用小时数5000小时计算，煤耗280g/KWh，折合增加的标准煤量为:

115×2000×280/1000000=161吨/年。

另外，该技术是通过抽汽来加热一次风的，所以需要增加抽汽量，这部分蒸汽不参与做功，从而引起蒸汽做功能力的损失。蒸汽焓值由3388.4kJ/kg降为3198.3kJ/kg，根据热量平衡原理，原抽汽量为30.8kg/s，折合增加的抽汽量1.83 kg/s，引起蒸汽作功损失为1445.6KW，按机组年利用小时数5000小时计算，煤耗280g/KWh，折合增加的标准煤量M₃为2023.8 吨/年。

因此，单台机组可因此最终年节煤量为:3504.8-161-2023.8=1320吨/年。

事实上，由于热一次风温度的提升，煤粉燃烧效率也会得到相应提升，该部分的效益尚未计入。

同理，若热风为热二次风，则应用该蒸汽冷却器系统后，同样也会导致锅炉侧吸收热量增加、送风机电耗增加和蒸汽做功能力损失。

例如，若热二次风总量为320 kg/s，风温由329℃被加热到378℃，则经测算，单台机组可因此最终年节煤量为3197.56吨/年

当然，由于提高了锅炉对煤种的适应性，且大大降低了厂用电率，这也将大大降低电厂的经营成本，此处不作定量计算。

实施例2

图2为本发明另一个具体实施例的示意图。来自汽轮机全负荷范围运行工况下均具有一定过热度的抽汽依次通过布置在风道里的三个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风进行加热。汽侧采用串联方式通过蒸汽联通管连接，抽汽经换热后形成回汽，返回至热力系统中的高压给水加热器，该实施例，本质上与实施例1一致，其区别在于，‘汽-风’换热装置拆成了多个，这尤其适用于一些在风道中不太好布置大型‘汽-风’换热装置的机组，此时则可灵活的运用多个‘汽-风’换热装置布置在风道中的不同位置，达到既降低抽汽过热度，又降低抽汽过热度，将抽汽热量通过热风的形式间接携带至锅炉，提高锅炉燃烧效果，替代锅炉部分燃料，提高机组经济性。

实施例3

图3为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组全负荷范围运行工况下仍具有一定过热度的某级抽汽，分成三路，并列输入风道里的三个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风进行加热，放热后的三路回汽，再合并一道返回至热力系统，若热风为热一次风，而经过同级三路抽汽被依次加热后的热一次风被送入磨煤机，若热风为热二次风，则经‘汽-风’换热装置换热后的热二次风被送入锅炉。

相对实施例2，该实施例同样具有灵活布置多个‘汽-风’换热装置的优势，可针对风道具体情况来布置‘汽-风’换热装置，但相对实施例2来说，该实施例中前几个‘汽-风’换热装置的换热温差要大，当然进入不同‘汽-风’换热装置的抽汽流量也可加上一些调节阀来控制，未在图中示意，但这会带来一定的抽汽压降损失。

实施例4

图4为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级抽汽依次输入风道里的两个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风进行加热，抽汽经放热后的a级回汽再返回至热力系统中高压给水加热器；与此同时，b级抽汽输入另外一个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风进行加热，b级抽汽经放热后形成b级回汽，返回至热力系统，若热风为热一次风，则热一次风经过两级抽汽被依次加热后，温度进一步升高被送入磨煤机，然后携带煤粉送入锅炉；若热风为热二次风，则其被加热升温后，进一步送入锅炉，风携带的热量则可替代部分燃料，考虑梯级加热，根据热风被加热先后顺序，a级抽汽温度参数需高于b级抽汽温度参数。

该实施例既可兼顾风道内灵活布置‘汽-风’换热装置，同时又可使得多级抽汽的过热度得到利用。

实施例5

图5为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级抽汽输入布置在风道里的一个蒸汽冷却器对热一次风或热二次风加热，抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统中的高压给水加热器；与此同时，b级抽汽则分成两路并列输入风道里的另外两个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风加热，b级抽汽经放热后形成的两路回汽再合并一道返回至热力系统，同理，若热风为热一次风，则经过两级抽汽依次在三个换热器被加热后的热一次风被送入磨煤机，若热风为热二次风，则热二次风被送入锅炉，风携带的热量可用于替代部分燃料。考虑梯级加热，根据热风被加热先后顺序，a级抽汽温度参数需高于b级抽汽温度参数。

实施例6

图6为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级、b级、c级抽汽分别输入风道里的三个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风加热，抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统，而经过三级抽汽依次在三个‘汽-风’换热装置被加热后的热风，若为热一次风，则被送入磨煤机，然后携带煤粉进一步送入锅炉；若为热二次风，则被送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。较好的，a级抽汽参数高于b级抽汽参数，b级抽汽参数高于c级抽汽参数，这样可形成对热风的梯级加热。

实施例7

图7为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级、b级抽汽分别输入并联在风道里的两个‘汽-风’换热装置对热一次风或热二次风加热，抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统中的高压给水加热器，而经过两级抽汽同时在两个蒸汽冷却器被加热后的热风在后续的同个风道里进行混合，之后，被加热的热风，若为热一次风，则被送入磨煤机，然后携带煤粉进一步送入锅炉；若为热二次风，则被送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

实施例8

图8为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级、b级抽汽分别输入并联在风道里的两组蒸汽冷却器对热一次风或热二次风加热，其中每组‘汽-风’换热装置包含三个‘汽-风’换热装置，每级抽汽依次经过同一组‘汽-风’换热装置中的三个‘汽-风’换热装置。a级、b级抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统，而经过两级抽汽同时在换热器被加热后的热风在后续的同个风道中混合，之后，被加热的热风，若为热一次风，则被送入磨煤机，然后携带煤粉进一步送入锅炉；若为热二次风，则被送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

实施例9

图9为本发明另一个具体实施例的示意图。来自机组的a级、b级抽汽分别输入并联在风道里的两组‘汽-风’换热装置对热一次风、热二次风加热，其中每组‘汽-风’换热装置包含三个‘汽-风’换热装置，每级抽汽分成三路，并列输入风道里同一组‘汽-风’换热装置中的三个‘汽-风’换热装置，放热后的三路回汽，再合并一道返回至热力系统。而经过两级抽汽同时在‘汽-风’换热装置被加热后的热风在后续的同个风道中混合，之后，被加热的热风，若为热一次风，则被送入磨煤机，然后携带煤粉进一步送入锅炉；若为热二次风，则被送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

实施例10

图10为本发明另一个具体实施例的示意图。来自汽轮机的a级抽汽分为两路分别通过布置在一次风风道里的一个‘汽-风’换热装置3和二次风风道里的一个‘汽-风’换热装置3’分别对热一次风和热二次风进行加热，a级抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统；与此同时，来自汽轮机的b级抽汽分为两路分别通过布置在一次风风道里的一个‘汽-风’换热装置2和二次风风道里的一个‘汽-风’换热装置2’对热一次风和热二次风分别进行加热，b级抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统。热一次风依次经过两个‘汽-风’换热装置被加热后进入磨煤机，携带煤粉进入锅炉，热二次风则依次经过两个‘汽-风’换热装置被加热后被直接送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

其中，a、b级抽汽至一次风管道的‘汽-风’换热装置2、2’的管道上分别布置有调节阀4、5，当燃烧高水分、低挥发分的煤种时，则打开调节阀4、5开度，从而增大a级、b级抽汽进入一次风风道里的蒸汽冷却器的抽汽量，进一步利用蒸汽冷却器来提高进入磨煤机热一次风的风温。而当燃烧低水分、高挥发分的煤种时，则可关小调节阀4、5开度，甚至完全关闭，从而减少或完全避免a级、b级抽汽进入一次风风道里的蒸汽冷却器，而是完全进入二次风风道里的蒸汽冷却器，进一步加热热二次风，热风携带的热量可替代部分燃料。较好的，a级抽汽温度参数高于b级抽汽温度参数，这样可形成对热风的梯级加热。

实施例11

图11为本发明另一个具体实施例的示意图。来自汽轮机的a级抽汽通过布置在一次风风道里的‘汽-风’换热装置2加热热一次风；而来自汽轮机的b级抽汽通过布置在二次风风道里的‘汽-风’换热装置2’加热热二次风。a级抽汽经放热后形成回汽，返回至热力系统，与此同时， b级抽汽经放热后形成回汽，也返回至热力系统。热一次风依次经过‘汽-风’换热装置2被加热后进入磨煤机，携带煤粉进入锅炉，热二次风则经过‘汽-风’换热装置2’被加热后被直接送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

实施例12

图12为本发明另一个具体实施例的示意图。来自汽轮机的某级抽汽通过布置在一次风风道里的‘汽-风’换热装置2中加热热一次风，与此同时，该级抽汽再分流进入布置在二次风风道里的‘汽-风’换热装置2’中加热热二次风。a级抽汽在‘汽-风’换热装置2‘汽-风’换热装置2’中经放热后形成回汽，返回至热力系统，可汇合后进入同一级高压给水加热器，也可分别进入不同的高压给水加热器，根据回汽参数而定；相应的，热一次风依次经过‘汽-风’换热装置2被加热后进入磨煤机，携带煤粉进入锅炉，热二次风则经过‘汽-风’换热装置2’被加热后被直接送入锅炉，热风携带的热量可替代部分燃料。

以上详细描述了本发明的几个具体实施例。根据‘汽-风’换热装置的布置个数以及‘汽-风’换热装置容量及布置方式、不同‘汽-风’换热装置的抽汽汽源及连接方式等可以有非常多的系统连接方式，应当理解，本发明旨在通过提供一种蒸汽冷却器系统，利用抽汽加热锅炉进风的方法，既降低抽汽过热度，增加回热蒸汽量，减少汽轮机排汽冷源损失，同时又由于提高了热一次风或热二次风的温度，提高了锅炉燃烧情况，替代了锅炉部分燃料，从而提高了机组经济性。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有方法的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。