一种褐煤机组的烟水复合加热系统及方法与流程

本发明涉及一种用于火电厂机组节能的烟水复合加热系统及方法，用于对燃用褐煤的火电机组在环境温度变化时的节能改造中提高一二次风温的加热技术，从而降低电站热力系统的能量损失，提高机组的经济性安全性，属于电站技术领域。

背景技术：

火力发电行业既是优质清洁能源的创造者，又是一次能源消耗大户和污染排放大户，因此也是国家实施节能减排的重点领域。技术改造是电力企业发展节能减排的永恒主题，今后在相当长的时期内，发电厂的技术改造仍是一项十分艰巨和复杂的任务。

为适应新的形势，确保电厂技术领先、机组效率高、资源消耗少、经济效益好，进一步提高竞争力，应积极创造条件采用先进、成熟的技术对经济性及安全性较差的落后设备进行技术改造，努力挖掘内部潜力，提高机组的可靠性和经济性，降低成本，并进一步适应电网深度调峰的要求，促进发电厂技术装备水平的提高，减轻对环境的污染。因此，目前很多烟水复合系统被用来深层次的挖掘机组的节能潜力，但同时也面临着新的、更为复杂的问题，围绕着优化提高烟水复合利用效率以及过程优化设计、控制策略、系统集成和运行方式等衍生出了众多的理论和关键的技术问题，都需要开展深入系统的研究。

对于褐煤锅炉来说，为了满足其高水分煤种的制粉系统干燥出力的要求，热一次风需要较高的温度，通常在350～400℃以上，而为了保证一定的换热经济性，所以与其换热的空气预热器入口烟温的端差至少为25℃以上，即其区间为375～425℃，那么由于换热效率的限制以及加热冷风所需热量的限制，燃烧褐煤的电厂通常有着较高的排烟温度，一般可达到150℃。所以，褐煤锅炉排烟损失是锅炉热损失中最大的一项，约占锅炉热损失的70％～80％。计算表明，火电机组锅炉排烟温度每上升15℃～20℃，锅炉效率就下降1％，标准煤耗上升3～4g/kWh。锅炉的排烟温度过高，造成了火力发电厂的煤的消耗量的增加。而采用烟水复合系统进行深度挖掘机组的潜力的同时，往往不能保证机组锅炉的一次风温，影响机组的安全运行。

以目前600MW某机组为例，该机组有三级高加加热器和四级低加加热器。如图1所示，为改造前火电机组正常运行的示意图，燃料在炉膛1中燃烧产生高温烟气，烟气沿着烟道流过低温再热器2和低温过热器3后烟温降低到500℃左右，接着进入省煤器4和省煤器5，烟温被进一步降低到350℃，省煤器4和省煤器5吸收的热量用于加热给水提高机组效率，接着烟气全部进入空预器6进行换热，在空预器6中参与换热的空气是由送风机7和一次风机8输送的空气，烟气从空预器出来后分别进入电除尘9和引风机10，再进入脱硫塔11后温度降低到50℃左右，由烟囱12排出。水系统是由给水21进入锅炉中吸热生成过热蒸汽13进入高压缸15进行做功，排汽为高压缸排汽20进入锅炉吸热生成再热蒸汽14进入中压缸16和低压缸17进行做功，乏汽进入凝汽器18变成凝结水，凝结水被低加加热后进入除氧器19，再进入高加被加热成给水。烟气、空气和蒸汽并没有交集，为了深度挖掘机组的节能潜力，响应国家节能减排的号召，提高机组经济性，降低机组的能耗。

目前大多数机组采用一般的烟水复合系统进行深度节能挖掘，如图2和图3的节能方案。如图2将进入空预器的烟气分成两个路，主路跟之前一样进入空预器换热，旁路烟道中设置两级换热器，即高压换热器22和低压换热器23，来吸收烟气热量排挤高加以及低加抽汽，节煤降耗，图2还设置了低温的换热器24用来吸收空预器出口烟温和旁路出口烟气的热量来加热空气，改造后燃料在炉膛1中燃烧产生高温烟气，烟气沿着烟道流过低温再热器2和低温过热器3后烟温降低到500℃左右，接着进入省煤器4和省煤器5，烟温被进一步降低到350℃，省煤器4和省煤器5吸收的热量用于加热给水提高机组效率，接着烟气部分进入空预器6进行换热，另一部分进入旁路中的高压换热器22和低压换热器23，从空预器出来的烟气与从旁路出来的烟气进行混合后进入一次风加热器25和二次风加热器26，烟气被降低到90℃左右，再进入电除尘9和引风机10，再进入脱硫塔11后温度降低到50℃左右，由烟囱12排出。空气则由送风机7和一次风机8出来后，进入烟水加热器24，吸收热量后再进入空预器被加热，最后进入锅炉。水系统是由给水21进入锅炉中吸热生成过热蒸汽13进入高压缸15进行做功，排汽为高压缸排汽20进入锅炉吸热生成再热蒸汽14进入中压缸16和低压缸17进行做功，乏汽进入凝汽器18变成凝结水，凝结水进入低压加热器23吸收烟气热量后进入除氧器19，再进入高压加热器22加热，汇集后形成给水。

图3也是将进入空预器的烟气分成两个路，主路跟之前一样进入空预器换热，旁路烟道中设置两级换热器，即高压换热器22和低压换热器23，来吸收烟气热量排挤高加以及低加抽汽，节煤降耗，图3还设置了低温的烟水加热器24用来吸收空预器器出口烟温和旁路出口烟气的热量来加热凝结水，设置了一次风加热器25和二次风加热器26利用部分抽汽来加热空气。改造后燃料在炉膛1中燃烧产生高温烟气，烟气沿着烟道流过低温再热器2和低温过热器3后烟温降低到500℃左右，接着进入省煤器4和省煤器5，烟温被进一步降低到350℃，省煤器4和省煤器5吸收的热量用于加热给水提高机组效率，接着烟气部分进入空预器6进行换热，另一部分进入旁路中的高压换热器22和低压换热器23，从空预器出来的烟气与从旁路出来的烟气进行混合后进入低温换热器24，烟气被降低到90℃左右，再进入电除尘9和引风机10，再进入脱硫塔11后温度降低到50℃左右，由烟囱12排出。空气则由送风机7和一次风机8出来后，进入换热器25和换热器26，吸收抽汽的热量后再进入空预器被加热，最后进入锅炉。水系统是由给水21进入锅炉中吸热生成过热蒸汽13进入高压缸15进行做功，排汽为高压缸排汽20进入锅炉吸热生成再热蒸汽14进入中压缸16和低压缸17进行做功，乏汽进入凝汽器18变成凝结水，凝结水进入先进入低温加热器24吸收烟气热量，在进入低压加热器23吸收烟气热量后进入除氧器19，再进入高压加热器22加热，汇集后形成给水。

但图2方案和图3方案两者都有共同的缺点，对于环境温度较低且燃用褐煤的机组在实际中产生几个问题：第一，图2以及图3改造后不能保证一二次风温，对于燃用褐煤机组产生安全问题；第二，图2以及图3改造后不能兼顾冬季和夏季的节能效益。因此针对这一问题，本发明用于对火电机组在环境温度变化时的节能改造中提高一二次风温的加热技术，从而降低电站热力系统的能量损失。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于烟水复合系统一、二次风温加热的技术，目的为了让锅炉一二次风温达到燃烧要求，并兼顾冬季和夏季的节能效益，实现机组的安全性，降低机组的经济性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种褐煤机组的烟水复合加热系统及方法，包括炉膛，炉膛出口烟气部分进入空预器进行换热，在空预器中参与换热的空气是由送风机和一次风机输送的空气；

其特征在于：

所述送风机和一次风机前分别设有用于对环境冷风进行平衡加热的冷凝水预热器；

所述空预器前设有用于对送风机和一次风机输送来的空气进行加热的烟水平衡复合器；

所述空预器后设有用于对空预器出口热风进行提升加热的热风高温加热器。

优选地，所述冷凝水预热器通过将汽轮机凝汽器热井中的凝水引入，对环境冷风进行预热，与环境冷风换热后的凝水再回到热井中，被加热后的空气再进入所述送风机和一次风机。

优选地，所述烟水平衡复合器包括：

设于所述空预器和一次风机之间的一次风烟水平衡复合器；设于所述空预器和送风机之间的二次风烟水平衡复合器。

更优选地，将进入所述空预器的烟气分成两个路：主路连接所述送风机、一次风机和炉膛；旁路烟道中设有用于吸收烟气热量、排挤汽轮机系统高压加热器以及低压加热器抽汽的高压换热器和低压换热器，以及用于吸收空预器出口烟气的热量来加热空气的烟水加热器。

更进一步地，将汽轮机低压加热器的进口冷凝水引至所述烟水加热器，出水通过三通按比例分别所述一次风烟水平衡复合器和二次风烟水平衡复合器，两者的出水经过三通汇合再进入低压换热器，出水汇集并进入除氧器中。

优选地，所述热风高温加热器是将汽轮机高压缸抽汽引入，出口蒸汽回到汽轮机高压加热器中。

本发明还提供了一种褐煤机组的烟水复合加热系统的工作方法，其特征在于，步骤为：

步骤1：环境冷风经冷凝水预热器进行加热，后经过送风机进入烟水平衡复合器再次加热，接着空气进入空预器进行加热，出口一次风热风和二次风热风按比例进入热风高温加热器，将空气加热；

步骤2：汽轮机凝汽器热井中的凝水被引至冷凝水预热器，对环境冷风进行预热，与环境冷风换热后的凝水再回到热井中；

步骤3：汽轮机低压加热器的进口冷凝水被引至烟水加热器被烟气加热，出水进入烟水平衡复合器去加热空气，之后再进入低压换热器被烟气加热，出水汇集到除氧器入口，进入除氧器中；

步骤4：汽轮机高压缸抽汽被引至热风高温加热器，出口蒸汽回到汽轮机高压加热器中。

本发明通过三个部分对不同温度的空气进行加热，保证在综合节能改造的烟水复合系统改造中，对于环境温度变化的褐煤机组，保证其一次风热风温度或二次风热风温度，稳定燃烧，保障锅炉的安全性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过对环境空气进行三级加热，将一次风热风温度或二次风热风温度调高燃用褐煤的安全合适温度，保障锅炉安全稳定地运行。

2、本发明在系统设置中采用烟气、空气和蒸汽的换热器串联的模式，平衡各换热器在冬季和夏季吸热不均匀的问题，在加热空气和降低烟气温度之间找到平衡点。夏季环境温度较高时，烟水平衡复合器不需要那么多的热量，锅炉空预器出口烟温也较高，导致烟水加热器入口烟温较高，夏季汽轮机排汽压力相对较高，需要提高做功能力，此时烟水平衡复合器可以利用多余的热量用来排挤抽汽，提高做功能力。冬季环境温度较低时，锅炉空预器出口烟温也相对低，汽轮机排汽压力相对较低，而烟水平衡复合器需要更多热量，此时烟水平衡复合器则把相对较多的热量来输入烟水平衡复合器加热空气。一般在设计换热器时，只能以某一个工况来设计，不能兼顾冬季和夏季，将换热器系统串联后，当某个换热由于环境温度改造吸热变化时，其他换热器可以平衡吸热，最终达到一个较好的平衡点。

3、本发明设置冷凝水预热器，利用冷凝水，对环境温度较低的冷空气进行加热，减少了循环冷却水从凝汽器中带走的热量，减少了循环冷却水量，提高了经济性。

4、本发明设置了热风高温加热器进一步提高风温，将热风高温加热器和高加加热器串联起来，保证了一次风热风或二次风热风的温度。

5、褐煤在燃用时，往往需要很高的一次风温，而现有的节能技术满足不了节能与安全燃用褐煤的关系，在燃用褐煤时不能保证一次风温。本发明利用冷凝水预热，烟水平衡复合器以及热风高温加热器，满足燃用褐煤时所需要的风温，平衡节能与安全运行的关系。

附图说明

图1为改造前火电机组正常运行的示意图；

图2为烟水复合系统一种改造(利用低温的换热器加热空气)后火电机组运行的示意图；

图3为烟水复合系统另一种改造(用低加抽汽来加热空气)后火电机组运行的示意图；

图4为本发明烟水复合加热技术改造后火电机组运行的示意图；

其中：1-炉膛，2-低温再热器，3-低温过热器，4-省煤器，5-省煤器，6-空预器，7-送风机，8-一次风机，9-电除尘，10-引风机，11-脱硫塔，12-烟囱，13-过热蒸汽，14-再热蒸汽，15-高压缸，16-中压缸，17-低压缸，18-凝汽器，19-除氧器，20-高压缸排汽，21-给水，22-高压换热器，23-低压换热器，24-烟水加热器，25-一次风加热器，26-二次风加热器，27-热风高温加热器，28-冷凝水预热器，29-冷凝水预热器，30-一次风烟水平衡复合器，31-二次风烟水平衡复合器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

以哈尔滨锅炉厂生产的某电厂600MW超临界锅炉为对象。如图4所示，为用于综合节能改造的烟水复合加热技术系统示意图，用于烟水复合系统一、二次风温加热技术，整个包含三个部分：冷凝水预热器28、29，烟水平衡复合器，以及热风高温加热器27。在烟水复合系统中，针对原锅炉热风系统，在送风机7前设置冷凝水预热器28、在一次风机8前设置冷凝水预热器29对环境冷风进行平衡加热，在空预器6前设置烟水平衡复合器对空气进行加热，在原空预器6后设置热风高温加热器27对空预器6出口热风进行提升加热。

冷凝水预热器28通过将汽轮机凝汽器18热井中的凝水引至冷凝水预热器28中对环境冷风进行预热，加热后凝水再回到热井中，加热后的空气再进入送风机7。

烟水平衡复合器包括两个串联的烟水复合加热器和连接管道以及阀门。将汽轮机倒数第二级低加加热器的进口冷凝水通过三通引至图4中烟水加热器24，出水通过三通按比例分别进入图4中一次风烟水平衡复合器26和二次风烟水平衡复合器25，两者的出水经过三通汇合再进入低压换热器23，出水汇集到除氧器19入口，再进入除氧器19中。

热风高温加热器27是将汽轮机高压缸原用于直接加热高加加热器的第三级抽汽直接引至设置在空预器风系统后的热风高温加热器27，出口蒸汽回到原高加加热器中。

上述用于综合节能改造的烟水复合加热技术的运行步骤如下：

步骤1、该厂的冷凝水温度为40℃，利用40℃的冷凝水引至冷凝水预热器对8.8℃环境冷风进行加热，将环境冷风加热到30℃左右，冷凝水流量为150t/h，之后空气经过送风机，温度略有升高，一次风从30℃升高到45℃，二次风从30℃升高到34℃；

步骤2、汽轮机倒数第二级低温加热器的进口93.7℃的冷凝水被引至烟水换热器被空预器出口和旁路出口汇合后139℃的烟气加热，出水温度为120℃，出水进入烟水平衡复合器去加热送风机后的一次风空气和二次风空气，空气被加热到90℃，烟水平衡复合器出口冷凝水温度80℃，之后再进入烟气加热器被旁路烟道中上级烟气加热器出口的205℃烟气加热，出口水温为140℃，汇集到除氧器入口，进入除氧器中。图3中烟气加热器23出口烟温为147℃，整个烟水平衡复合器中的水介质流量为600t/h；

步骤3、汽轮机高压缸原用于直接加热高加加热器的第三级抽汽，温度为476.3℃，被直接引至热风高温加热器，加热340℃的一次风热风，出口440℃的蒸汽回到原高加加热器中，一次风热风温度被加热到380℃，满足褐煤燃烧要求。

步骤4、当负荷或环境温度变化时，其过程相近。