烟气热量多效利用系统的制作方法

1.本实用新型涉及锅炉控制技术领域，具体涉及一种烟气热量多效利用系统。


背景技术：

2.为了我国如期实现“碳中和”目标，对燃煤锅炉进行节能减排、降低燃煤消耗势在必行。随着环保要求的不断提高，各种环保技术不断在发电厂得以应用，在取得环保效应的同时，也需要降低环保耗能。
3.随着电厂节能降耗的不断深入，锅炉空预器排烟的剩余热量被大量回收利用，出现了多种烟气余热利用方案。但是存在以下问题：无法充分利用烟气余热；损害设备寿命；调节困难复杂；用途单一，适用性较差等。


技术实现要素：

4.本实用新型为解决上述技术问题，提供了一种烟气热量多效利用系统，能够完全利用烟气余热，并维持较高排烟温度保护相关设备，并且调节简单，烟气余热还可同时用于节煤、废水零排放、烟气消白等多种用途，适用性较强。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种烟气热量多效利用系统，包括：空气预热器、热媒水循环系统和热用户系统，所述热媒水循环系统包括：烟气冷却器、热媒水循环水泵、循环管路、设置在所述循环管路上的加热器和/或凝结水冷却装置、与所述凝结水冷却装置相连的第一节流元件、与所述加热器相连的第二节流元件和控制器，所述空气预热器出口处的烟气进入所述烟气冷却器，所述烟气冷却器将烟气热量释放给所述循环管路，所述热用户系统包括：二次风暖风器，所述二次风暖风器分别与所述循环管路和所述空气预热器相连，其中，所述控制器用于在所述烟气冷却器热媒水入口的水温大于或者等于第一预设温度时，控制所述第一节流元件打开，以使所述凝结水冷却装置工作，吸收所述热媒水循环系统中热媒水的热量，降低热媒水温度；所述控制器还用于在所述烟气冷却器热媒水入口的水温小于或者等于第二预设温度时，控制所述第二节流元件关闭，以使所述加热器工作，提高所述热媒水循环系统中热媒水的温度。
7.具体地，所述凝结水冷却装置的第一端与所述烟气冷却器的出口端相连，所述凝结水冷却装置的第二端与热力系统的凝结水出口端相连，所述凝结水冷却装置的第三端与所述热力系统的凝结水进水端相连，以使用热力系统的凝结水吸收所述热媒水循环系统中热媒水的热量，降低热媒水的温度。
8.具体地，所述加热器的第一端与所述热媒水循环水泵的出口端相连，所述加热器的第二端与热力系统的热蒸汽或热水的出口端相连，所述加热器的第三端与热力系统的热蒸汽或热水的进口端相连，以使用热力系统的热蒸汽或热水提高所述热媒水循环系统中热媒水的温度。
9.具体地，所述热用户系统还包括：一次风暖风器、净烟气加热器、废水闪蒸浓缩装
置、换热装置中的一种或多种，其中，所述一次风暖风器的一端与所述循环管路相连，所述一次风暖风器的另一端与所述空气预热器相连，所述净烟气加热器、废水闪蒸浓缩装置、换热装置分别与所述热媒水循环系统相连；所述控制器还用于，在接收到所述一次风暖风器和/或二次风暖器和/ 或净烟气加热器和/或废水闪蒸浓缩装置和/或换热装置的加热请求时，控制其对应的节流元件打开，以利用所述循环管路中的热媒水对热用户系统进行加热。
10.具体地，所述加热器包括：设置在所述烟气冷却器的出口处的第一加热器；设置在所述热媒水循环水泵的入口或出口处的第二加热器；所述控制器，还用于根据所述烟气冷却器热媒水入口的水温对所述第一加热器和/或所述第二加热器对应的节流元件进行控制。
11.进一步地，上述的烟气热量多效利用系统，还包括：旁路烟气系统，所述旁路烟气系统包括：旁路烟道、设置在所述旁路烟道上的给水换热器和凝结水换热器，其中，所述给水换热器的第一端通过所述旁路烟道与锅炉的出口相连，所述给水换热器的第二端与热力系统的给水的出口端相连，所述给水换热器的第三端与所述热力系统的给水的进口端相连，所述给水换热器的第四端通过旁路烟道与所述凝结水换热器的第一端相连；所述凝结水换热器的第一端通过所述旁路烟道与所述给水换热器的第四端相连，所述凝结水换热器的第二端与所述热力系统的凝结水出口端相连，所述凝结水换热器的第三端与所述热力系统的凝结水进水端相连，所述凝结水换热器的第四端与所述空气预热器的出口烟道相连。
12.具体地，所述烟气冷却器设置在除尘器的入口和/或脱硫吸收塔的入口处。
13.本实用新型的有益效果：
14.(1)对于夏季工况，由于环境温度高，为保证空气预热器进口冷风温度不升高，空气预热器进口的冷风需要吸收的热量相比春季时减少，为平衡热媒水系统的热量，运行凝结水冷却装置，来自汽轮机热力系统中的凝结水被热媒水加热后，返回原系统，排挤抽汽，降低汽轮机热耗，进一步降低机组煤耗，由于夏季时空气预热器进口冷风温度不抬升，能够保证空气预热器出口及除尘器入口的烟气温度不抬升；
15.(2)对于冬季工况，由于环境温度低，为保证空气预热器进口冷风温度不降低，空气预热器进口的冷风需要吸收的热量较多，为平衡热媒水系统的热量，运行加热器，保证空气预热器进口冷风温度不降低，从而保证锅炉排烟温度及除尘器进口烟气温度不下降，有效防止空气预热器堵灰、冷端腐蚀、除尘器及下游烟道腐蚀等一系列问题；
16.(3)在热媒水循环系统中设置加热器及冷却装置，针对环境温度的变化，采用补充或吸收热媒水系统的热量，通过水侧调节的方式，达到维持空气预热器进口冷风温度恒定的效果，从而保证锅炉排烟温度恒定的效果，相比调节旁路部分烟气流量的现有技术，水侧调节的方式具有简单、可靠、滞后性小等优点；
17.(4)通过热水作为循环介质，将多种用户并联设置，可同时或单独运行某一用户，同时用于节煤、废水零排放、烟气消白、/采暖/生活热水等多种用途，针对不同用户的特点及环境温度的变化，灵活调节每个用户的能耗输入。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的烟气热量多效利用系统的示意图；
19.图2为本实用新型一个实施例的烟气热量多效利用系统的示意图；
20.图3为本实用新型另一个实施例的烟气热量多效利用系统的示意图；
21.图4为本实用新型又一个实施例的烟气热量多效利用系统的示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.图1为本实用新型实施例的烟气热量多效利用系统的示意图。
24.如图1所示，本实用新型实施例的烟气热量多效利用系统可包括：空气预热器10、热媒水循环系统20和热用户系统30。
25.其中，热媒水循环系统20可包括：烟气冷却器21、热媒水循环水泵22、循环管路、设置在循环管路上的加热器23和/或凝结水冷却装置24、与凝结水冷却装置24相连的第一节流元件k1、与加热器23相连的第二节流元件 k2和控制器(图中未具体示出)，空气预热器10出口处的烟气进入烟气冷却器21，烟气冷却器21将烟气热量释放给循环管路。热用户系统30可包括：二次风暖风器31，二次风暖风器31分别与循环管路和空气预热器10相连，其中，控制器用于在烟气冷却器21热媒水入口的水温大于或者等于第一预设温度时，控制第一节流元件k1打开，以使凝结水冷却装置24工作，降低热媒水循环系统20中热媒水的温度；控制器还用于在烟气冷却器21热媒水入口的水温小于或者等于第二预设温度时，控制第二节流元件k2关闭，以使加热器23工作，提高热媒水循环系统20中热媒水的温度。其中，第一预设温度和第二预设温度可根据实际情况进行标定。
26.需要说明的是，烟气冷却器21有四端，两端为烟气的出入口，两端为热媒水的出入口，如图1所示，烟气冷却器21的热媒水入口和热媒水出口构成闭式循环(图中箭头显示的位置为烟气冷却器的热媒水的入口和出口)。
27.在本实用新型的一个实施例中，凝结水冷却装置24的第一端与烟气冷却器21的出口端相连，凝结水冷却装置24的第二端与热力系统的凝结水出口端相连，凝结水冷却装置24的第三端与热力系统的凝结水进水端相连，以使用热力系统的凝结水吸收热媒水循环系统20中热媒水的热量，降低热媒水的温度。
28.在本实用新型的一个实施例中，加热器23的第一端与热媒水循环水泵22 的出口端相连，加热器23的第二端与热力系统的热蒸汽或热水的出口端相连，加热器23的第三端与热力系统的热蒸汽或热水的进口端相连，以使用热力系统的热蒸汽或热水提高热媒水循环系统20中热媒水的温度。
29.具体而言，在烟气冷却器21热媒水入口处设置有温度传感器，用于采集烟气冷却器21热媒水入口的水温，根据烟气冷却器21热媒水入口的水温来判断是否使加热器23或者凝结水冷却装置24工作。例如，当烟气冷却器21 热媒水入口的水温大于或者等于第一预设温度时，说明当前工况为夏季，由于夏季环境温度高，造成空气预热器10进口冷风温度升高，致使锅炉排烟温度及除尘器进口烟气温度升高，过高的排烟温度造成夏季烟气余热无法完全利用，同时过高的除尘器进口烟气温度将影响除尘器的除尘效率，造成粉尘排放增加。因此，为了保证空气预热器10进口冷风温度不升高，空气预热器 10进口的冷风需要吸
收的热量相比春季时减少，为了平衡热媒水系统的热量，运行凝结水冷却装置24，来自汽轮机热力系统中的凝结水被热媒水加热后，返回汽轮机热力系统，排挤抽汽，降低汽轮机热耗，进一步降低机组煤耗，由于夏季时空气预热器10进口冷风温度不抬升，能够保证空气预热器10出口及除尘器入口的烟气温度不抬升。相比现有技术，能使全年1/3时段(夏季) 内的烟气余热完全利用，进一步降低机组煤耗，使加权后的机组全年平均煤耗下降。可以理解的是，烟气冷却器21释放的烟气热量不受季节变化影响，为恒定值，对于夏季工况，由于环境温度高，空气预热器10进口的冷风需要吸收的热量较少，为平衡热媒水系统的热量，运行凝结水冷却装置24，来自汽轮机热力系统中的凝结水被热媒水加热后，返回原系统，排挤抽汽，降低汽轮机热耗，进一步降低机组煤耗。
30.又如，当烟气冷却器21热媒水入口的水温小于或者等于第二预设温度时，说明当前工况为冬季，由于冬季环境温度低，造成空气预热器10进口冷风温度降低，致使锅炉排烟温度及除尘器进口烟气温度降低，造成空气预热器10 堵灰、冷端腐蚀、除尘器及下游烟道腐蚀等一系列问题，影响设备运行可靠性及寿命。因此，为了保证空气预热器10进口冷风温度不降低，空气预热器 10进口的冷风需要吸收的热量较多，为平衡热媒水系统的热量，运行加热器 23，保证空气预热器10进口冷风温度不降低，从而保证锅炉排烟温度及除尘器进口烟气温度不下降，有效防止空气预热器堵灰、冷端腐蚀、除尘器及下游烟道腐蚀等一系列问题。
31.另外，对于现有烟气深度余热利用技术，由于进除尘器的烟气温度受环境温度影响，且除尘器要求的进口烟气温度恒定，系统将不停的调节旁路部分烟气的流量来控制除尘器进口烟气温度的变化幅度在允许范围内。由于烟气流量的调节存在滞后性，调节精度有限，无法根据环境温度及机组负荷进行精确调节，造成实际运行存在偏差，运行效果差，达不到充分节能的效果。因此，本实用新型通过在热媒水循环系统20中设置加热器23和凝结水冷却装置24，针对环境温度的变化，采用补充或吸收热媒水系统的热量，通过水侧调节的方式，达到维持空气预热器10进口冷风温度恒定的效果，从而保证锅炉排烟温度恒定的效果。相比调节旁路部分烟气流量的现有技术，水侧调节的方式具有简单、可靠、滞后性小等优点。
32.需要说明的是，不仅可以通过烟气冷却器21热媒水入口的水温来判断是否使加热器23或者凝结水冷却装置24工作，还可以通过热媒水循环水泵22 入口处的温度，或者热媒水循环水泵22出口处的温度等。
33.根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，热用户系统30还可包括：一次风暖风器32、净烟气加热器33、废水闪蒸浓缩装置34、换热装置35中的一种或多种，其中，一次风暖风器32的一端与循环管路相连，一次风暖风器32的另一端与空气预热器10相连，净烟气加热器33、废水闪蒸浓缩装置 34、换热装置35分别与热媒水循环系统20相连；控制器还用于，在接收到一次风暖风器32和/或二次风暖器31和/或净烟气加热器33和/或废水闪蒸浓缩装置34和/或换热装置35的加热请求时，控制其对应的节流元件打开，以利用循环管路中的热媒水进行加热。
34.具体而言，从热媒水循环系统20引出高温热媒水对冷一次风(一次风暖风器32)和/或冷二次风(二次风暖风器31)、净烟气(净烟气加热器33)、脱硫废水(废水闪蒸浓缩装置34)、热水(换热装置35)进行加热，经热用户放热后的热媒水返回热媒水循环系统20。被
加热后的冷一次风及冷二次风维持恒定风温，不受季节变化及环境温度的影响，冷一次风和冷二次风被加热后进入回转式空气预热器10再次加热，最终送入锅炉的炉膛。例如，当电厂烟囱进口的净烟气考虑设置净烟气加热器33用于烟气消白时，可从热媒水循环系统20上引出高温热媒水，经净烟气加热器33放热后，返回热媒水循环系统20，净烟气被净烟气加热器33加热后，达到消白效果排放；又如，当电厂脱硫废水采用闪蒸零排放工艺时，可从热媒水系统上引出高温热媒水，经废水闪蒸浓缩装置34放热后，返回热媒水循环系统20，脱硫废水经闪蒸浓缩装置34加热后，进入闪蒸处理系统进行浓缩处理，实现脱硫废水零排放；再如，当周边存在热水制冷/采暖/生活热水需求时，可从热媒水系统上引出高温热媒水，经换热装置35放热后，返回热媒水循环系统20，来自周边用户的低温水被换热装置加热后，返回热用户。
35.其中，可根据实际情况选择一次风暖风器32、二次风暖风器31、净烟气加热器33、废水闪蒸浓缩装置34、换热装置35，多个装置采用并联的方式设置，这样可以保证相互之间不会受到影响，并且，可以在原系统上随意增加装置，只需要将相关管路连接即可，适用性较强，方便了电厂未来的改造，例如，已采用本实用新型用于节煤用途的电厂，后续需要增加烟气消白方案，仅需从已有的热媒水系统上引出一路热媒水管路供消白系统即可，对现有系统的影响小。
36.根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，加热器23包括：设置在烟气冷却器21的出口处的第一加热器231；设置在热媒水循环水泵22的入口处的第二加热器232；控制器，还用于根据烟气冷却器21热媒水入口的水温对第一加热器231和/或第二加热器232对应的节流元件进行控制。
37.也就是说，加热器23可以包括一个或者多个，在温度很低，一个加热器无法满足要求时，可以设置两个加热器，且加热器的设置方式也是仅需从已有的热媒水系统上引出一路热媒水管路供加热器即可。在烟气冷却器21热媒水入口的水温远远小于第二预设温度时，可同时控制第一加热器对应的节流元件和第二加热器对应的节流元件关闭，以使加热器开始工作，加热器的热源来自周边某处的蒸汽或热水，提高热媒水的温度，满足各耗热用户的需求。
38.继续参照图3，根据本实用新型的一个实施例，上述的烟气热量多效利用系统，还可包括：旁路烟气系统40，旁路烟气系统40可包括：旁路烟道、设置在旁路烟道上的给水换热器41和凝结水换热器42，其中，给水换热器41 的第一端通过旁路烟道与锅炉的出口相连，给水换热器41的第二端与热力系统的给水出口端相连，给水换热器41的第三端与热力系统的给水进口端相连，给水换热器41的第四端通过旁路烟道与凝结水换热器42的第一端相连；凝结水换热器42的第二端与热力系统的凝结水出口端相连，凝结水换热器42 的第三端与热力系统的凝结水进水端相连，凝结水换热器42的第四端与空气预热器10的出口烟道相连。
39.具体而言，进空气预热器10前的主烟道上抽取部分旁路烟气，部分旁路烟气不经过空气预热器10，不参与烟气与空气的热交换。这部分烟气先后与给水(给水换热器)和凝结水(凝结水换热器)进行热交换，加热来自本机组的汽轮机热力系统的给水和凝结水，给水及凝结水被加热后返回原系统。从而能够排挤抽汽，降低汽轮机热耗，降低机组煤耗。另外，由于本系统中空气预热器10进口风温保持恒定(不受季节变化影响)，故旁路烟气比例
不变，无需调节旁路烟气流量。
40.根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，烟气冷却器21设置在除尘器的入口和/或脱硫吸收塔的入口处。
41.在本实用新型的一个实施例，如图4所示，还可以将两台机组共用同一个热媒水系统和/或同一个旁路烟气系统，可以节省成本。
42.另外，在本实用新型的一些实施例中，锅炉的燃料为煤、或可燃气体、或油；锅炉为煤粉锅炉或循环流化床锅炉。
43.综上所述，本实用新型实施例的烟气热量多效利用系统，对于夏季工况，由于环境温度高，为保证空气预热器进口冷风温度不升高，空气预热器进口的冷风需要吸收的热量相比春季时减少，为平衡热媒水系统的热量，运行凝结水冷却装置，来自汽轮机热力系统中的凝结水被热媒水加热后，返回原系统，排挤抽汽，降低汽轮机热耗，进一步降低机组煤耗，由于夏季时空气预热器进口冷风温度不抬升，能够保证空气预热器出口及除尘器入口的烟气温度不抬升；对于冬季工况，由于环境温度低，为保证空气预热器进口冷风温度不降低，空气预热器进口的冷风需要吸收的热量较多，为平衡热媒水系统的热量，运行加热器，保证空气预热器进口冷风温度不降低，从而保证锅炉排烟温度及除尘器进口烟气温度不下降，有效防止空气预热器堵灰、冷端腐蚀、除尘器及下游烟道腐蚀等一系列问题；在热媒水循环系统中设置加热器及冷却装置，针对环境温度的变化，采用补充或吸收热媒水系统的热量，通过水侧调节的方式，达到维持空气预热器进口冷风温度恒定的效果，从而保证锅炉排烟温度恒定的效果，相比调节旁路部分烟气流量的现有技术，水侧调节的方式具有简单、可靠、滞后性小等优点；通过热水作为循环介质，将多种用户并联设置，可同时或单独运行某一用户，同时用于节煤、废水零排放、烟气消白、/采暖/生活热水等多种用途，针对不同用户的特点及环境温度的变化，灵活调节每个用户的能耗输入。
44.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表
述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。