专利名称：电站机炉一体化冷端综合优化系统的制作方法
电站机炉一体化冷端综合优化系统技术领域
本发明属于节能减排领域，特别涉及一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，具 体说是(1)空气侧，采用汽轮机排汽以及低压抽汽逐级对冷空气进行预热，预热后的空气 再进入主空气预热器进一步加热至所需温度；(2)锅炉省煤器出口的烟气同时进入主空气 预热器和旁路烟道的第一、第二级烟水换热器，出口烟气经锅炉尾部汇合后进入第三级烟 水换热器，其后再进入除尘和脱硫装置；(3)第一级烟水换热器可用于加热汽轮机给水、替 代部分高压抽汽，第二、三级烟水换热器也可用于加热较高温度的凝结水、替代较高压力的 抽汽；(4)可根据机组烟气温度水平、各级抽汽参数等，灵活设计不同的烟气余热利用方式 以及各级烟水换热器与汽轮机汽水系统的连接方式。
背景技术：
大型火电机组的节能减排是中国的重要能源战略。在中国，燃煤电厂消耗了全国 近一半的煤炭产量，一般燃煤机组的锅炉排烟温度在120-140°C左右，导致大量低品位能量 直接排向环境，带来巨大的余热资源浪费。随着近年来煤炭能源价格的不断上涨，以煤炭为 基础的发电成本日益提高，各火力发电厂面临着巨大的节能压力，不断寻求降低煤耗、节 约能源方面新的应用技术，并加大相关的资金投入。
烟气余热的有效利用是燃煤电站锅炉节能的主要途径，利用锅炉尾部烟气余热加 热凝结水，不仅能有效降低锅炉的排烟温度，提高锅炉效率，而且通过余热换热器输入热系 统的热量能够排挤部分汽轮机的回热抽汽，在汽机进汽蒸汽量不变的情况下，排挤抽汽返 回汽轮机继续膨胀做功，排挤的抽汽级别越高，抽汽做的功就越多。而采用低级别的抽汽预 热冷空气，置换出高温烟气加热凝结水，可以排挤高级别的抽汽继续做功。因此，在燃料输 入量不变的情况下，可以使汽机输出功率增加，提高机组的热效率与经济性。
德国Niederaussem电厂为回收利用高温烟气余热,提高凝结水入口温度,替代更 高能级的汽机抽汽，在烟气余热利用系统中集成了旁路烟道技术，从省煤器出口流出的高 温烟气一部分进入空气预热器，另一部分进入旁路烟道，加热高温换热器中的高压给水以 及低温换热器中的凝结水，在并联烟道之后布置冷风预热器，回收烟气中烟温水平较低的 余热。
德国Niederaussem电厂的余热回收系统可节约发电标准煤耗约7g/kWh,但由于 德国电厂一般采用褐煤作为燃料，排烟温度普遍较高，甚至高达160 °C，因此德国燃煤电厂 的尾部烟气余热量很高。而中国燃煤电厂采用普通无烟煤和烟煤作为燃料，烟气温度水平 相对较低，一般在120-140°C左右，和德国电厂的实际情况有较大区别，由于锅炉尾部中低 温烟气中常常含有如S02、S03、NOx等腐蚀性气体，当壁面温度降到酸露点以下时，低温管壁 易发生强烈的低温烟气腐蚀，同时与烟气中的飞灰形成以硫酸钙为主的水泥状物质，使烟 气侧通风阻力增大，风机电耗增加，而且加剧了管壁的腐蚀，严重影响锅炉的安全与经济运 行。因此德国Niederaussem电厂的余热回收系统并不适用于中国的燃煤电站。
本发明提出了一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，解决了上述技术的不足，能量对口、梯级利用尾部烟气能量，并利用汽轮机低压缸抽汽和锅炉尾部烟气预热空气的 系统和方法。这种新的能量利用思路，就是在不改变空气预热器出口烟气温度的前提下， 利用旁路烟道和低级别抽汽回收较高品质的烟气热量加热较高级别的凝结水，替代较高级 别的抽汽，空气预热器减少的吸热量由汽轮机低压缸抽汽凝结放热和锅炉尾部烟气余热弥 补，可综合防止烟气温度过低造成的低温腐蚀，是一种真正适用于中国燃煤电站节能减排 的新技术。发明内容
本发明的目的是提出了一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，该系统主要包括 串联的汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，锅炉主省煤器，主烟道，旁路烟道，汇 合烟道，主空气预热器，烟水换热器，高压加热器，除氧器，低压加热器，烟气-空气加热器 以及抽汽冷凝式空气预热器；其特征在于主烟道2和旁路烟道3并联后，上端与主省煤器 I连接，下端与汇合烟道22连接，旁路烟道3中依次设置第一级烟水换热器5和第二级烟 水换热器6，第三级烟水换热器16设置在汇合烟道22中；主空气预热器4分别连接汇合烟 道22、主烟道2以及第四级抽汽冷凝式空气预热器27，其中第四级抽汽冷凝式空气预热器 27、第三级抽汽式空气预热器26、第二级抽汽冷凝式空气预热器25和第一级抽汽冷凝式空 气预热器24串联；汇合烟道22出口经过除尘器23后连接至脱硫装置，第一级烟水换热器 5的进口通过第28阀门、第29阀门连接在三号高压加热器9两边，第一级烟水换热器5的 出口通过第30阀门、第31阀门连接在一号高压加热器7两边，二号高压加热器8两边分别 与第29阀门和第31阀门连接；一号至三号高压加热器分别与汽轮机高压缸17、汽轮机中 压缸18连接；第二级烟水换热器6出口通过第33阀门连接于五号低压加热器11 一侧，第 二级烟水换热器6进口通过第33阀门连接于五号低压加热器11另一侧，第三级烟水换热 器16的进口、出口通过第34阀门、第35阀门连接于六号低压加热器12两侧，其中第二级 烟水换热器6和第三级烟水换热器16之间通过第36阀门直接连接，五号低压加热器11、六 号低压加热器12、七号低压加热器13和八号低压加热器14通过凝结水和给水管路形成串 联结构；并分别与汽轮机低压缸19排气口连接；汽轮机低压缸19排气口还通过凝汽器20 与八号低压加热器14进口连接。
在汇合烟道22和第四级抽汽冷凝式空气预热器27与主空气预热器4连接的烟道 中跨接烟气-空气加热器15，替换第三级烟水换热器16。
布置在主烟道2、旁路烟道3和汇合烟道22内的并和五号至八号低压加热器和一 号至三号高压加热器连接的第一级、第二级和第三级烟水换热器回收烟气余热，以加热汽 轮机凝结水或给水。
在空气预热侧第一级至第四级抽汽冷凝式空气预热器逐级预热冷空气，各级抽 汽在抽汽冷凝式空气预热器中放热后的凝结水分别流入该级抽汽对应的低压加热器的回 水管中。
在烟气余热利用侧省煤器I出口烟气大部分仍然由主烟道2进入主空气预热器 4，另一部分进入旁路烟道3，依次通过第一级烟水换热器5和第二级烟水换热器6之后，两 股烟气进入汇合烟道22，通过第三级烟水换热器16及除尘器23，随后进入脱硫单元，最终 排放。
在凝结水加热侧从某级高压加热器入口抽取凝结水经第一级烟水换热器5加热 后返回至更高级高压加热器出口，从某级低压加热器入口抽取凝结水经第二级烟水换热器 6加热后返回至更高级低压加热器出口。
本发明的有益效果是所提供电站机炉一体化冷端综合优化系统具有如下特点
1.采用抽汽冷凝式空气预热器多级串联布置，逐级预热冷空气，换热损失小；抽 汽冷凝式空气预热器抽取的是汽轮机的低压蒸汽，温度、压力非常低，其在汽轮机中做功能 力低，有利于节能。蒸汽在抽汽凝式空气预热器中换热方式为蒸汽冷凝相变换热的换热方 式，释放出大量潜热，且加热对象是无腐蚀性的空气，换热器不存在腐蚀问题，空气可以被 预热到100摄氏度以上。
2.烟气侧主要换热器的布置形成串并联结构，有利于最大程度利用烟气余热。
3.三级烟水换热器利用方式比较灵活，可以通过阀门灵活调节，烟水换热器与加 热器采用并联布置，凝结水因未流经加热器而减少的水侧阻力足以补偿其流经烟水换热器 所增加的阻力，故其不需增设水泵，更有利于在原电厂热系统的基础上进行改造。
4.该系统灵活开放，根据需要，可以去掉抽汽冷凝式空气预热器，用烟气-空气换 热器直接向空气释放热量。
5.设置抽汽冷凝式空气预热器、利用汽轮机排汽废热来预热冷空气，可使冷空气 加热到8-20°C，可有效避免冬季冻结问题，同时利用废热可节约大量低温热能、节省循环 水；同时，抽汽冷凝式空气预热器也适用于空冷机组，一般空冷机组排汽压力比较高，排汽 参数较高，引入抽汽冷凝式空气预热器，可以把空气温度提高到15-40°C。
6.该系统也可不设置第三级烟水换热器，可减少烟气阻力，进一步降低改造投 资，并保持较高排烟温度、基本解决余热利用过程中因锅炉尾部烟气温度过低造成的低温 腐蚀问题。据计算本一体化系统可降低发电标准煤耗6-llg/KWh，经济效益显著。
图1为电站机炉一体化冷端综合优化系统示意图
图2为带烟气-空气预热器的电站机炉一体化冷端综合优化系统示意图
实施方式
本发明提出一种电站机炉一体化冷端综合优化系统。下面结合附图和实例予以说明。
如图1所示的电站机炉一体化冷端综合优化系统示意图中，电站机炉一体化冷端 综合优化系统主要包括串联的汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，锅炉主省煤 器，主烟道，旁路烟道，汇合烟道，主空气预热器，烟水换热器，高压加热器，除氧器，低压加 热器，烟气-空气加热器以及抽汽冷凝式空气预热器；其中主烟道2和旁路烟道3并联后， 上端与主省煤器I连接，下端与汇合烟道22连接，旁路烟道3中依次设置第一级烟水换热 器5和第二级烟水换热器6，第三级烟水换热器16设置在汇合烟道22中；主空气预热器4 分别连接汇合烟道22、主烟道2以及第四级抽汽冷凝式空气预热器27，其中第四级抽汽冷 凝式空气预热器27、第三级抽汽冷凝式空气预热器26、第二级抽汽冷凝式空气预热器25和 第一级抽汽冷凝式空气预热器24串联；汇合烟道22出口经过除尘器23后连接至脱硫装 置，第一级烟水换热器5的进口通过第28阀门、第29阀门连接在三号高压加热器9两边，第一级烟水换热器5的出口通过第30阀门、第31阀门连接在一号高压加热器7两边，二号 高压加热器8两边分别与第29阀门和第31阀门连接；一号至三号高压加热器分别与汽轮 机高压缸17、汽轮机中压缸18连接；第二级烟水换热器6出口通过第33阀门连接于五号 低压加热器11 一侧，第二级烟水换热器6进口通过第33阀门连接于五号低压加热器11另 一侧，第三级烟水换热器16的进口、出口通过第34阀门、第35阀门连接于六号低压加热器 12两侧，其中第二级烟水换热器6和第三级烟水换热器16之间通过第36阀门直接连接，五 号低压加热器11、六号低压加热器12、七号低压加热器13和八号低压加热器14通过凝结 水和给水管路形成串联结构；并分别与的第三汽轮机19排气口连接；第三汽轮机19排气 口还通过凝汽器20与八号低压加热器14进口连接。
如图2所示，可在抽汽式空气预热器26出口设置烟气-空气加热器15，用烟气-空 气换热器15直接向空气释放热量，回收烟气余热用于进一步预热空气；如图1所示，亦可不 设置烟气-空气加热器15，而设置第三级烟水换热器16用于加热凝结水或给水，此时，可抽 取较高级抽汽用于进一步预热空气。该系统灵活开放，根据需要，可以去掉第四级抽汽冷凝 式空气预热器27，如图2所示，所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统；可完全不设 置第三级烟水换热器16，这样便可减少烟气阻力，减少改造投资。此时，锅炉尾部烟气温度 在120-150°C，对尾部受热面没有任何的低温烟气腐蚀，故不需要采用特殊防腐蚀材料，可 进一步降低改造投资。
其原理如下空气侧，依次抽取部分汽轮机排汽和低级别抽汽，分别通过第一级抽 汽冷凝式空气预热器24、第二级抽汽冷凝式空气预热器25、第三级抽汽冷凝式空气预热器 26和第四级抽汽冷凝式空气预热器27逐级预热冷空气，抽汽在抽汽冷凝式空气预热器中 放热后的凝结水分别流入抽汽对应下的下一级低压加热器的回水管中。
烟气侧，省煤器I出口 350_450°C的烟气分为两路一路接入主空气预热器4，另一 路经过旁路烟道3依次通过第一级烟水换热器5和第二级烟水换热器6，视机组参数而定， 从某级高压加热器入口抽取凝结水经第一级烟水换热器5加热后返回至更高级高压加热 器出口，从某级低压加热器入口抽取凝结水经第二级烟水换热器6加热后返回至更高级低 压加热器出口，出口烟气在尾部汇合烟道22混合。
本发明基于能量对口、梯级利用原则合理利用锅炉尾部烟气余热，并首次提出利 用汽轮机低压缸抽汽和锅炉尾部烟气逐级预热空气这一方法，相应的减少了空气预热器的 吸热量，能回收较高品质的烟气余热用于加热较高级加热器的凝结水，排挤较高级的抽汽， 同时有效减轻余热利用过程中因锅炉尾部烟气温度低于酸露点后对受热面造成的低温腐 蚀问题，据计算该系统可降低发电标准煤耗6-llg/KWh，经济效益显著。
权利要求
1.一种电站机炉一体化冷端综合优化系统,该系统主要包括汽轮机，锅炉主省煤器， 主烟道，旁路烟道，汇合烟道，主空气预热器，烟水换热器，高压加热器，除氧器，低压加热器，烟气-空气加热器以及抽汽冷凝式空气预热器；其特征在于主烟道(2)和旁路烟道(3)并联后，上端与主省煤器(I)连接，下端与汇合烟道(22)连接，旁路烟道(3)中依次设置第一级烟水换热器(5)和第二级烟水换热器(6)，第三级烟水换热器(16)设置在汇合烟道(22)中；主空气预热器(4)分别连接汇合烟道(22)、主烟道(2)以及第四级抽汽冷凝式空气预热器(27)，其中第四级抽汽冷凝式空气预热器(27)、第三级抽汽冷凝式空气预热器(26)、第二级抽汽冷凝式空气预热器(25)和第一级抽汽冷凝式空气预热器(24)串联；汇合烟道(22 )出口经过除尘器(23 )后连接至脱硫装置，第一级烟水换热器(5 )的进口通过第28 阀门、第29阀门连接在三号高压加热器(9)两边，第一级烟水换热器(5)的出口通过第30 阀门、第31阀门连接在一号高压加热器(7)两边，二号高压加热器(8)两边分别与第29阀门和第31阀门连接；一号至三号高压加热器分别与汽轮机高压缸(17)、汽轮机中压缸(18) 连接；第二级烟水换热器(6 )出口通过第33阀门连接于五号低压加热器(11) 一侧，第二级烟水换热器(6)进口通过第33阀门连接于五号低压加热器(11)另一侧，第三级烟水换热器(16)的进口、出口通过第34阀门、第35阀门连接于六号低压加热器(12)两侧，其中第二级烟水换热器(6)和第三级烟水换热器(16)之间通过第36阀门直接连接，五号低压加热器(11)、六号低压加热器(12)、七号低压加热器(13)和八号低压加热器(14)通过凝结水和给水管路形成串联结构；并分别与汽轮机低压缸(19)排汽口连接；汽轮机低压缸(19)排汽口还通过凝汽器(20)与八号低压加热器(14)进口连接。
2.根据权利要求1所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，其特征在于，在汇合烟道(22)和第四级抽汽冷凝式空气预热器(27)与主空气预热器(4)连接的烟道中跨接烟气-空气加热器(15 )，替换第三级烟水换热器(16 )。
3.根据权利要求1所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，其特征在于，布置在主烟道(2)、旁路烟道(3)和汇合烟道(22)内的并和五号至八号低压加热器和一号至三号高压加热器连接的第一级、第二级和第三级烟水换热器回收烟气余热，以加热汽轮机凝结水或给水。
4.根据权利要求1所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，其特征在于，在空气预热侧第一级至第四级抽汽冷凝式空气预热器逐级预热冷空气，各级抽汽在抽汽冷凝式空气预热器中放热后的凝结水分别流入该级抽汽对应的低压加热器的回水管中。
5.根据权利要求1所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，其特征在于，在烟气余热利用侧省煤器(I)出口烟气大部分仍然由主烟道(2)进入主空气预热器(4)，另一部分进入旁路烟道(3 )，依次通过第一级烟水换热器(5 )和第二级烟水换热器(6 )，之后， 两股烟气进入汇合烟道(22)，通过第三级烟水换热器(16)及除尘器(23)，随后进入脱硫单元，最终排放。
6.根据权利要求1所述的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，其特征在于，在凝结水加热侧从某级高压加热器入口抽取凝结水经第一级烟水换热器(5)加热后返回至更高级高压加热器出口，从某级低压加热器入口抽取凝结水经第二级烟水换热器(6)加热后返回至更高级低压加热器出口。
全文摘要
本发明公开了属于电站节能领域的一种电站机炉一体化冷端综合优化系统，该系统主要包括汽轮机、主省煤器，主烟道，旁路烟道，汇合烟道，主空气预热器，烟水换热器,高、低压加热器，除氧器，烟气-空气加热器以及抽汽冷凝式空气预热器。采用抽汽冷凝式空气预热器多级串联布置，依次抽取部分汽轮机排汽及相应低压级抽汽，逐级预热冷空气；设置第一、二、三级烟水换热器用于加热给水和凝结水，替代汽轮机的较高压力的抽汽。由此，机炉一体化冷端综合优化系统通过高效余热利用，以及利用低压抽汽加热空气节省用于回热的高压抽汽，从而显著增加机组出功、实现燃煤发电机组的深度节能降耗；并减轻余热利用受热面低温腐蚀问题，经济效益显著。
文档编号F22D1/36GK103062754SQ201210586768
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者徐钢, 黄圣伟, 杨勇平, 刘超, 张国强 申请人:华北电力大学