专利名称：烟气余热利用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种余热回收利用系统，尤其涉及应用于火力发电厂的烟气余热利用系统。
背景技术：
随着国民经济的发展，社会对电力的需求正在不断的提高。对于正在进行工业化和经济快速发展的新兴发展中国家，如中国，电力的消耗量和发电厂的装机容量正在迅速增加。对中国而言，由于受其一次能源的储存品种和储存量的限制，近几十年来发电厂的燃料以煤炭为主，达到了 70%以上，而且这种趋势在可预见的未来不会有根本的改变。虽然燃煤火电厂对于中国有着成本较低、燃料来源广泛等优势，但是燃煤火电厂存在效率较低、污染物排放较多等缺点。由于排放到大气中的污染物基本上来源于煤炭的燃烧，因此污染物的排放量与火电厂的煤耗量正相关，同时也与烟气净化设备的烟气净化效率有关。降低火电厂煤耗量的同时也减少了火电厂向大气中污染物的排放量，提高烟气净化设备的净化效率也减少了火电厂向大气中污染物的排放量。一般而言，可以采用以下三种方法减少火电厂的煤耗量。(一)提高蒸汽的压力和温度。提高了蒸汽的压力和温度后，汽轮机的效率将提高，热耗下降，可提高整个火力发电系统的效率，降低煤耗。目前，主流的火电机组的蒸汽压力和温度从亚临界参数提高到超临界参数，进一步提高到超参数。目前国内外正在为进一步提高蒸汽温度作不懈的技术研究。 但是蒸汽温度和压力每提高一个台阶，锅炉和汽轮机都需要采用热强度和抗腐蚀能力更高的材料，大大提高了机组的建设维护成本。(二)降低汽轮机的排汽参数。降低了汽轮机的排汽参数后，也可提高汽轮机的效率，降低汽轮机的热耗。降低汽轮机的排汽参数即需要降低汽轮机的循环冷却水温度，由于受电厂所处地理位置和气候条件的限制，循环冷却水温是在一定的范围内变化的，因此汽轮机的排汽参数下降的幅度是有限的。对于同一地区，汽轮机的排汽参数是一定的。(三)减少锅炉烟气的排放热损失。锅炉燃烧后产生的烟气，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110°C 170°C之间。通常情况下锅炉烟气通过净化处理后直接排放到大气，排放的烟气温度几乎没有变化，即烟气中的热量直接排放到大气而不加以利用。在采用烟气湿法脱硫的工艺中，烟气在脱硫吸收塔中在脱硫剂浆液的喷淋作用下温度下降到40°C 50°C，在这个过程中烟气的热量被浆液带走，蒸发了浆液中的水分。烟气温度越高，对浆液中的水分的蒸发量越大，电厂的水耗量越大。一些电厂由于受环保的要求，要求向大气中排放的烟气温度不低于72°C 80°C，脱硫吸收塔出口的烟气需加热到这个温度以上，因此采用了烟气-烟气换热器或烟气-水-烟气换热器将锅炉排出的较高温度的烟气加热脱硫吸收塔排出的较低温度的烟气，由于加热后的烟气仍然排放到大气中，锅炉排放的烟气的热量仍然没有被回收利用。对锅炉烟气余热的利用，国内外已有不少的设计和实践，均采用烟气换热器的型式，通过换热器将烟气中的热量置换给别的介质以加以利用。这种烟气换热器被称为“低温省煤器”、“低压省煤器”、“烟气冷却器”、“烟水换热器”等各种名称，其实质是相同或相似
3的。如，德国义^虹狀Pumpe电厂2X800MW褐煤发电机组在静电除尘器和烟气脱硫塔之间加装了烟气冷却器，采用凝结水吸收烟气余热。现有的烟气换热器系统布置在脱硫岛进口，主要作用是吸收烟气余热，降低机组的煤耗量。但是，锅炉烟气系统及其相应的排放、净化等设备电耗巨大，成本昂贵，可以改进的方面还很多，举例如下。(1)锅炉燃烧产生的烟气需要通过风机克服烟气系统的阻力将烟气排出到大气， 一般火电厂采用引风机或引风机及脱硫增压风机来排放烟气。由于烟气体积流量巨大，因此引风机和增压风机耗电巨大，两者是火电厂最大的耗电设备，达到了全厂耗电量的30% 左右。烟气的容积流量与烟气温度有关，烟气温度低则流量低，因此，如可降低引风机、增压风机进口的烟气温度，可减少风机流量，降低风机的电耗，在其它条件不变的基础上，风机的电耗基本上和烟气温度成正比。同时较低的烟气温度，可选择直径较小的风机叶轮，降低风机的投资成本。(2)静电除尘器的作用是通过电极板来捕捉烟气中的烟尘，以降低排入大气的烟尘量。静电除尘器的烟尘捕捉效率与烟气的比电阻有关，比电阻越低，在其它条件相同的情况下，静电除尘器的效率越高。由于进入除尘器的烟气温度下降，可以明显降低比电阻，提高除尘器效率，同时降低了除尘器的电耗。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种烟气余热利用系统，具有降低烟尘排放、降低二氧化硫和氮氧化物排放、减少厂用电、提高除尘效率、节约脱硫设备用水和节约机组煤耗的优点。本发明的技术方案为本发明揭示了一种烟气余热利用系统，包括锅炉、与该锅炉出口连接的空气预热器、除尘器、与该除尘器出口连接的引风机、以及连接该引风机的增压风机，其特征在于，在该空气预热器和该除尘器之间安装烟气换热器用以吸收烟气中的热量，该烟气换热器的进口连接该空气预热器的出口，该烟气换热器的出口连接该除尘器的进口。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，该烟气换热器与汽轮机回热系统建立连接，采用汽轮机回热系统中的凝结水吸收烟气中的热量。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，所采用的汽轮机回热系统中的凝结水来自本机组中的汽轮机回热系统或者其他机组中的汽轮机回热系统。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，汽轮机回热系统中的凝结水通过汽轮机回热系统中的凝结水泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器中。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，在该烟气换热器和该汽轮机回热系统之间安装凝结水升压泵，汽轮机回热系统中的凝结水通过该凝结水升压泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器中。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，该烟气换热器还连接循环泵、热交换器和送风机，通过锅炉进冷风吸收流经该烟气换热器的烟气中的热量。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，该烟气换热器采用表面式换热器。
根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，该烟气换热器采用热管式换热器。根据本发明的烟气余热利用系统的一实施例，该烟气换热器采用具有中间载体的间热式换热器。本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明针对已有烟气余热利用系统的不足，将烟气换热器布置在空气预热器和除尘器之间，烟气通过烟气换热器后根据烟气的腐蚀特性、烟气换热器的制造成本、烟气换热器的占用的布置空间与节约的发电厂煤耗的收益的综合经济技术比较，选择一个最优的烟气温度。采用本烟气换热器系统，即可回收了烟气的余热以降低火电厂的煤耗，还可以利用较低的烟气温度带来的提高静电除尘器除尘效率、降低引风机和增压风机电耗、降低引风机和增压风机投资成本、降低脱硫系统水耗、提高脱硫效率、利用除尘器前烟气中碱性颗粒浓度高的特点中和烟气中的三氧化硫以实现减轻烟气的腐蚀性降低对下游设备的腐蚀等综合效益。
图1是现有技术中布置在脱硫吸收塔之前采用凝结水吸收烟气余热的系统示意图。图2是本发明的烟气余热系统的第一实施例的系统示意图。图3是本发明的烟气余热系统的第二实施例的系统示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。烟气余热系统的第一实施例图2示出了本发明的烟气余热系统的第一实施例。本实施例的烟气余热系统包括锅炉10、空气预热器11 (也可称为空预器11)、烟气换热器12、除尘器13、引风机14和增压风机15。它们之间的连接关系是锅炉10的出口连接空气预热器11的进口，空气预热器11的出口连接烟气换热器12的进口，烟气换热器12的出口连接除尘器13的进口，除尘器13的出口连接引风机14，引风机再连接增压风机15，增压风机15的出口连接到外部的脱硫吸收塔。烟气换热器12和汽轮机回热系统建立连接，是采用汽轮机回热系统中的凝结水吸收烟气中的热量，而所采用的汽轮机回热系统中的凝结水可来自本机组中的汽轮机回热系统，也可来自其他机组中的汽轮机回热系统。当然水源除了凝结水之外，还可以是其他水源，如热网水、暖通用水、电厂及其他单位需要的生活用水等。本实施例的原理是基于汽轮机热力循环基本原理。汽轮机凝结水系统中的凝结水冷却锅炉烟气并被烟气加热后返回汽轮机凝结水系统，由于凝结水温度的上升排挤了部分低压加热器中的抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，被排挤的抽汽在汽轮机内膨胀做功， 因此，在机组煤耗量不变的情况下增加了汽轮机发电机的发电量，同理，在汽轮机发电机量不变的情况下，可节约机组的煤耗。凝结水进入烟气换热器12可借助汽轮机回热系统中的凝结水泵，即通过汽轮机回热系统中的凝结水泵克服烟气换热器12及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器12中。凝结水进入烟气换热器12也可借助安装在烟气换热器12和汽轮机回热系统中的凝结水升压泵，即通过汽轮机回热系统中的凝结水升压泵使得汽轮机回热系统中的凝结水克服烟气换热器12及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器12中。烟气换热器12可以有很多形式，例如表面式换热器、热管式换热器、有中间载体的间热式换热器，其中中间载体为液态，可以为水，也可以为其他低沸点的液体，如乙二醇寸。锅炉10燃烧产生的烟气通过空气预热器11后，根据锅炉形式和燃煤种类的不同， 其温度一般在110°c 170°C之间。烟气通过烟气换热器12后温度下降到合适的温度。烟气换热器12为烟气-凝结水为换热介质，烟气侧放热，凝结水侧吸热。烟气来源于空气预热器11出口的锅炉烟气。凝结水来源于汽轮机凝结水系统，即来源于某一级低压加热器出口或若干级低压加热器出口并汇总，凝结水通过烟气换热器12吸热后回到某一级低压加热器进口或出口。烟气通过烟气换热器12后，进入除尘器13，并经过引风机14和脱硫增压风机15提升烟气压力后进入吸收塔。本实施例的凝结水起到降低烟气温度，同时提高凝结水温度的作用。凝结水从哪一级低压加热器出口或哪些级低压加热器出口的选择，以及烟气换热器所需要的换热面积取决于如下因素(1)这些引出点的凝结水温度；(2)烟气换热器进出口的烟气温度；(3) 烟气换热器的采购成本；(4)由于凝结水温度的上升导致汽轮机抽汽减少而节约的汽轮发电机组能耗或可以多产生的电功率；(5)烟气换热器系统增加的烟气侧和凝结水侧的阻力导致的风机和凝结水泵电耗的增加；(6)脱硫系统节约的水耗带来的收益；(7)除尘器降低烟尘量的排放带来的收益；(8)脱硫塔提高脱硫效率带来的收益；(9)其他因为设置了该方案而导致的电厂热力系统和烟风系统的设备配置和系统配置的变化。烟气余热利用系统的第二实施例图3示出了本发明的烟气余热利用系统的第二实施例。本实施例的系统包括锅炉20、空气预热器21 (也可称为空预器21)、烟气换热器22、除尘器23、引风机M和增压风机25。它们之间的连接关系是锅炉20的出口连接空气预热器21的进口，空气预热器21 的出口连接烟气换热器22的进口，烟气换热器22的出口连接除尘器23的进口，除尘器23 的出口连接引风机对，引风机M再连接增压风机25，增压风机25的出口连接到外部的吸收塔。烟气换热器22还连接循环泵沈、热交换器27和送风机观。本实施例的原理是利用锅炉入口冷风冷却锅炉烟气并提高进入炉膛的热风温度， 因此在汽轮发电机发电量不变的情况下节约了机组的煤耗。锅炉燃烧产生的烟气通过空气预热器21后，根据锅炉形式和燃煤种类的不同，其温度一般在110°c 170°C之间。烟气通过烟气换热器22后温度下降到合适的温度。烟气换热器22采用进入锅炉的空气吸收烟气的温度。烟气来源于空气预热器出口的锅炉烟气， 空气来源于送风机观出口的冷二次风，也可采用一次风机出口的冷一次风。烟气通过烟气换热器22后，进入除尘器23，并经过引风机M和脱硫增压风机25提升烟气压力后进入吸收塔。烟气换热器22的形式可采用烟气、空气直接换热器，如管式换热器、回转式换热器，也可采用有中间热媒的间热式换热器。热媒在烟气侧吸收热量，在空气侧放热。热媒为液态，可以为水，也可以为其他低沸点的液体，如乙二醇等，热媒通过热媒循环泵维持其在烟气侧/空气侧和热媒侧换热器之间流动。如采用低沸点的液体可在循环回路上设置气液凝结分离设备，循环泵26设置在该设备的下游。本发明的发明点在于采用设置在除尘器进口的烟气换热器，采用汽轮机回热系统中的凝结水或锅炉入口冷风吸收烟气中的热量。本发明通过烟气换热器利用锅炉烟气中的热量。烟气通过烟气换热器后温度下降，烟气的比电阻也相应下降。对于静电除尘器而言，其除尘效率随着烟气比电阻的下降而有较为明显的上升。因此，在除尘器进口设置烟气换热器降低烟气温度，可提高除尘器的除尘效率，减少烟尘的排放。本发明通过烟气换热器利用锅炉烟气中的热量。烟气通过烟气换热器后温度下降，烟气的容积流量下降，将降低引风机、增压风机的电耗。因此，在除尘器进口设置烟气换热器降低烟气温度，可降低设置在除尘器下游的引风机和增压风机的电耗，可节约机组的厂用电。本发明通过烟气换热器利用锅炉烟气中的热量。烟气通过烟气换热器后温度下降，进入脱硫吸收塔的烟气温度降低。对于烟气湿法脱硫的工艺，需要将烟气在脱硫吸收塔中在脱硫剂浆液的喷淋作用下温度下降到40°C 50°C，在这个过程中烟气的放热蒸发了浆液中的水分。烟气温度越高，对浆液中的水分的蒸发量越大，脱硫系统的水耗量越大。因此，设置了烟气换热器后，降低进入脱硫吸收塔的烟气温度，可减少脱硫吸收塔的水的蒸发量，大大降低脱硫系统的用水量。本发明通过烟气换热器利用锅炉烟气中的热量。烟气通过烟气换热器后温度下降，导致烟气的容积流量下降。烟气进入脱硫吸收塔后，烟气的流速下降，烟气在脱硫塔喷淋区域中的停留时间增加，即增加了烟气中的二氧化硫和脱硫浆液的接触时间，可提高脱硫吸收塔的脱硫效率，降低二氧化硫的排放。本发明通过设置在除尘器进口的烟气换热器降低烟气温度后凝结析出三氧化硫， 由于除尘器进口的烟气中的碱性颗粒浓度高，能够中和三氧化硫，降低了烟气的腐蚀性，减轻了烟气的腐蚀性降低对下游设备的腐蚀。以为某1000MW机组所做方案为例，采用烟气余热利用系统。烟气换热器的进口烟气温度为130°C，出口烟气温度为106°C。该烟气换热器系统可将29. 7MW的热量从烟气中置换出来，用于汽轮机增加做功。可降低发电标准煤耗1. 3g/Kw. h，按发电机组年利用小时 5500小时计，每年每台发电机组可节约7150吨标准煤。同时，由于进入脱硫吸收塔的温度由125°C降低到lore，可节约脱硫塔耗水，提高静电除尘器的效率。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.一种烟气余热利用系统，包括锅炉、与该锅炉出口连接的空气预热器、除尘器、与该除尘器出口连接的引风机、以及连接该引风机的增压风机，其特征在于，在该空气预热器和该除尘器之间安装烟气换热器用以吸收烟气中的热量，该烟气换热器的进口连接该空气预热器的出口，该烟气换热器的出口连接该除尘器的进口。
2.根据权利要求1所述的烟气余热利用系统，其特征在于，该烟气换热器与汽轮机回热系统建立连接，采用汽轮机回热系统中的凝结水吸收烟气中的热量。
3.根据权利要求2所述的烟气余热利用系统，其特征在于，所采用的汽轮机回热系统中的凝结水来自本机组中的汽轮机回热系统或者其他机组中的汽轮机回热系统。
4.根据权利要求2所述的烟气余热利用系统，其特征在于，汽轮机回热系统中的凝结水通过汽轮机回热系统中的凝结水泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器中。
5.根据权利要求2所述的烟气余热利用系统，其特征在于，在该烟气换热器和该汽轮机回热系统之间安装凝结水升压泵，汽轮机回热系统中的凝结水通过该凝结水升压泵克服烟气换热器及其进出口凝结水管道的凝结水阻力进入烟气换热器中。
6.根据权利要求1所述的烟气余热利用系统，其特征在于，该烟气换热器还连接循环泵、热交换器和送风机，通过锅炉进冷风吸收流经该烟气换热器的烟气中的热量。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的烟气余热利用系统，其特征在于，该烟气换热器采用表面式换热器。
8.根据权利要求1 6中任一项所述的烟气余热利用系统，其特征在于，该烟气换热器采用热管式换热器。
9.根据权利要求1 6中任一项所述的烟气余热利用系统，其特征在于，该烟气换热器采用具有中间载体的间热式换热器。
全文摘要
本发明公开了一种烟气余热利用系统，具有降低烟尘排放、降低二氧化硫和氮氧化物排放、减少厂用电、提高除尘效率、节约脱硫设备用水和节约机组煤耗的优点。其技术方案为系统包括锅炉、与该锅炉出口连接的空气预热器、除尘器、与该除尘器出口连接的引风机、以及连接该引风机的增压风机，其特征在于，在该空气预热器和该除尘器之间安装烟气换热器用以吸收烟气中的热量，该烟气换热器的进口连接该空气预热器的出口，该烟气换热器的出口连接该除尘器的进口。
文档编号F23L15/00GK102338371SQ20101023044
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者叶勇健, 施刚夜, 邓文祥 申请人:中国电力工程顾问集团华东电力设计院