一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了属于电站节能领域的一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，该系统主要包括主省煤器，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-空气加热器以及凝结水-空气加热器。采用凝结水-空气加热器抽取部分热力系统中低温凝结水和锅炉低温烟气预热冷空气；设置第一、二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，该烟气余热利用系统通过高效余热利用，以及利用低级别凝结水和锅炉低温烟气预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。
【专利说明】一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统
【技术领域】
[0001]本发明属于节能减排领域，特别涉及一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，具体说是:(1)空气侧，采用低级别凝结水和锅炉低温烟气对冷空气进行预热，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，出口烟气经烟气-空气加热器，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。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]目前适合锅炉尾部烟气余热利用的都是直接考虑用空气预热器出口处低温烟气加热凝结水，由于空气预热器排烟温度约为120-140°C，由于当受热面温度到达酸露点时会发生低温硫酸露点腐蚀，故其温度利用空间有限，形式单一。并且没有考虑锅炉尾部受热面结构布置给烟气余热利用带来的制约，使得烟气余热资源不能以最优化形式得以有效利用。
[0004]本发明提出了一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，突破常规电站锅炉尾部余热利用方式，解决了上述技术的不足，能量对口、梯级利用尾部烟气能量，并利用低参数凝结水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凝结水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低级别凝结水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，节能效益显著，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】
[0005]本发明的目的是提出了一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，该系统主要包括锅炉主省煤器，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-空气加热器以及凝结水-空气加热器；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8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，烟气-空气加热器7设置在汇合烟道8中；主空气预热器4分别连接汇合烟道8、主烟道2以及烟气-空气加热器7 ；烟气-空气加热器7空气侧分别连接凝结水-空气加热器10和主空气预热器4，烟气侧置于汇合烟道8之中；汇合烟道8出口经过除尘器9后连接至脱硫装置；第一级烟水换热器5的进口通过第20阀门连接在三号高压加热器13入口管路，第一级烟水换热器5的出口连接在一号高压加热器11出口管路；第二级烟水换热器6进口通过第21阀门连接于五号低压加热器15入口管路，第二级烟水换热器6出口连接于五号低压加热器15出口管路；凝结水-空气换热器10通过管路水泵24分别经过第22阀门、第23阀门分别连接于六号低压加热器16和七号低压加热器17出口管路，，凝结水-空气换热器10出口连接于八号低压加热器18入口管路或经第25阀门连接至七号低压加热器17入口管路；五号低压加热器15出口管路经过除氧器14和给水泵19连接至三号高压加热器13入口管路。
[0006]在锅炉空气预热侧:通过管路水泵24从六号低压加热器16和七号低压加热器17出口管路抽取低温(约70°C -130°C )的凝结水进入凝结水-空气加热器10中释放热量预热冷空气，释放热量后的约30°C _70°C的凝结水返回八号低压加热器18和七号低压加热器17的入口管路；在汇合烟道8中设置烟气-空气加热器7，用于回收锅炉低温烟气热量进一步预热空气。
[0007]在省煤器I出口烟气大部分仍然由主烟道2进入主空气预热器4，余下部分进入旁路烟道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8，通过烟气-空气加热器7及除尘器9，随后进入脱硫单元，最终排放。
[0008]布置在旁路烟道3内的第一级烟水换热器5出口与一号高压加热器11、二号高压加热器12、三号高压加热器13、第20阀门和第一级烟水换热器5进口连接成回路；用于加热汽轮机高温给水，从而排挤较高级别的汽轮机抽汽；第二级烟水换热器6与五号低压加热器15并联布置，回收烟气余热用于加热汽轮机凝结水或给水。
[0009]本发明的有益效果是所提供基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统具有如下特点:
[0010]1.采用凝结水-空气换热器预热冷空气，凝结水-空气换热器抽取的是热力系统中低级别的凝结水，凝结水在凝结水-空气换热器中释放热量，加热无腐蚀性的空气，换热器不存在腐蚀问题，空气可以被预热到100摄氏度以上。此时，凝结水减少的热量由汽轮机低压蒸汽释放热量补充，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。
[0011]2.两级烟水换热器处于锅炉尾部烟气温度较高区域，可回收高能级的烟气余热用于加热高级别的凝结水，排挤高级别的汽轮机抽汽，经济效益显著；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。
[0012]3.烟气侧主要换热器(锅炉主省煤器、主空气预热器、第一、二级烟水换热器、烟气-空气换热器或低温省煤器)的布置形成串并联结构，有利于最大程度利用烟气余热。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统示意图
[0014]图2为设置低温省煤器的基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统示意图
[0015]实施方式
[0016]本发明提出一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统。下面结合附图和实例予以说明。
[0017]如图1所示的基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统示意图中，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8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，烟气-空气加热器7设置在汇合烟道8中；主空气预热器4分别连接汇合烟道8、主烟道2以及烟气-空气加热器7 ;烟气-空气加热器7空气侧分别连接凝结水-空气加热器10和主空气预热器4，烟气侧置于汇合烟道8之中；汇合烟道8出口经过除尘器9后连接至脱硫装置；第一级烟水换热器5的进口通过第20阀门连接在三号高压加热器13入口管路，第一级烟水换热器5的出口连接在一号高压加热器11出口管路；第二级烟水换热器6进口通过第21阀门连接于五号低压加热器15入口管路，第二级烟水换热器6出口连接于五号低压加热器15出口管路；凝结水-空气换热器10通过管路水泵24分别经过第22阀门、第23阀门分别连接于六号低压加热器16和七号低压加热器17出口管路，凝结水-空气换热器10出口连接于八号低压加热器18入口管路或经第25阀门连接至七号低压加热器17入口管路；五号低压加热器15出口管路经过四号低压加热器14和加压泵19连接至三号高压加热器13入口管路。
[0018]如图2所示的基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统示意图中设置的低温省煤器27可以替代烟气-空气加热器7直接回收烟气低温余热加热较低级别的凝结水或给水，于是在汇合烟道8中可以取消烟气-空气加热器7。
[0019]其原理如下:空气侧，依次抽取热力系统低级别凝结水通过凝结水-空气加热器10预热冷空气，放热后的凝结水流入更低级别的低压加热器的回水管中。
[0020]在锅炉尾部烟道烟气侧，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8混合。
[0021]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，并首次提出利用低级别凝结水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】
1.一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，该系统主要包括锅炉主省煤器，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-空气加热器以及凝结水-空气加热器；其特征在于:主烟道(2)和旁路烟道(3 )并联，上端与主省煤器(I)连接，下端与汇合烟道(8 )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 )，烟气-空气加热器(7 )设置在汇合烟道(8 )中；主空气预热器(4)分别连接汇合烟道(8)、主烟道(2)以及烟气-空气加热器(7);烟气-空气加热器(7)空气侧分别连接凝结水-空气加热器(10)和主空气预热器(4)，烟气侧置于汇合烟道(8)之中；汇合烟道(8)出口经过除尘器(9)后连接至脱硫装置；第一级烟水换热器(5)的进口通过第20阀门连接在三号高压加热器(13)入口管路，第一级烟水换热器(5 )的出口连接在一号高压加热器(11)出口管路；第二级烟水换热器(6 )进口通过第21阀门连接于五号低压加热器(15)入口管路，第二级烟水换热器(6)出口连接于五号低压加热器(15)出口管路；凝结水-空气换热器(10)进口通过管路水泵(24)，分别经过第22阀门、第23阀门分别连接于六号低压加热器(16)和七号低压加热器(17)出口管路，凝结水-空气换热器(10)出口连接于八号低压加热器(18)入口管路和经第25阀门连接至七号加热器(17)入口管路；五号低压加热器(15)出口管路经过除氧器(14)和给水泵(19)连接至三号高压加热器(13)入口管路。
2.根据权利要求1所述的一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，其特征在于，在锅炉空气预热侧，通过管路水泵(24)从六号低压加热器(16)和七号低压加热器(17)出口管路抽取低温70°C _130°C的凝结水进入凝结水-空气加热器(10)中，释放热量预热冷空气，释放热量后的30°C _70°C的凝结水返回八号低压加热器(18)和七号低压加热器(17)的入口管路；在汇合烟道(8)中设置烟气-空气加热器(7)，用于回收锅炉低温烟气热量进一步预热空气。
3.根据权利要求1所述的一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，其特征在于，在省煤器(I)出口烟气大部分仍然由主烟道(2)进入主空气预热器(4)，余下烟气进入旁路烟道(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(8 )，通过烟气-空气加热器(7 )及除尘器(9 )，随后进入脱硫单元，最终排放。
4.根据权利要求1所述的一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，其特征在于，布置在旁路烟道(3)内的第一级烟水换热器(5)出口与一号高压加热器(11)、二号高压加热器(12)、三号高压加热器(13)、第20阀门和第一级烟水换热器(5)进口连接成回路，用于加热汽轮机高温给水，从而排挤较高级别的汽轮机抽汽；第二级烟水换热器(6)与五号低压加热器(15)并联布置，回收烟气余热用于加热汽轮机凝结水或给水。
5.根据权利要求1所述的一种基于凝结水预热空气的机炉耦合烟气余热利用系统，其特征在于，在汇合烟道(8)中设置烟气-空气加热器(7)或取消烟气-空气加热器(7)，同时，还可设置常规低温省煤器(27)替代烟气-空气加热器(7)直接回收烟气低温余热加热较低级别的凝结水或给水。
【文档编号】F23L15/00GK103486567SQ201310302601
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月15日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】徐钢, 刘超, 杨勇平, 韩宇, 杨志平, 黄圣伟, 许诚 申请人:华北电力大学