一种旁路空预器热量回收系统及方法与流程

本发明涉及一种旁路空预器热量回收系统及方法，尤其是涉及电站锅炉空预器旁路的烟气余热回收系统及方法。

背景技术：

能源是国民经济的命脉，是社会经济发展的必要物质基础。近年来，世界各国尤其是发达国家，都已经把提高能源的利用效率、节约能源作为其能源发展战略的重要目标。国家陆续提出多项节能减排政策，鼓励督促全社会各行业的节能减排工作，电力行业作为能源重要组成部分，开展节能降耗意义重大。电站锅炉排烟损失是锅炉损耗的主要部分，降低排烟温度能显著提高锅炉效率，提高机组经济性。

因此非常有必要对进一步降低排烟温度，挖掘节能潜力，改善机组经济性。目前降低锅炉排烟温度的措施主要有：1、通过锅炉燃烧调整及深度吹灰增大锅炉受热面吸热量，降低排烟温度；2、在空(气)预(热)器后设置低温省煤器，引入凝结水，吸收烟气余热，减少抽汽，降低排烟温度。

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的，所不同的是烟气换热器布置的位置和换热介质不同。

(1)布置在锅炉尾部，采用凝结水吸收烟气余热。例如，国内某电厂锅炉排烟温度较高，为了降低排烟温度，提高机组的运行经济性，在锅炉尾部空预器出口加装了低温省煤器，采用凝结水吸收烟气余热，见附图1。

(2)布置在吸收塔之前，采用凝结水吸收烟气余热。德国电厂Schwarze Pumpe电厂2*800MW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。国内某电厂也在相同位置布置了烟水换热器，见附图2。

公告号为CN104896503A的中国专利申请公开了一种锅炉烟气余热利用系统，包括由依次连接的锅炉炉体、空预器、低温换热器、给水箱组成的主管路，其中低温换热器与给水箱出口管形成回路，还包括空预器进风支路，该支路一端连接所述空预器上，可选择对空预器进风加热或不加热；还包括回收热量分配系统，该系统分别与低温换热器、空预器进风支路及给水箱管路连通，可以选择给空预器进风加热或给水箱中的水加热，回收热量分配系统可根据实际需要，调节主管路和各支管路的被加热后的凝结水量，来控制加热空预器进风或凝结水的热量使用比例。该系统是在现有空预器的烟气出口位置，增加两个给水加热器，一个给水加热器设置在现有的空预期之后除尘器之前，另一个加热器设置在现有空预器之后新增的烟道上，两路烟气在引风机之前汇合，烟气余热全部被给水吸收。但是，回收热量的效率低，且无法改善锅炉的效率。

中国专利CN204880080U公开了一种锅炉烟气余热回收系统，包括省煤器、泵体、第一换热器、第二换热器、热网水系统和凝结水系统，所述省煤器、所述第一换热器的换热介质侧以及所述泵体依次连通形成第一循环回路，所述省煤器、所述第二换热器的换热介质侧以及所述泵体依次连通形成第二循环回路，所述第一换热器的第一水侧与所述凝结水系统连通形成第一换热回路，所述第二换热器的第二水侧与所述热网水系统连通形成第二换热回路。本实用新型实现了热网水和凝结水的独立换热，有效地防止了水质干涉现象，保证主机凝结水不被污染。同时，采用换热介质与锅炉烟气热交换的间接换热方式，使得凝结水和热网水不与省煤器直接接触，降低了省煤器抗压要求，可节省原材料制作成本。该专利是利用在除尘器之后低温省煤器给水吸收的热量，一部分加热凝结水，一部分加热热网热水，利用热网热水吸热降低烟气温度。

目前，电站锅炉降低排烟温度的方法存在3个不足之处：1、通过燃烧调整及深度吹灰增大锅炉受热面吸热，对降低排烟温度幅度较小，且无法持续实施；2、通过凝结水吸热降低排烟温度，烟气余热进入回热系统低压凝结水部分，排挤汽轮机抽汽，经济性不高；3、难以适应原煤硫分、水分以及受热面积灰等因素变化时持续降低排烟温度的要求；4、回收热量的效率低，且无法额外提高锅炉的效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于旁路空预器的热量回收系统及方法，可根据运行条件的改变自动优化调节系统的运行方式，以使锅炉烟气余热得到充分利用，减小排烟损失，实现锅炉经济性最大化。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的旁路空预器热量回收系统，包括：

一主烟道；

设置在所述主烟道上的主空预器，所述主空预器分别与冷一次风道、冷二次风道相连，进入所述主烟道的烟气通过所述主空预器分别与所述冷一次风道的冷一次风、所述冷二次风道的冷二次风进行热交换，这样冷却后的烟气排出到锅炉尾部烟道，而所述冷一次风、所述冷二次风经加热后分别变成热一次风、热二次风排出到锅炉内燃烧；

一从所述主烟道分出的旁路烟气通道，从所述主烟道分流出的一部分烟气进入所述旁路烟道；

设置在所述旁路烟气通道上的旁路空预器，所述旁路空预器与冷二次风道相连，这样，进入所述旁路空预器的烟气与来自所述冷二次风道的冷风进行热交换，这样冷却后的所述烟气排出到锅炉尾部烟道，而所述冷二次风经加热后分别变成热二次风排出到锅炉二次风母管中，用于炉内燃烧。

所述旁路空预器热量回收系统，在烟气进入旁路空预器前的旁路烟气通道上设有一旁路烟气调节阀；

在所述冷二次风进入旁路空预器的通道上设置一旁路冷二次风调节阀。

在所述旁路空预器空气出口的旁路二次热风道上设置所述旁路热次风截止阀。

所述主空预器入口前烟道上设置第二烟气温度测量元件。

所述主空预器出口后烟道在烟气混合点之前设置第九烟气温度测量元件。

所述在旁路空预器烟气出口烟道设置第二十一烟气温度测量元件。

在主空预器出口烟道混合点后烟道设置第二十三烟气温度测量元件。

在所述冷一次风道上设置第四烟气温度测量元件。

在所述冷二次风道上设置第七烟气温度测量元件。

在所述热一次风道设置第十四烟气温度测量元件。

在所述主热二次风道设置十七烟气温度测量元件。

在所述旁路热二次风道设置第二十烟气温度测量元件。

旁路空预器的空气不仅可以从冷二次风道引出，也可以从冷一次风道引出，但只能选择其一，不可兼容。

本发明还提供了一种旁路空预器热量回收方法，具体包括以下步骤：

使主烟道的主空预器入口前烟道内的高温烟气流经主空预器，并与冷一次风道、冷二次风道流经所述主空预器的空气进行换热；

与所述主空预器并联一旁路空预器，在所述旁路空预器入口前烟道内的高温烟气流经旁路空预器，与所述冷二次风的一路分支流经所述旁路空预器的空气换热；

流经所述主空预器的主热二次风和流经所述旁路空预器的旁路热二次风混合后进入锅炉二次风母管，用于炉内燃烧；

流经所述主空预器的烟气经所述主空预器出口后烟道与流经所述旁路空预器的烟气经所述旁路空预器出口后烟道混合后进入锅炉尾部烟道。

当所述主空预器出口处的测量温度高于所述主空预器出口温度设定值时，开大旁路烟气调节阀使流经所述旁路空预器的烟量增大；当所述主空预器出口处的测量温度低于所述主空预器出口温度设定值时，关小旁路烟气调节阀使流经所述旁路空预器的烟量减小。

若所述主空预器出口处的测量温度高于所述旁路空预器出口处的测量温度时，则关小冷二次风调节阀减小进入所述旁路空预器的冷二次风风量；或者，若所述主空预器出口处的测量温度低于所述旁路空预器出口处的测量温度，则开大冷二次风调节阀增大进入所述旁路空预器的冷二次风风量。

当进入所述旁路空预器的旁路的冷二次风量大于设定值时，则使所述旁路空预器的所述热二次风的风道开口保持全开状态；或者，当进入所述旁路空预器的旁路的所述冷二次风量小于设定值时，则使所述旁路空预器的所述热二次风的风道开口保持关闭状态。

本发明是在现有空预器并联上另一个旁路空预器，从风机出口处引出低温冷风，从空预器之前的烟气处引出高温烟气，将低温冷风和高温烟气在并联的旁路空预器内进行换热，增大在烟气侧的换热面积，降低排烟温度。而现有技术大都是利用给水加热器吸收烟气余热，而本发明是通过并联一旁路空预器，利用冷风吸收烟气余热，完全不同的余热利用方式和系统结构，达到了下列显著的技术效果：

(1)利用冷风吸收烟气余热，余热全部进入锅炉内参与换热，回收的热量利用效率超过90％，远高于一般的给水加热器预热利用。

(2)冷风可选用一次风或二次风，若制粉干燥能力不足，可选用一次风，否则，选用二次风，可适用锅炉不同的特点。

(3)可在机组高负荷时投运旁路空预器，而在低负荷时停运旁路空预器，可适应当前机组大幅度调峰的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性地示出了现有技术的一个实例；

图2示意性地示出了现有技术的另一实例；

图3示意性地示出了本发明的旁路空预器热量回收系统的较佳实施例的结构。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如附图3所示，本发明提供的旁路空预器热量回收系统包括：主空预器3、旁路空预器10、空气通道和烟气通道。所述空气通道包括冷一次风的风道5、冷二次风的风道6、热一次风的风道15、主热二次风的风道15、旁路热二次风的风道19。从冷一次风的风道5、冷二次风的风道6进入主空预器3的风称为冷一次风、冷二次风；从主空预器3或旁路空预器10出来进入热一次风的风道15、主热二次风的风道16、旁路热二次风的风道19的风称为热一次风、主热二次风、旁路热二次风。

烟气通道包括主空预器入口前烟道1、主空预器出口后烟道11、旁路空预器入口前烟道12、旁路空预器出口后烟道22。

空气通道和烟气通道均与主空预器3或旁路空预器10相连。

主空预器入口前烟道1连接到主空预器3，与主空预器出口后烟道11连通。冷一次风道5、冷二次道6、热一次风道15、主热二次风道(16)均与主空预器(3)相连，这样冷一次风道5、冷二次道6的冷一次风及冷二次风与高温烟气在主空预器3内换热(热交换)。

空预器入口前烟道(旁路烟道)12连接到旁路空预器10，与旁路空预器出口后烟道22连通，冷二次风道6、旁路热二次道18与旁路空预器10相连，这样旁路热二次道18的旁路二次风与旁路烟气在旁路空预器10内换热。

本发明提供的旁路空预器热量回收系统还包括旁路冷二次风调节阀8、旁路热二次风截止阀18、旁路烟气调节阀13。

旁路冷二次风调节阀8设置在冷二次风进入旁路空预器10的冷二次风通道上；旁路热二次风截止阀18设置在旁路空预器10空气出口的旁路热二次风19通道上；旁路烟气调节阀13设置在烟气进入旁路空预器10前的旁路烟气通道12上。

主热二次风道16与旁路热二次风19通过三通型风道接口相连，主空预器出口后烟道11与旁路空预器出口后烟道22通过三通型烟道接口相连。

主空预器3的入口前烟道1上设置第二烟气温度测量元件2，主空预器3出口后烟道11在烟气混合点之前设置第九烟气温度测量元件9，旁路空预器10烟气出口烟道及与主空预器出口烟道混合点后烟道分别设置烟气温度测量元件21、23，冷一次风道5、冷二次风道6、热一次风道15、主热二次风道16、旁路热二次风道19分别设置第四烟气温度测量元件4、第七烟气温度测量元件7、第十四烟气温度测量元件14、第十七烟气温度测量元件17、第二十烟气温度测量元件20。

冷一次风道5、冷二次风道6分别来自一次风机和送风机，冷一次风道5和冷二次风道6的流量取决于锅炉负荷及运行条件，热一次风道15与热一次风道母管相连，去往制粉系统，主热二次风道16、旁路热二次风道19通过风道三通件混合后与热二次风母管相连，其输出的风去往二次风箱。

本发明系统的工作方法包括：

主空预器入口前烟道1内的高温烟气流经主空预器3，同时与冷一次风道5、冷二次风道6流经主空预器3的冷一次风、冷二次风换热；

旁路空预器10入口前烟道12内的高温烟气流经旁路空预器10，与冷二次风道6的一路分支流经旁路空预器10的冷二次风换热；

流经主空预器3的主热二次风道16和流经旁路空预器10的旁路热二次风道(19)混合后进入锅炉二次风母管，用于炉内燃烧；

流经主空预器3的烟气经主空预器3出口后烟道11与流经旁路空预器10的烟气经旁路空预器出口后烟道22混合后进入锅炉尾部烟道；以及

主空预器3入口前烟道1上设置第二烟气温度测量元件2，主空预器出口后烟道11在烟气混合点之前设置第九烟气温度测量元件9，旁路空预器10烟气出口烟道及与主空预器3出口烟道混合点后烟道分别设置第二十一烟气温度测量元件21、第二十三测量元件23。冷一次风道5、冷二次风道6、热一次风道15、主热二次风道16、旁路热二次风道19分别设置第四烟气温度测量元件4、第七测量元件7、第十四测量元件14、第十七测量元件17、二十测量元件20。

旁路烟气调节阀13根据机组负荷、第九烟气温度测量元件9的测量温度控制其开度：当第九烟气温度测量元件9的测量温度高于主空预器3的出口温度设定值，则旁路烟气调节阀13开度增大；或者，第九烟气温度测量元件9测量的温度低于主空预器3出口温度设定值，则将旁路烟气调节阀13开度减小。

旁路冷二次风调节阀8在旁路烟气调节阀13打开后同步打开，并根据主空预器3后的第九烟气温度测量元件9、旁路空预器10后的烟气温度测量元件21测量温度偏差控制其开度：若主空预器3后的第九烟气温度测量元件9的测量温度大于旁路空预器10后的第二十一烟气温度测量元件21的测量温度，则旁路冷二次风调节阀8开度减小；或者，若主空预器3后的第九烟气温度测量元件9测量温度小于旁路空预器3后的第二十一烟气温度测量元件21的测量温度，则将旁路冷二次风调节阀8的开度增大。

旁路热二次风截止阀18根据旁路冷二次风调节阀8的开度控制其开度：当旁路冷二次风调节阀8的开度大于设定值，则旁路热二次风截止阀18保持全开状态；或者，当旁路冷二次风调节阀8的开度小于设定值，则旁路热二次风截止阀18被关闭。

当机组发生RB或MFT时，旁路冷二次风调节阀8和旁路烟气调节阀13的开度同步减小直至全部关闭，关闭速度取决于RB或MFT的速度，在全部关闭之后，旁路热二次风截止阀18随之关闭。

另外，本发明可引用实时监控的烟气含硫量或烟气酸露点测量值，自动修正空预器出口烟气温度和主空预器3入口空气温度等初始设定值，以增强机组对燃用煤种和设备运行状况的适应性。当烟气含硫量或烟气酸露点测量值比初始设定值增大时，该偏差经过控制运算输出各修正值，以分别增加空预器3出口烟气温度和主空预器3入口空气温度的各设定值，反之亦然。

通过上面的描述，可以看出本发明是在现有空预器并联上另一个旁路空预器，从风机出口处引出低温冷风，从空预器之前的烟气处引出高温烟气，将低温冷风和高温烟气在并联的旁路空预器内进行换热，增大在烟气侧的换热面积，降低排烟温度。而现有技术大都是利用给水加热器吸收烟气余热，而本发明是通过并联一旁路空预器，利用冷风吸收烟气余热，是完全不同的余热利用方式和系统结构，从而达到了下列显著的技术效果：

(1)利用冷风吸收烟气余热，余热全部进入锅炉内参与换热，回收的热量利用效率超过90％，远高于一般的给水加热器预热利用。

(2)冷风可选用一次风或二次风，若制粉干燥能力不足，可选用一次风，否则，选用二次风，可适用锅炉不同的特点。

(3)可在机组高负荷时投运旁路空预器，而在低负荷时停运旁路空预器，可适应当前机组大负荷调峰的要求。

(4)由于合适的排烟温度与煤种含硫量、水分有关，因此，可根据煤种的变化调节旁路空预器的投运率，调整合适的排烟温度，适应煤种的要求。

(5)高负荷时降低排烟温度，不仅可提高锅炉效率，也可降低引风机电耗，具有显著的节能效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。