CN113028383A - 一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其包括烟气通道，烟气通道的烟气进口连通锅炉烟气出口；烟气通道上沿烟气流向依次连通设置有空气预热器和烟气余热换热器；烟气余热换热器的冷却水管道通过循环泵连通暖风机的流体管道，所述暖风机的进风口连通送风机，出风口连通空气预热器的空气进气口；空气预热器的进气口和出气口上并联有旁路烟道，所述旁路烟道上从烟气进口侧到烟气出口侧依次连通设置有高压省煤器和低压省煤器。本发明结合烟风***和热力***对锅炉烟气余热利用进一步优化，从而更有效地利用烟气在不同温度品质时的余热。

Description

一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***
技术领域
本发明涉及燃煤电站锅炉技术领域，特别是一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***。
背景技术
燃煤电站锅炉的排烟损失大量热量。传统锅炉的设计思路中，综合考虑烟气的低温腐蚀、钢材价格、煤炭价格后，大型电站燃煤锅炉的空气预热器排烟温度一般在120～130℃，对于水份、硫份多的燃料还要选取更高一些的排烟温度。这在过去煤炭价格较低，不强制烟气脱硫的条件下是合理的。
但目前火电厂烟气脱硫已成为环保强制要求，其中以湿式石灰石－石膏烟气脱硫工艺最为常用。湿式石灰石－石膏脱硫烟气进入脱硫塔的温度约80℃，锅炉空气预热器出口的烟气通常经过喷淋减温或GGH后进入脱硫塔，其中回转式GGH由于存在漏烟，影响脱硫效率等缺陷已较少采用。如果采用喷水将空气预热器出口120℃左右的烟气降温至80℃进入脱硫塔，不仅耗水量较大，还白白损失了烟气降温过程中释放的热量。
降低锅炉的排烟温度，有效利用锅炉排烟余热，不仅可以大幅度节约发电煤耗减少污染物和二氧化碳排放量，还能有效降低脱硫***耗水量，符合国家节能减排政策，经济效益和社会效益巨大。
早期的烟气余热利用方案将烟气余热换热器布置在引风机出口与脱硫吸收塔入口之间的烟道上，近期的烟气余热利用方案将烟气余热利用与低温电除尘技术相结合，将烟气余热换热器布置在空气预热器出口与电除尘器入口之间的烟道上，在利用烟气余热的同时，提高电除尘器的除尘效率。但烟气余热利用***的潜力还有待进一步统筹规划和挖掘优化，以实现长期的运行效益和节能减排的社会效益。
发明内容
本发明的目的是，提供一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，结合烟风***和热力***对锅炉烟气余热利用进一步优化，从而更有效地利用烟气在不同温度品质时的余热。
本发明采取的技术方案为：一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，包括烟气通道，烟气通道的烟气进口连通锅炉烟气出口；
烟气通道上沿烟气流向依次连通设置有空气预热器和烟气余热换热器；烟气余热换热器的冷却水管道通过至少一循环泵连通至少一暖风机的换热水管道，所述暖风机的进风口连通至少一送风机，出风口连通空气预热器的空气进气口；
空气预热器的进气口和出气口上并联有旁路烟道，所述旁路烟道上从烟气进口侧到烟气出口侧依次连通设置有高压省煤器和低压省煤器。
以上高压省煤器和低压省煤器与外部锅炉省煤器或除氧器的连接应用可采用现有技术。
本发明在应用时，暖风器将空气预热器的进风温度提高后，在保持空气预热器的出口烟气温度不变的情况下，则所需通过空气预热器的烟气量将减少，多出的烟气进入旁路烟道，可依次通过高压省煤器加热高压给水和通过低压省煤器加热凝结水，即形成对烟气余热的梯级利用，可有效地利用烟气在不同温度品质时的余热。
可选的，本发明烟气余热梯级利用***还包括高压给水泵和高压省煤器；所述高压省煤器的进水口和出水口分别连通至高压给水泵的出水口和锅炉省煤器的进水口；高压给水泵的出水口与锅炉省煤器的进水口之间还设有高压加热***和蒸汽冷却器，所述高压加热***包括至少一个高压加热器；蒸汽冷却器连接在高压加热***与锅炉省煤器之间。
可选的，所述高压加热器的数量为多个，多个高压加热器之间为单列串联或双列串联结构；高压省煤器的汽水阻力小于或等于高压加热***与蒸汽冷却器的阻力之和。因此总的高压给水***阻力不增加，不会增加给水泵的功耗。
可选的，本发明烟气余热梯级利用***还包括凝结水泵、低压加热***和除氧器；低压加热***包括多个串联在凝结水泵出水口与除氧器进水口之间的低压加热器；
低压省煤器的冷却水通道的进水口连通在两相邻低压加热器之间的流体管道上，出水口连通至除氧器的进水口。
途径低压省煤器和仅途径低压加热器的两路凝结水，在凝结水***中分流和汇合的始末点，可根据高压省煤器出口的烟气温度、烟气的水蒸气露点以及低压省煤器的换热端差，来选择温度合适的点。低压省煤器的汽水阻力小于或等于所有低压加热器的阻力和，则凝结水***的总阻力不增加，因此亦不增凝结水泵功耗。
可选的，所述烟气通道的烟气出口连通除尘器的进气口，并依次经除尘器、引风机和脱硫装置后连接至排烟装置（烟囱）。可提高电除尘器的除尘效率，降低脱硫***耗水量，减少电除尘器和引风机的运行功耗。
可选的，烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度选取为：烟气侧水蒸气露点+20℃+T0，T0为温度裕量；
烟气余热换热器出口烟温选取为烟气侧酸露点以下，且高于满足烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度。即烟气余热换热器的出口烟温选择依据为：在有效控制低温腐蚀的前提下，应尽可能降低烟气温度以提高除尘效率，同时烟气出口的烟温与烟气余热换热器的流体管道入口的流体温度之间具有换热温差，从而可有效换热。
有益效果
本发明通过设置空气预热器、烟气余热换热器、高压省煤器和低压省煤器，实现了结合烟风***和热力***对锅炉烟气余热利用的进一步挖掘和优化，可更有效地利用烟气在不同温度品质时的余热，同时降低进入电除尘器和脱硫吸收塔的烟气温度，提高除尘器的除尘效率，降低脱硫***耗水量，并在一定程度上减少电除尘器和引风机的运行电耗。
附图说明
图1所示为本发明***的一种实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
参考图1所示，本发明的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，包括烟气通道，烟气通道的烟气进口连通锅炉1烟气出口；
烟气通道上沿烟气流向依次连通设置有空气预热器2和烟气余热换热器5；烟气余热换热器5的冷却水管道通过至少一循环泵15连通至少一暖风机16的换热水管道，所述暖风机16的进风口连通至少一送风机17，出风口连通空气预热器2的空气进气口；
空气预热器2的进气口和出气口上并联有旁路烟道，所述旁路烟道上从烟气进口侧到烟气出口侧依次连通设置有高压省煤器3和低压省煤器4。
以上高压省煤器和低压省煤器与外部锅炉省煤器或除氧器的连接应用可采用现有技术。
本发明在应用时，暖风器将空气预热器的进风温度提高后，在保持空气预热器的出口烟气温度不变的情况下，则所需通过空气预热器的烟气量将减少，多出的烟气进入旁路烟道，可依次通过高压省煤器加热高压给水和通过低压省煤器加热凝结水，即形成对烟气余热的梯级利用，可有效地利用烟气在不同温度品质时的余热。
实施例1
如图1所示的实施例中：
烟气通道的烟气出口连通除尘器6的进气口，并依次经除尘器6、引风机7和脱硫装置8后连接至排烟装置（烟囱9）。可提高电除尘器的除尘效率，降低脱硫***耗水量，减少电除尘器和引风机的运行功耗。
高压省煤器的进水口和出水口分别连通至高压给水泵的出水口和锅炉省煤器12的进水口；高压给水泵的出水口与锅炉省煤器12的进水口之间还设有高压加热***10和蒸汽冷却器11，高压加热***包括沿流体方向依次连通设置的多个高压加热器10，蒸汽冷却器11连通在高压加热***10与锅炉省煤器12之间。
多个高压加热器之间为单列串联结构，也可以选择双列串联结构；高压省煤器12的汽水阻力小于或等于高压加热***与蒸汽冷却器的阻力之和。因此总的高压给水***阻力不增加，不会增加给水泵的功耗。
蒸汽冷却器11可以为一个或多个并联。
图1的实施例中，烟气余热梯级利用***还包括凝结水泵、低压加热***和除氧器；低压加热***包括多个串联在凝结水泵出水口与除氧器进水口之间的低压加热器；
低压省煤器的冷却水通道的进水口连通在两相邻低压加热器之间的流体管道上，出水口连通至除氧器的进水口。可使得凝结水泵留出的凝结水中的一部分在温度合适时进入低压省煤器4，能够减缓低温腐蚀、保证低压省煤器换热管道的长期使用。途径低压省煤器和仅途径低压加热器的两路凝结水，在凝结水***中分流和汇合的始末点，可根据高压省煤器出口的烟气温度、烟气的水蒸气露点以及低压省煤器的换热端差，来选择温度合适的点。低压省煤器的汽水阻力小于或等于低压加热***的阻力和，则凝结水***的总阻力不增加，因此不增凝结水泵功耗。
烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度选取为：烟气侧水蒸气露点+20℃+T0，T0为温度裕量；烟气余热换热器出口烟温选取为烟气侧酸露点以下，且高于满足烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度。即烟气出口的烟温与烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度之间具有换热温差，从而可有效换热。
本实施例的***在应用时：
燃煤电站锅炉出口的烟气被分为两部分：一部分进入空气预热器2，另一部分进入旁路烟道。进入旁路烟道的烟气先通过高压省煤器3加热高压给水泵出口的高压给水的一部分，再通过低压省煤器4加热凝结水的一部分。旁路烟道中的烟气降温后，与空气预热器2的出口烟气相混合，混合后的烟气通过烟气余热换热器5加热热媒水，换热后的烟气经除尘器6、引风机7、脱硫装置8，烟囱9等下游设备后排入大气。在烟气余热换热器5中被加热的热媒水，通过热媒水循环泵15送入暖风器16，将送风机17送出的冷风加热，被加热的冷风流出暖风器16后进入空气预热器2。暖风器16将空气预热器的进风温度提高后，仍保持所述空气预热器的出口烟气温度不变，则所需通过所述空气预热器的烟气量减少，多出的烟气进入所述旁路烟道，依次加热高压给水和凝结水，即形成烟气余热***的梯级利用。
进入高压省煤器3的高压给水仅为高压给水泵出口给水中的一部分，并且与通过高压加热器的给水形成并联，在锅炉省煤器12前，两路高压给水再度混合后流入锅炉省煤器12。可通过单列和双列两种配置方案，在对多个高压加热器的结构型式、容量、布置、制造能力、经济性等多方面进行综合比较后，选择合适的高压加热器10和蒸汽冷却器11的配置方式。两路高压给水在锅炉省煤器12前再度混合的汇入点，可根据高压省煤器3的入口烟气温度和换热端差，选择温度合适的点。高压省煤器3的汽水阻力不大于与其并联部分的高压加热器的阻力，因此总的高压给水***阻力不增加，不会增加给水泵的功耗。
例如在一应用例工程中，热力循环采用十级回热抽汽***，设有四级高压加热器、两台外置式蒸汽冷却器、一台无头除氧器、五级低压加热器、一台外置式疏水冷却器和一台轴封加热器。经过比选后，示例工程中采用了单列蛇形立式高压加热器，给水泵出口高压给水的一部分依次通过单列串联的4号、3号、2号和1号高压加热器后，流入并联的2号高压加热器外置蒸汽冷却器和4号高压加热器外置蒸汽冷却器。给水泵出口高压给水的另一部分在4号高压加热器前分流进入所述高压省煤器3，温度约为190℃，由于所述高压省煤器3的受热面为高压管材，为了节约受热面的管材用量，所述高压省煤器3应取较大的换热温差，出口烟温按220℃设计。所述高压省煤器3的入口烟温约为380℃，出口水温约330℃，根据此温度选择高压给水***中温度相近的点为汇合点，示例工程中两路高压给水在所述蒸汽冷却器11的出口（即锅炉省煤器12的入口）汇合后流入锅炉省煤器12。
锅炉1出口的一部分烟气在通过高压省煤器3加热高压给水降温后再经过低压省煤器4加热凝结水。进入低压省煤器4的凝结水仅为凝结水中的一部分，并且与通过低压加热器13的凝结水形成并联，在除氧器14前两路凝结水再度混合后流入除氧器14。
低压加热器***13由多个低压加热器通过单列串联连接，凝结水泵出口的凝结水经过各级低压加热器逐级升温，同时凝结水中的一部分在温度合适时进入低压省煤器4，低压省煤器4的汽水阻力不大于与其并联部分的低压加热器***的阻力，因此凝结水的***总阻力不增加，不增加凝结水泵的功耗。
例如在示例工程中，设计煤种和校核煤种烟气水蒸汽的露点分别为43.05℃、43.66℃，凝结水在10号低压加热器出口处的温度约60℃，在9号低压加热器出口处的温度约84℃，按照高于烟气水蒸汽露点温度以上20℃并留有一定的裕量进行选择，低压省煤器4的入口凝结水从9号低压加热器的出口处抽出。低压省煤器4的入口烟温220℃，可以将凝结水加热至除氧器14前的凝结水温度约166℃，因此低压省煤器4出口的凝结水直接接入6号低压加热器的出口（即除氧器14入口）。
锅炉1出口的另一部分烟气通过空气预热器2，加热空气预热器2中的冷风后与通过高压省煤器3、低压省煤器4的烟气混合，进入烟气余热换热器5加热热媒水，降温后的烟气流入除尘器6除尘，在通过引风机7升压后经过脱硫装置8经烟囱9排入大气。
在烟气余热换热器5中被加热的热媒水通过热媒水循环泵15进入暖风器16，将送风机17送出的冷风加热后送入空气预热器2，由于暖风器16不存在低温腐蚀问题，水温由烟气余热换热器5控制。烟气余热换热器5的出口烟温选择，在有效控制低温腐蚀的前提下，应尽可能降低烟气温度以提高除尘效率，同时还应考虑烟气余热换热器的入口水温和必要的换热温差。
例如在示例工程中，每台锅炉1配置6台并联的烟气余热换热器5，烟气余热换热器5的入口水温取为70℃，入口烟温为117℃，出口烟气温度取为90℃。烟气余热换热器5和暖风器16之间设置两台100%容量的热媒水循环泵15，一用一备。示例工程中空气预热器2采用三分仓回转式，一次风侧不装设空气加热***，仅在二次风侧加装暖风器16。
在示例工程中，高压省煤器3、低压省煤器4分别加热了部分高压给水和部分凝结水，节约1~4号高压加热器10和6~8号低压加热器13的部分抽汽，节约的这部分抽汽可以增加汽轮机的做功出力。而1~3号高压加热器10的抽汽量减少，使得两级再热蒸汽流量分别有所增加，这部分增加的再热蒸汽流量将导致锅炉煤耗量略有增加。
示例工程节煤量的计算结果如下表：
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本发明通过设置空气预热器、烟气余热换热器、高压省煤器和低压省煤器，实现了结合烟风***和热力***对锅炉烟气余热利用的进一步挖掘和优化，可更有效地利用烟气在不同温度品质时的余热，同时降低进入电除尘器和脱硫吸收塔的烟气温度，提高除尘器的除尘效率，降低脱硫***耗水量，并在一定程度上减少电除尘器和引风机的运行电耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：包括烟气通道，烟气通道的烟气进口连通锅炉烟气出口；
烟气通道上沿烟气流向依次连通设置有空气预热器和烟气余热换热器；烟气余热换热器的冷却水管道通过至少一循环泵连通至少一暖风机的换热水管道，所述暖风机的进风口连通至少一送风机，出风口连通空气预热器的空气进气口；
空气预热器的进气口和出气口上并联有旁路烟道，所述旁路烟道上从烟气进口侧到烟气出口侧依次连通设置有高压省煤器和低压省煤器。
2.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：还包括高压给水泵和高压省煤器；所述高压省煤器的进水口和出水口分别连通至高压给水泵的出水口和锅炉省煤器的进水口；高压给水泵的出水口与锅炉省煤器的进水口之间还设有高压加热***和蒸汽冷却器，所述高压加热***包括至少一个高压加热器；蒸汽冷却器连接在高压加热***与锅炉省煤器之间。
3.根据权利要求2所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：所述高压加热器的数量为多个，多个高压加热器之间为单列串联或双列串联结构；高压省煤器的汽水阻力小于或等于高压加热***与蒸汽冷却器的阻力之和。
4.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：还包括凝结水泵、低压加热***和除氧器；低压加热***包括多个串联在凝结水泵出水口与除氧器进水口之间的低压加热器；
低压省煤器的冷却水通道的进水口连通在两相邻低压加热器之间的流体管道上，出水口连通至除氧器的进水口。
5.根据权利要求4所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：低压省煤器的汽水阻力小于或等于低压加热***的阻力和。
6.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：所述烟气通道的烟气出口连通除尘器的进气口，并依次经除尘器、引风机和脱硫装置后连接至排烟装置。
7.根据权利要求1所述的燃煤电站锅炉的烟气余热梯级利用***，其特征是：烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度选取为：烟气侧水蒸气露点+20℃+T0，T0为温度裕量；
烟气余热换热器出口烟温选取为烟气侧酸露点以下，且高于满足烟气余热换热器的冷却水管道入口的流体温度。
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