本实用新型属于火力发电技术领域，特别涉及一种燃煤锅炉与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统。
背景技术：
随着经济的迅速发展以及国民生活水平的日益提高，“垃圾围城”的困境日益突出，如何处理数量庞大的生活垃圾已成为目前我国面临的严峻问题之一。目前，生活垃圾的处理方式有三种：直接焚烧、卫生填埋和堆肥，相比于易造成二次污染的填埋与难以销售的垃圾堆肥，直接焚烧逐渐成为我国生活垃圾处理的主流方式。垃圾焚烧过程中，会产生大量的热量，将这部分热量用于发电，可实现余热回收及资源最大化使用。垃圾焚烧发电，主要是利用垃圾燃烧所放出的热量加热水以获得过热蒸汽，过热蒸汽膨胀做功推动汽轮机旋转，进而带动发电机发电。对于日处理垃圾量大于330t/d的垃圾焚烧发电厂，其余热锅炉的效率约为70～78％，汽轮机效率约为28～30.6％，发电机效率约为97％，垃圾焚烧发电厂的总发电效率在18～23％之间，远小于大容量燃煤电厂可达到的43％的发电效率。由此，对垃圾焚烧发电系统与常规的燃煤发电系统进行耦合，有望实现垃圾焚烧所产生热量的高效利用，进而解决垃圾焚烧发电厂效率偏低的问题。
现有的垃圾焚烧发电厂规模小，发电效率偏低，但其发电系统完备程度高，设备配置齐全，配有锅炉、汽轮机、发电机、烟气处理装置等一系列设备，以致垃圾焚烧发电厂投资成本高，单位投资约为1.8～2.2万/kw，建成后的运行与维护成本更是巨大。而常规燃煤发电是一种大型化、规模化、高效化的发电方式，其机组容量大，机组效率可达43％以上，单位投资成本较低，是垃圾焚烧发电厂的单位投资的1/4左右。由此，对垃圾焚烧发电厂与常规的燃煤发电厂进行系统集成，共用汽轮机、发电机及烟囱等设备，可节省垃圾焚烧发电厂的汽轮机发电机组及烟囱等设备的投资与运行维护费用，并可提高垃圾焚烧所产生热量的利用效率，从而带来显著的经济效益。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术的不足提供一种燃煤锅炉与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统。
该分段耦合燃煤发电系统是在燃煤锅炉1的烟道中安装燃煤锅炉省煤器2、燃煤锅炉低温再热器3、燃煤锅炉高温再热器4和燃煤锅炉空气预热器20；燃煤锅炉的烟道出口与静电除尘器21、脱硫塔22和烟囱23串联；燃煤锅炉的烟道顶部分别连接汽轮机高压缸5与汽轮机中压缸6，汽轮机高压缸5、汽轮机中压缸6、汽轮机低压缸7与发电机8串联；汽轮机低压缸7的抽汽分别连接凝汽器9、8#低压加热器11、7#低压加热器12、6#低压加热器13和5#低压加热器14；凝结水泵10分别连接凝汽器9、8#低压加热器11、垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的⑤出口；汽轮机中压缸6的抽汽分别连接燃煤锅炉除氧器15和3#高压加热器17；燃煤锅炉给水泵16分别连接燃煤锅炉除氧器15、3#高压加热器17、垃圾焚烧锅炉二段省煤器28入口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的③出口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的③出口；垃圾焚烧锅炉二段省煤器28出口与1#高压加热器19出口及燃煤锅炉省煤器2入口连接；垃圾焚烧锅炉一段省煤器29的出口连接燃煤锅炉除氧器15入口，入口分别连接5#低压加热器14出口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的④入口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的④入口；垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的②入口连接3#高压加热器17与2#高压加热器18的公共节点；垃圾焚烧锅炉24中安装垃圾焚烧锅炉蒸发器25和垃圾焚烧锅炉过热器27，顶部安装垃圾焚烧锅炉汽包26；垃圾焚烧锅炉二段省煤器28和垃圾焚烧锅炉一段省煤器29安装在垃圾焚烧锅炉24的烟道内；垃圾焚烧锅炉过热器27的⑥出口连接至燃煤锅炉高温再热器4的⑥入口；辅助加热器34与1#高压加热器19并联，然后与垃圾焚烧锅炉除氧器35、垃圾焚烧锅炉给水泵36和垃圾焚烧锅炉汽包26串联成回路；汽轮机高压缸5的抽气口⑦连接垃圾焚烧锅炉除氧器35的⑦入口；垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的①入口连接至1#高压加热器19与2#高压加热器18的公共节点①；垃圾焚烧锅炉24的烟道出口与烟气净化塔30、布袋除尘器31和烟囱23串联。
本实用新型的有益效果为：本分段耦合的燃煤发电系统是将垃圾焚烧锅炉汽包的出口饱和蒸汽、垃圾焚烧锅炉的过热器和省煤器与燃煤机组的回热系统和再热系统有效的结合起来。对于与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统，燃煤侧的发电效率与煤耗率基本不变，而此系统发电功率大于分开发电的发电功率之和，本实用新型提高了再热蒸汽的加热能力，进而提高了垃圾焚烧所产生热量的利用率，使原垃圾焚烧锅炉可实现的发电功率增加。本实用新型对于现有机组的改造变动以及安全性影响较小，缩小了占地面积，为垃圾焚烧锅炉本体与燃煤锅炉的集成发电提供了更为开阔的思路。
附图说明
图1为一种与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统流程示意图
标号说明：1-燃煤锅炉；2-燃煤锅炉省煤器；3-汽轮机高压缸；4-汽轮机中压缸；5-汽轮机低压缸；6-发电机；7-凝汽器；8-凝结水泵；9-8#低压加热器；10-7#低压加热器；11-6#低压加热器；12-5#低压加热器；13-燃煤锅炉除氧器；14-燃煤锅炉给水泵；15-3#高压加热器；16-2#高压加热器；17-1#高压加热器；18-燃煤锅炉空气预热器；19-静电除尘器；20-脱硫塔；21-烟囱；22-垃圾焚烧锅炉；23-垃圾焚烧锅炉蒸发器；24-垃圾焚烧锅炉汽包；25-垃圾焚烧锅炉过热器；26-垃圾焚烧锅炉二段省煤器；27-垃圾焚烧锅炉一段省煤器；28-烟气净化塔；29-布袋除尘器；30-垃圾焚烧锅炉一次风预热器；31-垃圾焚烧锅炉二次风预热器；32-辅助加热器；33-垃圾焚烧锅炉除氧器；34-垃圾焚烧锅炉给水泵
具体实施方式
本实用新型提供了一种燃煤锅炉与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1所示为燃煤锅炉与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统流程示意图。图中所示，该分段耦合燃煤发电系统是在燃煤锅炉1的烟道中安装燃煤锅炉省煤器2、燃煤锅炉低温再热器3、燃煤锅炉高温再热器4和燃煤锅炉空气预热器20；燃煤锅炉的烟道出口与静电除尘器21、脱硫塔22和烟囱23串联；燃煤锅炉的烟道顶部分别连接汽轮机高压缸5与汽轮机中压缸6，汽轮机高压缸5、汽轮机中压缸6、汽轮机低压缸7与发电机8串联；汽轮机低压缸7的抽汽分别连接凝汽器9、8#低压加热器11、7#低压加热器12、6#低压加热器13和5#低压加热器14；凝结水泵10分别连接凝汽器9、8#低压加热器11、垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的⑤出口；汽轮机中压缸6的抽汽分别连接燃煤锅炉除氧器15和3#高压加热器17；燃煤锅炉给水泵16分别连接燃煤锅炉除氧器15、3#高压加热器17、垃圾焚烧锅炉二段省煤器28入口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的③出口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的③出口；垃圾焚烧锅炉二段省煤器28出口与1#高压加热器19出口及燃煤锅炉省煤器2入口连接；垃圾焚烧锅炉一段省煤器29的出口连接燃煤锅炉除氧器15入口，入口分别连接5#低压加热器14出口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的④入口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的④入口；垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的②入口连接3#高压加热器17与2#高压加热器18的公共节点；垃圾焚烧锅炉24中安装垃圾焚烧锅炉蒸发器25和垃圾焚烧锅炉过热器27，顶部安装垃圾焚烧锅炉汽包26；垃圾焚烧锅炉二段省煤器28和垃圾焚烧锅炉一段省煤器29安装在垃圾焚烧锅炉24的烟道内；垃圾焚烧锅炉过热器27的⑥出口连接至燃煤锅炉高温再热器4的⑥入口；辅助加热器34与1#高压加热器19并联，然后与垃圾焚烧锅炉除氧器35、垃圾焚烧锅炉给水泵36和垃圾焚烧锅炉汽包26串联成回路；汽轮机高压缸5的抽气口⑦连接垃圾焚烧锅炉除氧器35的⑦入口；垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的①入口连接至1#高压加热器19与2#高压加热器18的公共节点①；垃圾焚烧锅炉24的烟道出口与烟气净化塔30、布袋除尘器31和烟囱23串联。
本实用新型的煤锅炉与垃圾焚烧锅炉分段耦合的燃煤发电系统的分段耦合发电原理，分段耦合包括：将垃圾焚烧锅炉的蒸发器和省煤器与燃煤发电机组的回热系统相结合；将垃圾焚烧锅炉的过热器与燃煤发电机组的再热蒸汽加热侧相结合；将垃圾焚烧锅炉一、二次风预热系统与燃煤发电机组的回热系统相结合，从而实现垃圾焚烧锅炉分段与燃煤发电机组耦合。是将垃圾焚烧锅炉汽包的出口饱和蒸汽、垃圾焚烧锅炉的省煤器、垃圾焚烧锅炉一、二次风预热系统与燃煤机组的回热系统有效结合起来，是将垃圾焚烧锅炉过热器与燃煤机组的再热蒸汽加热侧有效结合起来；在燃煤发电机组的回热系统和再热蒸汽加热侧的基础上，利用垃圾焚烧锅炉汽包26出口饱和蒸汽加热部分给水，利用垃圾焚烧锅炉省煤器加热部分给水及凝结水，给水或凝结水达到设计温度后送回燃煤发电机组的回热系统，利用垃圾焚烧锅炉过热器27加热部分高压缸出口蒸汽，出口再热蒸汽达原垃圾焚烧锅炉过热器27出口温度后与燃煤锅炉低温再热器3出口再热蒸汽混合后进入燃煤锅炉高温再热器4进一步加热；从燃煤发电机组的回热系统抽取部分给水及凝结水在垃圾焚烧锅炉一次风预热器32中加热垃圾焚烧锅炉一次风，垃圾焚烧锅炉一次风达到设计温度后从炉排下部送入垃圾焚烧锅炉24用于干燥和助燃；从燃煤发电机组的回热系统抽取部分给水及凝结水在垃圾焚烧锅炉二次风预热器33中加热垃圾焚烧锅炉二次风，垃圾焚烧锅炉二次风达到设计温度后送入垃圾焚烧锅炉24用于提高燃烧效果及保持燃烧室的温度。
具体地，垃圾焚烧锅炉的蒸发器和省煤器与燃煤发电机组的回热系统相结合部分：垃圾焚烧锅炉汽包26出口饱和蒸汽输送至辅助加热器34，用于加热2#高压加热器18出口部分给水，出口给水达到设计温度后与1#高压加热器19出口给水混合，而后进入燃煤锅炉省煤器2加热，辅助加热器34出口高温水进入垃圾焚烧锅炉除氧器35进行除氧，抽取部分燃煤锅炉回热系统的抽汽作为垃圾焚烧锅炉除氧器35的热源，以保证垃圾焚烧锅炉除氧器35工作稳定，再经垃圾焚烧锅炉给水泵36加压达到设定压力后打回垃圾焚烧锅炉蒸发器25加热，垃圾焚烧锅炉24循环工质达到设定压力后，送入垃圾焚烧锅炉汽包26，由此完成一个加热循环；燃煤锅炉给水泵16出口部分给水进入垃圾焚烧锅炉二段省煤器28吸收垃圾焚烧锅炉24的烟气热量，该给水与1#高压加热器19出口给水均达到设计温度后混合后进入燃煤锅炉省煤器2加热，5#低压加热器14出口给水分出一路给水进入垃圾焚烧锅炉一段省煤器29吸收垃圾焚烧锅炉24的烟气热量，给水达到设定温度打回至燃煤锅炉除氧器15入口，而后进入燃煤锅炉除氧器15除氧加热。
具体地，垃圾焚烧锅炉的过热器与燃煤发电机组的再热蒸汽加热侧相结合部分：抽取部分汽轮机高压缸5出口的高压缸出口蒸汽，送入垃圾焚烧锅炉过热器27加热，吸收垃圾焚烧锅炉24的烟气热量，出口再热蒸汽达到原垃圾焚烧锅炉过热器27出口温度后与燃煤锅炉低温再热器3出口再热蒸汽混合进入燃煤锅炉高温再热器4。
具体地，垃圾焚烧锅炉一、二次风预热系统与燃煤发电机组的回热系统相结合部分：5#低压加热器14出口凝结水分两路，一路凝结水经燃煤锅炉除氧器15加热，另一路经垃圾焚烧锅炉一次风预热器32与垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的第一加热段放热，放热后凝结水打到8#低压加热器11入口；2#高压加热器18出口给水分出一路经垃圾焚烧锅炉一次风预热器32的第二加热段放热，给水达到设计温度后打到燃煤锅炉给水泵16出口，而后依次进入高压加热器加热；3#高压加热器17出口给水分出一路经垃圾焚烧锅炉二次风预热器33的第二加热段放热，给水达到设计温度后打到燃煤锅炉给水泵16出口，而后依次进入高压加热器加热。
为了避免垃圾焚烧锅炉受热面分段耦合于燃煤发电系统后对系统的安全运行以及经济性产生较大影响，通过控制垃圾焚烧锅炉汽包26出口饱和蒸汽所加热的给水流量、进入垃圾焚烧炉过热器25的高压缸出口蒸汽流量、进入垃圾焚烧炉省煤器的给水及凝结水流量和垃圾焚烧锅炉一、二次风预热所用的给水及凝结水流量，保证燃煤锅炉给水参数能达到设计值。
燃煤锅炉空气预热器20出口烟气依次经过静电除尘器21，脱硫塔22后进入烟囱23排出；垃圾焚烧锅炉24出口烟气依次经烟气净化塔30，布袋除尘器31后与燃煤锅炉1的烟气混合后进入烟囱23排出。
当燃煤锅炉1全停之后，在启动时由垃圾焚烧锅炉24提供合格的辅助蒸汽，对锅炉的管道、旋风分离器等进行暖管，均匀受热，使其达到锅炉的标准。
下面结合算例，对本实用新型的效果进行说明。
将机组容量为600mw的燃煤发电机组与日处理垃圾量为500t/d的垃圾焚烧锅炉结合起来，图1为集成垃圾焚烧锅炉与燃煤锅炉的联合发电系统的结构示意图。以tha工况为参比系统，对图1所述实施例进行模拟，在燃煤发电功率基本保持不变的情况下，与常规同规模的垃圾焚烧发电站相比，联合发电系统将垃圾焚烧锅炉的烟气能量利用率提高了30％以上。
技术特征：
1.一种燃煤锅炉与垃圾焚烧炉分段耦合的燃煤发电系统，其特征在于，该分段耦合燃煤发电系统是在燃煤锅炉(1)的烟道中安装燃煤锅炉省煤器(2)、燃煤锅炉低温再热器(3)、燃煤锅炉高温再热器(4)和燃煤锅炉空气预热器(20)；燃煤锅炉的烟道出口与静电除尘器(21)、脱硫塔(22)和烟囱(23)串联；燃煤锅炉的烟道顶部分别连接汽轮机高压缸(5)与汽轮机中压缸(6)，汽轮机高压缸(5)、汽轮机中压缸(6)、汽轮机低压缸(7)与发电机(8)串联；汽轮机低压缸(7)的抽汽分别连接凝汽器(9)、8#低压加热器(11)、7#低压加热器(12)、6#低压加热器(13)和5#低压加热器(14)；凝结水泵(10)分别连接凝汽器(9)、8#低压加热器(11)、垃圾焚烧锅炉二次风预热器(33)的⑤出口；汽轮机中压缸(6)的抽汽分别连接燃煤锅炉除氧器(15)和3#高压加热器(17)；燃煤锅炉给水泵(16)分别连接燃煤锅炉除氧器(15)、3#高压加热器(17)、垃圾焚烧锅炉二段省煤器(28)入口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器(32)的③出口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器(33)的③出口；垃圾焚烧锅炉二段省煤器(28)出口与1#高压加热器(19)出口及燃煤锅炉省煤器(2)入口连接；垃圾焚烧锅炉一段省煤器(29)的出口连接燃煤锅炉除氧器(15)入口，入口分别连接5#低压加热器(14)出口、垃圾焚烧锅炉一次风预热器(32)的④入口及垃圾焚烧锅炉二次风预热器(33)的④入口；垃圾焚烧锅炉二次风预热器(33)的②入口连接3#高压加热器(17)与2#高压加热器(18)的公共节点；垃圾焚烧锅炉(24)中安装垃圾焚烧锅炉蒸发器(25)和垃圾焚烧锅炉过热器(27)，顶部安装垃圾焚烧锅炉汽包(26)；垃圾焚烧锅炉二段省煤器(28)和垃圾焚烧锅炉一段省煤器(29)安装在垃圾焚烧锅炉(24)的烟道内；垃圾焚烧锅炉过热器(27)出口⑥连接至燃煤锅炉高温再热器(4)的⑥入口；辅助加热器(34)与1#高压加热器(19)并联，然后与垃圾焚烧锅炉除氧器(35)、垃圾焚烧锅炉给水泵(36)和垃圾焚烧锅炉汽包(26)串联成回路；汽轮机高压缸(5)的⑦抽气口连接垃圾焚烧锅炉除氧器(35)的⑦入口；垃圾焚烧锅炉一次风预热器(32)的①入口连接至1#高压加热器(19)与2#高压加热器(18)的①公共节点；垃圾焚烧锅炉(24)的烟道出口与烟气净化塔(30)、布袋除尘器(31)和烟囱(23)串联。
技术总结
本实用新型公开了属于火力发电技术领域的一种燃煤锅炉与垃圾焚烧炉分段耦合的燃煤发电系统。将垃圾焚烧锅炉的蒸发器和省煤器与燃煤发电机组的回热系统相结合；将垃圾焚烧锅炉的过热器与燃煤发电机组的再热蒸汽加热侧相结合；将垃圾焚烧锅炉一、二次风预热系统与燃煤发电机组的回热系统相结合。具体是是垃圾焚烧锅炉汽包出口饱和蒸汽加热部分给水；垃圾焚烧锅炉省煤器加热部分给水及凝结水，以减少回热系统的抽汽流量；从而实现垃圾焚烧锅炉分段与燃煤发电机组耦合。本实用新型提高垃圾焚烧所产生热量的利用效率，从而带来显著的经济效益；提供了开阔的思路。
技术研发人员：徐钢;张美妍;赵晋辉;代礼豪;陈衡;刘彤
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：.12.18
技术公布日：.12.06
