一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统的制作方法

本实用新型技术属于电力行业节能技术领域，具体涉及一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统。

背景技术：

煤炭是中国最为重要的动力资源之一，为中国的经济快速发展起到了非常重要的保障和推动作用，而且在今后的很长一段时间内，这种责任仍然需要煤炭继续承担。然而，煤炭作为化石能源，不仅不可再生，而且给目前的生态环境带来了巨大的威胁。因此，如何在现有基础上更高效更清洁的利用煤炭已成为我国能源利用发展的必然趋势。而作为煤炭消耗大户，火电厂的节能减排改造形势仍然十分严峻。

现代燃煤电站锅炉为保证受热面安全，空气预热器后排烟温度设在120～140℃，大量低品位的热能直接弃用，带来极大的环境污染和能量浪费，排烟损失约占锅炉总热量的4％～6％，是锅炉损失中最大的一项，如能将这部分能量充分利用可达到很好的节能效果，然而，由于排烟温度不超200℃，品位较低，利用效果非常局限，有鉴于此，关于机炉相互耦合以追求更加高效的余热利用的研究开始展开，其主要思路是打破锅炉与汽机之间相对独立的关系，一般抽取高温烟气加热凝结水、给水等其他高温工质以节约高品位回热抽汽，这样可以提高机组效率，降低机组煤耗。根据能量守恒原理，原来足额烟气冲刷放热才能满足烟气抽气口之后空气预热器的工质吸热要求，现在由于烟气份额不足，烟气放热量减少，导致另一侧冷空气的吸热量也必然减少，这时为保证运行高效安全，需引入其他热源对冷空气进行补充加热。

有鉴于此，本实用新型提出一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，通过设置一条并联于空气预热器的旁路烟道布置高温烟水换热器、中温烟水换热器，利用旁路烟道的高品位的高温烟气加热凝结水和给水，节约了高品位回热抽汽，起到了很好的节能效果；由于烟气量减少，导致空气预热器烟气侧放热量不足，锅炉送风温度偏低，需要引入其他热源对冷空气进行补充加热：抽取部分低温凝结水经过低温烟气加热，然后利用加热后的凝结水在空气预热器前对冷空气进行预热，从而减少空气预热器加热冷空气所需的热量，保证锅炉送风的温度、流量等运行参数基本不变。本实用新型布置简单，控制系统得到简化，运行安全性好，投资及运行成本较低，并且高效地利用了烟气余热，在工程上具有较强的可实施性，可有效提高火电厂的运行效率。

技术实现要素：

本实用新型技术针对传统锅炉余热利用系统中由于烟气品位较低导致的余热利用效果较差的问题提出了一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，通过设置旁路烟道抽引高品位的高温烟气，利用旁路烟道中的高温烟水换热器和中温烟水换热器来加热给水和凝结水以节约高品位回热抽汽，增加机组出力，提高机组效率；由于烟气量减少，导致空气预热器烟气侧放热量不足，锅炉送风温度偏低，需要引入其他热源对冷空气进行补充加热，本系统采用利用烟气余热加热过的凝结水作为补充加热的热源：根据负荷变化通过开闭阀门灵活抽取部分70～90℃的凝结水，引入布置在锅炉尾部烟道布置的低温烟水换热器吸收低温烟气余热，再利用布置在空气预热器前锅炉送风管道上的气水换热器预热冷空气，减少空气预热器段加热空气所需的传热量。总体来看，本系统以低品位的凝结水和低温烟气置换出高品位的高温烟气，再利用高温烟气加热给水和凝结水。综合上述措施，能有效节约汽机侧的高品位回热抽汽，充分利用锅炉排烟，实现了梯级利用、能量对口，提高了烟气的利用率，提高了机组效率；同时，系统布置简单，运行安全性好，能灵活适应机组负荷的变化；而且由于送入炉膛的冷空气管道上气水换热器的存在，在冬天还能起到一定的防冻效果。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统主要包括空气预热器1、1#高压回热加热器9、2#高压回热加热器10、 3#高压回热加热器11、除氧器12、5#低压回热加热器13、6#低压回热加热器14、7#低压回热加热器15、8#低压回热加热器16、高温烟水换热器2、中温烟水换热器3、第一电动闸阀6、第二电动闸阀7、第三电动闸阀8、低温烟水换热器4、气水换热器5、第一阀门17、第二阀门18、给水泵19、凝结水泵20，其特征在于，锅炉尾部设置旁路烟道，与空气预热器1并联布置，旁路烟道中依次布置有高温烟水换热器2、中温烟水换热器3，烟道在中温烟水换热器3及空气预热器1之后汇合，烟道下游布置低温烟水换热器4；给水管路在给水泵19出口设置支路，支路按给水流动顺序依次布置第一电动闸阀6、高温烟水换热器2，最后汇入给水管路；根据运行负荷选择第一阀门 17和第二阀门18的开闭灵活调整凝结水的引出点，引出部分温度为 70～90℃的凝结水后分为两条支路，第一条支路依次布置第二电动闸阀7和中温烟水换热器3，最终汇入除氧器9入口，第二条支路依次布置第三电动闸阀8、低温烟水换热器4、气水换热器5，疏水返回凝汽器热井。

主烟道布置空气预热器1，用以预热送入炉膛的冷空气，旁路烟道布置高温烟水换热器2和中温烟水换热器3，烟气由省煤器流出后分两路分别流过主、旁路烟道中的换热器并与之充分换热后汇合，流经烟道下游的低温烟水换热器4后进行除尘或脱硫。

冷空气先后经过串联布置的气水换热器5及空气预热器1的加热后进入炉膛。

凝结水经回热加热至70～90℃后分为三路，流量配比由第二电动闸阀7、第三电动闸阀8控制：其中第一路先后流经第二电动闸阀 7和旁路烟道中的中温烟水换热器3，吸收烟气的热量后引至除氧器 12入口处，与主流汇合，第二路经过第三电动闸阀8，先在锅炉尾部烟道上的低温烟水换热器4逆流吸热，再进入布置于炉膛送风管道上的气水换热器5中充分放热，加热空气，最终疏水返回凝汽器热井，第三路即为凝结水主流，主流将继续沿回热系统管路流动，经过引出点之后的低压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后一起进入除氧器12；经给水泵19增压给水后分为两路，其流量配比由第一电动闸阀6控制：支流经过第一电动闸阀6和旁路烟道中的高温烟水换热器 2，被高温烟气加热后引至给水管路上高压加热器的出口处，与给水主流汇合，主流继续沿给水管路，经过各级高压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后进入锅炉省煤器。

通过调节第一电动闸阀6、第二电动闸阀7、第三电动闸阀8的开度来控制各支路凝结水及给水的流量，使送入炉膛的冷空气在气水换热器5和空气预热器1中充分吸热、满足锅炉送风的流量和温度要求，使旁路烟道中高温烟气放出的热量能将凝结水及给水加热到同容量同参数抽汽回热机组的温度水平。

在高负荷运行条件下，关闭第一阀门17、打开第二阀门18；在低负荷运行条件下，打开第一阀门17、关闭第二阀门18，使引出凝结水的温度在70～90℃范围内。

所述的高温烟水换热器2、中温烟水换热器3、低温烟水换热器 4、气水换热器5都采用逆流换热布置；且高温烟水换热器2、中温烟水换热器3和低温烟水换热器4都应加装防磨装置。

本实用新型具有以下优点及有益效果：

本实用新型技术通过设置一条并联于空气预热器的旁路烟道布置高温烟水换热器、中温烟水换热器，利用旁路烟道的高品位的高温烟气加热凝结水和给水，充分利用锅炉排烟，节约了高品位回热抽汽，增加机组出力，实现了梯级利用、能量对口，提高了烟气的利用率，提高机组效率；由于烟气量减少，导致空气预热器烟气侧放热量不足，锅炉送风温度偏低，需要引入其他热源对冷空气进行补充加热：抽取部分低温凝结水经过低温烟气加热，然后利用加热后的凝结水在空气预热器前对冷空气进行预热，从而减少空气预热器加热冷空气所需的热量，这样可以保证锅炉送风的温度、流量等运行参数基本不变；系统布置简单，运行安全性好，能灵活适应机组负荷的变化；而且由于送入炉膛的冷空气管道上气水换热器的存在，在冬天还能起到一定的防冻效果。

附图说明

图1为一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统示意图。

图中：1-空气预热器，2-高温烟水换热器，3-中温烟水换热器，4-低温烟水换热器，5-气水换热器，6-第一电动闸阀、7-第二电动闸阀、 8-第三电动闸阀，9-1#高压回热加热器、10-2#高压回热加热器、11- 3#高压回热加热器，12-除氧器，13-5#低压回热加热器、14-6#低压回热加热器、15-7#低压回热加热器、16-8#低压回热加热器，17-第一阀门、18-第二阀门，19-给水泵，20-凝结水泵

具体实施方式

本实用新型提出一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统。下面结合附图和实例予以说明。

如图1所示的凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统主要包括空气预热器1、1#高压回热加热器9、2#高压回热加热器10、3#高压回热加热器11、除氧器12、5#低压回热加热器13、 6#低压回热加热器14、7#低压回热加热器15、8#低压回热加热器16、高温烟水换热器2、中温烟水换热器3、第一电动闸阀6、第二电动闸阀7、第三电动闸阀8、低温烟水换热器4、气水换热器5、第一阀门 17、第二阀门18、给水泵19、凝结水泵20，其特征在于，锅炉尾部设置旁路烟道，与空气预热器1并联布置，旁路烟道中依次布置有高温烟水换热器2、中温烟水换热器3，烟道在中温烟水换热器3及空气预热器1之后汇合，烟道下游布置低温烟水换热器4；给水管路在给水泵19出口设置支路，支路按给水流动顺序依次布置第一电动闸阀6、高温烟水换热器2，最后汇入给水管路；根据运行负荷选择第一阀门17和第二阀门18的开闭灵活调整凝结水的引出点，引出部分温度为70～90℃的凝结水后分为两条支路，第一条支路依次布置第二电动闸阀7和中温烟水换热器3，最终汇入除氧器12入口，第二条支路依次布置第三电动闸阀8、低温烟水换热器4、气水换热器5，疏水返回凝汽器热井。

主烟道布置空气预热器1，用以预热送入炉膛的冷空气，旁路烟道布置高温烟水换热器2和中温烟水换热器3，烟气由省煤器流出后分两路分别流过主、旁路烟道中的换热器并与之充分换热后汇合，流经烟道下游的低温烟水换热器4后进行除尘或脱硫。

冷空气先后经过串联布置的气水换热器5及空气预热器1的加热后进入炉膛。

凝结水经回热加热至70～90℃后分为三路，流量配比由第二电动闸阀7、第三电动闸阀8控制：其中第一路先后流经第二电动闸阀 7和旁路烟道中的中温烟水换热器3，吸收烟气的热量后引至除氧器 12入口处，与主流汇合，第二路经过第三电动闸阀8，先在锅炉尾部烟道上的低温烟水换热器4逆流吸热，再进入布置于炉膛送风管道上的气水换热器5中充分放热，加热空气，最终疏水返回凝汽器热井，第三路即为凝结水主流，主流将继续沿回热系统管路流动，经过引出点之后的低压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后一起进入除氧器12；经给水泵19增压给水后分为两路，其流量配比由第一电动闸阀6控制：支流经过第一电动闸阀6和旁路烟道中的高温烟水换热器 2，被高温烟气加热后引至给水管路上高压加热器的出口处，与给水主流汇合，主流继续沿给水管路，经过各级高压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后进入锅炉省煤器。

通过调节第一电动闸阀6、第二电动闸阀7、第三电动闸阀8的开度来控制各支路凝结水及给水的流量，使送入炉膛的冷空气在气水换热器5和空气预热器1中充分吸热、满足锅炉送风的流量和温度要求，使旁路烟道中高温烟气放出的热量能将凝结水及给水加热到同容量同参数抽汽回热机组的温度水平。

在高负荷运行条件下，关闭第一阀门17、打开第二阀门18；在低负荷运行条件下，打开第一阀门17、关闭第二阀门18，使引出凝结水的温度在70～90℃范围内。

所述的高温烟水换热器2、中温烟水换热器3、低温烟水换热器 4、气水换热器5都采用逆流布置，保证良好的换热效果；且高温烟水换热器2、中温烟水换热器3、低温烟水换热器4都应加装防磨装置，防止灰粒磨损。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，主要包括空气预热器(1)、1#高压回热加热器(9)、2#高压回热加热器(10)、3#高压回热加热器(11)、除氧器(12)、5#低压回热加热器(13)、6#低压回热加热器(14)、7#低压回热加热器(15)、8#低压回热加热器(16)、高温烟水换热器(2)、中温烟水换热器(3)、第一电动闸阀(6)、第二电动闸阀(7)、第三电动闸阀(8)、低温烟水换热器(4)、气水换热器(5)、第一阀门(17)、第二阀门(18)、给水泵(19)、凝结水泵(20)，其特征在于，锅炉尾部设置旁路烟道，与空气预热器(1)并联布置，旁路烟道中依次布置有高温烟水换热器(2)、中温烟水换热器(3)，烟道在中温烟水换热器(3)及空气预热器(1)之后汇合，烟道下游布置低温烟水换热器(4)；给水管路在给水泵(19)出口设置支路，支路按给水流动顺序依次布置第一电动闸阀(6)、高温烟水换热器(2)，最后汇入给水管路；根据运行负荷选择第一阀门(17)和第二阀门(18)的开闭灵活调整凝结水的引出点，引出部分温度为70～90℃的凝结水后分为两条支路，第一条支路依次布置第二电动闸阀(7)和中温烟水换热器(3)，最终汇入除氧器(12)入口，第二条支路依次布置第三电动闸阀(8)、低温烟水换热器(4)、气水换热器(5)，疏水返回凝汽器热井。

2.根据权利要求1所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，主烟道布置空气预热器(1)，用以预热送入炉膛的冷空气，旁路烟道布置高温烟水换热器(2)和中温烟水换热器(3)，烟气由省煤器流出后分两路分别流过主、旁路烟道中的换热器并与之充分换热后汇合，流经烟道下游的低温烟水换热器(4)后进行除尘或脱硫。

3.根据权利要求1所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，冷空气先后经过串联布置的气水换热器(5)及空气预热器(1)的加热后进入炉膛。

4.根据权利要求1所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，凝结水经回热加热至70～90℃后分为三路，流量配比由第二电动闸阀(7)、第三电动闸阀(8)控制：其中第一路先后流经第二电动闸阀(7)和旁路烟道中的中温烟水换热器(3)，吸收烟气的热量后引至除氧器(12)入口处，与主流汇合，第二路经过第三电动闸阀(8)，先在锅炉尾部烟道上的低温烟水换热器(4)逆流吸热，再进入布置于炉膛送风管道上的气水换热器(5)中充分放热，加热空气，最终疏水返回凝汽器热井，第三路即为凝结水主流，主流将继续沿回热系统管路流动，经过引出点之后的低压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后一起进入除氧器(12)；经给水泵(19)增压给水后分为两路，其流量配比由第一电动闸阀(6)控制：支流经过第一电动闸阀(6)和旁路烟道中的高温烟水换热器(2)，被高温烟气加热后引至给水管路上高压加热器的出口处，与给水主流汇合，主流继续沿给水管路，经过各级高压加热器加热后，与汇入的支流充分混合后进入锅炉省煤器。

5.根据权利要求4所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，通过调节第一电动闸阀(6)、第二电动闸阀(7)、第三电动闸阀(8)的开度来控制各支路凝结水及给水的流量，使送入炉膛的冷空气在气水换热器(5)和空气预热器(1)中充分吸热、满足锅炉送风的流量和温度要求，使旁路烟道中高温烟气放出的热量能将凝结水及给水加热到同容量同参数抽汽回热机组的温度水平。

6.根据权利要求1所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，在高负荷运行条件下，关闭第一阀门(17)、打开第二阀门(18)；在低负荷运行条件下，打开第一阀门(17)、关闭第二阀门(18)，使引出凝结水的温度在70～90℃范围内。

7.根据权利要求1所述的一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，其特征在于，所述的高温烟水换热器(2)、中温烟水换热器(3)、低温烟水换热器(4)、气水换热器(5)都采用逆流换热布置；且高温烟水换热器(2)、中温烟水换热器(3)和低温烟水换热器(4)都应加装防磨装置。

技术总结

本实用新型技术公开了一种凝结水与低温烟气协同加热空气的机炉耦合余热利用系统，主要包括空气预热器、高温烟水换热器、中温烟水换热器、低温烟水换热器、气水换热器。该系统设置旁路烟道，抽引高品位的高温烟气来加热给水和凝结水以节约高品位回热抽汽，提高机组效率；流经空气预热器的烟气量减少造成加热不足，需引入其他热源补充加热：抽取部分低温凝结水，经过低温烟气加热，然后利用加热后的凝结水在空气预热器前对冷空气进行预热，从而减少空气预热器加热冷空气所需的热量。本系统以低品位的凝结水和低温烟气置换出高品位的高温烟气，再加热给水和高温凝结水，节约了高品位回热抽汽，有效地提高了火电厂的运行效率，且工艺简单、易于实现。

技术研发人员：陈衡;齐震;许继东;包塞纳;徐钢

受保护的技术使用者：华北电力大学

技术研发日：.04.17

技术公布日：.01.11