一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統的製作方法
2023-05-14 15:34:11
本發明屬於能源動力技術領域，尤其涉及一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統。
背景技術：
目前，我國電站鍋爐餘熱資源很多，但是僅僅鍋爐煙氣餘熱得到了資源化利用。還存在很多沒有被利用的餘熱資源。
沒有餘熱用的鍋爐風煙系統參見圖1，鍋爐燃燒產生的煙氣一次流經爐膛(1)、空氣預熱器(2)、除塵器(3)和引風機(4)流向脫硫系統。來自送風機(5)的冷風經過空氣預熱器加熱器直接進入鍋爐爐膛，來自一次風機(6)的冷風分兩路，一路經過空氣預熱器(2)加熱後成為熱風，另一路經過冷風門(7)調節後與第一路匯合成合適的溫度後經過磨煤機(8)進入爐膛。
磨煤機(8)出口的一次風溫度必須處於合適的溫度區間，此溫度區間根據煤質及磨煤機的不同而不同。如果溫度偏高，煤粉爆炸的可能性大增，電廠運行的安全性受到嚴重威脅；如果溫度偏低，煤中的水分不能完全蒸發而呈現液態，容易導致磨煤機出口粉管堵塞。因此，現代電廠一般通過冷風門(7)的開度，調節磨煤機入口空氣溫度，達到控制磨煤機出口溫度的目的。
1、鍋爐排煙餘熱
鍋爐排煙溫度一般在120℃以上，排煙熱損失佔鍋爐熱損失的70～80％的比例，目前針對排煙餘熱的節能原理為：利用鍋爐煙氣餘熱加熱進入空氣預熱器的冷一次風及冷二次風，空預器出口煙溫相應升高。為此，如圖2所示的方法增設了空氣預熱器旁路煙道，在旁路煙道內設置旁路高壓省煤器代替部分高加，節能量相對較高。但是會導致二次熱風溫度降低，節能效果較低。
2、鍋爐的爐渣餘熱
電站煤粉鍋爐，煤質中的灰分經過燃燒後90％的比例變成飛灰，隨著煙氣從煙囪排出。剩下10％，變成爐渣從鍋爐的冷灰鬥排出。爐渣的溫度非常高，大約在1000℃左右。電廠普遍採用液態排渣爐，高溫爐渣直接落到冷灰鬥下方的水池中降溫，浪費大量的熱量後，由撈渣機排出。
由於鍋爐排煙餘熱系統導致二次熱風溫度下降，節能效果降低，爐渣餘熱的溫度又相當高，再者針對這兩種餘熱資源目前並沒有一種系統，綜合考慮兩種餘熱資源，優化熱力系統，提高熱力系統經濟性。本發明針對這個問題，提出一種熱煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明的目的是提出煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統。本發明綜合考慮了兩種餘熱資源，優化了熱力系統，提高了熱力系統經濟性。
本發明提供了第一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統，包括煙氣餘熱利用系統，其按照煙氣流通方向，包括依次串聯連接的空氣預熱器、除塵器、引風機和煙氣冷卻器；在空氣預熱器的煙氣入口端及煙氣出口端之間還設置有一煙氣旁路，煙氣旁路上依次串聯連接有旁路高壓省煤器與旁路低壓省煤器；
所述煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統還包括爐渣餘熱利用系統，所述爐渣餘熱利用系統包括兩個串聯連接的冷渣器，用於接收爐膛排放出的爐渣；兩個串聯連接的冷渣器均通過空氣管道與煙氣餘熱利用系統相連通。
進一步的，兩個串聯連接的冷渣器分別為熱風冷渣器和低溫風冷渣器，所述熱風冷渣器直接安裝於爐膛底部；被加熱後的二次冷風依次送至低溫風冷渣器和空氣預熱器形成熱二次風，熱二次風分成兩路，一路直接送至爐膛，另一路傳送至熱風冷渣器吸收其內爐渣的熱量後再傳送至爐膛內。
進一步的，所述空氣預熱器通過一次風暖風器與一次風機相連，所述一次風暖風器用於加熱一次風機傳送來的一次冷風；空氣預熱器通過二次風暖風器與送風機相連，所述二次風暖風器用於加熱送風機傳送來的二次冷風。
進一步的，所述煙氣冷卻器通過閉式循環水系統分別與一次風暖風器和二次風暖風器相連通；
進一步的，所述旁路高壓省煤器和旁路低壓省煤器分別與高壓加熱器和低壓加熱器並聯。
進一步的，兩個串聯連接的冷渣器分別為熱風冷渣器和低溫風冷渣器，所述熱風冷渣器直接安裝於爐膛底部；二次冷風直接依次送至低溫風冷渣器和預熱器形成熱二次風，熱二次風分成兩路，一路直接送至爐膛，另一路傳送至熱風冷渣器吸收其內爐渣的熱量後再傳送至爐膛內。
進一步的，一次冷風直接送至空氣預熱器後，再與一次冷風進行混合，經磨煤機送至爐膛內。
本發明提供了第二種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統，包括煙氣餘熱利用系統，其按照煙氣流通方向，包括依次串聯連接的空氣預熱器、除塵器、引風機和煙氣冷卻器；在空氣預熱器的煙氣入口端及煙氣出口端之間還設置有一煙氣旁路，煙氣旁路上依次串聯連接有旁路高壓省煤器與旁路低壓省煤器；
所述煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統還包括爐渣餘熱利用系統，所述爐渣餘熱利用系統包括兩個串聯連接的冷渣器，用於接收爐膛排放出的爐渣；兩個串聯連接的冷渣器均通過水管路與煙氣餘熱利用系統相連通。
進一步的，兩個串聯連接的冷渣器分別為高溫水冷渣器和低溫水冷渣器，高溫水冷渣器直接安裝於爐膛底部。
本發明提供的第三種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統，包括煙氣餘熱利用系統，其按照煙氣流通方向，包括依次串聯連接的空氣預熱器、除塵器、引風機和煙氣冷卻器；在空氣預熱器的煙氣入口端及煙氣出口端之間還設置有一煙氣旁路，煙氣旁路上依次串聯連接有旁路高壓省煤器與旁路低壓省煤器；
所述煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統還包括爐渣餘熱利用系統，所述爐渣餘熱利用系統包括串聯連接的熱風冷渣器和低溫水冷渣器，熱風冷渣器通過空煙氣管道直接通入經空氣預熱器加熱的二次熱風后再送至爐膛；低溫水冷渣器通過水管路與煙氣餘熱利用系統的旁路低壓省煤器相連通。
本發明的有益效果為：
(1)本發明實現了煙氣及爐渣餘熱的梯級利用，根據煙氣及爐渣這兩種餘熱資源的溫度水平分別加熱溫度合適的冷源工質，比如：高溫風、低溫風、高溫水、低溫水；綜合考慮了煙氣及爐渣這兩種餘熱資源，優化了熱力系統，提高了熱力系統經濟性。
(2)本發明利用旁路煙道高壓省煤器及旁路煙道低壓省煤器設備加熱汽輪機回熱系統的凝結水或給水，代替部分高加或低加的作用。在燃煤量不變的前提下，提高發電功率及機組的經濟性。
(3)本發明利用高溫冷渣器加熱二次熱風，補償了旁路煙道餘熱利用造成二次風溫下降這一損失，提高熱力系統的經濟性。
附圖說明
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。
圖1是沒有餘熱利用的電站鍋爐系統結構示意圖；
圖2是一種煙氣餘熱利用的電站鍋爐系統結構示意圖；
圖3是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例一結構示意圖；
圖4是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例二結構示意圖；
圖5是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例三結構示意圖；
圖6是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例四結構示意圖；
圖7是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例五結構示意圖。
其中，1、爐膛；2、空氣預熱器；3、除塵器；4、引風機；5、送風機；6、一次風機；7、冷風門；8、磨煤機；9、高壓加熱器；10、低壓加熱器；11、給水泵；12、凝結水泵；13、煙氣冷卻器；14、二次風暖風器；15、一次風暖風器；16、旁路高壓省煤器；17、旁路低壓省煤器；18、熱風冷渣器；19、低溫水冷渣器；20、高溫水冷渣器；21、低溫風冷渣器。
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
本發明提供了第一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統，包括煙氣餘熱利用系統，其按照煙氣流通方向，包括依次串聯連接的空氣預熱器、除塵器、引風機和煙氣冷卻器；在空氣預熱器的煙氣入口端及煙氣出口端之間還設置有一煙氣旁路，煙氣旁路上依次串聯連接有旁路高壓省煤器與旁路低壓省煤器；
所述煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統還包括爐渣餘熱利用系統，所述爐渣餘熱利用系統包括兩個串聯連接的冷渣器，用於接收爐膛排放出的爐渣；兩個串聯連接的冷渣器均通過空氣管道與煙氣餘熱利用系統相連通。
實施案例一
圖3是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例一結構示意圖。
如圖3所示，煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統，包括煙氣餘熱利用系統，其按照煙氣流通方向，包括依次串聯連接的空氣預熱器(2)、除塵器(3)、引風機(4)和煙氣冷卻器(13)；在空氣預熱器(2)的煙氣入口端及煙氣出口端之間還設置有一煙氣旁路，煙氣旁路上依次串聯連接有旁路高壓省煤器(16)與旁路低壓省煤器(17)，所述旁路低壓省煤器(17)用於最大化吸收煙氣餘熱來提高熱力系統的經濟性；
兩個串聯連接的冷渣器分別為熱風冷渣器(18)和低溫風冷渣器(21)，所述熱風冷渣器(18)直接安裝於爐膛(1)底部；被加熱後的二次冷風依次送至低溫風冷渣器(21)和空氣預熱器(2)形成熱二次風，熱二次風分成兩路，一路直接送至爐膛(1)，另一路傳送至熱風冷渣器(18)吸收其內爐渣的熱量後再傳送至爐膛(1)內。
空氣預熱器(2)還通入加熱後的一次冷風，經空氣預熱器(2)加熱後形成一次熱風，一次熱風被引入磨煤機(8)。
在該實施例中，空氣預熱器(2)通過一次風暖風器(15)與一次風機(6)相連，所述一次風暖風器(15)用於加熱一次風機(6)傳送來的一次冷風；空氣預熱器(2)通過二次風暖風器(14)與送風機(5)相連，所述二次風暖風器(14)用於加熱送風機(5)傳送來的二次冷風。
本發明利用冷風門(7)用於控制由一次風機(6)進入磨煤機(8)內的一次風的溫度。
煙氣冷卻器(13)通過閉式循環水系統分別與一次風暖風器(14)和二次風暖風器(15)相連通。
旁路高壓省煤器(16)與旁路低壓省煤器(17)分別通過水管路並聯於高壓加熱器(9)和低壓加熱器(10)相連。
本發明採用旁路高壓省煤器(16)與旁路低壓省煤器(17)加熱汽輪機回熱系統的凝結水或給水，代替部分高加或低加的作用，使得在燃煤量不變的前提下，提高發電功率及機組的經濟性。
其中，凝結水泵(12)與低壓加熱器(10)相連，給水泵(11)與高壓加熱器(9)相連。
下面結合煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統中煙氣流程、空氣流程及爐渣流程來對該系統進行詳細說明：
煙氣流程：空氣預熱器設置旁路煙道，來自鍋爐的煙氣進入空氣預熱器(2)之前分成兩路。一路流經空氣預熱器(2)，將煙氣熱量傳遞給一二次風；另一路流經旁路煙道，在旁路高壓省煤器(16)及旁路低壓省煤器(17)內，將煙氣熱量分別傳遞給部分給水和凝結水，代替部分高壓加熱器(9)和低壓加熱器(10)的作用。兩路煙氣匯合後分別流經除塵器(3)、引風機(4)和煙氣冷卻器(13)。在煙氣冷卻器(13)內，將煙氣熱量通過閉式循環水加熱一二次冷風。
空氣流程：一二次風分別經過一次風機(6)和送風機(5)進入到一次風暖風器(15)和二次風暖風器(14)，利用排煙餘熱加熱一二次冷風。被加熱後的二次冷風依次送至低溫風冷渣器(21)和空氣預熱器(2)形成熱二次風，熱二次風分成兩路，一路直接送至爐膛(1)，另一路傳送至熱風冷渣器(18)吸收其內爐渣的熱量後再傳送至爐膛(1)內。被加熱的一次冷風進入空氣預熱器(2)，再送至磨煤機(8)內。
磨煤機(8)還與一次風機(6)相連，所述磨煤機(8)與一次風機(6)之間還設置有冷風門(7)。
凝結水流程：來自汽輪機回熱系統低壓部分的水(具體的引出位置因機組實際情況有所不同)，進入旁路低壓省煤器(17)吸收預熱器旁路煙道煙氣熱量，返回汽輪機凝結水系統(具體的返回點位置因機組實際情況有所不同)。
給水流程：來自給水泵出口的水，進入旁路高壓省煤器(16)，吸收空預器旁路煙氣熱量餘熱後，返回汽輪機給水系統。
爐渣流程：高溫鍋爐爐渣分別經過高溫風冷渣器(18)和低溫風冷渣器(21)降溫，將高溫爐渣熱量傳遞給高溫風與低溫風后排出鍋爐。
其中，汽輪機凝結水系統和汽輪機給水系統的結構均是電站的機組中現有的結構。
實施案例二
圖4是一種煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統實施例二結構示意圖。
如圖4所示，與實施例一相比，空氣預熱器入口空氣的加熱方式不同，實施例一設置煙氣冷卻器(13)、一次風暖風器(14)及二次風暖風器(15)組成的閉式循環水系統利用煙氣餘熱加熱來自一次風機(6)及送風機(5)的冷風。
本案例的空氣加熱方式為：來自送風機(5)的冷風，首先流經低溫風冷渣器(21)提升風溫。然後分成兩路，一路作為二次風直接進入空氣預熱器(2)，另一路設置一次風機(6)提升壓頭後進入空氣預熱器(2)。
由於取消了閉式循環式系統，因此本系統不設置一次風暖風器(15)和二次風暖風器(14)，煙氣冷卻器(13)與旁路低壓省煤器(17)並聯，加熱來自於汽輪機某一級低壓加熱器(10)出口的凝結水，並聯連接的煙氣冷卻器(13)與旁路低壓省煤器(17)的出口熱水與另一級低壓加熱器(10)出口水管路相連，代替部分低壓加熱器(10)的作用。其餘系統與實施案例一近似。
實施案例三
如圖5所示，本實施例是實施案例二的簡化版本，可降低部分投資，達到比實施案例五稍低的節能效果。與實施案例二的主要區別在於，取消了空氣預熱器(2)的旁路煙道、旁路高壓省煤器(16)與旁路低壓省煤器(17)。用煙氣冷卻器(13)代替部分低壓加熱器(10)，達到節能效果。本系統的其他結構均與實施案例二類似。
實施案例四
如圖6所示，該煙氣及爐渣餘熱聯合利用系統的具體結構及流程為：
煙氣流程：空氣預熱器設置旁路煙道，來自鍋爐的煙氣進入迴轉式空氣預熱器(2)之前分成兩路。一路流經迴轉式空氣預熱器(2)，將煙氣熱量傳遞給一二次風；另一路流經旁路煙道，在旁路高壓省煤器(16)及旁路低壓省煤器(17)內，將煙氣熱量分別傳遞給部分給水和凝結水，代替部分高壓加熱器(9)和低壓加熱器(10)的作用。兩路煙氣匯合後分別流經除塵器(3)、引風機(4)和煙氣冷卻器(13)。在煙氣冷卻器(13)內，將煙氣熱量通過閉式循環水加熱一二次冷風。
空氣流程：一二次風分別經過一次風機(6)和送風機(5)進入到一次風暖風器(15)和二次風暖風器(14)，利用排煙餘熱加熱一二次冷風。被加熱的一二次風進入迴轉式空氣預熱器(2)，熱二次風被引入到高溫風冷渣器(18)內，利用高溫爐渣餘熱，加熱熱二次風，然後送入爐膛。
凝結水流程：來自汽輪機回熱系統低壓部分的水(具體的引出位置因機組實際情況有所不同)，分兩路並聯。一路進入旁路低壓省煤器(17)，另一路進入低溫水冷渣器(19)，分別吸收預熱器旁路煙道煙氣熱量及爐渣低溫餘熱後匯合，返回汽輪機凝結水系統(具體的返回點位置因機組實際情況有所不同)。
給水流程：來自給水泵出口的水，進入旁路高壓省煤器(16)，吸收空預器旁路煙氣熱量餘熱後，返回汽輪機給水系統。
爐渣流程：高溫鍋爐爐渣分別經過高溫風冷渣器(18)和低溫水冷渣器(19)降溫，將高溫爐渣熱量傳遞給高溫風與低溫水後排出鍋爐。
實施案例五
如圖7所示，與實施案例四的主要區別在於用高溫水冷渣器(20)代替了高溫風冷渣器(18)，該高溫水冷渣器(20)與旁路高壓省煤器(16)兩者並聯，加熱來自於給水泵(11)出口的給水，並聯連接的高溫水冷渣器(20)與旁路高壓省煤器(16)的出口熱水與最後一級高壓加熱器(9)的出口水管路相連，代替部分高壓加熱器(9)的作用。其餘管路系統與實施案例四近似。
本發明實現了煙氣及爐渣餘熱的梯級利用，根據煙氣及爐渣這兩種餘熱資源的溫度水平分別加熱溫度合適的冷源工質，比如：高溫風、低溫風、高溫水、低溫水；綜合考慮了煙氣及爐渣這兩種餘熱資源，優化了熱力系統，提高了熱力系統經濟性。
本發明利用旁路煙道高壓省煤器、旁路煙道低壓省煤器設備加熱汽輪機回熱系統的凝結水或給水，代替部分高加或低加的作用。在燃煤量不變的前提下，提高發電功率及機組的經濟性。
本發明利用高溫冷渣器加熱二次熱風，補償了旁路煙道餘熱利用造成二次風溫下降這一損失，提高了熱力系統的經濟性。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。