一种焦炉余热发电凝结水预热系统及其预热方法与流程

本发明涉及焦化余热利用，具体为一种焦炉余热发电凝结水预热系统及其预热方法。

背景技术：

1、热回收焦炉在生产过程中产生大量高温烟气，其温度通常在1000℃以上，蕴含丰富的热能资源。目前，热回收焦炉普遍采用余热锅炉回收高温烟气的热量，产生高温超高压蒸汽驱动凝汽式汽轮发电机组做功发电。余热锅炉出口烟气温度通常降至180℃左右，该部分烟气经引风机增压后进入脱硫脱硝装置，最终经烟囱排放。

2、在凝汽式汽轮发电机组运行过程中，汽轮机排汽经凝汽器冷却后形成凝结水。凝结水需经回热系统逐级加热升温后进入除氧器，以满足锅炉给水的水质和温度要求。现有技术中，凝结水回热系统通常包括凝结水泵、汽封加热器、低压加热器和除氧器等设备，各设备按凝结水流动方向依次串联布置。凝结水经凝结水泵升压后，依次通过汽封加热器和若干级低压加热器逐级加热，最终送入除氧器。除氧器所需的加热热源通常来自汽轮机抽汽或厂区外来蒸汽。

3、然而，上述现有技术仍存在以下不足：

4、首先，余热锅炉出口的180℃低温烟气直接排入脱硫脱硝装置后经烟囱排放，该部分烟气蕴含的热量未得到有效回收利用。虽然热管换热技术在烟气余热回收领域已有应用，但在热回收焦炉余热发电领域，现有系统架构中未见将热管预热器串接于引风机与脱硫脱硝装置之间用于预热凝结水的技术方案。这一技术空白部分源于行业内的普遍技术认知：180℃左右的烟气温度恰好处于露点腐蚀的敏感温度区间，在该温度段布置换热设备面临严重的低温腐蚀风险，业内通常倾向于避免在该温度区间增设换热装置，以防设备腐蚀失效。

5、其次，凝结水在进入除氧器之前需要消耗大量的加热蒸汽。现有回热系统中，凝结水经汽封加热器和低压加热器逐级加热后，其温度通常仅能达到80℃～105℃左右，仍需除氧器消耗大量蒸汽将其进一步加热至工作温度（约140℃）。这一蒸汽消耗直接增加了汽轮机的抽汽量或厂区外来蒸汽的用量。特别是在冬季工况下，厂区蒸汽供需矛盾突出，除氧器加热蒸汽用量过大会进一步加剧全厂蒸汽平衡的紧张局面，甚至影响除氧器的正常运行和锅炉给水品质。

6、再次，在焦化厂区的实际运行中，凝结水预热与低温烟气余热回收分属不同的专业领域，前者属于热力系统回热范畴，后者属于烟气余热利用范畴，二者在常规设计中各自独立。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种焦炉余热发电凝结水预热系统及其预热方法，通过径向式热管预热器实现余热锅炉出口低温烟气与凝结水泵出口的低温凝结水之间的逆流换热，达到预热凝结水的目的，提高厂区烟气余热回收的综合利用率，同时节省大量除氧器加热蒸汽的用量。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种焦炉余热发电凝结水预热系统，包括单超再热锅炉、单超再热凝汽式汽轮发电机组、凝汽器、凝结水泵、汽封加热器、2级低压加热器、1级低压加热器、中压除氧器、引风机、径向式热管预热器、脱硫脱硝装置和烟囱。所述单超再热凝汽式汽轮发电机的低压缸与所述凝汽器连通，所述凝汽器通过凝结水泵进口管道与所述凝结水泵连通。所述凝结水泵的出口通过除氧器凝结水管道与所述中压除氧器连通，所述除氧器凝结水管道沿凝结水流动方向依次串接有所述径向式热管预热器、所述汽封加热器、所述2级低压加热器和所述1级低压加热器；所述单超再热锅炉的烟气出口通过引风机前烟气管道与所述引风机连通，所述引风机通过引风机后烟气管道与所述径向式热管预热器的烟气入口连通，所述径向式热管预热器的烟气出口通过径向式热管预热器后烟气管道与所述脱硫脱硝装置连通，所述脱硫脱硝装置通过脱硫脱硝装置后烟气管道与所述烟囱连通。

4、进一步地，所述径向式热管预热器通过径向式热管预热器进水管道和径向式热管预热器出水管道与所述除氧器凝结水管道连通；所述汽封加热器通过汽封加热器进水管道和汽封加热器出水管道与所述除氧器凝结水管道连通；所述2级低压加热器通过2级低压加热器进水管道和2级低压加热器出水管道与所述除氧器凝结水管道连通；所述1级低压加热器通过1级低压加热器进水管道和1级低压加热器出水管道与所述除氧器凝结水管道连通。

5、进一步地，所述径向式热管预热器为径向式热管气液逆流换热器，其凝结水管束水平排列，热管外管与烟气接触，热管内管介质为凝结水，烟气自上而下与水平热管逆流换热。

6、进一步地，所述单超再热锅炉为高温超高压一次再热烟气余热锅炉；所述单超再热凝汽式汽轮发电机组为高温超高压一次再热凝汽式汽轮发电机组。

7、一种焦炉余热发电凝结水预热方法，采用上述的焦炉余热发电凝结水预热系统，包括以下步骤：

8、s1．热回收焦炉产生的高温烟气依次经所述单超再热锅炉、所述引风机后，以180℃的温度进入所述径向式热管预热器，与凝结水换热后再依次经所述脱硫脱硝装置和所述烟囱排放。

9、s2．所述凝汽器产生的凝结水经所述凝结水泵增压后，以50℃的温度送入所述径向式热管预热器，与180℃的烟气在所述径向式热管预热器内进行逆流换热，凝结水升温至60℃后流出。

10、s3．升温至60℃的凝结水依次经所述汽封加热器、所述2级低压加热器和所述1级低压加热器逐级加热后，以105℃的温度进入所述中压除氧器。

11、进一步地，s1中，所述单超再热锅炉的烟气流程为：热回收焦炉高温烟气依次经所述单超再热锅炉、所述引风机、所述径向式热管预热器、所述脱硫脱硝装置，最后经所述烟囱排放。

12、进一步地，s2中，所述凝结水泵的出口压力为1.6mpa；所述径向式热管预热器进水管道内的凝结水温度为50℃、压力为1.6mpa，所述径向式热管预热器出水管道内的凝结水温度为60℃、压力为1.5mpa。

13、进一步地，s3中，所述汽封加热器进水管道内的凝结水温度为60℃、压力为1.5mpa，所述汽封加热器出水管道内的凝结水温度为65℃、压力为1.45mpa。

14、进一步地，s3中，所述2级低压加热器进水管道内的凝结水温度为65℃、压力为1.45mpa，所述2级低压加热器出水管道内的凝结水温度为80℃、压力为1.4mpa；所述1级低压加热器进水管道内的凝结水温度为80℃、压力为1.4mpa，所述1级低压加热器出水管道内的凝结水温度为105℃、压力为1.3mpa。

15、进一步地，s3中，所述中压除氧器的工作压力为0.262mpa，工作温度为140℃。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1．克服了低温露点腐蚀的技术障碍，实现了低温烟气段换热设备的可靠运行。

18、热回收焦炉余热锅炉出口烟气温度约为180℃，该温度区间恰好处于烟气露点腐蚀的敏感温度范围内。烟气中含有硫氧化物等酸性气体，在低于露点温度时易结露形成酸性液体，对金属换热面产生严重腐蚀。长期以来，本领域技术人员出于对露点腐蚀风险的担忧，普遍倾向于避免在该温度区间布置换热设备，以防止设备腐蚀失效。本发明打破了这一技术定势，将径向式热管预热器设置于引风机与脱硫脱硝装置之间，使引风机后的低温烟气直接与径向式热管预热器进行换热。通过径向式热管预热器的特殊结构，凝结水管束水平排列、热管外管与烟气接触、热管内管介质为凝结水，使得热管壁面温度可维持均匀稳定，有效避免了局部壁温低于露点温度所导致的结露腐蚀问题，从而在180℃低温烟气段实现了长期稳定运行。

19、2．从系统热平衡角度出发，有效减少了除氧器加热蒸汽的用量，缓解了厂区蒸汽供需矛盾。

20、现有凝结水回热系统中，凝结水经汽封加热器和低压加热器逐级加热后，进入除氧器前温度通常仅能达到80℃～105℃，仍需除氧器消耗大量蒸汽将其加热至工作温度。这部分加热蒸汽通常来自汽轮机抽汽或厂区外来蒸汽，直接增加了全厂蒸汽系统的负荷，在冬季蒸汽供需矛盾尤为突出。本发明将径向式热管预热器串接于凝结水泵出口与汽封加热器之间，利用引风机后原本直接排放的180℃低温烟气余热，将凝结水从50℃预热至60℃。经预热后的凝结水再依次经汽封加热器和两级低压加热器逐级加热，最终以105℃进入中压除氧器。由于凝结水在进入汽封加热器之前已被预先升温10℃，后续各级加热器所需的热负荷相应降低，汽轮机的抽汽量得以减少，除氧器加热蒸汽的消耗量显著下降。这一效果并非单纯提高局部换热效率所能实现，而是通过对全系统热平衡的重新优化分配，从热力系统层面实现的能耗降低。

21、3．充分利用了原本直接排放的低温烟气余热，提高了全厂余热回收的综合利用率。

22、现有技术中，余热锅炉出口的180℃低温烟气经引风机增压后直接送入脱硫脱硝装置，最终经烟囱排放，该部分烟气蕴含的热量未得到任何回收利用。本发明通过将径向式热管预热器串接于引风机与脱硫脱硝装置之间，使原本排向大气的低温烟气余热转化为用于预热凝结水的有效热能，实现了烟气余热的深度回收。由于径向式热管预热器位于脱硫脱硝装置之前，烟气的进入不会对后续脱硫脱硝反应造成温度干扰，脱硫脱硝装置仍在其适宜的温度窗口内运行，实现了余热回收与环保达标排放的兼顾。

23、4．凝结水温度梯级匹配合理，保证了回热系统的稳定运行。

24、本发明中，凝结水经径向式热管预热器预热至60℃后，依次经汽封加热器升温至65℃、经2级低压加热器升温至80℃、经1级低压加热器升温至105℃，最终以105℃进入中压除氧器，并在除氧器内被加热至140℃。这一温度梯度与各级加热器的设计参数良好匹配，既保证了每级加热器的换热效率，又避免了因温度突变导致的设备热应力问题。径向式热管预热器出水温度60℃与汽封加热器进水温度60℃的平滑衔接，使整个回热系统的热工参数保持连续稳定，有利于延长设备使用寿命。

25、5．系统结构紧凑，改造成本低，便于现有焦化厂区的推广应用。

26、本发明无需新增大型设备，仅在现有凝结水回热系统的凝结水泵出口与汽封加热器之间、以及引风机与脱硫脱硝装置之间串接径向式热管预热器即可实现，对原有系统改动小，适用于新建项目，也便于对现有热回收焦炉余热发电系统进行节能改造，具有良好的产业推广价值。