一种电站冷风加热及烟气余热梯级利用系统的制作方法

本发明属于火力发电节能减排领域，涉及一种电站锅炉冷风加热及烟气余热梯级综合利用系统。

背景技术：

大型火力发电机组的节能减排是我国节能减排的重要领域，同时节能减排是我国燃煤电站需要长期坚持的基本战略。目前，燃煤电厂消耗了全国生产煤炭一半以上，因此，对火力发电机组进行节能改造潜力巨大。火力发电企业为了适应电力市场发展，提高发电设备运行效率，挖掘电厂节能潜力，大型燃煤机组已经开展并实施了大量余热利用的研究和应用，取得了显著的节煤减排效果。如何进一步提高燃煤电站机组的能源利用率、降低发电煤耗、深度优化系统和挖掘节能潜力成为燃煤电站下一步的研究课题。

常规的大型燃煤机组的锅炉排烟温度在120-140℃之间，该温度的烟气如果未经处理直接排至大气将导致一定的能源浪费。根据煤质的不同，锅炉热效率一般在93％～95％之间，其中，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，锅炉的排烟热损失占锅炉总损失约80％，排烟温度每升高10℃-15℃，锅炉效率下降1％，标煤耗量上升3g-4g/kwh。因此，提高锅炉热效率的核心是设法降低排烟温度或者最大限度的回收利用排烟热量。

目前，我国大型燃煤电站普遍采用的是中速磨正压直吹式制粉系统，例如图1所示为常规电站冷风加热及烟气余热利用系统结构示意图。

在我国北方地区的燃煤电站，冬季空气温度较低，电站冷风加热及烟气余热利用系统常规的设计是燃煤机组均配有蒸汽暖风器加热系统，经过一次风机和送风机加压后的冷风采用蒸汽暖风器加热形式，加热后的冷风进入空气预热器，该系统虽然在一定程度上提高了进入空气预热器的冷风温度，降低低温对空气预热器的腐蚀，但是冷风提温的程度并不明显，同时蒸汽暖风器在运行中会增加汽机的热耗，导致系统发电煤耗降低。由于进入空气预热器的冷风温度只是在一定程度上有所提升，增加了冷空气在空气预热器中的吸热量，导致经过空气预热器的烟气温度较低，因此经过低温烟冷器和高温烟冷器的加热后的冷凝水的温度提升效果不明显，因此，目前的解决方案均存在较大的能量浪费，仍有较大的节能空间。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题即在提供一种电站冷风加热及烟气余热梯级利用系统，可有效解决上述问题，并尽可能地梯级利用烟气余热。

本发明所采用的技术手段如下所述。

一种电站冷风加热及烟气余热梯级利用系统，空气预热器下游烟道设有烟冷器，该空气预热器包含空气入口，高温蒸汽管路连接至少1台背压汽轮机发电机组的一蒸汽入口，该背压发电机组的一蒸汽出口连接至少一组暖风器系统的蒸汽入口；该暖风系统的空气入口连接冷空气管路入口，该暖风系统的空气出口下游的冷空气管路连通所述空气预热器的空气入口。

所述背压汽轮机发电机组的数量为2台，其为并联的第一背压汽轮机发电机组、第二背压汽轮机发电机组；所述暖风系统的空气出口下游的冷空气管路分支为并联的一次风管路和二次风管路，该一次风管路和二次风管路连通所述空气预热器的空气入口；该暖风系统包含低温暖风器、高温暖风器，该低温暖风器、高温暖风器按冷空气流动方向顺次设置在冷空气管路上；该冷空气管路上游设置增压风机；该第一背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口连接低温暖风器的蒸汽入口，该低温暖风器冷凝水出口与所述烟冷器的冷凝水入口连通；该第二背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口连接高温暖风器的蒸汽入口，该高温暖风器的冷凝水出口与所述烟冷器的冷凝水入口连通。

所述第一背压汽轮机发电机组的排汽背压为10.5kpa，所述第二背压汽轮机发电机组的排汽背压为50kpa。

所述背压汽轮机发电机组为1台排汽背压为10.5kpa的背压汽轮机发电机组，背压汽轮机发电机组包含至少2个蒸汽出口；所述暖风系统的空气出口下游的冷空气管路分支为并联的一次风管路和二次风管路，该一次风管路和二次风管路连通所述空气预热器的空气入口；该暖风系统包含低温暖风器、高温暖风器，该低温暖风器、高温暖风器按冷空气流动方向顺次设置在所述冷空气管路上；该冷空气管路上游设置增压风机；该背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口连接低温暖风器的蒸汽入口，该低温暖风器冷凝水出口与所述烟冷器的冷凝水入口连通；该背压汽轮机发电机组的另一蒸汽出口连接高温暖风器的蒸汽入口，该高温暖风器的冷凝水出口与所述烟冷器的冷凝水入口连通。

所述背压汽轮机发电机组的数量为2台，其为并联的第三背压汽轮机发电机组、第四背压汽轮机发电机组；该暖风系统包含2组暖风器；所述冷空气管路分为相互独立的一次风冷空气管路和二次风冷空气管路，所述第一组暖风器设置在该一次风冷空气管路上，所述第二组暖风器设置在该二次风冷空气管路上；所述第一组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的一次风低温暖风器和一次风高温暖风器，所述第二组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的二次风低温暖风器和二次风高温暖风器；该第三背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口设置2路支路分别连接所述一次风低温暖风器和所述二次风低温暖风器的蒸汽入口，该一次风低温暖风器和二次风低温暖风器冷凝水出口分别与所述烟冷器的冷凝水入口连通；该第四背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风高温暖风器和二次风高温暖风器的蒸汽入口，该一次风高温暖风器和二次风高温暖风器的冷凝水出口分别与所述烟冷器的冷凝水入口连通。

所述第三背压汽轮机发电机组的排汽背压为17kpa，所述第四背压汽轮机发电机组的排汽背压为85kpa。

所述背压汽轮机发电机组为1台排汽背压为15.5kpa的第五背压汽轮机发电机组，第五背压汽轮机发电机组包含至少2个蒸汽出口；该暖风系统包含2组暖风器，所述冷空气管路分为相互独立的一次风冷空气管路和二次风冷空气管路，所述第一组暖风器设置在该一次风冷空气管路上，所述第二组暖风器设置在该二次风冷空气管路上；所述第一组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的一次风低温暖风器和一次风高温暖风器，所述第二组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的二次风低温暖风器和二次风高温暖风器；该第五背压汽轮机发电机组的一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风低温暖风器和二次风低温暖风器的蒸汽入口，该一次风低温暖风器和二次风低温暖风器冷凝水出口分别与所述烟冷器的冷凝水入口连通；该第五背压汽轮机发电机组的另一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风高温暖风器和二次风高温暖风器的蒸汽入口，该一次风高温暖风器和二次风高温暖风器的冷凝水出口分别与所述烟冷器的冷凝水入口连通。

还包含冷凝水管路，该冷凝水管路上设有所述烟冷器，该烟冷器包含顺烟气方向设置的高温烟冷器和低温烟冷器；该冷凝水管路的进水口管路连接机组末级低压加热器下游的给水管，该冷凝水管路按照冷凝水的流向经过依次经过低温烟冷器、高温烟冷器，该高温烟冷器的冷凝水出口与机组首级低压加热器上游的冷凝水管通过管道连接。

所述高温蒸汽管路的蒸汽来自机组抽汽或辅助蒸汽或冷段蒸汽或热段蒸汽。

本发明所产生的有益效果如下。

1、本发明提供的背压汽轮机排汽分级加热锅炉一次冷风和二次冷风，将锅炉冷风加热至80℃-90℃，因此可以替代传统的蒸汽暖风器装置，从而减少汽机抽汽，提高机组运行效率。

2、本发明大大提升了冷风进入空气预热器的温度，进入空气预热器的冷风空气温度由原来设计约35℃提高到了约85℃，减少了冷空气在空气预热器中的吸热量。

3、本发明大幅度提高了锅炉冷风温度，因此可以避免空气预热器受热面低温腐蚀，最终置换出高温烟气的热能，高温烟气热能用于加热凝结水。实现能量梯级利用，提高机组的热效率。

4、本发明的背压机发电机组发电量可并入电厂用电系统，降低厂用电率,同时降低电站发电煤耗。

5、本发明的背压机发电机组，可以为电厂黑启动过程提供启动电源。

6、本发明的气源蒸汽管路的蒸汽可选择机组抽汽或辅助蒸汽，提高了机组的热效率。

7、本发明可有效节约煤炭使用量，经济效益显著。

附图说明

图1为常规电站冷风加热及烟气余热利用系统结构示意图。

图2为本发明的第一实施例的系统结构示意图。

图3为本发明的第二实施例的系统结构示意图。

图4为本发明的第三实施例的系统结构示意图。

图5为本发明的第四实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

本发明一种电站冷风加热及烟气余热梯级利用系统，空气预热器1下游烟道设有烟冷器，该烟冷器顺烟气方向设置的高温烟冷器14和低温烟冷器13，该空气预热器1包含2个空气入口，高温蒸汽管路连接至少1台背压汽轮机发电机组的一蒸汽入口，该背压发电机组的一蒸汽出口连接至少一组暖风器系统的蒸汽入口；该暖风系统的空气入口连接冷空气管路入口，该暖风系统的空气出口下游的冷空气管路连通所述空气预热器1的空气入口。

所述至少1台背压汽轮机发电机组，可以为1台或者2台或者2台以上，其数量可根据实际需要设置，该背压汽轮机发电机组的背压设计可根据系统需要调整，以满足空气分级加热抽汽压力要求。

所述至少一组暖风器系统，可以是1组或者2组，其数量可根据实际需要设置。

如图2所示，在该实施例中所述背压汽轮机发电机组的数量为2台，其为并联的第一背压汽轮机发电机组3、第二背压汽轮机发电机组5；该一背压汽轮机发电机组3的排汽背压为10.5kpa，该二背压汽轮机发电机组5的排汽背压为50kpa。所述暖风系统的空气出口下游的冷空气管路分支为并联的一次风管路8和二次风管路9，该一次风管路8和二次风管路9连通所述空气预热器1的空气入口；该暖风系统包含低温暖风器4、高温暖风器6，该低温暖风器4、高温暖风器6按冷空气流动方向顺次设置在冷空气管路上；该冷空气管路上游设置增压风机21；该第一背压汽轮机发电机组3的一蒸汽出口连接低温暖风器4的蒸汽入口，该低温暖风器4冷凝水出口与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通；该第二背压汽轮机发电机组5的一蒸汽出口连接高温暖风器6的蒸汽入口，该高温暖风器6的冷凝水出口与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通。

如图3所示，在该实施例中所述背压汽轮机发电机组的数量为1台，为1台抽汽压力和排汽压力分别为50kpa和10.5kpa的背压汽轮机发电机组10，背压汽轮机发电机组10包含至少2个蒸汽出口；所述暖风系统的空气出口下游的冷空气管路分支为并联的一次风管路8和二次风管路9，该一次风管路8和二次风管路9连通所述空气预热器1的空气入口；该暖风系统包含低温暖风器4、高温暖风器6，该低温暖风器4、高温暖风器6按冷空气流动方向顺次设置在所述冷空气管路上；该冷空气管路上游设置增压风机21；该背压汽轮机发电机组10的一蒸汽出口连接低温暖风器4的蒸汽入口，该低温暖风器4冷凝水出口与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通；该背压汽轮机发电机组10的另一蒸汽出口连接高温暖风器6的蒸汽入口，该高温暖风器6的冷凝水出口与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通。

如图2和图3所示，冷空气经冷空气管路入口进入，经过增压风机21增压后，顺次进入所述低温暖风器6、所述高温暖风器4进行分级加热。冷空气经过两级加热后分别进入所述一次风管路8和二次风管路9，该一次风管路8上设置一次风机81，该二次风管路9上设置送风机91，而后经过该一次风机81、送风机91加压再分别通过所述空气预热器1的2个空气入口进入该空气预热器1中。

优选的，如图2和图3所示，所述低温暖风器4下游、所述高温暖风器6上游的冷空气管路上设置第一调节风门71，该高温暖风器6下游的冷空气管路分支处和该高温暖风器6之间的冷空气管路上设置第二调节风门72。所述第一调节风门71、第二调节风门72用来调节通过所述低温暖风器4、高温暖风器6的空气流量，以保证背压汽轮机的背压稳定；同时在所述主汽轮机发电机组启动过程中，首先启动背压机，开启所述第一调节风门71、第二调节风门72可以提供主机启动过程中的启动电源，从而减少启动过程中从电网中的取电量。

如图4所示，在该实施例中所述背压汽轮机发电机组的数量为2台，其为并联的第三背压汽轮机发电机组31、第四背压汽轮机发电机组32；该第三背压汽轮机发电机组31的排汽背压为17kpa，该第四背压汽轮机发电机组32的排汽背压为85kpa。该暖风系统包含2组暖风器；所述冷空气管路分为相互独立的一次风冷空气管路82和二次风冷空气管路92，所述第一组暖风器设置在该一次风冷空气管路82上，所述第二组暖风器设置在该二次风冷空气管路92上；所述第一组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的一次风低温暖风器41和一次风高温暖风器61，所述第二组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的二次风低温暖风器42和二次风高温暖风器62。该第三背压汽轮机发电机组31的一蒸汽出口设置2路支路分别连接所述一次风低温暖风器41和所述二次风低温暖风器42的蒸汽入口，该一次风低温暖风器41和二次风低温暖风器42冷凝水出口分别与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通；该第四背压汽轮机发电机组32的一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风高温暖风器61和二次风高温暖风器62的蒸汽入口，该一次风高温暖风器61和二次风高温暖风器62的冷凝水出口分别与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通。

如图5所示，在该实施例中所述背压汽轮机发电机组为1台排汽背压为15.5kpa的第五背压汽轮机发电机组33，第五背压汽轮机发电机组33包含至少2个蒸汽出口。所述暖风系统包含2组暖风器。所述冷空气管路分为相互独立的一次风冷空气管路82和二次风冷空气管路92，所述第一组暖风器设置在该一次风冷空气管路82上，所述第二组暖风器设置在该二次风冷空气管路92上；所述第一组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的一次风低温暖风器41和一次风高温暖风器61，所述第二组暖风器包含按照冷空气流向顺次设置的二次风低温暖风器42和二次风高温暖风器62。该第五背压汽轮机发电机组33的一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风低温暖风器41和二次风低温暖风器42的蒸汽入口，该一次风低温暖风器41和二次风低温暖风器42冷凝水出口分别与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通；该第五背压汽轮机发电机组33的另一蒸汽出口设置2路支路分别连接一次风高温暖风器61和二次风高温暖风器62的蒸汽入口，该一次风高温暖风器61和二次风高温暖风器62的冷凝水出口分别与所述低温烟冷器13的冷凝水入口连通。

如图4和图5所示，所述一次风冷空气管路82上游管路上设置一次风机81，冷空气经一次风冷空气管路82入口进入后经过该一次风机81加压后，顺次进入所述一次风低温暖风器41和一次风高温暖风器61进行分级加热。所述二次风冷空气管路92上游管路上设置送风机91，该二次风冷空气管路92入口进入的冷空气经过该送风机91加压后顺次进入二次风低温暖风器42和二次风高温暖风器62进行分级加热。冷空气经过两级加热后分别通过所述空气预热器1的2个空气入口进入该空气预热器1中。

优选的，如图4、图5所示，所述一次风低温暖风器41下游、所述一次风高温暖风器61上游的管路上设置第三调节风门73，该一次风高温暖风器61下游的管路上设置第四调节风门74。所述二次风低温暖风器42下游、所述二次风高温暖风器62上游的管路上设置第五调节风门75，该二次风高温暖风器62下游的管路上设置第六调节风门76。所述第三调节风门73、第四调节风门74用来调节通过所述一次风低温暖风器41和一次风高温暖风器61的空气流量，所述第五调节风门75、第六调节风门76用来调节通过所述二次风低温暖风器42和二次风高温暖风器62的空气流量，以此保证背压汽轮机的背压稳定；同时在所述主汽轮机发电机组启动过程中，首先启动背压汽轮机，开启所述第三调节风门73、第四调节风门74、第五调节风门75、第六调节风门76可以为机组启动国产提供厂用电，从而减少启动过程中从电网中的取电量。

如图2至图5任一所示，还包含冷凝水管路，该冷凝水管路的进水口管路连接机组末级低压加热器下游的给水管，该冷凝水管路按照冷凝水的流向依次经过低温烟冷器13、高温烟冷器14，该高温烟冷器14的冷凝水出口与机组首级低压加热器上游的冷凝水管通过管道连接。由于进入所述空气预热器1的温度由常规设计的约35℃上升到约85℃，因此冷空气在该空气预热器1的吸热量大幅度减少，由此导致该空气预热器1的下游烟道烟气温度上升至约165.4℃。因此利用下游烟道烟气的高温可将冷凝水管路中的冷凝水进行加热，冷凝水的提温效果明显。

优选的，所述高温蒸汽管路的蒸汽来自机组抽汽或辅助蒸汽或机组冷段蒸汽或机组热段蒸汽。

按照中国北方某燃用褐煤直接空冷2×660mw电厂相关主机参数测算，依据北方某地年平均气温0℃的条件推算，设定暖风器系统采用汽机四段抽汽供汽、空气预热器1入口温度约84℃以及背压机供汽采用四段抽汽供汽，按照锅炉效率按照94.3％来测算其经济性，得出测算结果为本发明较常规烟气余热利用方案节约煤炭量约为3.92g/kw.h，较无烟气余热利用方案节约煤炭量约为6.25g/kw.h；同时加热冷凝水的烟气余热热量较常规烟气余热利用方案提高约为27.842mw，较无烟气余热利用方案提高约为72.178mw。

本发明能够替代传统的暖风器装置，提高锅炉效率，降低机组的热耗，提高火力发电厂运行的经济性，所产生的经济效率明显。