能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的制作方法

1.本实用新型涉及锅炉设备制造的技术领域，更具体地讲，涉及一种能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统。


背景技术：

2.当前煤电产能过剩，火电平均利用小时数低，新能源发展迅速，部分地区弃风、弃光、弃水问题突出，国家积极推动电力辅助服务市场建设并加强电力系统调峰能力建设。当前及今后很长一段时间，煤电是最重要的灵活性调峰主体。
3.煤电调峰运行最主要的问题是锅炉的低负荷稳燃能力。锅炉在不投助燃稳燃负荷的情况下，如燃用烟煤，一般可达到30％bmcr(bmcr一般指锅炉最大连续蒸发量)，如采用贫煤，一般可达到40％～45％。如想进一步降低稳燃负荷，必须对燃烧设备进行改造。同时为提升低负荷稳燃能力，提升热二次风温具有较大的益处。
4.近期有需求提出希望达到15％负荷的深度调峰运行。在15％负荷工况下，在不投助燃的情况，锅炉无法稳定燃烧；同时对于直流锅炉而言，15％负荷已低于最低转直流负荷，锅炉处于湿态运行，易发生水动力安全和对流受热面超温等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种无需对锅炉燃烧系统进行改造，能够维持在最低不投助燃措施稳燃负荷工况下运行的工况下提升低负荷运行能力和运行经济性的系统。
6.为此，本实用新型提供了一种能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统，所述系统包括：
7.锅炉，所述锅炉的炉膛中布置有过热器受热面和再热器受热面，所述锅炉的尾部烟道中布置有空气预热器；
8.汽轮机，所述汽轮机的高压缸的蒸汽入口通过主蒸汽管道与过热器受热面相连并且蒸汽出口通过蒸汽返回管道与再热器受热面相连，所述主蒸汽管道与蒸汽返回管道之间设置有高压旁路管道；
9.蒸汽
‑
空气换热器，所述蒸汽
‑
空气换热器设置在所述空气预热器出口的热二次风道上或者设置在与所述空气预热器出口的热二次风道并联的热二次风旁路风道上，其中，所述蒸汽
‑
空气换热器的蒸汽引自于所述主蒸汽管道或高压旁路管道。
10.进一步地，所述高压旁路管道上设置有高压汽机旁路阀，当所述蒸汽
‑
空气换热器的蒸汽引自于高压旁路管道时，所述蒸汽
‑
空气换热器通过蒸汽引入管接入至所述高压旁路管道中高压汽机旁路阀的下游。
11.进一步地，当所述蒸汽
‑
空气换热器的蒸汽引自于主蒸汽管道时，所述蒸汽
‑
空气换热器通过蒸汽引入管道接入至所述主蒸汽管道中。
12.进一步地，所述蒸汽引入管道上设置有闸阀和调节阀，所述蒸汽
‑
空气换热器还通
过蒸汽引出管道与蒸汽返回管道相连。
13.进一步地，当蒸汽
‑
空气换热器设置在所述空气预热器出口的热二次风道上时，所述蒸汽
‑
空气换热器通过热二次风引入风道与空气预热器相连并通过热二次风引出风道与锅炉的炉膛相连。
14.进一步地，当蒸汽
‑
空气换热器设置在与所述空气预热器出口的热二次风道并联的热二次风旁路风道上时，所述蒸汽
‑
空气换热器通过热二次风旁路风道分别与热二次风引入风道和热二次风引出风道相连，所述热二次风引入风道与热二次风引出风道之间还设置有热二次风关闭挡板。
15.进一步地，所述汽轮机的中压缸的蒸汽入口通过再热蒸汽管道与再热器受热面相连并且蒸汽出口通过冷凝管道与冷凝器相连，所述再热蒸汽管道与冷凝器之间还设置有低压旁路管道，所述低压旁路管道上设置有低压汽机旁路阀。
16.进一步地，所述低负荷为锅炉维持在25～30％bmcr工况下运行、汽轮机维持在10～15％额定负荷工况下运行的工况。
17.本实用新型具有如下几点优势：
18.1)系统通过汽机旁路匹配机炉的工质流量，实现了机组超低负荷工况的稳定运行。
19.2)利用热二次风吸收蒸汽热量，温度可提升至380℃左右，可进一步提升炉膛温度，对低负荷稳燃有利；
20.3)高压旁路蒸汽不经汽机做功，造成了热量浪费，本系统对高压旁路蒸汽热量进行了回收，提升了低负荷运行的经济性；
21.4)高压旁路蒸汽加热热二次风后的温度仍高于高排温度，与高压缸排出的蒸汽混合后可提升再热器受热面的入口工质温度，进而提升脱硝进口烟气温度，有利于协助实现低负荷脱硝设备投运和脱硝效率的提升。
附图说明
22.图1示出了根据本实用新型一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图。
23.图2示出了根据本实用新型另一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图。
24.图3示出了根据本实用新型再一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图。
25.附图标记说明：
[0026]1‑
蒸汽引入管、2
‑
闸阀、3
‑
调节阀、4
‑
蒸汽
‑
空气换热器、5
‑
蒸汽引出管道、6
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热二次风引入风道、7
‑
热二次风引出风道、8
‑
高压旁路管道、9
‑
低压旁路管道、10
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热二次风关闭挡板、11
‑
热二次风旁路风道。
具体实施方式
[0027]
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0028]
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0029]
本实用新型针对的低负荷是指锅炉维持在25～30％bmcr工况下运行、汽轮机维持在10～15％额定负荷工况下运行的工况。
[0030]
燃煤锅炉要实现15％额定负荷以下的低负荷稳定运行，首先面临着低负荷稳定燃烧和水冷壁干湿态转换及湿态运行等两个问题。燃煤锅炉不投助燃稳燃负荷，最低一般为30％bcmr(燃用较好烟煤的情况下)，要进一步降低稳燃负荷难度较大，必须对制粉系统和燃烧设备进行改造。同时，对于直流锅炉而言，15％额定负荷已低于最低转直流负荷，锅炉处于湿态运行，易发生水动力安全和对流受热面超温等问题。
[0031]
如通过汽轮机的高低压旁路来协调锅炉和汽轮机流量，锅炉维持30％bmcr工况运行，汽轮机维持在15％额定负荷工况下运行，则高低压旁路中的工质均需要进行减温减压处理，造成了工质和热量的浪费，机组经济性较差。因此，为了回收热量并提高运行经济性，本实用新型增设了蒸汽
‑
空气换热器4并引蒸汽加热热二次风，不仅能够回收蒸汽热量并提高低负荷运行的经济性，而且吸收热量的热二次风可进一步提升炉膛温度，有利于低负荷稳燃。此外，利用的蒸汽在管路中等焓减压，无需进行减温处理。
[0032]
下面将对本实用新型的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统进行详细说明。
[0033]
图1示出了根据本实用新型一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图，图2示出了根据本实用新型另一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图，图3示出了根据本实用新型再一个示例性实施例的能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统的结构示意图。
[0034]
如图1至图3所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述能够提升低负荷运行能力和运行经济性的系统包括锅炉、汽轮机以及增设的蒸汽
‑
空气换热器4等组件。
[0035]
具体地，锅炉的炉膛中布置有过热器受热面(如包括高温过热器和低温过热器)和再热器受热面(如包括高温再热器和低温再热器)，锅炉的尾部烟道中布置有空气预热器。高压给水在过热器受热面中吸收高温烟气的热量后成为主蒸汽，之后送至汽轮机的高压缸做功发电，汽轮机排出的蒸汽再返回至再热器受热面吸收烟气的热量后成为再热蒸汽，之后送至汽轮机的中压缸做功发电。
[0036]
汽轮机的高压缸的蒸汽入口通过主蒸汽管道与过热器受热面相连并且蒸汽出口通过蒸汽返回管道与再热器受热面相连，主蒸汽管道与蒸汽返回管道之间设置有高压旁路管道8。高压旁路管道8上设置有高压汽机旁路阀。此外，汽轮机的中压缸的蒸汽入口通过再热蒸汽管道与再热器受热面相连并且蒸汽出口通过冷凝管道与冷凝器相连，再热蒸汽管道与冷凝器之间还设置有低压旁路管道9，低压旁路管道9上设置有低压汽机旁路阀。也即，机炉工质流量通过高低压旁路进行匹配，锅炉蒸发量多于汽轮机进汽量的部分走高压旁路管道8或低压旁路9。
[0037]
本实用新型通过新增利用蒸汽加热热二次风的蒸汽
‑
空气换热器4，高压旁路上的工质仅等焓减压，无需喷水减温，即回收了工质热量，又减少了高压旁路喷水，同时热风温度提升后对低负荷稳燃有利，同时还提高了锅炉效率。
[0038]
具体地址，蒸汽
‑
空气换热器4设置在空气预热器出口的热二次风道上或者设置在与空气预热器出口的热二次风道并联的热二次风旁路风道11上，其中，蒸汽
‑
空气换热器4的蒸汽引自于主蒸汽管道或高压旁路管道。
[0039]
如图1所示，当蒸汽
‑
空气换热器4的蒸汽引自于高压旁路管道时，蒸汽
‑
空气换热器4通过蒸汽引入管道1接入至高压旁路管道8中高压汽机旁路阀的下游。如图2所示，当蒸汽
‑
空气换热器4的蒸汽引自于主蒸汽管道时，蒸汽
‑
空气换热器4通过蒸汽引入管道1接入至主蒸汽管道中。
[0040]
也即，蒸汽
‑
空气换热器4的蒸汽引入管1可选择与主蒸汽管道相接，也可选择与高压汽机旁路阀的下游管道相接。优选地，将其与高压汽机旁路阀的下游管道相接，可利用高压汽机旁路阀对工质进行等焓解压。此时，高压旁路中的工质仅等焓减压，不喷水减温，可提高低负荷运行的机组经济性。
[0041]
优选地，蒸汽
‑
空气换热器4可采用螺旋鳍片管，也可采用h型鳍片管，也可以根据具体项目选择适当的换热器形式。
[0042]
此外，蒸汽引入管道1上设置有闸阀2和调节阀3，可对进入蒸汽
‑
空气换热器4中的工质流量进行调节，也可在必要的时候对蒸汽
‑
空气换热器4进行隔离。并且，本实用新型的蒸汽
‑
空气换热器还通过蒸汽引出管道5与蒸汽返回管道相连，以与再热器受热面相接。
[0043]
蒸汽
‑
空气换热器4设置在空气预热器出口的热二次风道或者设置在与所述空气预热器出口的热二次风道并联的热二次风旁路风道11上，其用于吸收蒸汽工质的热量，如高压旁路中的工质等焓减压不减温后进入蒸汽
‑
空气换热器4中加热热二次风，蒸汽温度降低后与高压缸排出的蒸汽混合后进入再热器受热面(如低温再热器)，热二次风温度进一步升高后再进入锅炉的炉膛参与燃烧，对低负荷稳燃有利。
[0044]
如图2所示，当蒸汽
‑
空气换热器4设置在空气预热器出口的热二次风道上时，蒸汽
‑
空气换热器4通过热二次风引入风道6与空气预热器相连并通过热二次风引出风道7与锅炉的炉膛相连。如图3所示，当蒸汽
‑
空气换热器4设置在与空气预热器出口的热二次风道并联的热二次风旁路风道11上时，蒸汽
‑
空气换热器4通过热二次风旁路风道分别与热二次风引入风道6和热二次风引出风道7相连，热二次风引入风道6与热二次风引出风道7之间还设置有热二次风关闭挡板10，以调整热二次风的走向以及进入热二次风旁路风道11中的热二次风量。
[0045]
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0046]
本实施例采用如图1所示结构的系统，并具体以某1000mw高效超超临界锅炉为例进行试验，其热力计算数据如下表1。
[0047]
表1原系统热力计算数据
[0048]
[0049][0050]
按主蒸汽的50％流量走高压旁路管道，经高压汽机旁路阀后等焓减压后进入蒸汽
‑
空气换热器4加热热二次风，计算结果如下表2。
[0051]
表2新系统热力计算数据：
[0052]
名称单位数值备注主汽出口压力mpa10.32 主汽出口温度℃605 主汽焓值kj/kg3635.5 工质流量t/h436.52主蒸汽流量的50％蒸汽
‑
空气换热器进口工质压力mpa2.05取再热器进口压力蒸汽
‑
空气换热器进口工质温度℃575.6等焓减压后温度蒸汽
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空气换热器出口工质温度℃400 工质侧放热量kw47059 热二次风量kg/h1390474 蒸汽
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空气换热器进口空气温度℃270.0 蒸汽
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空气换热器出口空气温度℃383.0 热二次风吸热量kw47059 [0053]
由上述计算结果可以看出，高压旁路管道8中等焓减压后工质温度为575.6℃，加热热二次风后温度降低至400℃；而热二次风由270℃提升至383℃，回收热量约47mw。因此，蒸汽
‑
空气换热器4的出口工质即可与高压缸排出的工质混合后进入低温再热器中，同时热
二次风温提升至较高水平，对低负荷稳燃比较有利。另外，蒸汽
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空气换热器4的出口工质为400℃，高压缸排出的工质温度约为370℃，蒸汽
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空气换热器4出口工质与高压缸排出的工质混合后进入低温再热器中可提升低温再热器的入口工质温度，混合后温度约为390℃，有利于提升脱硝入口烟气温度，对全负荷脱硝投运和提升脱硝效率有利。
[0054]
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。