二次再热机组省煤器变面积余热利用系统

摘要

本发明公开了属于电站节能领域的一种二次再热机组省煤器变面积余热利用系统，该系统包括省煤器、主烟道、旁路烟道、空气预热器、高温烟水换热器、低温烟水换热器、高低压回热加热器、抽汽式空气加热器以及烟气式空气加热器。采用烟气式空气加热器和抽汽式空气加热器串联布置，预热冷空气；二次再热机组省煤器变面积余热利用系统利用低温烟气余热和汽轮机低压抽汽加热空气，置换出高品位的烟气热量，在高负荷下，用来加热给水与凝结水，排挤用于回热的高压抽汽；在低负荷下，高温烟水换热器前段不排挤回热抽汽，而是用于加热回热加热器后、省煤器前的锅炉给水，节约燃煤，实现燃煤发电机组的深度节能降耗，经济效益显著。

说明书

技术领域

本发明属于电站节能领域，特别涉及一种二次再热机组省煤器变面积余热利 用系统。

背景技术

大型火电机组的节能减排是中国的重要能源战略。为适应电力市场的快速发 展和节能减排的巨大压力，提高热力设备的运行效率、挖掘节能潜力已成为各电 厂日益重视的课题。

近几年为了提高电站效率，我国大力发展二次再热机组，目前我国已有多个 二次再热机组在建，短期内可实现投产运行，然而，二次再热机组依然有着一定 的节能潜力，同时在尾部受热面的布置上存在着一些问题，首先，先进的热力系 统导致二次再热机组的锅炉入口水温较高，入炉空气量较低，在锅炉尾部，水与 空气的吸热量较少，因此排烟温度较高，造成很大的能量浪费；其次，二次再热 机组在满负荷下，省煤器入口水温较高，省煤器的换热量与所需的换热面积较小， 但在低负荷时，省煤器入口水温较低，需要较大的换热面积，因此若考虑变工况， 二次再热机组的省煤器很难设计与布置。

本发明提出了一种二次再热机组省煤器变面积余热利用系统，解决了上述技 术的不足，其核心设计思想在于：通过将高温烟水换热器分为两段，设置两个入 水口，合理选取抽水点的位置，并通过阀门的开关控制，使得高温烟水换热器在 高负荷下加热高压加热器中凝结水，排挤汽轮机高品位抽汽，在低负荷下不仅排 挤汽轮机抽汽，也起到部分省煤器的作用；与此同时，二次再热机组省煤器变面 积余热利用系统利用烟气式空气加热器降低排烟温度，同时在烟气式空气加热器 后设置抽汽式空气加热器，进一步提高入炉空气温度，置换出了大量的高品位烟 气余热。二次再热机组省煤器变面积余热利用系统充分实现了能量对口、梯级利 用，大幅提高机组效率，同时解决了二次再热机组省煤器难以设计布置的问题， 是一项适用于二次再热电站的节能减排新技术。

发明内容

本发明的目的是提出了一种二次再热机组省煤器变面积余热利用系统，该系 统主要包括省煤器、主烟道、旁路烟道、空气预热器、高温烟水换热器、低温烟 水换热器、回热加热器、抽汽式空气加热器以及烟气式空气加热器；其特征在于： 提出一种二次再热机组省煤器变面积余热利用系统，该系统主要包括省煤器、主 烟道、旁路烟道、空气预热器、高温烟水换热器、低温烟水换热器、高低压回热 加热器、抽汽式空气加热器以及烟气式空气加热器；其特征在于：锅炉尾部烟道 被分隔为并联的主烟道1和旁路烟道2，省煤器3或布置在尾部烟道之前的烟道 中，或布置在旁路烟道2中；主烟道1中布置空气预热器4，空气预热器4前依 次设置抽汽式空气加热器7和烟气式空气加热器8；旁路烟道2中依次布置高温 烟水换热器5和低温烟水换热器6，其中，高温烟水换热器5分为串联的上下两 段，在上下两段的连接处设置中部入水口a，在下段的另一端设置末端入水口b， 在上段的另一端设置出水口c；其末端入水口b与4号高压回热加热器9的入水 口处相连，中部入水口a通过阀门10与1号高压回热加热器11的出水口处相连， 在中部入水口a和高温烟水换热器5的出水口c之间设置给水主管道阀门12，给 水主管道阀门12出水口与省煤器3进水口和高温烟水换热器5的出水口c相连； 低温烟水换热器6的入水口与7号低压回热加热器13的入水口相连，低温烟水 换热器6的出水口与6号低压回热加热器14的出口相连；除氧器15出水口通过 给水泵16与4号低压回热加热器的入水口和高温烟水换热器5的末端入水口b 相连接；抽汽式空气加热器7的进汽口与汽轮机7号抽汽口、汽轮机8号抽 汽口以及汽轮机9号抽汽口相连；抽汽式空气加热器7的出水口与7号低 压回热加热器13的、8号低压回热加热器的和9号低压回热加热器的相对应的抽 汽疏水管相连；烟气式空气加热器8为水媒式换热器，其空气侧布置在抽汽式 空气加热器7的下端，烟气侧布置在锅炉末端的汇合烟道中。

所述抽汽式空气加热器7的进汽口与汽轮机7号抽汽口、汽轮机8号汽轮 机抽汽口以及汽轮机9号抽汽口连接，根据负荷不同抽取不同抽汽口的汽轮 机抽汽，抽汽式空气加热器7出水口与相对应抽汽的输水管道相连。

所述空气加热流程中，冷空气首先在烟气式空气加热器8中被初步加热，而 后进入抽汽式空气加热器7内进一步加热，然后进入空气预热器(4)；

所述二次再热机组省煤器变面积余热利用系统的省煤器变面积方法，在高负 荷下：与高温烟水换热器5的中部入水口a连接的阀门10关闭，给水主管道阀 门10打开，高温烟水换热器5的全部替代1号高压回热加热器11、2号高压回 热加热器、3号高压回热加热器和4号高压回热加热器9加热给水，排挤用于回 热的高压抽汽，从而增加汽轮机功率；在低负荷下，给水主管道阀门12阀门关 闭，与高温烟水换热器5的中部入水口a连接的阀门10打开，高温烟水换热器5 的上段不排挤回热抽汽，而是用于加热回热后的省煤器3前的锅炉给水，此时高 温烟水换热器5的上段相当于一个串联的省煤器，从而增大了省煤器的总受热面 积。

本发明所述的二次再热机组省煤器变面积余热利用系统具有如下特点：

1.将高温烟水换热器划分为上下两段，在中部和末端设置两个入水口，合理 选取入水口抽水点的位置，在不同负荷下，通过阀门的开、关进行调节。高负荷 下，上下两段均用来替代高压加热器加热部分给水，排挤用于回热的高压抽汽， 从而增加汽轮机功率；在低负荷下，上段入口处阀门打开，给水主管道处阀门关 闭，下段替代高压加热器加热给水，排挤高品位汽轮机抽汽，上段加热省煤器入 口前的全部给水，起到部分省煤器的作用；达到了充分合理利用烟气余热的效果， 并解决了二次再热机组省煤器难以设计布置的问题。

2.在空气预热器前设置串联布置的抽汽式空气加热器和烟气式空气加热器， 烟气式空气加热器能够有效降低烟温，提高锅炉效率，抽汽式空气加热器则实现 了进一步提高空气温度的效果，可将空气预热器入口的空气温度提升至100℃左 右。

3.该系统灵活开放，根据机组参数以及负荷的不同，可抽取不同位置的汽轮 机抽汽来加热空气。

4.该系统灵活开放，根据电站锅炉形式与设计布置等因素，省煤器既可布置 在尾部烟道之前的烟道中，也可布置在旁路烟道中。

附图说明

图1为二次再热机组省煤器变面积余热利用系统示意图。

图2为省煤器布置在旁路烟道中的二次再热机组省煤器变面积余热利用系统 示意图。

具体实施方式

本发明提出一种二次再热机组省煤器变面积余热利用系统。下面结合附图和 实例予以说明。

如图1所示的二次再热机组省煤器变面积余热利用系统示意图中，二次再热 机组省煤器变面积余热利用系统主要包括省煤器、主烟道、旁路烟道、空气预热 器、高温烟水换热器、低温烟水换热器、回热加热器、抽汽式空气加热器以及烟 气式空气加热器；锅炉尾部烟道被分隔为并联的主烟道1和旁路烟道2，省煤器 3布置在尾部烟道之前的烟道中或布置在旁路烟道2中；主烟道1中布置空气预 热器4，空气预热器4前依次设置抽汽式空气加热器7和烟气式空气加热器8； 旁路烟道2中依次布置高温烟水换热器5和低温烟水换热器6，其中，高温烟水 换热器5分为串联的上下两段，在上下两段的连接处设置中部入水口a，在下段 的另一端设置末端入水口b，在上段的另一端设置出水口c；其末端入水口b与4 号高压回热加热器9的入水口处相连，中部入水口a通过阀门10与1号高压回 热加热器11的出水口处相连，在中部入水口a和高温烟水换热器5的出水口c 之间设置给水主管道阀门12，给水主管道阀门12出水口与省煤器3进水口和高 温烟水换热器5的出水口c相连；低温烟水换热器6的入水口与7号低压回热加 热器13的入水口相连，低温烟水换热器6的出水口与6号低压回热加热器14的 出口相连；除氧器15出水口通过给水泵16与4号低压回热加热器的入水口和高 温烟水换热器5的末端入水口b相连接；抽汽式空气加热器7的进汽口与汽轮 机7号抽汽口、汽轮机8号抽汽口以及汽轮机9号抽汽口相连；抽汽式空 气加热器7的出水口与7号低压回热加热器13、8号低压回热加热器的和9号 低压回热加热器的相对应的抽汽疏水管相连；烟气式空气加热器8为水媒式换 热器，其空气侧布置在抽汽式空气加热器7的下端，烟气侧布置在锅炉末端的汇 合烟道中。

本发明变面积余热利用系统的省煤器变面积原理是：

在高负荷下，与高温烟水换热器5的中部入水口a连接的阀门10关闭，给 水主管道阀门12打开，高温烟水换热器5的全部替代1号高压加热器11、2号 高压加热器、3号高压加热器和4号高压加热器9加热给水，排挤用于回热的高 压抽汽，给水由4号高压加热器入水口的180℃左右加热至1号高压加热器出水 口的320℃左右，从而增加汽轮机功率；在低负荷下，给水主管道阀门12阀门关 闭，与高温烟水换热器5的中部入水口a连接的阀门10打开，高温烟水换热器5 的上段不排挤回热抽汽，高温烟水换热器的下段入水口b的水取自4号高压回热 加热器的入水口，下段将给水由4号高压回热加热器入水口的160-180℃左右加 热至1号高压回热加热器出口的260-290℃左右，1号高压加热器出水口的给水 全部进入高温烟水换热器5的中部入水口a，与下段所加热的给水混合后进入上 段，给水在上段由260-290℃左右升温至310-320℃左右，而后进入省煤器3。总 体来看，在低负荷下，高温烟水换热器下段替代了高压回热加热器(1号高压回 热加热器11、2号高压回热加热器、3号高压回热加热器和4号高压回热加热器) 加热部分给水，排挤高品位汽轮机抽汽，上段则相当于串联的省煤器，从而增大 了省煤器的总受热面积。

如图1所示，二次再热机组省煤器变面积余热利用系统在空气预热器和烟气 式空气加热器之间设置了抽汽式空气加热器，在空气预热流程中，首先利用烟气 余热将空气由环境温度提升至40-60℃左右，而后利用低品位的汽轮机抽汽热量 将空气进一步升温至90-100℃左右，大幅提高了空气预热器入口的空气温度，使 得旁路烟道中烟气的分流比增大，余热利用所产生的节能效果大幅提高。

如图2所示，二次再热机组省煤器变面积余热利用系统的省煤器不仅可以布 置在尾部烟道之前的烟道中，也可布置在旁路烟道中，使得系统省煤器设计的灵 活性大幅提高。

本发明首次提出将高温烟水换热器分为两段，合理调节阀门开关，使得高温 烟水换热器在高负荷下能够替代高压回热加热器，低负荷下能够同时替代省煤器 与高压回热加热器，达到了充分合理利用烟气余热的效果，并解决了二次再热机 组省煤器难以设计布置的问题；同时，本发明首次提出在空气预热器和烟气式空 气加热器之间设置抽汽式空气加热器，解决了空气预热器入口空气温度难以提高 至60℃以上难题，使得余热利用的效果大幅提高，经济效益显著。