一種綜合回?zé)峒坝酂崂玫目烧{(diào)鍋爐空氣預(yù)熱系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火力發(fā)電等領(lǐng)域，特別針對鍋爐空氣預(yù)熱、熱力系統(tǒng)回?zé)嵫h(huán)、和鍋爐 煙氣余熱及汽機(jī)排汽余熱回收利用技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種綜合回?zé)峒坝酂崂玫目?調(diào)鍋爐空氣預(yù)熱系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱力發(fā)電的回?zé)嵫h(huán)可減少冷源損失，降低平均傳熱溫差（減小不可逆性和嫻損 失），提高熱力循環(huán)效率。在不影響鍋爐給水溫度和抽汽與給水平均傳熱溫差的情況下，低 參數(shù)抽汽量越大，則發(fā)電量越多，冷源損失越小。通常受回?zé)峒訜崞髌⑺畟?cè)進(jìn)出口參數(shù)限 制，汽輪機(jī)較高級抽汽量不能太小，末級抽汽量不能太大。
[0003] 傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器始終存在受熱面正常安全運(yùn)行與提高機(jī)組熱效率的不利耦合因 素。增加換熱面的投資，將更多煙氣熱量傳遞給空氣可以提高系統(tǒng)熱效率，但降低了排煙溫 度更易使換熱面發(fā)生低溫腐蝕，同時(shí)造成嚴(yán)重堵灰，又降低了傳熱效率。反之，如果提高排 煙溫度，雖然可以減輕低溫腐蝕和堵灰的危害，但系統(tǒng)熱效率降低。
[0004] 在不改變鍋爐及熱力系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)下，進(jìn)行傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)會存在很大的局 限?？諝忸A(yù)熱器出口空氣溫度的設(shè)計(jì)需滿足燃燒系統(tǒng)的需要，對于燃用低揮發(fā)份煤和劣質(zhì) 煤的鍋爐燃燒系統(tǒng)往往需要較高的熱空氣溫度。這時(shí)設(shè)計(jì)的排煙溫度往往高于煙氣酸露點(diǎn) 很多，造成很大的煙氣余熱損失。
[0005] 傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器均根據(jù)設(shè)計(jì)工況采用固定的設(shè)計(jì)參數(shù)，換熱設(shè)備的換熱能力不可 調(diào)節(jié)。受環(huán)境溫度、燃燒狀況和鍋爐運(yùn)行參數(shù)等的影響，鍋爐排煙溫度是不斷變化的。另 外，傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器為蓄熱式換熱器，換熱器換熱面壁溫也是不斷變化的，換熱器冷 端換熱面壁溫在由空氣側(cè)進(jìn)入煙氣側(cè)前遠(yuǎn)低于壁溫平均值，即使采用較高的排煙溫度，也 不能確保受熱面在大多數(shù)的工況下有一定安全余量。目前鍋爐普遍采用SCR煙氣脫硝系 統(tǒng)，SCR脫硝系統(tǒng)會提高煙氣酸露點(diǎn)，且脫硝后煙氣中的硫酸氫氨（NH 4) HS04,會加劇空氣預(yù) 熱器冷端的粘結(jié)性堵灰。簡單提高空氣預(yù)熱器冷端的壁溫有利于減輕空氣預(yù)熱器的低溫腐 蝕和堵灰，但也會增加空氣預(yù)熱器后的排煙溫度，增大排煙損失。
[0006] 暖風(fēng)器的設(shè)計(jì)可以滿足北方地區(qū)冬季加熱空氣預(yù)熱器入口空氣需要，提高設(shè)備安 全性，而且也有較好的回?zé)峤?jīng)濟(jì)性。溫度較低的汽輪機(jī)末級抽汽已經(jīng)為負(fù)壓，作為暖風(fēng)器加 熱汽源系統(tǒng)造價(jià)較高、問題較多，現(xiàn)有暖風(fēng)器通常采用較高參數(shù)的汽輪機(jī)抽汽加熱溫度較 低的冷空氣，:煙損失較大，其回?zé)峤?jīng)濟(jì)性受到限制?，F(xiàn)有暖風(fēng)器可以作為一種煙氣排煙溫度 的調(diào)節(jié)手段，但其投?？刂坪驼{(diào)節(jié)能力不能適應(yīng)不同氣候和機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)環(huán)境溫度和煙 氣溫度的頻繁大幅變動(dòng)，并且受汽水沖擊和熱沖擊而故障頻繁。
[0007] 現(xiàn)有的大多余熱回收技術(shù)主要考慮了降低鍋爐排煙溫度，不能解決傳統(tǒng)空氣預(yù)熱 器的安全與效率的耦合問題，冬季時(shí)，由于冷空氣溫度較低，空氣預(yù)熱器后排煙溫度也較 低，煙氣冷卻器投入使用受到限制，不僅煙道阻力損失無法彌補(bǔ)，同時(shí)空氣預(yù)熱器腐蝕和堵 灰問題也沒能解決?，F(xiàn)有的大多余熱回收技術(shù)也沒有與機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)和空氣預(yù)熱系統(tǒng)有機(jī) 結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用。同時(shí)，在設(shè)計(jì)回收余熱的系統(tǒng)時(shí)，由于余熱回收裝置調(diào)節(jié) 能力的限制，或者回收的熱量不一定都能得到最佳利用，或者回收熱量的能力不足。
[0008] 將煙氣余熱換熱器分高低壓兩級置于空氣預(yù)熱器旁路煙道，雖然可以提高余熱利 用的可調(diào)節(jié)性和熱效率，但其系統(tǒng)和運(yùn)行控制復(fù)雜，造價(jià)較高，且在空氣預(yù)熱器前后較小的 空間設(shè)置大煙道急彎頭，使得換熱器的流場均勻性很差，換熱、堵灰和磨損狀況均惡化。更 為重要的是，雖然其高壓級余熱利用熱效率較高，但由于部分煙氣走空氣預(yù)熱器旁路會改 變空氣預(yù)熱器原熱平衡，降低空氣預(yù)熱器傳熱量，降低了空預(yù)出口空氣溫度，使得余熱直接 回到鍋爐利用量減少，同時(shí)增大了煙氣與余熱換熱器的平均傳熱溫差，御損失增大，余熱回 收利用的總體效率下降。
[0009] 另外，目前汽輪機(jī)排汽的余熱和冷源利用普遍不佳。一方面，汽輪機(jī)排汽的余熱利 用主要是采用各種熱栗技術(shù)，以提升低溫冷源介質(zhì)的溫度和品質(zhì)對外供熱，但由于在環(huán)境 溫度較低需要供熱時(shí)，冷源介質(zhì)溫度與熱源需求溫度差較大，熱栗的制熱系數(shù)較低，故而達(dá) 到所需供熱溫度時(shí)熱栗系統(tǒng)需要的外來高品質(zhì)能量過大，造成系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性較差。另一方面， 夏季環(huán)境溫度和冷源介質(zhì)溫度較高，汽輪機(jī)排汽冷凝速率下降，造成排汽真空度變差，降低 了循環(huán)熱效率。因空冷機(jī)組的問題更為突出，夏季環(huán)境高溫時(shí)排汽參數(shù)甚至高達(dá)30KPa以 上，一些機(jī)組被迫采用各種尖峰冷卻系統(tǒng)。目前，由于間接風(fēng)冷尖峰冷卻系統(tǒng)較為復(fù)雜，設(shè) 備投資大，而普遍僅提高真空度在2~5KPa左右，經(jīng)濟(jì)性不佳。采用噴淋水的尖峰冷卻方 式雖然可大幅降低設(shè)備投資，但制水成本很高的除鹽水消耗過大，經(jīng)濟(jì)性也較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有鍋爐空氣預(yù)熱、熱力系統(tǒng)回?zé)嵫h(huán)和鍋爐煙氣余熱及汽機(jī)排汽余熱回收 利用等領(lǐng)域技術(shù)存在的不足，本發(fā)明開發(fā)了一種新型的空氣預(yù)熱、回?zé)嵫h(huán)和鍋爐煙氣余 熱及汽機(jī)排汽余熱綜合利用的系統(tǒng)及方法，可根據(jù)運(yùn)行條件的改變自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn) 行方式，以使不同品質(zhì)的能量得到梯級利用，減小擁損失，實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)效率和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性 的最大化。
[0011] 本發(fā)明的用于鍋爐的預(yù)熱、回?zé)峒坝酂崂孟到y(tǒng)，包括：空氣預(yù)熱器8、空氣通道 25和煙氣通道26,其特征在于，所述系統(tǒng)還包括：
[0012] 空預(yù)前空氣加熱器2、空預(yù)后煙氣冷卻器7、凝結(jié)水大循環(huán)支管9、凝結(jié)水循環(huán)水總 管12、凝結(jié)水總管20、凝結(jié)水小循環(huán)支管24、低溫級低壓加熱器17和高溫級低壓加熱器 15 ；
[0013] 所述空氣通道25和煙氣通道26均與所述空氣預(yù)熱器8相連；
[0014] 所述空預(yù)前空氣加熱器2沿空氣流向布置在空氣預(yù)熱器8前的空氣通道25上；所 述空預(yù)后煙氣冷卻器7沿?zé)煔饬飨虿贾迷诳諝忸A(yù)熱器8后的煙氣通道26上；
[0015] 所述低溫級低壓加熱器17和高溫級低壓加熱器15沿凝結(jié)水流向依次連接布置在 凝結(jié)水總管20上；
[0016] 所述空預(yù)前空氣加熱器2的凝結(jié)水的入口管與凝結(jié)水循環(huán)水總管12連接，凝結(jié)水 循環(huán)水總管12另一端連接在高溫級低壓加熱器15出口的凝結(jié)水總管20上；所述空預(yù)前空 氣加熱器2的凝結(jié)水出口管分為兩路，一路為凝結(jié)水大循環(huán)支管9,所述凝結(jié)水大循環(huán)支管 9的另一端連接在壓力低于凝結(jié)水總管20與凝結(jié)水循環(huán)水總管12連接點(diǎn)的壓力的熱力系 統(tǒng)其它設(shè)備上，或者，所述凝結(jié)水大循環(huán)支管9的另一端與凝結(jié)水總管20的連接點(diǎn)沿凝結(jié) 水流向位于凝結(jié)水循環(huán)水總管12與凝結(jié)水總管20的連接點(diǎn)之后；另一路為凝結(jié)水小循環(huán) 支管24,凝結(jié)水小循環(huán)支管24另一端與低溫級低壓加熱器17入口的凝結(jié)水總管20連接； 所述空預(yù)后煙氣冷卻器7的凝結(jié)水入口管與出口管分別沿凝結(jié)水流向連接在凝結(jié)水大循 環(huán)支管9上；
[0017] 所述系統(tǒng)還包括：凝結(jié)水小循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥1、凝結(jié)水大循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥3和凝結(jié) 水大循環(huán)旁路調(diào)節(jié)閥5 ;
[0018] 所述凝結(jié)水小循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥1設(shè)置在凝結(jié)水小循環(huán)支管24上，所述凝結(jié)水大循 環(huán)支管調(diào)節(jié)閥3在空預(yù)后煙氣冷卻器7前設(shè)置在凝結(jié)水大循環(huán)支管9上；
[0019] 所述凝結(jié)水循環(huán)水總管12在空預(yù)前空氣加熱器2的凝結(jié)水的入口管前，通過凝結(jié) 水大循環(huán)旁路管與凝結(jié)水大循環(huán)支管9在凝結(jié)水大循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥3和空預(yù)后煙氣冷卻器 7之間相連接，所述凝結(jié)水大循環(huán)旁路管上設(shè)置有凝結(jié)水大循環(huán)旁路調(diào)節(jié)閥5 ;
[0020] 所述凝結(jié)水小循環(huán)支管24上沿凝結(jié)水流向在凝結(jié)水小循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥1后設(shè)置 有可變頻調(diào)節(jié)的凝結(jié)水小循環(huán)支管增壓循環(huán)栗19。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述煙氣通道26上在空預(yù)后煙氣冷卻器7后設(shè)置 有煙氣冷卻器出口煙氣溫度傳感器21 ;所述空氣通道25上在空預(yù)前空氣加熱器2和空氣 預(yù)熱器8之間設(shè)置有空預(yù)器入口空氣溫度傳感器4 ;所述凝結(jié)水大循環(huán)支管9上在空預(yù)后 煙氣冷卻器7和凝結(jié)水大循環(huán)旁路管與凝結(jié)水大循環(huán)支管9的連接點(diǎn)之間，設(shè)有煙氣冷卻 器入口水溫傳感器6 ;所述凝結(jié)水大循環(huán)支管9上在空預(yù)后煙氣冷卻器7后設(shè)置有煙氣冷 卻器出口水溫傳感器。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述凝結(jié)水循環(huán)水總管12在所述凝結(jié)水大循環(huán)旁 路管與凝結(jié)水循環(huán)水總管12連接點(diǎn)前設(shè)置有可變頻調(diào)節(jié)的凝結(jié)水大循環(huán)栗11 ;所述凝結(jié) 水循環(huán)水總管12在凝結(jié)水大循環(huán)栗11的凝結(jié)水入口前通過空煙換熱器凝結(jié)水再循環(huán)管與 凝結(jié)水大循環(huán)支管9在空預(yù)后煙氣冷卻器7的凝結(jié)水出口后的位置連接，所述空煙換熱器 凝結(jié)水再循環(huán)管上設(shè)置有空煙換熱器凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥10。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，在凝結(jié)水大循環(huán)支管9上空預(yù)后煙氣冷卻器7和凝 結(jié)水大循環(huán)旁路管與凝結(jié)水大循環(huán)支管9的連接點(diǎn)之間位置布置凝結(jié)水大循環(huán)栗11?；?者，在空預(yù)后煙氣冷卻器7的凝結(jié)水出口到空煙換熱器凝結(jié)水再循環(huán)管連接點(diǎn)之間也可以 布置水栗11。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述凝結(jié)水小循環(huán)支管24上在凝結(jié)水小循環(huán)支管 調(diào)節(jié)閥1和凝結(jié)水小循環(huán)支管增壓循環(huán)栗19之間連接有循環(huán)水噴淋水管，所述循環(huán)水噴淋 水管的另一端連接在沿蒸汽流動(dòng)方向的汽輪機(jī)低壓缸排汽口之后，或者所述循環(huán)水噴淋水 管的另一端連接在低溫級低壓加熱器17的汽側(cè)。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述凝結(jié)水小循環(huán)支管24上在凝結(jié)水小循環(huán)支管 調(diào)節(jié)閥1和凝結(jié)水小循環(huán)支管增壓循環(huán)栗19之間設(shè)置有凝結(jié)水小循環(huán)支管蒸汽加熱器22。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述凝結(jié)水小循環(huán)支管24沿凝結(jié)水流向在凝結(jié)水 小循環(huán)支管增壓循環(huán)栗19后設(shè)置有凝結(jié)水小循環(huán)支管回水閥18,所述凝結(jié)水小循環(huán)支管 24在凝結(jié)水小循環(huán)支管回水閥18和凝結(jié)水小循環(huán)支管蒸汽加熱器22之間，通過凝結(jié)水小 循環(huán)旁路管連接到沿凝結(jié)水流向在所述凝結(jié)水大循環(huán)旁路管與凝結(jié)水循環(huán)水總管12連接 點(diǎn)前的凝結(jié)水循環(huán)水總管12上，所述凝結(jié)水小循環(huán)旁路管上設(shè)置有凝結(jié)水小循環(huán)旁路閥 13。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，作為改進(jìn)，所述凝結(jié)水小循環(huán)支管24通過凝結(jié)水小循環(huán)旁路 閥13連接到凝結(jié)水循環(huán)水總管12上，在凝結(jié)水小循環(huán)支管調(diào)節(jié)閥1和凝結(jié)水循環(huán)水總管 12之間設(shè)置有凝結(jié)水小循環(huán)支管蒸汽加熱器22。