一种循环水废热再利用的锅炉系统

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉节能技术领域，具体为一种循环水废热再利用的锅炉系统。

背景技术

为了尽可能降低煤电机组煤耗、提高经济性，需要尽可能把机组的废热利用起来。汽轮机的循环冷却水属于燃煤机组的完全废热，全部通过空冷塔或空冷岛排放到大气中，该分部热量巨大。将汽轮机循环冷却水中的废热进行回收利用不仅可以提高电煤利用效率、减少电煤消耗、减小企业的生产成本，同时可以促进清洁能源消纳。

综合考虑上述各方面的问题，为此，本申请提出一种循环水废热再利用的锅炉系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环水废热再利用的锅炉系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：主要设备包括空气预热器、给水换热器、凝结水换热器、除尘器、引风机、烟气冷却器、脱硫塔、烟囱、一次风暖风器、二次风暖风器、升压水泵、热泵、一次风机、送风机；

介质包括锅炉进口一次风、锅炉进口二次风、炉膛出口烟气、给水换热器进口给水、给水换热器出口给水、凝结水换热器进口凝结水、凝结水换热器出口凝结水、一次风暖风器出口一次风、二次风暖风器出口二次风、除尘器进口烟气、烟气冷却器出口烟气、烟气冷却器进口凝结水、烟气冷却器出口凝结水、热泵出口凝结水、热泵进口热媒水、热泵出口热媒水、热泵进口机组循环水、热泵出口机组循环水、一次风机进口一次风、送风机进口二次风；

阀门包括第一电动截止阀、第二电动截止阀、第一电动调节阀、第三电动截止阀、第四电动截止阀、第二电动调节阀、第五电动截止阀、第六电动截止阀、第三电动调节阀、第七电动截止阀、第八电动截止阀、第四电动调节阀、第九电动截止阀、第十电动截止阀、第五电动调节阀；

其他包括空气预热器主路烟道、空气预热器旁路烟道、水平烟道。

优选的，所述一次风暖风器布置在空气预热器进口的一次风道内；

所述二次风暖风器布置在空气预热器进口的二次风道内；

所述给水换热器布置在空气预热器旁路烟道内；

所述凝结水换热器布置在空气预热器旁路烟道内，给水换热器后；

所述烟气冷却器布置在水平烟道内，引风机后。

优选的，所述一次风机进口一次风依次经过一次风机、一次风暖风器、空气预热器进入炉膛；送风机进口二次风依次经过送风机、二次风暖风器、空气预热器进入炉膛；

一次风机进口一次风先经过一次风机小幅温升，再经过一次风暖风器升温为中温一次风，最终经过空气预热器升温为高温一次风，进入锅炉炉膛参与燃烧；

送风机进口二次风先经过送风机小幅温升，再经过二次风暖风器升温为中温二次风，最终经过空气预热器升温为高温二次风，进入锅炉炉膛参与燃烧。

优选的，所述竖直烟道分为空气预热器主路烟道和空气预热器旁路烟道，脱硝后的炉膛出口烟气在空气预热器主路烟道经过空气预热器，在空气预热器旁路烟道经过给水换热器、凝结水换热器，汇合后进入水平烟道，在水平烟道依次经过除尘器、引风机、烟气冷却器、脱硫塔，最终进入烟囱排入大气。

优选的，所述炉膛出口烟气为高温烟气，通过空气预热器、给水换热器和凝结水换热器时换热降温，进入水平烟道汇合后变为除尘器进口烟气，除尘器进口烟气在经过烟气冷却器时换热变为烟气冷却器出口烟气，烟气冷却器出口烟气进入烟囱排入大气冷凝。

优选的，所述高压加热器的给水经过给水换热器升温后回到更高级别的高压加热器，比如号高压加热器进口的给水回到号高压加热器出口；

凝结水换热器进口凝结水经过凝结水换热器升温后回到更高级别的低压加热器，比如号低压加热器出口的凝结水回到号低压加热器出口；

烟气冷却器进口凝结水经过烟气冷却器升温后进入热泵作为驱动热源降温，降温后回到更高级别低压加热器；

热泵进口机组循环水经过热泵降温后返回原系统；

热媒水在热泵和一次风暖风器、二次风暖风器之间循环，经过一次风暖风器、二次风暖风器时降温，经过热泵时升温。

优选的，所述空气预热器将空气预热器主路烟道的炉膛出口烟气的热量加热一次风暖风器出口一次风、二次风暖风器出口二次风，锅炉进口一次风、锅炉进口二次风；

给水换热器将空气预热器旁路烟道的炉膛出口烟气的热量加热高给水换热器进口给水，给水换热器出口给水；

凝结水换热器将空气预热器旁路烟道的炉膛出口烟气的热量加热凝结水换热器进口凝结水，凝结水换热器出口凝结水；

烟气冷却器将水平烟道的除尘器进口烟气的热量加热烟气冷却器进口凝结水，烟气冷却器出口凝结水。

优选的，所述烟气冷却器出口凝结水为高温凝结水，进入热泵后作为热泵的驱动热源，降温后变为热泵出口凝结水；高温的热泵进口机组循环水进入热泵作为热泵的热源，降温后变为低温的热泵出口机组循环水；在热泵的作用下，热泵的驱动热源和热泵的的热源，转换为热泵的输出热源，输出热源将低温的热泵进口热媒水加热，加热为高温的热泵出口热媒水，高温的热泵出口热媒水经一次风暖风器和二次风暖风器降温，变为低温的热泵进口热媒水，形成循环。

优选的，所述系统以下热量平衡：

炉膛出口烟气在空气预热器放出的热量与一次风暖风器出口一次风、二次风暖风器出口二次风吸收的热量之和相等；

炉膛出口烟气在给水换热器放出的热量、给水换热器进口给水吸收的热量、排挤高压加热器的抽汽的热量相等；

炉膛出口烟气在凝结水换热器放出的热量、凝结水换热器进口凝结水吸收的热量、排挤低压加热器的抽汽的热量相等；

除尘器进口烟气在烟气冷却器放出的热量、烟气冷却器进口凝结水吸收的热量相等；

热泵进口机组循环水作为热泵热源放出的热量、烟气冷却器出口凝结水作为热泵驱动热源放出的热量之和与热泵进口热媒水吸收的热量相等；

热泵出口热媒水在一次风暖风器放出的热量与一次风机进口一次风在一次风暖风器吸收的热量相等，热泵出口热媒水在二次风暖风器放出的热量与送风机进口二次风在二次风暖风器吸收的热量相等；

热泵出口热媒水在一次风暖风器、二次风暖风器放出的热量之和与热泵进口热媒水在热泵吸收的热量差值通过其他渠道补充，比如：蒸汽加热器补充不足的热量或多余的热量返回低压加热器出口。

优选的，所述烟囱包括底部筒体、特斯拉阀体、上筒体、连接杆、遮挡板和弧形板，且底部筒体的上方设置有特斯拉阀体，所述特斯拉阀体上连接有上筒体，且上筒体的四周向上通过连接杆连接着遮挡板，所述遮挡板中部设置有弧形板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明利用机组循环水加热进入空气预热器的冷空气，提升经济性是从以下几个方面体现的：一是提高了进入锅炉的热风温度，提高了锅炉内的燃烧稳定性和煤粉燃尽性，进而有利于提高锅炉的燃烧效率；二是利用了汽轮机循环冷却水的余热，提高了效率；三是通过空预器旁路的给水换热器、凝结水换热器吸收多余的热量，排挤高低压加热器抽汽，提升汽轮机效率；四是给水换热器、凝结水换热器、烟气冷却器梯级利用了烟气余热，减少了排烟损失，降低了煤耗。

2.本发明通过特斯拉阀体能够加快烟道中的空气流速，从而更便于烟气的排出，同时特斯拉阀体也能够避免空气倒灌的情况，避免阴雨天大气压强变大，从而导致空气下压，影响烟气的排出，同时通过弧形板能够对从遮挡板下方经过的空气进行加速，从而使上筒体处的压强变小，更便于设备内部的烟气排出。

附图说明

图1为本发明流程、系统组成框图；

图2为本发明烟囱结构示意图；

图3为本发明特斯拉阀体剖面结构示意图；

图4为本发明弧形板结构示意图。

图中：1、空气预热器；2、给水换热器；3、凝结水换热器；4、除尘器；5、烟气冷却器；6、脱硫塔；7、烟囱；701、底部筒体；702、特斯拉阀体；703、上筒体；704、连接杆；705、遮挡板；706、弧形板；8、二次风暖风器；9、一次风暖风器；10、热泵；11、锅炉进口一次风；12、锅炉进口二次风；13、炉膛出口烟气；14、给水换热器进口给水；15、给水换热器出口给水；16、凝结水换热器进口凝结水；17、凝结水换热器出口凝结水；18、一次风暖风器出口一次风；19、二次风暖风器出口二次风；20、除尘器进口烟气；21、烟气冷却器出口烟气；22、烟气冷却器进口凝结水；23、烟气冷却器出口凝结水；24、热泵出口凝结水；25、热泵进口热媒水；26、热泵出口热媒水；27、热泵进口机组循环水；28、热泵出口机组循环水；29、一次风机进口一次风；30、送风机进口二次风；31、空气预热器主路烟道；32、空气预热器旁路烟道；33、水平烟道；34、引风机；35、升压水泵；36、一次风机；37、送风机；38、第一电动截止阀；39、第二电动截止阀；40、第一电动调节阀；41、第三电动截止阀；42、第四电动截止阀；43、第二电动调节阀；44、第五电动截止阀；45、第六电动截止阀；46、第三电动调节阀；47、第七电动截止阀；48、第八电动截止阀；49、第四电动调节阀；50、第九电动截止阀；51、第十电动截止阀；52、第五电动调节阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：主要设备包括空气预热器1、给水换热器2、凝结水换热器3、除尘器4、引风机34、烟气冷却器5、脱硫塔6、烟囱7、一次风暖风器9、二次风暖风器8、升压水泵35、热泵10、一次风机36、送风机37；

介质包括锅炉进口一次风11、锅炉进口二次风12、炉膛出口烟气、13给水换热器进口给水14、给水换热器出口给水15、凝结水换热器进口凝结水16、凝结水换热器出口凝结水17、一次风暖风器出口一次风18、二次风暖风器出口二次风19、除尘器进口烟气20、烟气冷却器出口烟气21、烟气冷却器进口凝结水22、烟气冷却器出口凝结水23、热泵出口凝结水24、热泵进口热媒水25、热泵出口热媒水26、热泵进口机组循环水27、热泵出口机组循环水28、一次风机进口一次风29、送风机进口二次风30；

阀门包括第一电动截止阀38、第二电动截止阀39、第一电动调节阀40、第三电动截止阀41、第四电动截止阀42、第二电动调节阀43、第五电动截止阀44、第六电动截止阀45、第三电动调节阀46、第七电动截止阀47、第八电动截止阀48、第四电动调节阀49、第九电动截止阀50、第十电动截止阀51、第五电动调节阀52；

其他包括空气预热器主路烟道31、空气预热器旁路烟道32、水平烟道33一次风暖风器9布置在空气预热器1进口的一次风道内；

二次风暖风器8布置在空气预热器1进口的二次风道内；

给水换热器2布置在空气预热器旁路烟道32内；

凝结水换热器3布置在空气预热器旁路烟道32内，给水换热器2后；

烟气冷却器5布置在水平烟道33内，引风机后一次风机进口一次风29依次经过一次风机36、一次风暖风器9、空气预热器1进入炉膛；送风机进口二次风30依次经过送风机37、二次风暖风器8、空气预热器1进入炉膛；

一次风机进口一次风29先经过一次风机36小幅温升，再经过一次风暖风器9升温为中温一次风18，最终经过空气预热器1升温为高温一次风11，进入锅炉炉膛参与燃烧；

送风机进口二次风30先经过送风机37小幅温升，再经过二次风暖风器8升温为中温二次风19，最终经过空气预热器1升温为高温二次风12，进入锅炉炉膛参与燃烧竖直烟道分为空气预热器主路烟道31和空气预热器旁路烟道32，脱硝后的炉膛出口烟气13在空气预热器主路烟道31经过空气预热器1，在空气预热器旁路烟道32经过给水换热器2、凝结水换热器3，汇合后进入水平烟道33，在水平烟道33依次经过除尘器4、引风机34、烟气冷却器5、脱硫塔6，最终进入烟囱7排入大气炉膛出口烟气13为高温烟气，通过空气预热器1、给水换热器2和凝结水换热器3时换热降温，进入水平烟道33汇合后变为除尘器进口烟气20，除尘器进口烟气20在经过烟气冷却器5时换热变为烟气冷却器出口烟气21，烟气冷却器出口烟气21进入烟囱7排入大气冷凝高压加热器的给水14经过给水换热器2升温后回到更高级别的高压加热器，比如3号高压加热器进口的给水回到1号高压加热器出口；

凝结水换热器进口凝结水16经过凝结水换热器3升温后回到更高级别的低压加热器，比如8号低压加热器出口的凝结水回到6号低压加热器出口；

烟气冷却器进口凝结水22经过烟气冷却器5升温后进入热泵10作为驱动热源降温，降温后回到更高级别低压加热器；

热泵进口机组循环水27经过热泵10降温后返回原系统；

热媒水在热泵10和一次风暖风器9、二次风暖风器8之间循环，经过一次风暖风器9、二次风暖风器8时降温，经过热泵10时升温空气预热器1将空气预热器主路烟道31的炉膛出口烟气13的热量加热一次风暖风器出口一次风18、二次风暖风器出口二次风19，锅炉进口一次风11、锅炉进口二次风12；

给水换热器2将空气预热器旁路烟道32的炉膛出口烟气13的热量加热高给水换热器进口给水14，给水换热器出口给水15；

凝结水换热器3将空气预热器旁路烟道32的炉膛出口烟气13的热量加热凝结水换热器进口凝结水16，凝结水换热器出口凝结水17；

烟气冷却器5将水平烟道33的除尘器进口烟气20的热量加热烟气冷却器进口凝结水22，烟气冷却器出口凝结水23烟气冷却器出口凝结水23为高温凝结水，进入热泵10后作为热泵的驱动热源，降温后变为热泵出口凝结水24；高温的热泵进口机组循环水27进入热泵作为热泵的热源，降温后变为低温的热泵出口机组循环水28；在热泵的作用下，热泵的驱动热源和热泵的的热源，转换为热泵的输出热源，输出热源将低温的热泵进口热媒水25加热，加热为高温的热泵出口热媒水26，高温的热泵出口热媒水26经一次风暖风器8和二次风暖风器9降温，变为低温的热泵进口热媒水25，形成循环系统以下热量平衡：

炉膛出口烟气13在空气预热器1放出的热量与一次风暖风器出口一次风18、二次风暖风器出口二次风19吸收的热量之和相等；

炉膛出口烟气13在给水换热器2放出的热量、给水换热器进口给水吸收的热量14、排挤高压加热器的抽汽的热量相等；

炉膛出口烟气13在凝结水换热器3放出的热量、凝结水换热器进口凝结水16吸收的热量、排挤低压加热器的抽汽的热量相等；

除尘器进口烟气20在烟气冷却器5放出的热量、烟气冷却器进口凝结水22吸收的热量相等；

热泵进口机组循环水27作为热泵热源放出的热量、烟气冷却器出口凝结水23作为热泵驱动热源放出的热量之和与热泵进口热媒水25吸收的热量相等；

热泵出口热媒水26在一次风暖风器9放出的热量与一次风机进口一次风29在一次风暖风器9吸收的热量相等，热泵出口热媒水26在二次风暖风器放出的热量8与送风机进口二次风30在二次风暖风器8吸收的热量相等；

热泵出口热媒水26在一次风暖风器9、二次风暖风器8放出的热量之和与热泵进口热媒水25在热泵10吸收的热量差值通过其他渠道补充，比如：蒸汽加热器补充不足的热量或多余的热量返回低压加热器出口。

清参阅图2、图3和图4，烟囱7包括底部筒体701、特斯拉阀体702、上筒体703、连接杆704、遮挡板705和弧形板706，且底部筒体701的上方设置有特斯拉阀体702，特斯拉阀体702上连接有上筒体703，且上筒体703的四周向上通过连接杆704连接着遮挡板705，遮挡板705中部设置有弧形板706；

通过特斯拉阀体702能够加快烟道中的空气流速，从而更便于烟气的排出，同时特斯拉阀体702也能够避免空气倒灌的情况，避免阴雨天大气压强变大，从而导致空气下压，影响烟气的排出，同时通过弧形板706能够对从遮挡板705下方经过的空气进行加速，从而使上筒体703处的压强变小，更便于设备内部的烟气排出。

本发明利用机组循环水加热进入空气预热器1的冷空气，提升经济性是从以下几个方面体现的：通过给水换热器2、凝结水换热器3、烟气冷却器5梯级布置，吸收高温烟气的余热；同时布置有热泵10，吸收机组循环水的余热；回收的这些余热热量部分用于排挤高压加热器抽汽，提高了汽轮机效率；部分作为热泵10的驱动热源，减少了排烟损失；部分加热进入炉膛的冷风风温，提高了锅炉效率；

将循环水废热回收送入一次风暖风器9和二次风暖风器8加热一次风机进口一次风29和送风机进口二次风30，提高了空气预热器1出口冷端的综合温度与进入炉膛的热风温度，增强了锅炉稳燃特性与减少了未完全燃烧热损失，提高了锅炉效率；

此外，循环水废热和烟气余热回收进入热力系统再利用，减少了排烟热损失和排挤高低压加热器，提高了锅炉和汽轮机效率。

给水换热器2和凝结水换热器3的换热管选用厚管壁的H型翅片管，具有优异的防磨性能，大大提高了换热器运行的可靠性；

烟气冷却器5的换热管选用ND钢材料的螺旋翅片管，一方面位于除尘器4之后，烟气含尘量较小，磨损问题和积灰问题不严重，可选用扩展系数较大的螺旋翅片管，另一方面可能存在低温腐蚀问题，选用更耐磨的ND钢材质；

一次风暖风器9和二次风暖风器8选择基管为20#、翅片为铝的螺旋翅片管完全满足要求，因为安装在一、二次风道内，不存在磨损及烟气腐蚀的风险。

检修时：

给水换热器2检修切除时关闭相应的第一电动调节阀40并关闭进出口给水的第一电动截止阀38与第二电动截止阀39，投运时打开进出口给水的第一电动截止阀38与第二电动截止阀39再缓慢开大相应的第一电动调节阀40；

凝结水换热器3检修切除时关闭相应的第二电动调节阀43并关闭进出口凝结水的第三电动截止阀41与第四电动截止阀42，投运时打开进出凝结水的第三电动截止阀41与第四电动截止阀42再缓慢开大相应的第二电动调节阀43；

烟气冷却器5检修切除时关闭相应的第三电动调节阀46并关闭进出口凝结水的第五电动截止阀44与第六电动截止阀45，投运时打开进出凝结水的第五电动截止阀44与第六电动截止阀45再缓慢开大相应的第三电动调节阀46；

一次风暖风器9与二次风暖风器8切除时关闭相应的第四电动调节阀49并关闭进出口热媒水的第七电动截止阀47与第八电动截止阀48，投运时打开进出热媒水的第七电动截止阀47与第八电动截止阀再48缓慢开大相应的第四电动调节阀49；

热泵10检修切除时关闭所有进出热泵凝结水、机组循环水、热媒水的电动截止阀及电动调节阀，包括第五电动截止阀44、第六电动截止阀45、第三电动调节阀46、第七电动截止阀47、第八电动截止阀48、第四电动调节阀49、第九电动截止阀50、第十电动截止阀51、第五电动调节阀52。

设备调节时：

一次风暖风器出口一次风18的风温、二次风暖风器出口二次风19的风温通过二次风暖风器8进口的第四电动调节阀49调节热媒水的流量进行调节；锅炉进口一次风11的风温、锅炉进口二次风12的风温通过空气预热器旁路烟道32的挡板改变旁路烟气份额进行调节；

除尘器进口烟气20温度通过给水换热器2进口的第一电动调节阀40改变给水流量、凝结水换热器3进口的第二电动调节阀43改变凝结水流量、空气预热器旁路烟道32的挡板改变旁路烟气份额综合调节；烟气冷却器出口烟气21温度通过烟气冷却器5进口的第三电动调节阀46改变进口凝结水流量进行调节；

给水换热器出口给水15温度、凝结水换热器出口凝结水17温度、烟气冷却器出口凝结水23温度、热泵出口机组循环水温度28、热泵出口热媒水26温度是变化的，通过调节上述的风温和烟温而对应调节阀开度时，稳定状态能保持的水温；

冬季或环境温度偏低时投运一次风暖风器9与二次风暖风器8，热媒水通过其他渠道比如蒸汽加热器补充热量，可根据机组实际运行需求情况决定给水换热器2和凝结水换热器3是否需要切除，投切方式见前述几点；

夏季或环境温度偏高时与之相反。

该专利一方面利用热泵10回收了汽轮机组高温循环水的余热，另一方面通过梯级布置换热器充分利用了烟气的余热，大大提高了机组经济性。

工作原理：加热方法所使用到的设备是热泵10、烟气冷却器5、一次风暖风器9、二次风暖风器8、给水换热器2和凝结水换热器3，暖风器布置在空气预热器1进口的风道内，烟气冷却器5布置在引风机34出口烟道内，给水换热器2和凝结水换热器3先后布置在空气预热器旁路烟道32内，另外布置有热泵10。

本专利的加热方法如下：

一次风机进口一次风29、送风机进口二次风30分别经过一次风暖风器9、二次风暖风器8升温后变为一次风暖风器出口一次风18、二次风暖风器出口二次风19，经过空气预热器1继续加热后变为锅炉进口一次风11、锅炉进口二次风12，统一称为热风、热风最终送到锅炉炉膛参与燃烧；

布置在空气预热器旁路烟道32的给水换热器2、凝结水换热器3吸收烟气的热量，分别加热给水换热器进口给水14、凝结水换热器进口凝结水16，加热为给水换热器出口给水15、凝结水换热器出口凝结水17后回到汽机侧更高级别的高低压加热器，排挤高压加热器抽汽；

布置在引风机34出口的烟气冷却器5吸收除尘器进口烟气20的热量，除尘器进口烟气20经过烟气冷却器5降温后变为烟气冷却器出口烟气21，烟气冷却器5所吸收的热量作为热泵10的驱动热源送往热泵10，烟气冷却器出口烟气21继续送往脱硫塔6，最后送往烟囱7排入大气；

汽轮机凝汽器出口的热泵进口机组循环水27经过第五电动调节阀52进行流量调节后送往热泵10作为热泵10的热源；在热泵10的作用下，来自烟气冷却器5的驱动热源和来自热泵进口机组循环水27的热源，转换为热泵的输出热源，热泵的输出热源将热泵进口热媒水25加热为热泵出口热媒水26，热泵出口热媒水26用于一次风暖风器9提高一次风机进口一次风29风温、二次风暖风器8提高送风机进口二次风30风温、所用；热泵出口机组循环水28返回原系统；

夏季一次风暖风器9、二次风暖风器8可根据机组实际运行需求情况决定是否切除，其余换热器和热泵10均投运，热泵出口热媒水26多余热量返回低压加热器；冬季给水换热器2和凝结水换热器3可根据机组实际运行需求情况决定是否切除，其余换热器和热泵10均投运，热泵出口热媒水26热量不足时通过其他渠道如蒸汽加热器补充。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。