一種超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統及其方法與流程

本發明涉及熱電聯產工程的系統和工藝，尤其涉及一種超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統及其方法。

背景技術：

熱電聯產是根據能源梯級利用原理，先將煤、天然氣等一次能源發電，發電后余熱用于供熱的先進能源利用形式。由于熱電聯產的蒸汽沒有冷源損失，熱效率可以達到85％左右，尤其在取代分散小鍋爐，逐步實施區域性的集中供熱以后，可以充分發揮熱電聯產項目鍋爐容量大、熱效率高的特點，對降低區域單位GDP綜合能耗具有積極的作用。而且熱電聯產項目的煙氣污染物(煙塵、SO₂、NO_X)采用高效處理，對提高大氣質量、改善環境效果顯著。因此，熱電聯產是國內外公認的節能減排、改善環境質量的有效措施。熱電聯產項目按“統一規劃、分步實施、以熱定電、適度規模”的原則，結合區塊熱負荷發展的實際情況，分期實施。

汽輪機的進氣初參數越高，即初壓和初溫越高，蒸汽的絕熱焓降越大，其作功能力越大，汽耗率越小，經濟效益也越高。近些年在國家政策鼓勵和技術發展的背景下，機組的進氣初參數逐步提升，中溫中壓、次高溫次高壓參數已逐漸被更高參數所取代，高溫高壓背壓機組在產品與技術方面發展迅速，因其成熟可靠，已成為熱電聯產工程中應用最為廣泛的機組解決方案。另外，為了進一步提升全廠熱效率，高溫超高壓機組也已在多個熱電廠有較為成功的應用實例，經實踐證明成熟可靠的。但超高溫超高壓參數的背壓機組在國內的熱電聯產工程中，尚無使用業績，缺乏較為系統的解決方案。

技術實現要素：

本發明的目的是為進一步提高熱電聯產項目的全廠熱效率，更有效地促進節能降耗，提供一種超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統及其方法。本發明所述的超高溫超高壓參數是指溫度不低于571℃，壓力不低于13.7MPa。

本發明解決的技術問題采用如下技術方案：

超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統，包括超高溫超高壓循環流化床鍋爐、旋風分離器、過熱器、省煤器、空氣預熱器、送風機、布袋除塵器、引風機、脫硫塔、煙囪、渣庫、灰庫、高壓除氧器、汽動給水泵、高壓加熱器、背壓式汽輪機、發電機、拖動汽輪機、減溫減壓器、前置預熱器；超高溫超高壓循環流化床鍋爐的熱風進口、回料進口、汽包與水冷壁進口分別與空氣預熱器空氣出口、旋風分離器固相出口、省煤器汽水出口相連，超高溫超高壓循環流化床鍋爐的蒸汽出口、煙氣出口分別與過熱器蒸汽入口、旋風分離器入口相連，旋風分離器煙氣出口與過熱器煙氣進口相連，過熱器蒸汽出口分為兩路，一路與背壓式汽輪機蒸汽入口相連，一路與減溫減壓器蒸汽入口相連，過熱器煙氣出口與省煤器煙氣進口相連，背壓式汽輪機葉輪與發電機轉軸相連，減溫減壓器蒸汽出口、背壓式汽輪機抽汽口均與熱網管道相連，背壓式汽輪機排汽分為兩路，一路與熱網管道相連，一路與拖動汽輪機蒸汽入口相連，拖動汽輪機汽水出口與前置預熱器汽水進口相連，前置預熱器出口與高壓除氧器汽水入口相連，高壓除氧器汽水出口與汽動給水泵入口相連，汽動給水泵轉軸與拖動汽輪機葉輪相連，汽動給水泵出口與高壓加熱器入口相連，高壓加熱器出口與省煤器汽水入口相連，省煤器煙氣出口與空氣預熱器煙氣入口相連，空氣預熱器空氣入口與送風機出口相連，空氣預熱器煙氣出口與布袋除塵器入口相連，布袋除塵器煙氣出口與引風機入口相連，布袋除塵器出灰口通過管道與灰庫相連，引風機出口與脫硫塔入口相連，脫硫塔出口接煙囪。

作為優選，所述的超高溫超高壓循環流化床鍋爐在本體設計和制造時，預留有污泥給料口，方便鍋爐以后摻燒污泥。

作為優選，所述的背壓式汽輪機相當于超高溫超高壓純凝機組的高中壓缸部分，入口設進汽高壓調節閥以適應熱負荷的波動。

作為優選，所述的鍋爐過熱器材質采用P91材質；高壓加熱器、旋風除塵器均為兩級布置；脫硫塔為石灰石/石膏濕法脫硫裝置。

作為優選，所述的主蒸汽、供熱蒸汽、給水、除氧加熱等管道均采用母管制，中間設置隔離閥，以便于檢修、運行和再次擴建時進行隔斷；熱網管道系統不設回收裝置。

本發明的另一目的在于提供一種利用所述熱電聯產系統的燃燒和供熱方法，包括燃燒系統工藝流程和熱力系統工藝流程：

所述的燃燒系統工藝流程如下：

1)燃料由輸煤皮帶送入主廠房爐前煤倉，經給煤機送入鍋爐爐膛內；冷空氣經送風機送入經空氣預熱器預熱后分為一、二次風分別由爐底風箱和水冷壁的前、后墻送入爐膛混合煤粉進行燃燒；

2)鍋爐點火油采用輕柴油，煤粉在超高溫超高壓循環流化床鍋爐中完成燃燒，燃燒過程中，氨水利用壓縮空氣霧化后噴入爐膛，參與爐內的脫硝反應；石灰石用氣力輸送從石灰石粉倉送入爐膛內，參與爐內的脫硫反應；

3)燃燒產生的煙氣攜帶床料經爐頂轉向，通過位于后墻水冷壁上部的煙氣出口，分別進入旋風分離器進行氣固分離；分離后的干凈煙氣進入爐后豎井，對布置其中的過熱器、省煤器、空氣預熱器進行放熱，煙氣溫度降至140～150℃；分離后較粗顆粒的未燃燼物料沿回料器直接進入爐膛，循環再燃，形成物料的循環回路；

4)鍋爐排放煙氣，經布袋除塵器除塵后，由引風機抽出進入脫硫塔脫硫后經濕式電除塵進一步除塵，再通過煙囪排入大氣；爐渣由爐底落渣管直接落至冷渣器，經冷卻后用皮帶送至渣庫，然后再由自卸車輸送外運至綜合利用；布袋除塵器下的飛灰收集后經正壓氣力方式輸送至灰庫，然后通過干灰罐裝車外運至綜合利用；

所述的熱力系統工藝流程如下：

1)化學補充水由除鹽水泵經前置預熱器加熱后送入高壓除氧器，由給水泵加壓后再按順序送入兩級高壓加熱器、省煤器進行加熱；

2)給水逐級加熱至給水溫度后，進入汽包進行汽水分離，分離出來的飽和水進入鍋爐水冷壁換熱完成蒸發汽化，分離出來的飽和蒸汽，進入過熱器，蒸汽進一步得到升溫；

3)蒸汽經主蒸汽管道進入背壓式汽輪機進行膨脹做功，旋轉的葉輪帶動發電機發電。

作為優選，汽輪機的絕大部分排汽以及抽取的部分中壓蒸汽經廠外供熱管網分別接至各個熱用戶用汽點；另外的少部分汽輪機排汽引入拖動汽輪機拖動汽動給水泵做功，其排汽再進入前置預熱器作為加熱蒸汽。

作為優選，所述的燃燒系統工藝流程中，氨水用量、石灰石粉量分別根據煙氣中的NO_X含量以及噴入點的爐膛溫度和爐膛內SO₂的含量由DCS控制。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

本發明采用超高溫超高壓參數，由于效率的提高，在消耗同等數量燃料的情況下，超高溫超高壓機組要比高溫超高壓機組及高溫高壓機組產生更多的電量。在運行成本基本一致的條件下，電廠增加了經濟效益，為降低供熱價格及更好服務于熱用戶提供了經濟保障。

附圖說明

圖1為本發明的超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統結構示意圖：

圖2為本發明的熱力和燃燒系統構成與工藝流程示意圖：

圖中，超高溫超高壓循環流化床鍋爐1、旋風分離器2、過熱器3、省煤器4、空氣預熱器5、送風機6、布袋除塵器7、引風機8、脫硫塔9、煙囪10、渣庫11、灰庫12、高壓除氧器13、汽動給水泵14、高壓加熱器15、背壓式汽輪機16、發電機17、拖動汽輪機18、減溫減壓器19、前置預熱器20。圖中虛線表示燃燒系統組成與工藝流程，實線表示熱力系統組成與工藝流程。

具體實施方式

以下通過具體實施方式，結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統包括超高溫超高壓循環流化床鍋爐1、旋風分離器2、過熱器3、省煤器4、空氣預熱器5、送風機6、布袋除塵器7、引風機8、脫硫塔9、煙囪10、渣庫11、灰庫12、高壓除氧器13、汽動給水泵14、高壓加熱器15、背壓式汽輪機16、發電機17、拖動汽輪機18、減溫減壓器19和前置預熱器20。本實施例中超高溫超高壓循環流化床鍋爐1的型號為無錫華光鍋爐廠UG-90-13.7-M。超高溫超高壓循環流化床鍋爐1的熱風進口、回料進口、汽包與水冷壁進口分別與空氣預熱器5的空氣出口、旋風分離器2的固相出口、省煤器4的汽水出口相連，超高溫超高壓循環流化床鍋爐1的蒸汽出口、煙氣出口分別與過熱器3的蒸汽入口、旋風分離器2的入口相連，旋風分離器2煙氣出口與過熱器3煙氣進口相連，過熱器3蒸汽出口分為兩路，一路與背壓式汽輪機16蒸汽入口相連，一路與減溫減壓器19蒸汽入口相連，過熱器3的煙氣出口與省煤器4的煙氣進口相連，背壓式汽輪機16的葉輪與發電機17的轉軸相連，減溫減壓器19的蒸汽出口、背壓式汽輪機16的抽汽口均與熱網管道相連，背壓式汽輪機16排汽分為兩路，一路與熱網管道相連，一路與拖動汽輪機18的蒸汽入口相連，拖動汽輪機18的汽水出口與前置預熱器20的汽水進口相連，前置預熱器20的出口與高壓除氧器13的汽水入口相連，高壓除氧器13的汽水出口與汽動給水泵14的入口相連，汽動給水泵14的轉軸與拖動汽輪機18的葉輪相連，汽動給水泵14的出口與高壓加熱器15的入口相連，高壓加熱器15的出口與省煤器4的汽水入口相連，省煤器4的煙氣出口與空氣預熱器5的煙氣入口相連，空氣預熱器5的空氣入口與送風機6的出口相連，空氣預熱器5的煙氣出口與布袋除塵器7的入口相連，布袋除塵器7的煙氣出口與引風機8的入口相連，布袋除塵器7的出灰口通過管道與灰庫12相連，引風機8出口與脫硫塔9的入口相連，脫硫塔9的出口接煙囪10。

超高溫超高壓循環流化床鍋爐1在本體設計和制造時，預留有污泥給料口，方便鍋爐以后摻燒污泥。背壓式汽輪機16相當于超高溫超高壓純凝機組的高中壓缸部分，入口設進汽高壓調節閥以適應熱負荷的波動。鍋爐過熱器3材質采用P91材質；高壓加熱器15、旋風除塵器均為兩級布置；脫硫塔9為石灰石/石膏濕法脫硫裝置。主蒸汽、供熱蒸汽、給水、除氧加熱等管道均采用母管制，中間設置隔離閥，以便于檢修、運行和再次擴建時進行隔斷；熱網管道系統不設回收裝置。

整個系統采用機、爐、電集中控制方式，控制設備采用微機綜合自動化系統(ECS)，將電氣系統的微機保護、測控、備自投及其他IED裝置通過局域網聯網實現智能化管理，并通過通信方式實現與DCS系統信息交換。同時，將電氣部分控制(電動機)以及化學水處理、除灰渣、脫硫脫硝等輔助系統納入其中，并配有極少量的后備手操設備。

基于超高溫超高壓參數下的熱電聯產系統的燃燒和供熱方法，包括燃燒系統工藝流程和熱力系統工藝流程:

1、燃燒系統工藝流程如下：

1)粒徑合格的燃料由輸煤皮帶送入主廠房爐前煤倉，經給煤機送入鍋爐爐膛內。冷空氣經送風機6送入經空氣預熱器5預熱至180℃左右，然后分為一、二次風，一次風直接由爐底風箱輸送煤粉進爐膛，二次風通過水冷壁前、后墻送入爐膛混合煤粉進行燃燒。

2)鍋爐點火油系統采用輕柴油，煤粉在超高溫超高壓循環流化床鍋爐1中完成高效燃燒。燃燒過程中，氨水利用壓縮空氣霧化后噴入爐膛適合位置，參與爐內的脫硝反應。石灰石用氣力輸送從石灰石粉倉送入爐膛內，參與爐內的脫硫反應。氨水用量、石灰石粉量分別根據煙氣中的NO_X含量以及噴入點的爐膛溫度和SO₂的含量由DCS控制。

3)燃燒產生的煙氣攜帶大量床料經爐頂轉向，通過位于后墻水冷壁上部的兩個煙氣出口，分別進入兩個旋風分離器2進行氣固分離。分離后含少量飛灰的干凈煙氣進入爐后豎井，對布置其中的過熱器3(包括高溫過熱器3和低溫過熱器3)、省煤器4、空氣預熱器5進行放熱，煙氣溫度降至140～150℃左右；分離后較粗顆粒的未燃燼物料沿回料器直接進入爐膛，循環再燃，形成物料的循環回路。

4)鍋爐排煙溫度約為140℃，煙氣經布袋除塵器7除塵后，由引風機8抽出進入脫硫塔9脫硫后經濕式電除塵進一步除塵，再通過煙囪10排入大氣。爐渣由爐底落渣管直接落至冷渣器，經冷卻后用皮帶送至渣庫11，然后再由自卸車輸送外運至綜合利用。布袋除塵器7下的飛灰收集后經正壓氣力方式輸送至灰庫12，然后通過干灰罐裝車外運至綜合利用。

2、熱力系統工藝流程如下：

1)化學補充水由除鹽水泵經前置預熱器20加熱至80℃后送入高壓除氧器13，由給水泵加壓至13.7Mpa，再按順序送入兩級高壓加熱器15、省煤器4進行加熱。

2)給水逐級加熱至給水溫度(約215℃)后，進入汽包進行汽水分離，分離出來的飽和水進入鍋爐水冷壁換熱完成蒸發汽化，分離出來的飽和蒸汽，進入過熱器3，蒸汽進一步升溫至570℃。

3)蒸汽經主蒸汽管道進入背壓式汽輪機16進行膨脹做功，旋轉的葉輪帶動發電機17發電。汽輪機的絕大部分排汽以及抽取的部分中壓蒸汽經廠外供熱管網分別接至各個熱用戶用汽點。另外的少部分汽輪機排汽引入拖動汽輪機18拖動汽動給水泵14做功，其排汽再進入前置預熱器20作為加熱蒸汽。此外，還需考慮設置備用減溫減壓器19，以確保連續供熱。

經過測算，超高壓超高溫參數較高溫高壓參數機組每對外供熱1GJ，可多發電14.05kW，增加凈收益7.31元，多花的投資約1.92年可回收；超高壓超高溫參數較高溫超高壓參數機組每對外供熱1GJ，可多發電3.97kW，增加凈收益2.06元，多花的投資約3.93年可回收。

以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發明。有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。