一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统及方法
阅读说明：本技术 一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统及方法 (Low-load flue gas diversion economizer boiling prevention energy-saving system and method ) 是由 王慧青 冯斌 赵帅 查琼亮 王昭 韩雨龙 鹿家麒 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统及方法,包括与锅炉联通的一级省煤器,所述一级省煤器的主烟道旁并列设置分流烟道,所述分流烟道可旁通部分烟气不通过一级省煤器。本发明针对配置分级省煤器的汽包锅炉在深度调峰工况下的需求,以防止省煤器沸腾及提升一次风粉气流稳燃能力为主要出发点,通过在低负荷工况下利用并列设置在一级省煤器主烟道的旁路烟道分流部分烟气,减少流经省煤器的烟气量,减小省煤器给水吸热量,降低给水在一级省煤器中的焓增,从而实现在低饱和温度下不至使省煤器出口给水发生沸腾现象。(The invention discloses an energy-saving system and method for preventing a low-load flue gas from shunting to prevent an economizer from boiling. The invention aims at the requirements of a drum boiler with a graded economizer under the working condition of deep peak regulation to prevent the economizer from boiling and improve the stable combustion capacity of primary air-powder airflow, and reduces the amount of flue gas flowing through the economizer, the heat absorption capacity of the feedwater of the economizer and the enthalpy increase of the feedwater in the primary economizer by using the bypass flue shunt part of the flue gas arranged in parallel at the main flue of the primary economizer under the working condition of low load so as to avoid the boiling phenomenon of the feedwater at the outlet of the economizer at low saturation temperature.)
技术领域
本发明属于燃煤电厂灵活性改造及深度调峰技术领域，具体涉及一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统及方法。
背景技术
目前，多数燃煤机组已完成宽负荷脱硝改造，其中分级省煤器技术作为主要技术路线之一，对于已实施分级省煤器改造的机组，在深度调峰时可实现脱硝的正常投运。但是亚临界机组在低负荷下滑压运行时，汽包压力随负荷下降，对应的饱和温度亦随之下降，使得省煤器出现沸腾风险。同时由于低负荷时热一次风温度较高负荷时偏低，导致磨出口一次风粉气流温度偏低、风煤比失调等问题，进而影响到低负荷下锅炉的稳燃性能。
基于多台亚临界机组深度调峰试验的验证，省煤器沸腾风险、一次风粉气流稳燃问题是制约汽包锅炉进一步降低负荷的主要因素。现有技术未能充分考虑深度调峰工况的特点，使得以上两个因素成为了机组进行深度调峰的瓶颈。未来，煤电机组需担负更大比例的调峰任务，需实现更高的灵活性，因此进一步提升汽包锅炉的调峰能力很有必要，同时也尤为重要。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统及方法，针对配置分级省煤器的汽包锅炉在深度调峰工况下的需求，以防止省煤器沸腾及提升一次风粉气流稳燃能力为主要出发点，通过在低负荷工况下利用并列设置在一级省煤器主烟道的旁路烟道分流部分烟气，减少流经省煤器的烟气量，减小省煤器给水吸热量，降低给水在一级省煤器中的焓增，从而实现在低饱和温度下不至使省煤器出口给水发生沸腾现象。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统，包括与锅炉1联通的主烟道和分流烟道4，其中主烟道中设置一级省煤器2，分流烟道4与主烟道并列设置，旁通部分烟气不通过一级省煤器2。
所述分流烟道4中设有热一次风加热器5。
所述热一次风加热器5采用管式空预器的结构，烟气走管外，一次风走管内。
所述分流烟道4设有烟气调节挡板3，用于实现0～70％烟气比例的调节。
所述热一次风加热器5接收来自空预器7出口的热一次风，热一次风的主风道旁并列设置有热一次风再热风道9，所述一级省煤器2的烟气出口连接脱硝装置，脱硝装置输出端依次连接二级省煤器6和空预器7，所述空预器7连接热一次风再热风道9，热一次风再热风道9上设置有热一次风再热隔绝门8。
一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统的运行方法，包括以下步骤；
当锅炉1处于高负荷运行时，一级省煤器2无沸腾风险且热一次风温度较高，烟气调节挡板3关闭，隔绝分流烟道4，烟气自一级省煤器2主烟道经一级省煤器2换热后进入脱硝装置，完成脱硝后再流经二级省煤器6，最后进入空预器7，加热一次风、二次风；空预器7出口的热一次风沿常规风道直接送入制粉系统，热一次风再热隔绝门8关闭；
当机组负荷逐步下降进入深调负荷区间时，因机组滑压运行，锅炉1汽压随之降低，对应饱和温度下降，一级省煤器2出口给水温度逼近饱和温度，省一级省煤器2有沸腾的可能；同时在此低负荷下由于空预器7入口烟温较低，热一次风温度降低，加之燃烧率的降低使得炉膛温度水平变低，一次风粉气流的稳燃性能变差，冗余磨的运行将进一步恶化稳燃条件，此时，烟气调节挡板3开启，分流一定比例的烟气进入分流烟道4，减少烟气对一级省煤器2的放热量，控制一级省煤器2不至发生沸腾，通过分流烟道4的烟气，对布置在烟道中的热一次风加热器5放热，从而进一步加热自空预器7出口来的热一次风，提高低负荷时的热一次风温度，更高温度的热一次风进入制粉系统后能够有效提升磨煤机的干燥出力，降低磨煤机在低负荷下的风煤比，同时也能够提高磨出口一次风粉温度，减少一次风粉气流所需卓火热，从而起到强化一次风粉气流着火燃烧的作用。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统，通过在一级省煤器主烟道并列设置分流烟道，分流一定比例的烟气，减少流经省煤器的烟气量，减小省煤器给水吸热量，降低给水在一级省煤器中的焓增，从而实现在低饱和温度下不至使省煤器出口给水发生沸腾现象。同时本发明充分考虑了分流烟气热量的利用问题，分流烟道中设置有热一次风加热器，对热一次风进行再加热，大幅提升热一次风温度，有助于提升低负荷时一次风粉气流的稳燃能力，降低煤粉气流所需的着火热，提高锅炉对深度调峰的适应性。
与现有技术相比，本发明充分考虑了汽包锅炉深度调峰的需求，旨在防止深调负荷下省煤器沸腾并同时提升一次风粉气流的稳燃性能，能够在更低的负荷下实现水循环及锅炉燃烧的稳定，从而提高锅炉的调峰能力。本发明采用分流烟道的设计，将部分烟气分流旁通不经过一级省煤器主烟道，这样能够大大减少参与省煤器换热过程的烟气量，降低给水在省煤器中的焓增。本发明针对低负荷下机组的运行特性进行设计，深度调峰工况下配备分级省煤器的汽包锅炉因汽压的降低导致对应的饱和温度也随之下降，此时一级省煤器的吸热量显得过剩，省煤器出口给水温度极易超出饱和温度而发生汽化，引起省煤器沸腾，从而恶化水循环。为防止省煤器沸腾，机组不得不在较高压力下定压运行，而无法按照最优的滑压曲线滑压运行，使得低负荷下汽轮机调门阀位过低，不仅影响汽轮机的安全性，同时也导致低负荷下机组的经济性更差。目前有研究人员曾考虑从水侧换热的角度出发，通过节流1号高加进汽，降低省煤器入口给水温度，以实现防止省煤器沸腾的目标。该方法由于直接减少了高压抽汽，将导致回热系统的经济性变差，同时给水温度的降低将直接影响到脱硝入口(一级省煤器出口)的烟气温度，有可能使得脱硝偏离最佳反应温度区间，并且引起锅炉排烟温度的升高，因此此方法的应用范围较窄。本发明巧妙地采用控制烟气侧换热的方式，分流一定比例烟气，降低换热强度，达到在降低省煤器出口给水温度同时不对脱硝入口烟温产生负面影响。另外，分流烟道设置有烟气调节挡板，能够对分流的烟气量进行有效控制，较高负荷时烟气调节挡板处于关闭状态，所有烟气流经主烟道；低负荷时尤其是进入深调负荷区间时，逐渐开启烟气调节挡板以控制省煤器不至发生沸腾。分流进入旁路烟道的烟气，通过布置在烟道中的管式热一次风加热器对热一次风进行进一步加热，提高低负荷时的热一次风温度，从而起到强化一次风粉气流着火燃烧的作用。分流烟气流经热一次风加热器放热后，烟气温度逐渐降低至与一级省煤器出口烟温相近的水平，并与主烟道的烟气在省煤器出口混合后进入脱硝装置，在SCR反应器中完成烟气脱硝过程。本发明通过对省煤器处烟气热量的重新分配，将对于一级省煤器而言过剩的烟气热量，采用创新的系统布置形式和结构，用以加热一次风，提升热一次风温度，进而提高一次风粉气流的稳燃能力；把热量重新分配到了低负荷工况“最需要的地方”，实现了热量的梯级、合理利用，同时不对整个系统的经济性造成影响，是一种节能的系统。
附图说明
图1为本发明一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统示意图。
图中标记说明：
1为锅炉，2为一级省煤器，3为烟气调节挡板，4为分流烟道，5为热一次风加热器，6为二级省煤器，7为空预器，8为热一次风再热风道隔绝门，9为热一次风再热风道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明提供的一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统，包括锅炉1，一级省煤器2，烟气调节挡板3，分流烟道4，热一次风加热器5，二级省煤器6，空预器7，热一次风再热风道隔绝门8，热一次风再热风道9。
其中分流烟道4并列设置在一级省煤器2主烟道旁，热一次风再热风道9并列设置在热一次风主风道旁。
在低负荷运行时，开启省煤器分流烟道入口挡板，分流部分烟气进入，减少主烟道中的烟气量，降低省煤器的吸热量，使得省煤器出口给水欠焓增大，防止低负荷下由于滑压运行汽包压力低而发生省煤器给水沸腾，有益于低负荷下锅炉运行的安全性和稳定性。
低负荷运行时，为防止省煤器沸腾而分流出的部分烟气通过布置在分流烟道中的热一次风加热器对热一次风进行二次加热，进一步提高一次风温，从而提升一次风粉气流的稳燃性能。
本发明的工作原理：
当锅炉1处于高负荷运行时，一级省煤器2无沸腾风险且热一次风温度较高，烟气调节挡板3关闭，隔绝分流烟道4，烟气自一级省煤器2主烟道经一级省煤器2换热后进入脱硝装置，完成脱硝后再流经二级省煤器6，最后进入空预器7，加热一次风、二次风；空预器7出口的热一次风沿常规风道直接送入制粉系统，热一次风再热隔绝门8关闭；
当机组负荷逐步下降进入深调负荷区间时，因机组滑压运行，锅炉1汽压随之降低，对应饱和温度下降，一级省煤器2出口给水温度逼近饱和温度，省一级省煤器2有沸腾的可能；同时在此低负荷下由于空预器7入口烟温较低，热一次风温度降低，加之燃烧率的降低使得炉膛温度水平变低，一次风粉气流的稳燃性能变差，冗余磨的运行将进一步恶化稳燃条件，此时，本发明所示的系统中烟气调节挡板3开启，分流一定比例的烟气进入分流烟道4，减少烟气对一级省煤器2的放热量，控制一级省煤器2不至发生沸腾，通过分流烟道4的烟气，对布置在烟道中的热一次风加热器5放热，从而进一步加热自空预器7出口来的热一次风，提高低负荷时的热一次风温度，更高温度的热一次风进入制粉系统后能够有效提升磨煤机的干燥出力，降低磨煤机在低负荷下的风煤比，同时也能够提高磨出口一次风粉温度，减少一次风粉气流所需卓火热，从而起到强化一次风粉气流着火燃烧的作用。
从一次风侧来看，分流烟气流经热一次风加热器放热后，烟气温度逐渐降低至与一级省煤器2出口烟温相近的水平，并与主烟道的烟气在一级省煤器2出口混合后进入脱硝装置，在SCR反应器中完成烟气脱硝过程。本发明通过对省煤器处烟气热量的重新分配，将对于一级省煤器2而言过剩的烟气热量，采用创新的系统布置形式和结构，用以加热一次风，提升热一次风温度，进而提高一次风粉气流的稳燃能力；把热量重新分配到了低负荷工况“最需要的地方”，实现了热量的梯级、合理利用，同时不对整个系统的经济性造成影响，是一种节能的系统。
本发明围绕低负荷下尤其是深调负荷下省煤器出口沸腾风险的防范与控制，同时考虑低负荷下一次风粉气流的稳燃强化，从节能的角度出发对烟气热量进行合理利用。对于亚临界汽包炉，随着机组负荷降低，在滑压模式下，压力也在随之降低，使得对应的饱和温度下降，省煤器出口给水温度接近或可能超过饱和温度，导致给水沸腾，沸腾的出现以及沸腾度的增大，将对锅炉水循环造成极大的不利影响，使得水冷壁流量分配不均匀性增大，恶化水动力工况，导致部分管子出现循环停滞、倒流等现象，管壁传热恶化、璧温飞升，进而影响锅炉运行的安全性。
本发明在实现机组灵活性运行方面，兼顾高、低负荷下机组不同的运行特点，整个系统在机组高负荷时可实现与锅炉原系统的隔离，确保锅炉仍可按原方式运行；低负荷工况下创造性地采用烟气分流技术，能很好地起到防止省煤器沸腾的作用；同时在热源的利用、热量的再分配上，以解决低负荷工况锅炉稳燃的难点问题为出发点，设计了热一次风加热器，合理匹配烟气的热量品位，利用“多余”的烟气热量大幅提升热一次风温度，提高了制粉系统对灵活性运行的适应能力。
本发明充分考虑了低负荷下水动力循环稳定的重要性，通过将烟气分流，减少一级省煤器吸热量，实现了防止省煤器发生沸腾风险的目的。同时对于低负荷运行尤为重要的锅炉稳燃问题，采用热一次风二级加热的方式，以分流的中温烟气的热量进一步加热一次风，大幅提高低负荷时的热一次风温，从而提升了一次风粉气流的稳燃性能。
本发明采用了烟气、热一次风双旁路的系统布置形式，结构紧凑、简单，烟气分流旁路与热一次风加热旁路可实现联动耦合控制。本系统不拘泥于省煤器沸腾风险的预测控制，为提升锅炉稳燃能力，可在低负荷时提前投入双旁路，采取以提升热一次风温为主控制目标的控制策略，在此同时也就同步提高省煤器的安全裕度。
综上所述，本发明针对配置分级省煤器的汽包锅炉在深度调峰工况下的需求，以防止省煤器沸腾及提升一次风粉气流稳燃能力为主要出发点，提出了一种低负荷烟气分流防省煤器沸腾的节能系统，通过在低负荷工况下利用并列设置在一级省煤器主烟道的旁路烟道分流部分烟气，减少流经省煤器的烟气量，减小省煤器给水吸热量，降低给水在一级省煤器中的焓增，从而实现在低饱和温度下不至使省煤器出口给水发生沸腾现象。本发明作为一种节能系统，同样考虑了分流烟气热量的利用问题，分流烟道中设置有热一次风加热器，对热一次风进行再加热，大幅提升热一次风温度，有助于提升低负荷时一次风粉气流的稳燃能力，降低煤粉气流所需的着火热，提高锅炉对深度调峰的适应性。该系统结构是一种适应低负荷锅炉运行特点、具备高度灵活的控制方式、可同步提高锅炉稳燃能力的节能系统，其结构简单、紧凑，易于通过改造实现。
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