過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，用于對原煤進行燃燒后驅動發電機發電，包括：鍋爐機組，包含：制粉子系統、鍋爐主機子系統、送風送粉子系統以及乏汽水回收子系統；以及汽輪機組，其中，制粉子系統包含：汽粉生成干燥裝置、汽粉分離裝置及干燥劑生成裝置，乏汽水回收子系統包含：利用汽輪機的低溫凝結水和環境冷風對乏汽的一部分進行冷凝回收的乏汽水回收裝置，乏汽加熱器利用從爐膛的煙氣對乏汽加熱器中的乏汽進行加熱形成過熱蒸汽，環境冷風在乏汽水回收裝置中被乏汽的熱量預熱得到溫風，空氣預熱器對溫風的一部分進行加熱得到熱風，熱風的一部分與溫風的另一部分在一次風混合室混合后作為一次風進入風粉混合器中。
【專利說明】過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃煤發電領域，具體涉及鍋爐送風、過熱蒸汽干燥制粉、煤中水分回收技術以及利用汽輪機的抽汽熱量的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統。
【背景技術】
[0002]我國是一個富煤少油缺氣的國家，煤炭在我國能源供應中一直處于核心主導地位，在未來相當長時期內，以煤為主的能源結構在我國會一直持續下去。因為燃煤電站具有大規模集中使用煤炭的特點，有利于做到高效、清潔利用煤炭，因而煤炭在國內外主要用于發電。目前在我國，煤炭總產量的55%用于燃煤火力發電，而在電源結構方面，火力發電是我國主要發電方式，我國約80%的電力供應來自于火電機組。目前我國新建電站仍以燃煤電站為主，電煤在煤炭總產量中的比例正在快速增長。然而，燃煤發電在生產電力的同時也排放大量的污染物，包括SO2、煙塵、NO5^P CO2等；而且，我國燃煤電站的發電凈效率和發達國家相比仍有較大差距。因而，進一步提高能源利用效率從而既減少能源消耗又減少污染物排放，成為我國電力工業乃至整個國民經濟實現可持續發展的重要又迫切的任務。
[0003]近年來，隨著電煤價格快速上漲和優質煤炭儲量在煤炭總儲量中比例的逐漸下降，利用高水分褐煤燃燒發電成為了電力行業高度關注的突出問題。在全世界范圍內褐煤約占世界煤炭總儲量的40%，在我國褐煤儲量2900億噸，約占國內煤炭總儲量的16%。褐煤是煤化程度最低的煤種，具有水分高、揮發分高、熱值低、在空氣中易風化易自燃等特點，所以難以貯存，也不宜長距離運輸。我國褐煤的3/4分布在內蒙古及東北地區，這些褐煤全水分在25?40%，屬老年褐煤；其余褐煤主要分布在云南地區，這些褐煤全水分在40?60%，含木質纖維，屬年輕褐煤；而國外如澳大利亞、德國、塞爾維亞、印尼等國褐煤的水分更聞，可聞達70*%。
[0004]目前褐煤利用的主要途徑是通過坑口電站燃燒發電，褐煤與煙煤鍋爐多采用直吹式制粉系統，一般是以爐煙和熱風混合物或熱風作為制粉系統干燥劑；貧煤與無煙煤多采用中間儲倉式制粉系統，一般是以熱風作為制粉系統干燥劑。但與常規煙煤鍋爐相比，這些褐煤鍋爐熱效率低、體積大價格高、溫室氣體排放量也較大。而且，對于高水分褐煤，采用直吹式制粉系統使得鍋爐一次風中含有大量爐煙及水蒸汽等惰性介質，加之爐膛溫度又低，使得高水分褐煤存在突出的燃燒不穩定問題，致使鍋爐難以安全可靠地運行，這嚴重制約了國內外高水分褐煤的有效利用。同時，由于褐煤反應活性高，褐煤煤粉易燃易爆，褐煤制粉系統的燃燒與爆炸問題也是一個長期一直困擾褐煤機組安全可靠運行的突出問題。
[0005]此外，位于我國新疆準噶爾盆地東部“準東煤田”的煤炭預測儲量達3900億噸，是我國最大的整裝煤田。準東煤除放熱量較褐煤高以外，其它煤質特性與褐煤相似，也具有水分高(22?32% )、揮發分高、灰熔點低、磨損性低和易自燃的特點。目前業內針對準東煤開發的大型電站鍋爐均采用直吹式制粉系統，故為保證制粉系統干燥出力和爐內穩定燃燒，鍋爐均采用了很高的熱風溫度和一次風率。由此造成的結果是這些準東煤鍋爐的排煙溫度普遍較高(排煙溫度一般在140°C以上)，相應的致使鍋爐熱效率和機組發電效率均較低；而且，過高的一次風率使得爐內低NOx燃燒的組織較為困難，即爐膛出口煙氣中顯)(含量較大，這顯著增大了鍋爐后續煙氣脫硝的壓力和成本。
[0006]進一步，在燃用高水分煤種的鍋爐中，大量由煤中可燃物質燃燒而放出的熱量被消耗于煤中水分蒸發為水蒸汽，由于這些水分最終是以水蒸汽狀態排出鍋爐，致使燃料實際放熱的相當一部分被白白浪費。因而，現有的高水分燃煤鍋爐往往表現為燃煤量巨大，單位發電量的污染物排放也明顯較高。若以表征燃料實際放熱量的高位發熱量為基準計算鍋爐熱效率的話，高水分燃煤鍋爐的熱效率大幅低于一般的低水分燃煤鍋爐。
[0007]近年來，火力發電行業廣泛關注通過鍋爐排煙余熱的深度利用進一步提高電廠發電效率，典型的方式是在鍋爐排煙煙道中布置低壓省煤器，利用排煙余熱加熱低溫的機組凝結水，從而減少低壓加熱器抽汽量，達到提高電廠效率的目的。顯然，利用機組凝結水溫度低的特點進行余熱回收是電廠提高發電效率從而獲得節能減排效益的有效途徑之一，但因煙氣的換熱系數低，加之煙氣與凝結水之間的換熱溫差較小，使得通過煙氣加熱凝結水的低壓省煤器體積龐大，投資回收期較長，而且在電廠布置較為困難。
[0008]另一方面，我國褐煤主要產區(內蒙古東部地區)及準東煤產區(新疆地區)均為極度缺水地區。由于火電機組需要消耗大量水，水資源匱乏已經成為了這些地區開展電源基地建設從而開發利用褐煤及準東煤資源的首要制約因素。然而，眾所周知，制粉系統同時也是一個干燥系統，為保證煤粉氣流入爐后穩定燃燒，要求制粉系統將原煤干燥至含水率很低的煤粉水分。電站鍋爐燃煤量巨大，故大量煤中水分在制粉系統內蒸發為水蒸汽隨煤粉進入了爐膛，成為鍋爐煙氣的組成成分之一。另外，火力發電廠是工業用水大戶，而我國褐煤產區(例如內蒙古東部地區)大多屬嚴重缺水地區，水資源匱乏成為影響坑口電源基地建設的重要制約因素。因而，若能將煤中水分予以回收，對我國褐煤及準東煤利用具有非常重要的生態保護意義。但由于爐內大量干煙氣(主要是N2、CO2和過量干空氣)的稀釋，鍋爐排煙的含濕量和水露點溫度很低，這使得通過冷卻鍋爐排煙從而回收煙氣中的水分變得非常困難。以某燃全水分40%褐煤的在役600MW機組為例，其鍋爐排煙量為2800t/h，雖然排煙中含有270t/h水分，但排煙水露點只有53°C (水蒸汽容積份額15% )。可見，由于干煙氣量巨大且水露點低，回收排煙中水分需要龐大的煙氣冷卻換熱器和溫度足夠低的大量冷卻介質，這使得從排煙中回收水分與水蒸汽凝結潛熱非常困難，至今未有通過冷卻電站鍋爐排煙從而實現煙氣水回收以及熱量回收的工程應用。
【發明內容】
[0009]本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種具有突出水回收效益和節能效益，而且還能保證制粉系統安全運行和燃煤效率更高的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統。
[0010]本發明提供一種過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，用于對原煤進行燃燒以驅動發電機發電，其特征在于，包括:鍋爐機組，用于對原煤進行燃燒產生熱能，并且利用熱能將給水加熱得到高溫高壓水蒸汽，包含:制粉子系統、鍋爐主機子系統、送風送粉子系統以及乏汽水回收子系統；以及汽輪機組，利用高溫高壓水蒸汽做功從而驅動發電機發電，包含用于輸送給水的給水管、用于輸送高溫高壓水蒸汽的蒸汽輸送管、及汽輪機，其中，制粉子系統包含:用于對原煤進行磨制并且通過干燥劑對原煤進行干燥從而形成汽粉混合物的汽粉生成干燥裝置、對汽粉混合物進行分離得到煤粉和乏汽(乏汽:一般將氣流干燥系統排出的低溫氣體稱為乏氣，依此習慣提法，在鍋爐制粉系統中亦常稱磨煤機出口排出的氣體為乏氣，因本發明中制粉系統是以水蒸汽為干燥劑與輸粉介質，故稱磨煤機出口汽粉混合物中的水蒸汽為乏汽)的汽粉分離裝置、及生成干燥劑的干燥劑生成裝置，鍋爐主機子系統用于將給水加熱成為高溫高壓水蒸汽，包含:爐膛、與爐膛出口相連接的爐內煙道、位于爐膛入口位置的煤粉燃燒器，送風送粉子系統包含:與汽粉分離裝置相連接用于輸送煤粉的給粉機、與給粉機相連接的風粉混合器、與風粉混合器相連接的一次風混合室、位于爐內煙道尾部的空氣預熱器、及用于提供冷風的送風機，乏汽水回收子系統包含:與汽輪機組相連接并且與送風機相連接利用汽輪機組的低溫凝結水和冷風對乏汽的一部分進行冷凝回收的乏汽水回收裝置，汽粉分離裝置包含:對汽粉混合物進行分離得到煤粉和乏汽的煤粉收集器，干燥劑生成裝置包含:與煤粉收集器相連接用于輸送乏汽的乏汽管道、連通在乏汽管道上用于輸送乏汽的另一部分的乏汽循環管道、與乏汽循環管道相連接對乏汽循環管道中的乏汽進行加熱從而形成作為干燥劑的過熱蒸汽的乏汽加熱器、及將干燥劑輸送至汽粉生成干燥裝置中進行循環的過熱蒸汽管道，乏汽加熱器利用爐膛的煙氣對乏汽加熱器中的乏汽進行加熱形成過熱蒸汽，給粉機用于輸送煤粉至風粉混合器，風粉混合器對來自送風送粉子系統的一次風和煤粉進行混合得到風粉混合物，乏汽水回收裝置中的乏汽被汽輪機組的低溫凝結水和送風機提供的冷風冷凝成為凝結水，冷風在乏汽水回收裝置中被乏汽的熱量預熱得到溫風，空氣預熱器對溫風的一部分進行加熱得到熱風，熱風的一部分與溫風的另一部分在一次風混合室混合后作為一次風進入風粉混合器中，熱風的另一部分作為二次風直接進入煤粉燃燒器中，煤粉燃燒器對風粉混合物中的煤粉進行燃燒，煤粉與一次風、二次風在爐膛中燃燒生成煙氣。
[0011]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，可以具有這樣的特征，還包括:煙氣凈化子系統，與爐內煙道的尾部出口相連接，包含:依次連接的除塵器、引風機、脫硫裝置、煙囪。
[0012]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，乏汽水回收裝置包括:連通在乏汽管道上的乏汽輸出管道、與乏汽輸出管道相連接利用低溫凝結水和冷風將乏汽冷凝為凝結水的凝汽器、儲存回收凝結水的集水器、及與乏汽輸出管道相連通將乏汽直接引入脫硫裝置的乏汽旁路管道，凝汽器包含與汽輪機組相連通的冷水進水管、及與汽輪機組相連通的冷水出水管，低溫凝結水經冷水進水管流入凝汽器中對乏汽進行冷凝，低溫凝結水被乏汽加熱后經過冷水出水管流回至汽輪機組中。
[0013]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，乏汽水回收子系統還包含:用于輸送凝汽器輸出的剩余氣體的余氣輸送裝置，余氣輸送裝置包含:與凝汽器的出口相連接用于將剩余氣體輸送進入一次風混合室中的余氣管道、及與余氣管道相連通并且將剩余氣體直接引入脫硫裝置的余氣旁路管道。
[0014]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，汽粉生成干燥裝置還包含:對原煤進行磨制和干燥形成汽粉混合物的磨煤機、及與磨煤機的出口相連接用于對汽粉混合物中的粗粉進行分離并且將粗粉送回磨煤機中的粗粉分離器。
[0015]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，汽粉生成干燥裝置還包含:出口與磨煤機的入口相連接用于對原煤進行預干燥的原煤預干燥管、及蒸汽輸送管，原煤預干燥管的進口通過蒸汽輸送管連通至過熱蒸汽管道上，過熱蒸汽作為預干燥劑對原煤預干燥管中的原煤進行預干燥。
[0016]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，制粉子系統還包含:與乏汽循環管道相連通用于輸送氣體的輸氣管、及設在輸氣管上用于控制開啟和關閉輸氣管的控制閥，通過控制閥控制輸氣管向乏汽循環管道輸送氣體，氣體被加熱后作為干燥劑，經過預設時間后控制閥控制輸氣管停止向乏汽循環管道輸送氣體。
[0017]在本發明提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，還可以具有這樣的特征:其中，氣體為空氣或者工業用惰化氣體中任意一種。
[0018]發明的作用與效果
[0019]在本發明的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，因為制粉子系統是以過熱蒸汽為制粉子系統的干燥劑和通風介質，并且過熱蒸汽由汽粉生成干燥裝置中的原煤中的水分蒸發形成的循環乏汽經以爐膛的煙氣加熱形成，過熱蒸汽溫度與流量分別滿足制粉子系統干燥出力和磨煤機通風量的要求，除在制粉子系統內循環工作的循環乏汽外，因原煤中水分不斷在制粉子系統蒸發而產生的另一部分乏汽由乏汽水回收子系統進行水回收。
[0020]本發明以過熱蒸汽為制粉子系統的干燥劑，使整個制粉子系統在完全惰化氣氛下運行，保證了褐煤及準東煤等高揮發分煤種制粉的安全可靠運行，解決了長期困擾褐煤及準東煤機組安全可靠運行的制粉系統燃燒及爆炸問題。并且實現了惰性制粉干燥劑的內部產生與再循環利用，制粉過程中并不需要額外的蒸汽、氮氣生產系統，也不需要消耗煙氣、熱風等其它介質，使得制粉過程既安全可靠，又流程簡潔高效。而且以過熱蒸汽為制粉系統干燥劑，改善了以往爐煙干燥及熱風干燥過程中由煤粒大量爆裂所造成的煤粉顆粒粒徑均勻性較差問題，從而有助于改善煤粉燃燒性能，提高煤粉燃燒效率。
[0021]本發明完全以制粉子系統內部產生的水蒸汽為干燥劑和輸粉介質，使得幾乎為純水蒸汽的制粉乏汽的余熱回收及水回收變得極為容易。通過制粉乏汽的余熱回收，可進一步提高鍋爐及燃煤用能系統的能源利用效率；而且，乏汽水回收裝置在實現余熱回收同時所實現的大量水資源的回收和再利用，更是對富煤缺水地區具有不可估量的環保意義。
[0022]通過送風機輸送的冷風在乏汽水回收裝置中作為冷卻介質冷卻乏汽，冷風被預熱形成溫風，溫風最后進入鍋爐中進行燃燒，使得乏汽的大量凝結潛熱被鍋爐有效利用，由此可大幅提高鍋爐熱效率，使得燃煤電站鍋爐基于燃煤低位發熱量計算的鍋爐熱效率超過100%成為可能。在保證最佳溫風溫度的前提下僅通過鍋爐送風冷卻不足以充分回收乏汽余熱時，本發明進一步通過來自汽輪機組中的低溫凝結水在乏汽水回收裝置中作為冷卻介質冷卻乏汽，低溫凝結水被加熱至一定溫度后返回汽輪機組從而減少低壓加熱器抽汽量，由此使得乏汽的凝結潛熱被汽輪機組熱力系統有效利用，從而進一步提高電廠發電效率。通過風冷與水冷兩種余熱回收方式的組合應用，可充分保證乏汽水回收效果，并且通過風冷與水冷的熱量優化分配，可使發電系統的發電效率達到最高，而且可使發電系統變負荷運行時的調節更加靈活方便。此外，與現有通過煙氣加熱的低壓省煤器相比，本發明中水冷凝汽器的體積及投資成本均會大幅降低。
[0023]本發明通過煤粉收集器對汽粉混合物進行汽粉分離而獲得低水分煤粉，使得燃煤質量得以大幅提升。這種經過干燥提質后的煤粉由一定溫度空氣送入鍋爐進行燃燒，將不會再有爐內溫度低燃燒不穩定、低NOx燃燒組織燃燒困難等問題。同時，采用熱風送粉使得一次風中惰性氣體含量大幅減少，由此煤粉氣流著火熱減少，而且一次風中氧濃度提高。共同作用的結果是既提高了煤粉氣流的穩燃性能和燃燒效率，也使得煤粉氣流的低NOx燃燒組織更加方便，從而實現清潔高效穩定燃燒。而且，這種經過干燥提質后的煤粉由送風送粉子系統中具有一定溫度的一次風送入鍋爐燃燒，并且從制粉子系統蒸發出的原煤中的水分不再隨送粉介質進入鍋爐，使得鍋爐排煙量大量減少，相應的鍋爐排煙溫度也會降低，最終使鍋爐排煙熱損失大幅降低，鍋爐熱效率明顯提高。
[0024]因此，本發明能夠提供的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統具有突出水回收效益和節能效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的結構框圖；
[0026]圖2為本發明實施例中鍋爐機組的結構框圖；
[0027]圖3為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的結構示意圖；
[0028]圖4為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的流程圖；
[0029]圖5為本發明實施例中送風送粉子系統的框圖；以及
[0030]圖6為本發明實施例中制粉子系統的框圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖和實施例對本發明涉及過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統進行詳細的說明。
[0032]圖1為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的結構框圖。
[0033]如圖1所示，過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統100包括:鍋爐機組501、汽輪機組502、以及發電機組503。
[0034]原煤在鍋爐機組501燃燒產生的熱量對水進行加熱形成高溫高壓的水蒸汽進入汽輪機組502做功，進而帶動發電機組503進行發電。
[0035]圖2為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的結構框圖。
[0036]如圖2所示，鍋爐機組501，包括:制粉子系統401、鍋爐主機子系統402、送風送粉子系統403、乏汽水回收子系統404、以及煙氣凈化子系統405。
[0037]送風送粉子系統403和乏汽水回收子系統404對冷風2處理后分別形成一次風和二次風，其中，一次風與制粉子系統401對原煤I進行磨制形成的煤粉按一定比例混合后送入鍋爐主機子系統402中，送風送粉子系統403的二次風則直接進入鍋爐主機子系統402中參與燃燒，制粉子系統401中分離出的一部分乏汽被輸送至乏汽水回收子系統404進行水回收，乏汽被汽輪機組502中的低溫凝結水和送風送粉子系統403的冷風冷凝為凝結水后被回收進行再利用，并且乏汽中熱量(即、水蒸汽凝結放熱)對冷風2進行預熱，使得水蒸汽中的熱量被充分利用。另一部分乏汽被鍋爐主機子系統402的高溫煙氣加熱成為過熱蒸汽，之后作為干燥劑進入制粉子系統401中。鍋爐主機子系統402的煙氣最后進入煙氣凈化子系統405被凈化后排向大氣。
[0038]圖3為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的結構示意圖。
[0039]如圖3所示，汽輪機組502利用鍋爐機組501中產生的熱能將給水加熱得到高溫高壓水蒸汽從而驅動發電機機組503進行發電。汽輪機組502包含給水管61、蒸汽輸送管62、汽輪機60和抽汽回熱系統(圖中未畫出)。發電機組503包含發電機70。發電機70與汽輪機60相連接，發電機70在汽輪機60的驅動下進行發電。
[0040]制粉子系統401包括:汽粉生成干燥裝置、干燥劑生成裝置、汽粉分離裝置。汽粉生成干燥裝置用于對原煤I進行磨制并且利用干燥劑生成裝置生成的干燥劑對原煤I進行干燥從而形成汽粉混合物，氣粉混合物進入汽粉分離裝置后被分離得到煤粉和乏汽，所得煤粉可被貯存或直接送入鍋爐主機子系統402中燃燒，所得乏汽的大部分作為制粉子系統401的干燥劑和通風介質在制粉子系統401內循環工作，另一部分乏汽被乏汽水回收子系統404凝結為凝結水后被回收再利用。
[0041]汽粉生成干燥裝置包含:原煤倉5、給煤機6、磨煤機7、粗粉分離器8。汽粉分離裝置包含:制粉管道9、煤粉收集器10、煤粉倉11。干燥劑生成裝置包含:乏汽管道30、乏汽風機31、乏汽循環管道32、乏汽加熱器33、過熱蒸汽管道34、增壓風機35、輸氣管52、控制閥51。乏汽加熱器28利用來自鍋爐主機子系統402中的煙氣的熱量對循環乏汽(B卩、水蒸汽)進行加熱得到作為干燥劑的過熱蒸汽。
[0042]鍋爐主機子系統402用于對水進行加熱得到高溫高壓水蒸汽，包括:鍋爐主機24、煤粉燃燒器23。鍋爐主機24包括爐膛(圖中未畫出)和與爐膛出煙口相連接的爐內煙道(圖中未畫出)。爐膛用于使煤粉和空氣充分燃燒放熱并且產生煙氣，爐膛周界的水冷壁吸收煙氣的熱量從而使爐膛出口煙氣溫度在合適的范圍之內，爐膛出口以后的煙道內布置有汽水受熱面、空氣預熱器。
[0043]送風送粉子系統403包括:給粉機12、送風機14、溫風管道55、空氣預熱器15、二次風熱風管道16、一次風熱風管道17、溫風旁路管道18、一次風混合室19、一次風增壓風機20、一次風管道21、送粉管道22、風粉混合器13。凝汽器37對冷風2進行預熱后形成溫風，然后空氣預熱器15對溫風進一步加熱得到熱風。
[0044]乏汽水回收子系統404包括:乏汽水回收裝置和余氣輸送裝置。乏汽水回收裝置包含:乏汽輸出管道36、凝汽器37、冷水進水管65、冷水出水管66、乏汽旁路管道41、集水器40。余氣輸送裝置包含:抽氣器38、余氣管道39以及余氣旁路管道42。
[0045]煙氣凈化子系統405包括:除塵器25、排煙管道26、引風機27、脫硫裝置28以及煙囪29。
[0046]過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統501整體的連接關系:
[0047]原煤倉5、給煤機6、磨煤機7、制粉管道9以及煤粉收集器10順次連接，粗粉分離器8設在磨煤機7的頂端并且與磨煤機7相連接，煤粉收集器10的出汽口與乏汽管道30的一端相連，煤粉收集器10的出煤口與煤粉倉11的進口相連，煤粉倉11的出口與給粉機12相連，給粉機12與風粉混合器13的進粉口相連，風粉混合器13的出口與送粉管道22的一端相連，送粉管道22的另一端與煤粉燃燒器23相連。爐內煙道與爐膛的出口相連接，空氣預熱器15位于爐內煙道的尾部。
[0048]凝汽器37具有相對應地兩個冷媒入口和兩個冷媒出口，凝汽器37的一個冷媒入口與冷水進水管65的一端相連接，冷水進水管65的另一端與汽輪機組502相連接，與該冷媒入口相對應地一個冷媒出口通過冷水出水管66與汽輪機組502相連接。汽輪機組502的低溫凝結水通過冷水進水管65進入凝汽器37中對乏汽進行冷凝，然后通過冷水出水管66流回汽輪機組502。送風機14出口與凝汽器37的另一個冷媒入口相連接，與該冷媒入口相對應地另一個冷媒出口與溫風管道55的一端相連接，溫風管道55的另一端與空氣預熱器15的空氣側進口相連并且與溫風旁路管道18的一端相連接，空氣預熱器15的空氣側出口分別通過二次風熱風管道16和一次風熱風管道17與煤粉燃燒器23和一次風混合室19的進風口相連。溫風旁路管道18的另一端與一次風混合室19的進風口相連接，一次風混合室19與一次風增壓風機20相連接，一次風增壓風機20通過一次風管道21與風粉混合器13相連接。
[0049]乏汽管道30的入口與煤粉收集器10的氣體出口相連接。乏汽風機31設在乏汽管道30上，用于抽取煤粉收集器10中的乏汽。乏汽循環管道32的入口端與乏汽管道30的出口相連通，乏汽循環管道32的出口端與乏汽加熱器33的進氣口相連通，乏汽加熱器33的出氣口與過熱蒸汽管道34的一端相連通，過熱蒸汽管道34的另一端與增壓風機35的入口相連接，增壓風機35的出口與磨煤機7相連。輸氣管52與乏汽循環管道32相連通，控制閥51設在輸氣管52上用于控制開啟和關閉輸氣管52。
[0050]乏汽輸出管道36的入口連通在乏汽管道30上，乏汽輸出管道36的出口與凝汽器37的進口相連，乏汽旁路管道41與凝汽器37并聯，集水器40與凝汽器37相連接，用于儲存被凝汽器37回收的凝結水，凝汽器37的余氣出口與抽氣器38的進口相連接，抽氣器38的出口分別連接余氣管道39的一端和余氣旁路管道42的一端，余氣旁路管道42的另一端連接脫硫裝置28，余氣管道39的另一端連接一次風混合室19。經過凝汽器37回收水蒸汽后的剩余的不凝結氣體(以下簡稱剩余氣體)，該剩余氣體經過余氣管道39進入一次風混合室19作為一次風進入爐膛中，使得剩余氣體中可能含有的可燃氣體在爐膛內充分燃盡，另外，剩余氣體也可以經過余氣旁路管道42進入脫硫裝置28中。該剩余氣體為水蒸汽中混合的其它不凝結的氣體，例如滲漏進乏汽水回收裝置的空氣和原煤I在制粉過程中揮發出的可燃氣體。
[0051]爐內煙道的出口、除塵器25、引風機27、脫硫裝置28與煙囪29之間順次通過排煙管道26相連。
[0052]汽輪機組502的給水管61的一端與汽輪機組502的給水出口相連接，另一端與鍋爐主機子系統402相連接，蒸汽輸送管62的一端與鍋爐主機子系統402相連接，另一端與汽輪機組502的蒸汽入口相連接。
[0053]圖4為本發明實施例中過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統的流程圖。
[0054]如圖4所示，過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統501的工作原理:
[0055]煤的流程(S1-S4):原煤I由原煤倉5經給煤機6輸送進入磨煤機7，原煤I在磨煤機7內被磨制成煤粉，同時被進入磨煤機7的干燥劑干燥后從磨煤機7中輸出，磨煤機7出口的乏汽與煤粉的混合物即、汽粉混合物經過粗粉分離器8時，粗粉被分離出并重新進入磨煤機7中進行再次磨制。經過粗粉分離器8的汽粉混合物通過制粉管道9進入煤粉收集器10，煤粉收集器10將汽粉混合物中的乏汽和煤粉分離出，煤粉倉11將煤粉進行貯存，煤粉倉11內的煤粉由給粉機12送入風粉混合器13，在風粉混合器13內與來自一次風混合室19的一次風混合，然后由送粉管道22送往煤粉燃燒器23進入爐膛中與二次風一起燃燒并加熱給水。
[0056]圖5為本發明實施例中送風送粉子系統的框圖。
[0057]空氣的流程(S4):如圖3、圖4、圖5所示，冷風2即鍋爐送風由送風機14送入凝汽器37作為冷卻介質用于冷凝凝汽器37中的乏汽，同時冷風2被乏汽的熱量預熱后形成溫風，部分溫風通過溫風管道55進入空氣預熱器15內被煙氣進一步加熱形成熱風。空氣預熱器15空氣側出口的熱風大部分作為二次風經二次風熱風管道16直接引往煤粉燃燒器23。另一少部分熱風與溫風旁路管道18輸送的溫風在一次風混合室19內進行混合形成一次風，溫風旁路管道18輸送的溫風可以調節一次風的溫度，一次風經被一次風增壓風機增壓后經過一次風管道21進入風粉混合器13，進而將煤粉送入爐膛中進行燃燒。
[0058]煙氣流程:煤粉與空氣在鍋爐19的爐膛內燃燒生成煙氣，爐膛內的煙氣從爐內煙道排出，在爐內煙道尾部對空氣預熱器15和乏汽加熱器33進行加熱，排出的煙氣經除塵器25凈化后通過排煙管道26進入引風機27，之后進入脫硫裝置28中，經過脫硫凈化的煙氣3由煙囪29排向大氣環境。
[0059]圖6為本發明實施例中制粉子系統的框圖。
[0060]如圖6所示，水蒸汽流程(S6-l、S6-2):由制粉子系統401中的水蒸汽由原煤I的水分蒸發組成。在磨煤機7出口與乏汽加熱器33的進氣口之間稱為乏汽，在乏汽加熱器33出氣口與磨煤機7入口之間稱為過熱蒸汽。乏汽與煤粉在煤粉收集器10內進行分離，分離出的乏汽由乏汽風機31抽出并分為二部分，一部分乏汽由乏汽循環管道32送入乏汽加熱器33進行加熱形成過熱蒸汽，該過熱蒸汽作為干燥劑經過過熱蒸汽管道34送入磨煤機7，對進入磨煤機7的原煤I進行干燥，磨煤機7出口的汽粉混合物由煤粉收集器10分離出煤粉和乏汽組成，此時的乏汽由作為干燥劑的過熱蒸汽和原煤I蒸發出的水分組成，從煤粉收集器10出汽口排出的乏汽的一部分進入乏汽加熱器33并且作為干燥劑在制粉子系統401內循環，另外一部分乏汽經乏汽輸出管道36送入凝汽器37進行回收。乏汽在凝汽器37內被被汽輪機60的低溫冷凝水和冷風2冷卻降溫，從而獲得大量凝結水，凝結水集于集水器40內。
[0061]給水的流程(S5):水經過給水管61被鍋爐主機子系統402加熱后形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽經過蒸汽輸送管62送入汽輪機組502中進行做功，汽輪機組502帶動發電機70工作。汽輪機組502中的低溫凝結水用于對凝汽器37中的乏汽進行冷卻，然后流回汽輪機組502中。
[0062]乏汽水回收裝置對水蒸汽回收后排出的剩余氣體經過余氣輸送裝置分別輸送至一次風混合室19中或者脫硫裝置28中。當該剩余氣體含有可燃氣體時，關閉余氣旁路管道42上的閥門，使該剩余氣體都經過余氣管道39進入爐膛中進行燃燒；當該剩余氣體不含有可燃氣體時，打開余氣旁路管道42上的閥門，使該剩余氣體經過煙氣凈化子系統405后排出。
[0063]在本實施例中，首先,通過控制閥51控制蒸汽輸氣管52向乏汽循環管道32輸送氣體50，氣體50被加熱后作為干燥劑對進入磨煤機7中的原煤I和煤粉進行干燥，然后，經過預設時間后控制閥51控制蒸汽輸氣管52停止向乏汽循環管道32輸送氣體50，同時開啟乏汽循環管道32上的閥門建立乏汽再循環。運行一段時間后，由蒸汽輸氣管52輸入的氣體50被乏汽輸出管道36逐步排出，使得干燥劑趨近為純水蒸汽而不含其它雜氣，如此實現了純水蒸汽為干燥劑對煤粉進行干燥。
[0064]實施例的作用與效果
[0065]在本實施例的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統中，制粉子系統是以過熱蒸汽為制粉子系統干燥劑和磨煤機通風介質，過熱蒸汽由磨煤機出口因煤中水分蒸發形成的循環乏汽經以鍋爐主機子系統內煙氣為加熱介質的乏汽加熱器加熱形成，過熱蒸汽溫度與流量分別滿足制粉子系統干燥出力和磨煤機通風量的要求，除在制粉子系統內循環工作的循環乏汽外，因煤中水分不斷在制粉子系統內蒸發而產生的另一部分輸出乏汽，由乏汽水回收子系統中以汽輪機組中的低溫凝結水和冷風一起作為冷卻介質進行冷凝回收，乏汽中的熱量同時用于預熱冷風并且乏汽中的熱量同時被用于汽輪機組中。
[0066]在工業常用的抑爆惰化介質煙氣、氮氣及水蒸汽中，水蒸汽具有最佳的抑爆性能。本實施例以過熱蒸汽為制粉子系統的干燥劑，使整個制粉子系統在完全惰化氣氛下運行，保證了褐煤及準東煤等高揮發分煤種制粉的安全可靠運行，解決了長期困擾褐煤及準東煤機組安全可靠運行的制粉系統燃燒及爆炸問題。并且實現了惰性制粉干燥劑的內部產生與再循環利用，制粉過程中并不需要額外的蒸汽、氮氣生產系統，也不需要消耗煙氣、熱風等其它介質，使得制粉過程既安全可靠，又流程簡潔高效。而且以過熱蒸汽為制粉系統干燥齊U，改善了以往爐煙干燥及熱風干燥過程中由煤粒大量爆裂所造成的煤粉顆粒粒徑均勻性較差問題，從而有助于改善煤粉燃燒性能，提高煤粉燃燒效率。
[0067]本實施例完全以制粉子系統內部產生的水蒸汽為干燥劑和輸粉介質，使得幾乎為純水蒸汽的制粉乏汽的余熱及水回收變得極為容易。通過制粉乏汽的余熱回收，可進一步提高鍋爐及燃煤用能系統的能源利用效率；而且，乏汽水回收裝置在實現余熱回收同時所實現的大量水資源的回收和再利用，更是對富煤缺水地區具有不可估量的環保意義。
[0068]通過送風機輸送的冷風在乏汽水回收裝置中作為冷卻介質冷卻乏汽，冷風被預熱形成溫風，溫風最后進入鍋爐中進行燃燒，使得乏汽的大量凝結潛熱被鍋爐有效利用，由此可大幅提高鍋爐熱效率，使得燃煤電站鍋爐基于燃煤低位發熱量計算的鍋爐熱效率超過100%成為可能。由于乏汽的凝結放熱量較大，而可使發電系統效率最高的最佳溫風溫度需要與鍋爐排煙溫度升高綜合考慮確定，因而在保證最佳溫風溫度的前提下僅通過鍋爐送風冷卻不足以充分回收乏汽余熱時，本發明進一步通過來自汽輪機組中的低溫凝結水在乏汽水回收裝置中作為冷卻介質冷卻乏汽，低溫凝結水被加熱至一定溫度后返回汽輪機組從而減少低壓加熱器抽汽量，由此使得乏汽的凝結潛熱被汽輪機組熱力系統有效利用，從而進一步提高電廠發電效率。通過風冷與水冷兩種余熱回收方式的組合應用，可充分保證乏汽水回收效果，并且通過風冷與水冷的熱量優化分配，可使發電系統的發電效率達到最高，而且可使發電系統變負荷運行時的調節更加靈活方便。此外，與現有通過煙氣加熱的低壓省煤器相比，本發明中水冷凝汽器的體積及投資成本均會大幅降低。
[0069]本實施例通過煤粉收集器對汽粉混合物進行汽粉分離而獲得低水分煤粉，使得燃煤質量得以大幅提升。這種經過干燥提質后的煤粉由一定溫度空氣送入鍋爐進行燃燒，將不會再有爐內溫度低燃燒不穩定、低NOx燃燒組織燃燒困難等問題。同時，采用熱風送粉使得一次風中惰性氣體含量大幅減少，由此煤粉氣流著火熱減少，而且一次風中氧濃度提高。共同作用的結果是既提高了煤粉氣流的穩燃性能和燃燒效率，也使得煤粉氣流的低NOx燃燒組織更加方便，從而實現清潔高效穩定燃燒。而且，這種經過干燥提質后的煤粉由送風送粉子系統中具有一定溫度的一次風送入鍋爐燃燒，并且從制粉子系統蒸發出的原煤中的水分不再隨送粉介質進入鍋爐，使得鍋爐排煙量大量減少，相應的鍋爐排煙溫度也會降低，最終使鍋爐排煙熱損失大幅降低，鍋爐熱效率明顯提高。
[0070]在本實施例中，因為余氣輸送裝置將水蒸汽中可能含有的可燃氣體送回鍋爐中進行燃燒，從而充分保證了原煤在鍋爐系統內的燃燒效率。
[0071]綜上，實施例能夠提供一種綠色高效燃煤鍋爐機組，解決了高水分燃煤鍋爐燃燒不穩定的問題，克服了傳統高水分燃煤鍋爐熱效率低的缺點，在大幅提高鍋爐熱效率的同時使得制粉子系統在惰化氣氛下運行從而提高了高揮發分煤制粉子系統的運行安全性，更為突出的是，以過熱蒸汽作為干燥劑使得煤中水分的余熱及水回收極易工程實現，同時還可通過蒸汽凝結潛熱的回收利用進一步提高燃煤發電系統效率，因而本發明過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統具有非常顯著的節能效益和環保意義。
[0072]當然本發明所涉及的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統并不僅僅限定于在上述實施例中的結構。以上內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發明的保護范圍。
[0073]上述實施方式為本發明的優選案例，并不用來限制本發明的保護范圍。
[0074]輸氣管輸送的氣體可以是空氣，也可以直接輸送水蒸汽、氮氣、煙氣等惰化氣體中任意一種。
[0075]在原煤水分較高時，在磨煤機與給煤機之間還可以設置原煤預干燥管，原煤預干燥管的進口通過蒸汽輸送管連通至過熱蒸汽管道上，蒸汽輸送管將部分過熱蒸汽輸送到原煤預干燥管中直接與原煤接觸，從而對原煤進行預干燥，通過過熱蒸汽實現了對原煤安全地干燥。
[0076]原煤預干燥管中的預干燥劑不僅可以是通過蒸汽輸送管輸送的部分過熱蒸汽，也可以是過熱蒸汽管道直接與原煤預干燥管的進口端相連，過熱蒸汽經過原煤預干燥管對原煤進行預干燥后進入磨煤機對汽粉混合物進行進一步干燥。
【權利要求】
1.一種過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，用于對原煤進行燃燒以驅動發電機發電，其特征在于，包括: 鍋爐機組，用于對所述原煤進行燃燒產生熱能，并利用所述熱能將給水加熱得到高溫高壓水蒸汽，包含:制粉子系統、鍋爐主機子系統、送風送粉子系統以及乏汽水回收子系統；以及 汽輪機組，利用所述高溫高壓水蒸汽做功從而驅動所述發電機發電，包含用于輸送所述給水的給水管、用于輸送所述高溫高壓水蒸汽的蒸汽輸送管、及汽輪機， 其中，所述制粉子系統包含:用于對所述原煤進行磨制并且通過干燥劑對所述原煤進行干燥從而形成汽粉混合物的汽粉生成干燥裝置、對所述汽粉混合物進行分離得到煤粉和乏汽的汽粉分離裝置、及生成所述干燥劑的干燥劑生成裝置， 所述鍋爐主機子系統用于將所述給水加熱成為所述高溫高壓水蒸汽，包含:爐膛、與所述爐膛出口相連接的爐內煙道、位于所述爐膛入口位置的煤粉燃燒器， 所述送風送粉子系統包含:與所述汽粉分離裝置相連接用于輸送煤粉的給粉機、與所述給粉機相連接的風粉混合器、與所述風粉混合器相連接的一次風混合室、位于所述爐內煙道尾部的空氣預熱器、及用于提供冷風的送風機， 所述乏汽水回收子系統包含:與所述汽輪機組相連接并且與所述送風機相連接利用所述汽輪機組的低溫凝結水和所述冷風對所述乏汽的一部分進行冷凝回收的乏汽水回收裝置， 所述汽粉分離裝置包含:對所述汽粉混合物進行分離得到所述煤粉和所述乏汽的煤粉收集器， 所述干燥劑生成裝置包含:與所述煤粉收集器相連接用于輸送所述乏汽的乏汽管道、連通在所述乏汽管道上用于輸送所述乏汽的另一部分的乏汽循環管道、與所述乏汽循環管道相連接對所述乏汽循環管道中的所述乏汽進行加熱從而形成作為干燥劑的過熱蒸汽的乏汽加熱器、及將所述干燥劑輸送至所述汽粉生成干燥裝置中進行循環的過熱蒸汽管道，所述乏汽加熱器利用所述爐膛的煙氣對所述乏汽加熱器中的所述乏汽進行加熱形成所述過熱蒸汽， 所述給粉機用于輸送所述煤粉至所述風粉混合器， 所述風粉混合器對來自所述送風送粉子系統的一次風和所述煤粉進行混合得到風粉混合物， 所述乏汽水回收裝置中的乏汽被所述汽輪機組的所述低溫凝結水和所述送風機提供的所述冷風冷凝成為凝結水，所述冷風在所述乏汽水回收裝置中被所述乏汽的熱量預熱得到溫風， 所述空氣預熱器對所述溫風的一部分進行加熱得到熱風，所述熱風的一部分與所述溫風的另一部分在所述一次風混合室混合后作為所述一次風進入所述風粉混合器中，所述熱風的另一部分作為二次風直接送入所述煤粉燃燒器中， 所述煤粉燃燒器對所述風粉混合物中的所述煤粉進行燃燒， 所述煤粉與所述一次風、所述二次風在所述爐膛中燃燒生成所述煙氣。
2.根據權利要求1所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于，還包括: 煙氣凈化子系統，與所述爐內煙道的尾部出口相連接，包含:依次連接的除塵器、引風機、脫硫裝置、煙囪。
3.根據權利要求2所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述乏汽水回收裝置包括:連通在所述乏汽管道上的乏汽輸出管道、與所述乏汽輸出管道相連接利用所述低溫凝結水和所述冷風將所述乏汽冷凝為凝結水的凝汽器、儲存回收所述凝結水的集水器、及與所述乏汽輸出管道相連通將所述乏汽直接引入所述脫硫裝置的乏汽旁路管道， 所述凝汽器包含與所述汽輪機組相連通的冷水進水管、及與所述汽輪機組相連通的冷水出水管， 所述低溫凝結水經所述冷水進水管流入所述凝汽器中對所述乏汽進行冷凝，所述低溫凝結水被所述乏汽加熱后經過所述冷水出水管流回至所述汽輪機組中。
4.根據權利要求3所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述乏汽水回收子系統還包含:用于輸送所述凝汽器輸出的剩余氣體的余氣輸送裝置， 所述余氣輸送裝置包含:與所述凝汽器的出口相連接用于將所述剩余氣體輸送進入所述一次風混合室中的余氣管道、及與所述余氣管道相連通并且將所述剩余氣體直接引入所述脫硫裝置的余氣旁路管道。
5.根據權利要求1所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述汽粉生成干燥裝置還包含:對所述原煤進行磨制和干燥形成所述汽粉混合物的磨煤機、及與所述磨煤機的出口相連接用于對所述汽粉混合物中的粗粉進行分離并且將所述粗粉送回所述磨煤機中的粗粉分離器。
6.根據權利要求5所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述汽粉生成干燥裝置還包含:出口與所述磨煤機的入口相連接用于對所述原煤進行預干燥的原煤預干燥管、及蒸汽輸送管， 所述原煤預干燥管的進口通過所述蒸汽輸送管連通至所述過熱蒸汽管道上， 所述過熱蒸汽作為預干燥劑對所述原煤預干燥管中的所述原煤進行預干燥。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述制粉子系統還包含:與所述乏汽循環管道相連通用于輸送氣體的輸氣管、及設在所述輸氣管上用于控制開啟和關閉所述輸氣管的控制閥， 通過所述控制閥控制所述輸氣管向所述乏汽循環管道輸送所述氣體，所述氣體被加熱后作為所述干燥劑，經過預設時間后所述控制閥控制所述輸氣管停止向所述乏汽循環管道輸送所述氣體。
8.根據權利要求7所述的過熱蒸汽干燥制粉型燃煤發電系統，其特征在于: 其中，所述氣體為空氣或者工業用惰化氣體中任意一種。
【文檔編號】F26B21/00GK104329668SQ201410640237
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】馬有福 申請人:上海理工大學