一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統的制作方法
【專利摘要】一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統，余熱鍋爐輔助設備中原處于閉式水系統的高中壓給水泵和凝結水循環泵被調整至開式冷卻水系統，NOx注水管道一端連通除鹽水管道，另一端接入所述的開式冷卻水系統的輸入端口；該開式冷卻水系統為除鹽水的一級加熱裝置；在余熱鍋爐的尾部煙道中安裝有煙囪加熱器，開式冷卻水系統的輸出端口通過管道連接到煙囪加熱器的除鹽水入口，并從煙囪加熱器的除鹽水出口引出，所引出的管道進一步連接到燃機NOx注水模塊中；所述的煙囪加熱器為除鹽水的二級加熱裝置。在滿足NOx排放要求的前提下，同時起到吸收輔助設備散熱、減少燃油消耗量和降低熱耗率的作用，從而提高燃油聯合循環電廠的性能。
【專利說明】
一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種燃機NOx注水加熱系統，特別是一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統。
【背景技術】
[0002]燃氣-蒸汽聯合循環電廠主要燃用天然氣、輕柴油和重油等燃料。在以燃用輕柴油和重油等液體燃料為主的國家和地區，要使得燃機NOx排放滿足環保要求，燃機通常配有NOx注水模塊，用以將水質合格的除鹽水噴入燃燒室參與燃燒。此外聯合循環電廠通常配有閉式循環冷卻水系統，用以不斷地吸收輔助設備的散熱、冷卻輔助設備。閉式循環冷卻水水質為除鹽水。
[0003]閉式循環冷卻水系統、除鹽水系統和燃機NOx注水系統參照附圖1:
[0004]閉式循環冷卻水系統主要包括閉式膨脹水箱1、閉式循環水栗2、閉式循環水換熱器3、汽機房輔助設備4、燃機房輔助設備5、余熱鍋爐輔助設備6和其他輔助設備7。閉式循環水通過閉式循環水栗2經閉式循環水換熱器3冷卻后，經閉式循環水管道輸送至汽機房輔助設備4、燃機房輔助設備5、余熱鍋爐輔助設備6和其他輔助設備7等并對這些輔助設備進行冷卻，沿程閉式循環水溫度逐漸升高、壓頭逐漸降低。升溫后的閉式循環水返回經閉式循環水栗2升壓后，再經閉式循環水換熱器3通過與開式水進行換熱冷卻，如此完成循環冷卻過程。開式水受熱升溫后返回至循環水系統或通風冷卻塔進行散熱，熱量全部損失至自然環境中；同時由于循環冷卻過程中存在閉式循環水損失，因此需要由除鹽水管道向閉式膨脹水箱I補水，進而閉式膨脹水箱I向閉式循環冷卻水系統進行補水。
[0005]燃機NOx注水系統的流程則具體為:NOx注水(即除鹽水)經除鹽水管道輸送至燃機NOx注水模塊8，進一步噴入燃機燃燒室9參與燃燒過程，最后隨燃機煙氣排入余熱鍋爐10，進而排入大氣。該過程中，如果NOx注水未經加熱或者加熱不足而噴入燃機燃燒室后，會明顯降低燃機出力、燃機效率和提高熱耗率，很大程度上影響聯合循環電廠的整體性能。
[0006]在滿足NOx排放要求及電廠出力的前提下，減少燃油消耗量、降低熱耗率，成為燃油聯合循環電廠性能優化努力的方向。符合上述要求的解決方法就是對NOx注水進行預加熱。本領域中給出了一種預加熱方式，即在原有的基礎上增加一套加熱器11，該加熱器引接余熱鍋爐10中的熱水，這樣就可以從余熱鍋爐10中抽取一定量的給水用以加熱NOx注水，具體參照附圖2，來自余熱鍋爐10中壓系統的給水在加熱器11中加熱NOx注水后返回余熱鍋爐10凝結水系統，繼續參與熱力循環，經加熱后再次流經給水加熱器11。
[0007]然而此解決方案的問題在于:需要增設一套中壓給水換熱器及管道系統，增加初投資，而且，加熱器11作為獨立的設備，需要做一系列的防護處理，并就近外置于余熱鍋爐附近，這樣一來就需要增加輔助設備的廠區占地，方案的實用性和適用性都不高。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的在于根據現有技術的不足之處而提供一種實用性和適用性高、預加熱效果好、提高燃機出力和燃機效率的提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統。
[0009]本實用新型所述目的是通過以下途徑來實現的:
[0010]—種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統，包括燃機NOx注水加熱系統和閉式循環冷卻水系統:其中，燃機NOx注水加熱系統包括燃機NOx注水模塊、燃機燃燒室以及余熱鍋爐，上述三者依序通過管道進行串接，除鹽水管道設置一旁支管道為NOx注水管道，
[0011]閉式循環冷卻水系統，包括閉式膨脹水箱、閉式循環水栗、閉式循環水換熱器、汽機房輔助設備、燃機房輔助設備和余熱鍋爐輔助設備，除鹽水管道接入閉式膨脹水箱，閉式膨脹水箱的輸出端通過管道依序連接閉式循環水栗、閉式循環水換熱器，閉式循環水換熱器的輸出端則分別連接到所述各輔助設備，而各個輔助設備的輸出端連接到閉式循環水栗的輸入端；
[0012]其結構要點在于，余熱鍋爐輔助設備中包括有閉式水系統和開式冷卻水系統，開式冷卻水系統包括有高中壓給水栗和凝結水循環栗，而閉式水系統則仍為閉式循環冷卻水系統的一部分，NOx注水管道一端連通除鹽水管道，另一端接入所述的開式冷卻水系統的輸入端口 ；該開式冷卻水系統為除鹽水的一級加熱裝置；
[0013]在余熱鍋爐的尾部煙道中安裝有煙囪加熱器，開式冷卻水系統的輸出端口通過管道連接到煙囪加熱器的除鹽水入口，并從煙囪加熱器的除鹽水出口引出，所引出的管道進一步連接到燃機NOx注水模塊中；所述的煙囪加熱器為除鹽水的二級加熱裝置。
[0014]這樣，所述余熱鍋爐輔助設備中的高中壓給水栗和凝結水循環栗由原來的閉式循環冷卻水系統中獨立出來，成為開式冷卻水系統，此時由閉式循環水換熱器傳送過來的冷卻水不再經過高中壓給水栗和凝結水循環栗部分。NOx注水管道接入所述的開式冷卻水系統的輸入端口，除鹽水經由NOx注水管道進入開式冷卻水系統，并與開式冷卻水系統進行熱交換，所述高中壓給水栗和凝結水循環栗被冷卻，而此時除鹽水則被一級加熱。
[0015]為了利用余熱鍋爐尾氣為除鹽水進一步加熱，余熱鍋爐輔助設備中的開式冷卻水系統靠近余熱鍋爐尾部煙道布置，就近連接煙囪加熱器的除鹽水入口；煙囪加熱器的除鹽水出口和燃機NOx注水模塊位于燃機-余熱鍋爐軸線的同一側。這樣，被一級加熱后的除鹽水進入位于余熱鍋爐中的煙囪加熱器，由余熱鍋爐中的尾部煙氣提供熱量，使得位于煙囪加熱器中的除鹽水被二級加熱；二級加熱后的NOx注水經由管道傳送到燃機NOx注水模塊，進一步噴入燃機燃燒室參與燃燒過程，最后隨燃機煙氣排入余熱鍋爐，進而排入大氣。
[0016]由于余熱鍋爐輔助設備中的高中壓給水栗和凝結水循環栗被獨立于原有的閉式循環冷卻水系統之外，因此修改后的閉式循環冷卻水系統中的循環水量將減少，根據新的循環水量及設計流速閉式水系統將得到以下優化，包括:
[0017](I)縮小閉式冷卻水系統母管規格；(2)減小閉式水栗特性參數，降低閉式水栗電功率;(3)減少閉式水換熱器換熱面積，進而縮小設備尺寸。
[0018]通過NOx注水管道向開式冷卻水系統提供的水量為聯合循環電廠燃油工況時需要的NOx注水量，然后進一步根據開式冷卻水系統中設備的冷卻要求，調整高中壓給水栗和凝結水循環栗等輔助設備冷卻器的換熱面積。通過NOx注水管道向開式冷卻水系統提供的水為除鹽水，該除鹽水冷卻完開式冷卻水系統中的各個設備(高中壓給水栗和凝結水循環栗)后成為一級加熱水，經管道匯流在一起，沿同側進入布置在余熱鍋爐尾部煙道的煙囪加熱器中，此時的除鹽水的二級加熱溫度為燃機NOx注水模塊允許的最高工作溫度。
[0019]由此，本實用新型可取得以下積極效果:
[0020]1、充分利用原有的系統設備進行管路改造，避免增加設備，減少投資費用。
[0021]2、利用余熱鍋爐輔助設備較為靠近余熱鍋爐的關系，將余熱鍋爐輔助設備中部分開放，成為開式冷卻水系統，同時在余熱鍋爐的尾氣煙道中設置煙囪加熱器，由此開式冷卻水系統在實現對設備冷卻的同時，成為除鹽水的一級加熱系統，而煙囪加熱器則為二級加熱系統，兩級加熱確保NOx注水能夠被充分加熱到足夠的溫度，增加進入燃燒室NOx注水的顯熱，減少燃油、除鹽水消耗，降低聯合循環熱耗率，提高機組性能。
[0022]3、對于同樣的燃機NOx注水模塊工作溫度，除鹽水吸收余熱鍋爐輔助設備散熱后初步升溫，可減少其從余熱鍋爐尾部煙氣吸收的熱量，有助于余熱鍋爐中壓蒸汽產量，進一步有助于汽輪機出力的提高。
[0023]4、降低閉式冷卻水系統的復雜性，減少閉式冷卻水量，縮小閉式冷卻水系統母管規格，減少管道系統工程量;減小閉式水栗特性參數，降低閉式水栗電功率;減少閉式水換熱器換熱面積，進而縮小設備尺寸;降低設備初投資。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型【背景技術】所述燃機NOx注水加熱系統和閉式循環冷卻水系統的系統結構示意圖；
[0025]圖2為本實用新型【背景技術】所述燃機NOx注水加熱系統改造后的系統結構示意圖；
[0026]圖3為本實用新型最佳實施例所述燃機NOx注水加熱系統和閉式循環冷卻水系統的系統結構示意圖；
[0027]圖4為與本實用新型最佳實施例進行對比的單一級加熱的燃機NOx注水系統的系統結構示意圖。
[0028]下面結合實施例對本實用新型做進一步描述。
【具體實施方式】
[0029]最佳實施例:
[0030]參照附圖3，一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統，包括如下組成:
[0031 ] 1、閉式循環冷卻水系統中的余熱鍋爐輔助設備提供部分設備組成開式冷卻水系統。將常規聯合循環電廠閉式冷卻水系統中余熱鍋爐輔助設備部分獨立為開式冷卻水系統，所述的開式冷卻水系統包括高中壓給水栗和凝結水循環栗等輔助設備，如果系統中有省煤器循環栗，則也將該設備列入開式冷卻水系統中，其余余熱鍋爐輔助設備的其他設備仍然屬于閉式冷卻水系統中的一環，根據循環冷卻水量相應調整。
[0032]2、由NOx注水管道作為獨立的管道向余熱鍋爐輔助設備中的開式冷卻水系統提供除鹽水作為冷卻水，與開式冷卻水系統所配備的冷卻器進行熱交換，冷卻輔助設備散熱部件，同時該除鹽水被一級加熱；
[0033]3、進一步，在余熱鍋爐的尾部煙道中安裝煙囪加熱器，除鹽水進一步從開式冷卻水系統就近通往煙囪加熱器中，被尾部煙氣二次加熱到燃機NOx注水模塊允許的最高工作溫度；
[0034]4、最后，除鹽水經管道輸送至燃機NOx注水模塊，噴入燃機燃燒室，參與燃油燃燒過程。
[0035]上述方案進一步具體為:
[0036]1、聯合循環電廠主廠房常規布置，即余熱鍋爐沿軸向布置在燃機擴散段之后，余熱鍋爐高中壓給水栗、凝結水循環栗和省煤器循環栗(如有)等輔助設備靠近余熱鍋爐尾部煙道煙囪布置；
[0037]2、將余熱鍋爐輔助設備部分的閉式水系統獨立為開式冷卻水系統，即原閉式冷卻水系統不再向高中壓給水栗、凝結水循環栗和省煤器循環栗(如有)等提供冷卻水，從而閉式冷卻水系統循環水量減少。根據新的循環水量及設計流速閉式水系統將得到以下優化，包括:(I)縮小閉式冷卻水系統母管規格；(2)減小閉式水栗特性參數，降低閉式水栗電功率;(3)減少閉式水換熱器換熱面積，進而縮小設備尺寸；
[0038]3、由獨立的管道向高中壓給水栗、凝結水循環栗和省煤器循環栗(如有)等提供除鹽水作為冷卻水，其水量為聯合循環電廠燃油工況時需要NOx注水量;按比例將水量分配給上述輔助設備。進一步根據上述輔助設備的冷卻要求，調整輔助設備冷卻器的換熱面積。
[0039]4、除鹽水冷卻完上述輔助設備升溫后，經管道匯流在一起，沿同側進入布置在余熱鍋爐尾部煙道的煙囪加熱器中，被加熱至燃機NOx注水模塊允許的最高工作溫度；
[0040]5、煙囪加熱器除鹽水出口和燃機NOx注水模塊位于燃機-余熱鍋爐軸線到同一側。除鹽水經管道輸送至燃機NOx注水模塊，噴入燃機燃燒室，參與燃油燃燒。
[0041]下面根據應用實例對各種方案進行數據比對，以進一步體現本實用新型的創造性:
[0042]以某多軸“二拖一”聯合循環燃油電廠為例，該電廠配置有2套燃機發電機組、2臺余熱鍋爐及I套汽機發電機組。燃用某低位發熱量為42000Kj/kg的輕柴油，輕柴油中含有硫成分。根據計算，燃機排煙酸露點為132°C，取余熱鍋爐排煙溫度為142°C;假定汽機蒸汽溫度、壓力等進汽參數不變。
[0043]附圖1所述方案中NOx注水未經加熱，水溫為15°C。此時燃油消耗量每臺燃機為19.171^/8，勵1注水量為20.13 kg/s，高中壓給水栗7A、凝結水循環栗7B閉式冷卻水需求量為23.6 kg/s，閉式冷卻水溫升約為4.5°C ;每臺燃機毛出力為296.916MW，汽機出力為267.251MW，聯合循環凈熱耗為6910.lkJ/kWh。
[0044]附圖2所述方案中NOx注水在給水加熱器11中經余熱鍋爐中壓給水從15°C加熱至NOx注水模塊允許最高工作溫度為130°C。中壓給水取自中壓省煤器出口，給水參數:給水量為22.42 kg/s壓力3.42MPa(a)、溫度236°C，給水返回凝結水系統時溫度約為30°C。此時燃油消耗量每臺燃機為18.91 kg/s，每臺燃機NOx注水量為19.85 kg/s;因閉式冷卻水系統設置不變，閉式冷卻水需求量及溫升與附圖1所示相同；燃機毛出力為296.916MW，汽機出力為261.691MW，聯合循環凈熱耗為6859.9kJ/kWh。
[0045]附圖3為本實用新型所述技術方案，其中，由獨立的管道向高中壓給水栗、凝結水循環栗提供除鹽水作為冷卻水，其總水量為聯合循環電廠燃油工況時需要NOx注水量，約為19.85 kg/s。按比例將水量分配給上述輔助設備。調整輔助設備冷卻器的換熱面積，此時除鹽水溫升約為5.4°C，除鹽水吸收熱量為450kW。除鹽水冷卻完高中壓給水栗、凝結水循環栗等輔助設備升溫后，經管道匯流在一起，沿同側進入布置在余熱鍋爐尾部煙道的煙囪加熱器中，被加熱至NOx注水模塊允許最高工作溫度130°C。此時燃油消耗量每臺燃機為18.9kg/S，燃機毛出力為296.916MW，汽機出力為262.176MW，聯合循環凈熱耗為6857kJ/kWh。
[0046]為體現NOx注水未經吸收高中壓給水栗7A、凝結水循環栗7B散熱的區別，調整除鹽水系統流程示意圖如附圖4所示。此時閉式冷卻水系統設置與附圖1、附圖2—致。除鹽水直接進入布置在余熱鍋爐尾部煙道的煙囪加熱器12中，由15°C加熱至130°C。此時燃油消耗量每臺燃機為18.9kg/s，燃機毛出力為296.916MW，汽機出力為261.921MW，聯合循環凈熱耗為6859.1kJ/kWh。
[0047]綜上本實用新型與現有技術方案相比:
[0048]1、在滿足電廠出力要求的情況下，可降低燃油消耗0.26kg/s，降低除鹽水消耗
0.28kg/s，減小熱耗53.lkJ/kWh，明顯提高燃油聯合循環電廠的性能。并可減小閉式冷卻水系統；
[0049]2、與附圖2所述的方案相比，減小熱耗2.9kJ/kWh，汽機出力提高557kW;并可減小閉式冷卻水系統，避免增設一套外置的中壓給水換熱器及管道系統；
[0050]3、與附圖4所述的NOx注水未吸收輔機散熱方案相比，熱耗降低2.lkJ/kWh，汽機出力提高255kW。除鹽水吸收熱量為450kW，則散熱出力轉換率56.6%。
[0051 ]本實用新型未述部分與現有技術相同。
【主權項】
1.一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統，包括燃機NOx注水加熱系統和閉式循環冷卻水系統:其中，燃機NOx注水加熱系統包括燃機NOx注水模塊、燃機燃燒室以及余熱鍋爐，上述三者依序通過管道進行串接，除鹽水管道設置一旁支管道為NOx注水管道， 閉式循環冷卻水系統，包括閉式膨脹水箱、閉式循環水栗、閉式循環水換熱器、汽機房輔助設備、燃機房輔助設備和余熱鍋爐輔助設備，除鹽水管道接入閉式膨脹水箱，閉式膨脹水箱的輸出端通過管道依序連接閉式循環水栗、閉式循環水換熱器，閉式循環水換熱器的輸出端則分別連接到所述各輔助設備，而各個輔助設備的輸出端連接到閉式循環水栗的輸入端； 其特征在于，余熱鍋爐輔助設備中包括有閉式水系統和開式冷卻水系統，開式冷卻水系統包括有高中壓給水栗和凝結水循環栗，而閉式水系統則仍為閉式循環冷卻水系統的一部分，NOx注水管道一端連通除鹽水管道，另一端接入所述的開式冷卻水系統的輸入端口；該開式冷卻水系統為除鹽水的一級加熱裝置； 在余熱鍋爐的尾部煙道中安裝有煙囪加熱器，開式冷卻水系統的輸出端口通過管道連接到煙囪加熱器的除鹽水入口，并從煙囪加熱器的除鹽水出口引出，所引出的管道進一步連接到燃機NOx注水模塊中；所述的煙囪加熱器為除鹽水的二級加熱裝置。2.根據權利要求1所述的一種提高聯合循環電廠性能的除鹽水加熱系統，其特征在于，余熱鍋爐輔助設備中的開式冷卻水系統靠近余熱鍋爐尾部煙道布置，就近連接煙囪加熱器的除鹽水入口 ；煙囪加熱器的除鹽水出口和燃機NOx注水模塊位于燃機-余熱鍋爐軸線的同一側。
【文檔編號】F02C3/30GK205689303SQ201620566235
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月13日 公開號201620566235.1, CN 201620566235, CN 205689303 U, CN 205689303U, CN-U-205689303, CN201620566235, CN201620566235.1, CN205689303 U, CN205689303U
【發明人】陳小琛, 陳胤密, 張朋, 莊發成, 余建中, 鄭昀
【申請人】福建省電力勘測設計院