本發(fā)明涉及熱電聯(lián)產(chǎn)工程的系統(tǒng)和工藝，尤其涉及一種超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

熱電聯(lián)產(chǎn)是根據(jù)能源梯級(jí)利用原理，先將煤、天然氣等一次能源發(fā)電，發(fā)電后余熱用于供熱的先進(jìn)能源利用形式。由于熱電聯(lián)產(chǎn)的蒸汽沒有冷源損失，熱效率可以達(dá)到85％左右，尤其在取代分散小鍋爐，逐步實(shí)施區(qū)域性的集中供熱以后，可以充分發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目鍋爐容量大、熱效率高的特點(diǎn)，對(duì)降低區(qū)域單位GDP綜合能耗具有積極的作用。而且熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的煙氣污染物(煙塵、SO₂、NO_X)采用高效處理，對(duì)提高大氣質(zhì)量、改善環(huán)境效果顯著。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)是國內(nèi)外公認(rèn)的節(jié)能減排、改善環(huán)境質(zhì)量的有效措施。熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目按“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、以熱定電、適度規(guī)?！钡脑瓌t，結(jié)合區(qū)塊熱負(fù)荷發(fā)展的實(shí)際情況，分期實(shí)施。

汽輪機(jī)的進(jìn)氣初參數(shù)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(jīng)濟(jì)效益也越高。近些年在國家政策鼓勵(lì)和技術(shù)發(fā)展的背景下，機(jī)組的進(jìn)氣初參數(shù)逐步提升，中溫中壓、次高溫次高壓參數(shù)已逐漸被更高參數(shù)所取代，高溫高壓背壓機(jī)組在產(chǎn)品與技術(shù)方面發(fā)展迅速，因其成熟可靠，已成為熱電聯(lián)產(chǎn)工程中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)組解決方案。另外，為了進(jìn)一步提升全廠熱效率，高溫超高壓機(jī)組也已在多個(gè)熱電廠有較為成功的應(yīng)用實(shí)例，經(jīng)實(shí)踐證明成熟可靠的。但超高溫超高壓參數(shù)的背壓機(jī)組在國內(nèi)的熱電聯(lián)產(chǎn)工程中，尚無使用業(yè)績，缺乏較為系統(tǒng)的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為進(jìn)一步提高熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的全廠熱效率，更有效地促進(jìn)節(jié)能降耗，提供一種超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及其方法。本發(fā)明所述的超高溫超高壓參數(shù)是指溫度不低于571℃，壓力不低于13.7MPa。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐、旋風(fēng)分離器、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、送風(fēng)機(jī)、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫塔、煙囪、渣庫、灰?guī)臁⒏邏撼跗?、汽?dòng)給水泵、高壓加熱器、背壓式汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、拖動(dòng)汽輪機(jī)、減溫減壓器、前置預(yù)熱器；超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐的熱風(fēng)進(jìn)口、回料進(jìn)口、汽包與水冷壁進(jìn)口分別與空氣預(yù)熱器空氣出口、旋風(fēng)分離器固相出口、省煤器汽水出口相連，超高溫超高壓循環(huán)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(fēng)分離器入口相連，旋風(fēng)分離器煙氣出口與過熱器煙氣進(jìn)口相連，過熱器蒸汽出口分為兩路，一路與背壓式汽輪機(jī)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(jìn)口相連，背壓式汽輪機(jī)葉輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸相連，減溫減壓器蒸汽出口、背壓式汽輪機(jī)抽汽口均與熱網(wǎng)管道相連，背壓式汽輪機(jī)排汽分為兩路，一路與熱網(wǎng)管道相連，一路與拖動(dòng)汽輪機(jī)蒸汽入口相連，拖動(dòng)汽輪機(jī)汽水出口與前置預(yù)熱器汽水進(jìn)口相連，前置預(yù)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(dòng)給水泵入口相連，汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)軸與拖動(dòng)汽輪機(jī)葉輪相連，汽動(dòng)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(yù)熱器煙氣入口相連，空氣預(yù)熱器空氣入口與送風(fēng)機(jī)出口相連，空氣預(yù)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(fēng)機(jī)入口相連，布袋除塵器出灰口通過管道與灰?guī)煜噙B，引風(fēng)機(jī)出口與脫硫塔入口相連，脫硫塔出口接煙囪。

作為優(yōu)選，所述的超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐在本體設(shè)計(jì)和制造時(shí)，預(yù)留有污泥給料口，方便鍋爐以后摻燒污泥。

作為優(yōu)選，所述的背壓式汽輪機(jī)相當(dāng)于超高溫超高壓純凝機(jī)組的高中壓缸部分，入口設(shè)進(jìn)汽高壓調(diào)節(jié)閥以適應(yīng)熱負(fù)荷的波動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述的鍋爐過熱器材質(zhì)采用P91材質(zhì)；高壓加熱器、旋風(fēng)除塵器均為兩級(jí)布置；脫硫塔為石灰石/石膏濕法脫硫裝置。

作為優(yōu)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(shè)置隔離閥，以便于檢修、運(yùn)行和再次擴(kuò)建時(shí)進(jìn)行隔斷；熱網(wǎng)管道系統(tǒng)不設(shè)回收裝置。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的燃燒和供熱方法，包括燃燒系統(tǒng)工藝流程和熱力系統(tǒng)工藝流程：

所述的燃燒系統(tǒng)工藝流程如下：

1)燃料由輸煤皮帶送入主廠房爐前煤倉，經(jīng)給煤機(jī)送入鍋爐爐膛內(nèi)；冷空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后分為一、二次風(fēng)分別由爐底風(fēng)箱和水冷壁的前、后墻送入爐膛混合煤粉進(jìn)行燃燒；

2)鍋爐點(diǎn)火油采用輕柴油，煤粉在超高溫超高壓循環(huán)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(nèi)的脫硝反應(yīng)；石灰石用氣力輸送從石灰石粉倉送入爐膛內(nèi)，參與爐內(nèi)的脫硫反應(yīng)；

3)燃燒產(chǎn)生的煙氣攜帶床料經(jīng)爐頂轉(zhuǎn)向，通過位于后墻水冷壁上部的煙氣出口，分別進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離；分離后的干凈煙氣進(jìn)入爐后豎井，對(duì)布置其中的過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器進(jìn)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(jìn)入爐膛，循環(huán)再燃，形成物料的循環(huán)回路；

4)鍋爐排放煙氣，經(jīng)布袋除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入脫硫塔脫硫后經(jīng)濕式電除塵進(jìn)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(jīng)冷卻后用皮帶送至渣庫，然后再由自卸車輸送外運(yùn)至綜合利用；布袋除塵器下的飛灰收集后經(jīng)正壓氣力方式輸送至灰?guī)?，然后通過干灰罐裝車外運(yùn)至綜合利用；

所述的熱力系統(tǒng)工藝流程如下：

1)化學(xué)補(bǔ)充水由除鹽水泵經(jīng)前置預(yù)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(jí)高壓加熱器、省煤器進(jìn)行加熱；

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

3)蒸汽經(jīng)主蒸汽管道進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)進(jìn)行膨脹做功，旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

作為優(yōu)選，汽輪機(jī)的絕大部分排汽以及抽取的部分中壓蒸汽經(jīng)廠外供熱管網(wǎng)分別接至各個(gè)熱用戶用汽點(diǎn)；另外的少部分汽輪機(jī)排汽引入拖動(dòng)汽輪機(jī)拖動(dòng)汽動(dòng)給水泵做功，其排汽再進(jìn)入前置預(yù)熱器作為加熱蒸汽。

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

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

本發(fā)明采用超高溫超高壓參數(shù)，由于效率的提高，在消耗同等數(shù)量燃料的情況下，超高溫超高壓機(jī)組要比高溫超高壓機(jī)組及高溫高壓機(jī)組產(chǎn)生更多的電量。在運(yùn)行成本基本一致的條件下，電廠增加了經(jīng)濟(jì)效益，為降低供熱價(jià)格及更好服務(wù)于熱用戶提供了經(jīng)濟(jì)保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2為本發(fā)明的熱力和燃燒系統(tǒng)構(gòu)成與工藝流程示意圖：

圖中，超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐1、旋風(fēng)分離器2、過熱器3、省煤器4、空氣預(yù)熱器5、送風(fēng)機(jī)6、布袋除塵器7、引風(fēng)機(jī)8、脫硫塔9、煙囪10、渣庫11、灰?guī)?2、高壓除氧器13、汽動(dòng)給水泵14、高壓加熱器15、背壓式汽輪機(jī)16、發(fā)電機(jī)17、拖動(dòng)汽輪機(jī)18、減溫減壓器19、前置預(yù)熱器20。圖中虛線表示燃燒系統(tǒng)組成與工藝流程，實(shí)線表示熱力系統(tǒng)組成與工藝流程。

具體實(shí)施方式

以下通過具體實(shí)施方式，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐1、旋風(fēng)分離器2、過熱器3、省煤器4、空氣預(yù)熱器5、送風(fēng)機(jī)6、布袋除塵器7、引風(fēng)機(jī)8、脫硫塔9、煙囪10、渣庫11、灰?guī)?2、高壓除氧器13、汽動(dòng)給水泵14、高壓加熱器15、背壓式汽輪機(jī)16、發(fā)電機(jī)17、拖動(dòng)汽輪機(jī)18、減溫減壓器19和前置預(yù)熱器20。本實(shí)施例中超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐1的型號(hào)為無錫華光鍋爐廠UG-90-13.7-M。超高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐1的熱風(fēng)進(jìn)口、回料進(jìn)口、汽包與水冷壁進(jìn)口分別與空氣預(yù)熱器5的空氣出口、旋風(fēng)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(huán)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(fēng)分離器2的入口相連，旋風(fēng)分離器2煙氣出口與過熱器3煙氣進(jìn)口相連，過熱器3蒸汽出口分為兩路，一路與背壓式汽輪機(jī)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(jìn)口相連，背壓式汽輪機(jī)16的葉輪與發(fā)電機(jī)17的轉(zhuǎn)軸相連，減溫減壓器19的蒸汽出口、背壓式汽輪機(jī)16的抽汽口均與熱網(wǎng)管道相連，背壓式汽輪機(jī)16排汽分為兩路，一路與熱網(wǎng)管道相連，一路與拖動(dòng)汽輪機(jī)18的蒸汽入口相連，拖動(dòng)汽輪機(jī)18的汽水出口與前置預(yù)熱器20的汽水進(jìn)口相連，前置預(yù)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(dòng)給水泵14的入口相連，汽動(dòng)給水泵14的轉(zhuǎn)軸與拖動(dòng)汽輪機(jī)18的葉輪相連，汽動(dòng)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(yù)熱器5的煙氣入口相連，空氣預(yù)熱器5的空氣入口與送風(fēng)機(jī)6的出口相連，空氣預(yù)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(fēng)機(jī)8的入口相連，布袋除塵器7的出灰口通過管道與灰?guī)?2相連，引風(fēng)機(jī)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(huán)流化床鍋爐1在本體設(shè)計(jì)和制造時(shí)，預(yù)留有污泥給料口，方便鍋爐以后摻燒污泥。背壓式汽輪機(jī)16相當(dāng)于超高溫超高壓純凝機(jī)組的高中壓缸部分，入口設(shè)進(jìn)汽高壓調(diào)節(jié)閥以適應(yīng)熱負(fù)荷的波動(dòng)。鍋爐過熱器3材質(zhì)采用P91材質(zhì)；高壓加熱器15、旋風(fēng)除塵器均為兩級(jí)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(shè)置隔離閥，以便于檢修、運(yùn)行和再次擴(kuò)建時(shí)進(jìn)行隔斷；熱網(wǎng)管道系統(tǒng)不設(shè)回收裝置。

整個(gè)系統(tǒng)采用機(jī)、爐、電集中控制方式，控制設(shè)備采用微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(ECS)，將電氣系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)、測(cè)控、備自投及其他IED裝置通過局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化管理，并通過通信方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)信息交換。同時(shí)，將電氣部分控制(電動(dòng)機(jī))以及化學(xué)水處理、除灰渣、脫硫脫硝等輔助系統(tǒng)納入其中，并配有極少量的后備手操設(shè)備。

基于超高溫超高壓參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的燃燒和供熱方法，包括燃燒系統(tǒng)工藝流程和熱力系統(tǒng)工藝流程:

1、燃燒系統(tǒng)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(jīng)給煤機(jī)送入鍋爐爐膛內(nèi)。冷空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)6送入經(jīng)空氣預(yù)熱器5預(yù)熱至180℃左右，然后分為一、二次風(fēng)，一次風(fēng)直接由爐底風(fēng)箱輸送煤粉進(jìn)爐膛，二次風(fēng)通過水冷壁前、后墻送入爐膛混合煤粉進(jìn)行燃燒。

2)鍋爐點(diǎn)火油系統(tǒng)采用輕柴油，煤粉在超高溫超高壓循環(huán)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(nèi)的脫硝反應(yīng)。石灰石用氣力輸送從石灰石粉倉送入爐膛內(nèi)，參與爐內(nèi)的脫硫反應(yīng)。氨水用量、石灰石粉量分別根據(jù)煙氣中的NO_X含量以及噴入點(diǎn)的爐膛溫度和SO₂的含量由DCS控制。

3)燃燒產(chǎn)生的煙氣攜帶大量床料經(jīng)爐頂轉(zhuǎn)向，通過位于后墻水冷壁上部的兩個(gè)煙氣出口，分別進(jìn)入兩個(gè)旋風(fēng)分離器2進(jìn)行氣固分離。分離后含少量飛灰的干凈煙氣進(jìn)入爐后豎井，對(duì)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(yù)熱器5進(jìn)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(jìn)入爐膛，循環(huán)再燃，形成物料的循環(huán)回路。

4)鍋爐排煙溫度約為140℃，煙氣經(jīng)布袋除塵器7除塵后，由引風(fēng)機(jī)8抽出進(jìn)入脫硫塔9脫硫后經(jīng)濕式電除塵進(jìn)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(jīng)冷卻后用皮帶送至渣庫11，然后再由自卸車輸送外運(yùn)至綜合利用。布袋除塵器7下的飛灰收集后經(jīng)正壓氣力方式輸送至灰?guī)?2，然后通過干灰罐裝車外運(yùn)至綜合利用。

2、熱力系統(tǒng)工藝流程如下：

1)化學(xué)補(bǔ)充水由除鹽水泵經(jīng)前置預(yù)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(jí)高壓加熱器15、省煤器4進(jìn)行加熱。

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

3)蒸汽經(jīng)主蒸汽管道進(jìn)入背壓式汽輪機(jī)16進(jìn)行膨脹做功，旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)17發(fā)電。汽輪機(jī)的絕大部分排汽以及抽取的部分中壓蒸汽經(jīng)廠外供熱管網(wǎng)分別接至各個(gè)熱用戶用汽點(diǎn)。另外的少部分汽輪機(jī)排汽引入拖動(dòng)汽輪機(jī)18拖動(dòng)汽動(dòng)給水泵14做功，其排汽再進(jìn)入前置預(yù)熱器20作為加熱蒸汽。此外，還需考慮設(shè)置備用減溫減壓器19，以確保連續(xù)供熱。

經(jīng)過測(cè)算，超高壓超高溫參數(shù)較高溫高壓參數(shù)機(jī)組每對(duì)外供熱1GJ，可多發(fā)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(shù)較高溫超高壓參數(shù)機(jī)組每對(duì)外供熱1GJ，可多發(fā)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(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)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(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。