本發(fā)明屬于火力發(fā)電行業(yè)節(jié)水、節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計一個熱量利用系統(tǒng)，利用回收的水蒸氣的熱量，提高空氣預(yù)熱器冷端溫度，水蒸氣凝結(jié)后進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)回收利用。該系統(tǒng)不僅回收了煙氣中的水分，還能有效地提高進(jìn)入空氣預(yù)熱器的空氣溫度，減輕空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕。

背景技術(shù)：

截止2014年底，我國火力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量已突破9億萬千瓦，占總裝機(jī)容量的67%左右，可見火力發(fā)電在我國電力行業(yè)中仍然占據(jù)著絕對的地位。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國火電用水量一直占全國電力工業(yè)用水量的40%以上，并且這個比例在逐年增加。盡管我國有著較大的淡水儲備，但經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和水資源分布的不均衡使得中西部地區(qū)面臨嚴(yán)重的水資源匱乏問題。同時，中西部地區(qū)是我國重要的化石能源儲備地區(qū)，富煤貧水的現(xiàn)狀嚴(yán)重限制了中西部地區(qū)火力發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

對于北方的大部分電廠，由于冬季氣溫較低，冷空氣直接進(jìn)入空氣預(yù)熱器，會嚴(yán)重降低空氣預(yù)熱器低溫段的平均溫度，產(chǎn)生空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕。為了避免空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕，普遍采用的方法是設(shè)置暖風(fēng)器，其熱源來自汽輪機(jī)的抽汽，這樣會降低部分蒸汽的做功能力，產(chǎn)生做功不足，降低了發(fā)電效率，經(jīng)濟(jì)性較差。

燃煤發(fā)電機(jī)組運行時產(chǎn)生大量的煙氣，其中包含大量的水蒸氣，且水蒸氣含有大量的潛熱與顯熱，如果能將火電廠煙氣中的水蒸氣及其熱量進(jìn)行回收，對火電廠的節(jié)水、節(jié)能工作會產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是闡述一種基于中空纖維復(fù)合膜法回收火電廠煙氣中水蒸氣及其熱量的系統(tǒng)，系統(tǒng)中設(shè)置前置暖風(fēng)器來回收水蒸氣所含的熱量，利用水蒸氣的熱量加熱一、二次風(fēng)，換熱后的水蒸氣凝結(jié)為液態(tài)水，回收利用；此外，還根據(jù)水蒸氣的凝結(jié)特性進(jìn)行了前置暖風(fēng)器換熱模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

回收火電廠煙氣中的水蒸氣熱量的利用系統(tǒng)：鍋爐煙道內(nèi)不同位置的煙氣溫度不同，其水蒸氣所含熱量的品位也有較大差別。為了更加經(jīng)濟(jì)的利用回收的水蒸氣的熱量，將水分回收裝置分三級布置，水分回收裝置均為中空纖維復(fù)合膜回收煙氣中水蒸氣裝置；并設(shè)置前置暖風(fēng)器提高進(jìn)入暖風(fēng)器的空氣溫度，如圖1所示。其中，高溫水分回收裝置（1）布置在空氣預(yù)熱器（2）之前的煙道內(nèi)，回收的水蒸氣溫度較高，可作為暖風(fēng)器（12）的熱源，疏水由疏水泵（13）匯入凝汽器熱井（10），回收的水蒸氣熱量的利用，可以減少暖風(fēng)器所消耗的汽輪機(jī)抽汽，提高發(fā)電效率；中溫水分回收裝置（4）布置在除塵器（3）之后、脫硫塔（5）之前，回收的水蒸氣作為前置暖風(fēng)器（11）的熱源，加熱環(huán)境空氣，疏水與高溫水分回收裝置的疏水匯集，一同由疏水泵（13）匯入凝汽器熱井（10）；低溫水分回收裝置（6）布置在脫硫塔（5）之后、引風(fēng)機(jī)（7）之前，回收的水蒸氣溫度較低，所含熱量的品位也較低，可以直接進(jìn)入凝汽器（9）凝結(jié)，回收利用。如機(jī)組采用的是濕法脫硫，脫硫后煙氣水分較多，易造成煙囪的腐蝕，水分的回收可以有效避免煙囪的腐蝕；如脫硫工藝不是濕法脫硫，脫硫后煙氣的溫度仍較高，可以把低溫水分回收裝置（6）中回收的水蒸氣引入前置暖風(fēng)器（11），達(dá)到回收熱量的目的。

前置暖風(fēng)器換熱模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計：前置暖風(fēng)器是利用回收的水蒸氣預(yù)熱進(jìn)入空氣預(yù)熱器空氣的裝置，前置暖風(fēng)器的換熱裝置主要由水蒸氣輸運管（18）、ⅰ級換熱模塊（19）、ⅱ級換熱模塊（20）、疏水聯(lián)箱（21）組成。從水蒸氣回收裝置中回收的水蒸氣經(jīng)水蒸氣輸運管（18）輸運至ⅰ級換熱模塊（19）、ⅱ級換熱模塊（20）進(jìn)行換熱，換熱后的疏水進(jìn)入疏水聯(lián)箱（21），進(jìn)行儲存和下一步的輸運。根據(jù)水蒸氣的凝結(jié)特性以及空氣與水蒸氣的流量比例，將ⅰ、ⅱ級換熱模塊設(shè)計成帶翅片的內(nèi)外套管結(jié)構(gòu)，外管有8片翅片，其中4片為固定翅片（ⅰ級換熱模塊的主視圖中上、下、左、右4個翅片），4片為普通翅片（ⅰ級換熱模塊的主視圖中左上、右上、左下、右下4個翅片）。ⅰ級換熱模塊中的換熱包含水蒸氣的汽化潛熱，換熱量較大，因此內(nèi)管也設(shè)置了8個翅片增強(qiáng)換熱；ⅱ級換熱模塊為液態(tài)水與空氣的換熱，換熱量較小，為減小流動阻力，內(nèi)管不設(shè)置翅片。套管內(nèi)外流動冷空氣，冷卻套管夾層內(nèi)流動的水蒸氣，換熱面積較大，換熱效果較好，且該結(jié)構(gòu)對空氣流動的阻力較小，所需的送風(fēng)機(jī)能耗也較小。每個水蒸氣輸運管下均設(shè)置兩級換熱模塊，所有ⅱ級換熱模塊下設(shè)置共同的疏水聯(lián)箱，儲存及輸運換熱后的疏水。

本發(fā)明的有益效果：回收煙氣中的水蒸氣可以降低煙氣的酸露點溫度，減輕尾部受熱面低溫腐蝕；水蒸氣熱量的回收可以用來加熱空氣，提升進(jìn)入預(yù)熱器的空氣溫度，提高空氣預(yù)熱器的冷端溫度，降低空氣預(yù)熱器腐蝕的可能性；回收的水蒸氣的熱量的回收利用，可以減少鍋爐暖風(fēng)器所消耗的汽輪機(jī)抽汽量，增強(qiáng)汽輪機(jī)的做功，提高發(fā)電效率，提升機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)性；進(jìn)行實驗室內(nèi)的驗證實驗，結(jié)果表明，換熱模塊對空氣的流動阻力極小，且對于中低流速的煙氣，水分回收率為40-70%，低溫冷卻空氣溫度升高5-8℃；用該數(shù)據(jù)分析600mw機(jī)組時，結(jié)果表明回收率在50%，環(huán)境溫度為10℃時，空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度可提高4.3℃。

附圖說明

圖1為水蒸氣熱量回收系統(tǒng)的示意圖。

圖2為前置暖風(fēng)器換熱模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為ⅰ級換熱模塊的主視圖。

圖4為圖3中的a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4中的b-b向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為ⅱ級換熱模塊的主視圖。

圖7為圖6中的a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖7中的b-b向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明設(shè)計了一種基于中空纖維復(fù)合膜法回收火電廠煙氣中水蒸氣及其熱量的系統(tǒng)及前置暖風(fēng)器換熱模塊的結(jié)構(gòu)，目的是實現(xiàn)火電廠煙氣中水蒸氣及其熱量的回收，降低火電廠水耗與煤耗，提升火電機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性，降低火電廠的污染物排放。

水蒸氣的熱量回收系統(tǒng)中，水分回收裝置采用高、中、低三級布置：高溫水分回收裝置（1）布置在空氣預(yù)熱器（2）之前，回收的水蒸氣溫度較高，可作為暖風(fēng)器（12）的熱源，疏水經(jīng)疏水泵（13）打回凝汽器熱井（10），中溫水分回收裝置（4）布置在除塵器（3）之后、脫硫塔（5）之前，回收的水蒸氣作為前置暖風(fēng)器（11）的熱源，加熱環(huán)境空氣，疏水與高溫水分回收裝置的疏水匯集，一同由疏水泵（13）打入凝汽器熱井（10）；低溫水分回收裝置（6）布置在脫硫塔（5）之后、引風(fēng)機(jī)（7）之前，回收的水蒸氣溫度較低，所含熱量的品位也較低，可以直接進(jìn)入凝汽器（9）凝結(jié)回收。如機(jī)組采用的是濕法脫硫，脫硫后煙氣水分較多，易造成煙囪的腐蝕，水分的回收可以有效避免煙囪的腐蝕；如脫硫工藝不是濕法脫硫，脫硫后煙氣的溫度仍較高，可將低溫水分回收裝置（6）中回收的水蒸氣引入前置暖風(fēng)器（11），達(dá)到回收熱量的目的。冬季環(huán)境溫度較低時，可以關(guān)閉閥門（17），開啟閥門（16），將低溫水分回收裝置中回收的水蒸氣一同作為前置暖風(fēng)器的熱源，提高前置暖風(fēng)器的出口空氣溫度，進(jìn)而提高空氣預(yù)熱器冷端溫度。當(dāng)高溫水分回收裝置故障時，可關(guān)閉閥門（14），高溫水分回收裝置退出運行；當(dāng)中溫水分回收裝置故障時，可關(guān)閉閥門（15），中溫水分回收裝置退出運行；當(dāng)?shù)蜏厮只厥昭b置故障時，可關(guān)閉閥門（16）、（17），低溫水分回收裝置退出運行；高中低溫水分回收裝置運行相對獨立，無相互影響，且水分回收裝置故障不影響鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的正常運行。