[发明专利]火电站传统热工系统的节能化改造(热能的综合利用)

说明书

我国自上世纪五十年代初生产首套国产6000KW火电站设备以来，经过半个 世纪的艰苦奋斗，现在全国已建成大、中型火电站数百座，总装机容量突破3亿 KW，每年消耗燃料折成标煤达7～8亿吨。在电站技术方面也有长足的跃进，基 本上已经接近或达到国际先进水平。

但是火电站热效率不高是个典型的世界性顽疾，至今没有得到妥善的解决， 我国也不例外。以锅炉+汽轮发电机组+冷凝设备为代表的传统火电站热工系统， 其热能利用效率只有32～40％。即使采用了极端高科技的超临界参数机组也只能艰 难地达到40％左右，而这种机组的建设和维护费用的极度腾升也难以为我国所能大 面积采用。

以火电站热能利用效率40％为例进行分析，可以发现一次能源总供给量60％热 能的逸出途径除去一些另星的不完全燃烧和跑、冒、滴、漏等损失之外，有两条 主要损耗渠道：

(1)锅炉烟囱排出的废烟气带走了燃料热能的6.5～7.5％，无效排向大气。

(2)汽轮机尾汽经由冷凝装置，被冷却水(或冷却空气)掳走了燃料热能的 近50％左右，无效排向自然界。

两者叠加，总计约57％的燃料热能是由这两条渠道溜走的。这两条渠道是造 成火电站热效率低下的主要责任者。因此寻求提高火电站热效率的不二法门在于 捉住锅炉排烟热损失和汽轮机尾汽热损失，为我所用。

但是锅炉排烟温度已降到了150～160℃之间，汽轮机尾汽也只有0.05个绝压 和33℃左右。这种低温和低压的废气与尾汽已无法再由火电站直接加以利用，只 能听其无效流失。本专利申请人由此得出一个结论：出路在于。就是将 火电站按传统热工系统已无法利用的废气与尾汽经过一番技术改造，转换成为其 他部门可以利用的宝贵能源。这是一条综合利用的康庄大道。

本专利申请根据以上理论提出一项以废烟气和尾汽联合起来，首先将汽轮机尾 汽转变为高温的过热低压蒸汽，再由高温的低压蒸汽生产高温(≈100℃)循环热 水的设计方案。由此将传统火电站只生产单一的电能的不变成规，变成一个既生 产电能，又生产高温热水的企业。通过综合利用的途径可以将火电站的热效率由 32～40％提升到70～80％，甚而至于更高。

图1为传统火电站的热工系统图。图2为本专利提出的新热工系统示意图。不 难看出，两者相差并不太大。即是说，本专利申请提出的设计尽量保留了有成熟 经验的有效成份，只是在锅炉尾部做一些原则性的改变，增加了一些技术成份并 不太高、有成熟经验支撑的设备，其出发点是适应我国国情，仅仅增加不多的设 备投资，就能将传统火电站改造成为节能、环保、高效型电站，有利于大面积推 广。

图1为传统火电站的典型热工系统示意图。燃烧烟气经过蒸发系统EV、过热 器SH、省煤器EC和空气预热器AH的换热过程，最终以150～160℃左右的温度经 烟囱排向大气。布置在燃烧室CC周围的蒸发系统EV所产生的蒸汽经过过热器SH 的加温达到520～750℃的过热温度，然后引向汽轮机，将蒸汽的高压热能转换为 旋转的机械能，转动发电机产生电能。在这个转换过程中，除去抽取一定数量的 中、低压蒸汽供给水系统的需要外，蒸汽的主体部份皆在汽轮机中尽量发挥其产 生机械能的作用，直到达到相当低的压力区(0.05绝压左右)，此时，其温度也已 降低到相应的饱和温度(33～35℃左右)。这种低压低温蒸汽已不再能为传统火电 站所利用，只能通过冷凝器SC(或冷却塔CT，图中未示出)用自然水(或冷空气) 将尾汽的汽化潜热抽去，以获取冷凝水(其热焓约为30大卡/公斤)，回归锅炉的 给水系统。在尾汽凝结为水的过程中，自然水(或冷空气)将尾汽所含有的约600 大卡/公斤的汽化潜热带走，排向自然界。这项600大卡/公斤的汽化潜热约占原 始过热蒸汽热焓(818～906大卡/公斤)的41～45％左右(在这项换算中已考虑了 大约20％的中间抽汽)。这笔热损失和排烟热损失叠加起来占火电站消耗原始能源 (燃料)总热量的50％以上。这就是传统热电站热效力不高(只有32～40％左右) 的主要原因。