[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45％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。

传统火电站的热工系统图和本专利提出的新热工系统示意图相比较(参见图1和图2、       )，可以看出。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。

本专利申请针对以上所述两项热损失，提出一项崭新的火电站热工系统，见图2改造型锅炉的结构，从燃烧室(CC)到省煤器(EC1)为止，基本上维持不变。在省煤器EC1之后，在空气预热器AH1的原处，改为布置尾汽过热器SH’，(即图2中的HE1)，其作用是将汽轮机尾汽温度由35℃左右，提升到300～450℃左右或更高。尾汽经过过热后引向一个热交换器HE2，利用尾汽过热后的高温加热循环水，由此产生了火电站的第二产品——高温水。这种高温水数量极大，携带着电站能源总消耗量约50％左右的热量，是一项十分可观的能源资源，它的利用可能派生一系列有重大开发前景的新产业链。