[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)

摘要

我国自上世纪五十年代初开始制造火电站成套设备以来，火电站热工系统一贯采用锅炉+汽轮发电机组+冷凝器(塔)的布局。这项布置系统用自然水将汽轮机尾汽冷凝成水，而尾汽的汽化潜热被视为“废物”排出系统之外。这是该系统热工系统热效率十分低劣(约为32-40％)的基本原因所在。这是一个世界性顽症，至今无法解决。本发明提出热能综合利用的理论和实施方法，其核心技术是开发自主创新的汽轮机尾汽过热器，以取代原锅炉的空气预热器。经过过热的汽轮机尾汽一则用来加热燃烧空气，二则用来生产大量的热水(100℃上下)，甚而至于生产低压微过热蒸汽，这项热水或微过热低压蒸汽作为火电站的第二产品，向外供应。

主权项

本专利申请提出传统热工系统节能化改造的理论和实施方法，其标的是将火电站热利用效率由40％上下提升到70～80％或更高。本发明专利申请“火电站热工系统的节能化改造”有以下技术特征：①废除传统火电站中传统的锅炉空气预热器和冷凝器的采用；②更改汽轮机尾汽(ES)的行走路线，原来是走向冷凝器的，更改为走向置于原空气预热器(AH)位置的创新型尾汽过热器(HE1或称为SH′)使原为含有水份的饱和尾汽(ES)变成过热的汽轮机尾汽(ES′)；③过热的汽轮机尾汽(ES′)，作以下两宗用途：其一，作为燃烧用空气的加热源，在空气加热器(HE3、HE4)中，一方面冷的空气(CA)被加热成为热的空气(HA)以适应燃料燃烧的需求，另一方面过热的汽轮机尾汽(ES′)则被空气所冷却，生成冷凝水，作为锅炉补给水(FW)的一部份，因此HE3和HE4的作用既取代了原空气预热器的作用，同时又副产了冷凝水；其二，利用热交换器(HE2)使过热的汽轮机尾汽(ES′)通过HE2被循环水所冷却，化作冷凝水，作为锅炉给水的另一部份，同时又加热了冷的循环水(CW)，产生热的循环水(CW′)或过热的低压蒸汽，向外供应，作为电站的第二产品，因此HE2的作用取代了原冷凝器的作用，但两者的不同之处，原冷凝器所产生的CW′(见图1所示)，由于温度较低(不超过20℃左右)，是向大自然无效排放的，而热交换器HE2所产生的CW′，由于温度较高，可以利用，向热水用户供应，作为电站的第二产品；④本专利申请除了采用上述尾汽过热器(HE1)，作为本专利技术的核心之外，又为实施本专利技术，提出了三个具体改造方案，其中：方案I：图中HE1占用了原AH1的位置，适用于燃料燃烧空气的温度不太高，原空气预热器第1级(AH1)被HE1(或称之为尾汽过热器SH′)所取代后，原空气预热器(AH2)(在图2方案I中为AH)已足以单独承担加热燃烧空气的任务；方案II：适用于燃烧空气有较高的温度要求，原AH2已不足以单独负担燃烧空气的加热任务，此时使用HE3，以部份的过热尾汽(ES′)对燃烧空气在AH以前进行预加热；方案III：应用于完全删除原空气预热器的使用，由锅炉的原省煤器EC和尾汽过热器SH′(HE1)组成新的锅炉尾部受部面，此时汽轮机尾汽(ES′)的温度可以达到最高，而燃烧空气的加热任务则由HE4单独承担；⑤如果电站的燃料或有供应上的原因有经常变化的可能、燃料的最佳空气温度不能预作规定时，可以考虑一律采用方案III为电站的改造实施方案，此时燃烧空气温度可以用HE4前的ES′管道上设置的调节阀门(图中未示出)以控制ES′的流量以达到调节HA温度的目的；⑥上述原理也可以为新建火电站所采用；⑦本专利技术的实施方在进行工作图设计时，可以自由发挥设计师的聪明才智，开发出形形式式的实用型热交换器，只要是能满足本专利申请所规定的各项热交换器的任务，皆为本专利申请技术所包容，本专利申请所提出的热交换器的主体结构和细节构造，只是起到示范的性质，不拟作为技术上的界定。