过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，用于对原煤进行燃烧后驱动发电机发电，包括：锅炉机组，包含：制粉子系统、锅炉主机子系统、送风送粉子系统以及乏汽水回收子系统；以及汽轮机组，其中，制粉子系统包含：汽粉生成干燥装置、汽粉分离装置、及生成干燥剂的干燥剂生成装置，乏汽加热器利用汽轮机的抽汽的凝结放热对乏汽加热器中的乏汽进行加热形成过热蒸汽，乏汽水回收子系统包含：利用汽轮机组的低温凝结水和环境冷风对乏汽的一部分进行冷凝回收的乏汽水回收装置，环境冷风被乏汽的热量预热得到温风，空气预热器对温风的一部分进行加热得到热风，热风的一部分与温风的另一部分在一次风混合室混合后作为一次风进入风粉混合器中。
【专利说明】过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃煤发电领域，具体涉及锅炉送风、过热蒸汽干燥制粉、煤中水分回收技术以及利用汽轮机的抽汽热量的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统。
【背景技术】
[0002]我国是一个富煤少油缺气的国家，煤炭在我国能源供应中一直处于核心主导地位，在未来相当长时期内，以煤为主的能源结构在我国会一直持续下去。因为燃煤电站具有大规模集中使用煤炭的特点，有利于做到高效、清洁利用煤炭，因而煤炭在国内外主要用于发电。目前在我国，煤炭总产量的55%用于燃煤火力发电，而在电源结构方面，火力发电是我国主要发电方式，我国约80%的电力供应来自于火电机组。目前我国新建电站仍以燃煤电站为主，电煤在煤炭总产量中的比例正在快速增长。然而，燃煤发电在生产电力的同时也排放大量的污染物，包括SO2、烟尘、NO5^P CO2等；而且，我国燃煤电站的发电净效率和发达国家相比仍有较大差距。因而，进一步提高能源利用效率从而既减少能源消耗又减少污染物排放，成为我国电力工业乃至整个国民经济实现可持续发展的重要又迫切的任务。
[0003]近年来，随着电煤价格快速上涨和优质煤炭储量在煤炭总储量中比例的逐渐下降，利用高水分褐煤燃烧发电成为了电力行业高度关注的突出问题。在全世界范围内褐煤约占世界煤炭总储量的40%，在我国褐煤储量2900亿吨，约占国内煤炭总储量的16%。褐煤是煤化程度最低的煤种，具有水分高、挥发分高、热值低、在空气中易风化易自燃等特点，所以难以贮存，也不宜长距离运输。我国褐煤的3/4分布在内蒙古及东北地区，这些褐煤全水分在25?40%，属老年褐煤；其余褐煤主要分布在云南地区，这些褐煤全水分在40?60%，含木质纤维，属年轻褐煤；而国外如澳大利亚、德国、塞尔维亚、印尼等国褐煤的水分更闻，可闻达70*%。
[0004]目前褐煤利用的主要途径是通过坑口电站燃烧发电，褐煤与烟煤锅炉多采用直吹式制粉系统，一般是以炉烟和热风混合物或热风作为制粉系统干燥剂；贫煤与无烟煤多采用中间储仓式制粉系统，一般是以热风作为制粉系统干燥剂。但与常规烟煤锅炉相比，这些褐煤锅炉热效率低、体积大价格高、温室气体排放量也较大。而且，对于高水分褐煤，采用直吹式制粉系统使得锅炉一次风中含有大量炉烟及水蒸汽等惰性介质，加之炉膛温度又低，使得高水分褐煤存在突出的燃烧不稳定问题，致使锅炉难以安全可靠地运行，这严重制约了国内外高水分褐煤的有效利用。同时，由于褐煤反应活性高，褐煤煤粉易燃易爆，褐煤制粉系统的燃烧与爆炸问题也是一个长期一直困扰褐煤机组安全可靠运行的突出问题。
[0005]此外，位于我国新疆准噶尔盆地东部“准东煤田”的煤炭预测储量达3900亿吨，是我国最大的整装煤田。准东煤除放热量较褐煤高以外，其它煤质特性与褐煤相似，也具有水分高(22?32% )、挥发分高、灰熔点低、磨损性低和易自燃的特点。目前业内针对准东煤开发的大型电站锅炉均采用直吹式制粉系统，故为保证制粉系统干燥出力和炉内稳定燃烧，锅炉均采用了很高的热风温度和一次风率。由此造成的结果是这些准东煤锅炉的排烟温度普遍较高(排烟温度一般在140°C以上)，相应的致使锅炉热效率和机组发电效率均较低；而且，过高的一次风率使得炉内低NOx燃烧的组织较为困难，即炉膛出口烟气中顯)(含量较大，这显著增大了锅炉后续烟气脱硝的压力和成本。
[0006]进一步，在燃用高水分煤种的锅炉中，大量由煤中可燃物质燃烧而放出的热量被消耗于煤中水分蒸发为水蒸汽，由于这些水分最终是以水蒸汽状态排出锅炉，致使燃料实际放热的相当一部分被白白浪费。因而，现有的高水分燃煤锅炉往往表现为燃煤量巨大，单位发电量的污染物排放也明显较高。若以表征燃料实际放热量的高位发热量为基准计算锅炉热效率的话，高水分燃煤锅炉的热效率大幅低于一般的低水分燃煤锅炉。
[0007]近年来，火力发电行业广泛关注通过锅炉排烟余热的深度利用进一步提高电厂发电效率，典型的方式是在锅炉排烟烟道中布置低压省煤器，利用排烟余热加热低温的机组凝结水，从而减少低压加热器抽汽量，达到提高电厂效率的目的。显然，利用机组凝结水温度低的特点进行余热回收是电厂提高发电效率从而获得节能减排效益的有效途径之一，但因烟气的换热系数低，加之烟气与凝结水之间的换热温差较小，使得通过烟气加热凝结水的低压省煤器体积庞大，投资回收期较长，而且在电厂布置较为困难。
[0008]另一方面，我国褐煤主要产区(内蒙古东部地区)及准东煤产区(新疆地区)均为极度缺水地区。由于火电机组需要消耗大量水，水资源匮乏已经成为了这些地区开展电源基地建设从而开发利用褐煤及准东煤资源的首要制约因素。然而，众所周知，制粉系统同时也是一个干燥系统，为保证煤粉气流入炉后稳定燃烧，要求制粉系统将原煤干燥至含水率很低的煤粉水分。电站锅炉燃煤量巨大，故大量煤中水分在制粉系统内蒸发为水蒸汽随煤粉进入了炉膛，成为锅炉烟气的组成成分之一。另外，火力发电厂是工业用水大户，而我国褐煤产区(例如内蒙古东部地区)大多属严重缺水地区，水资源匮乏成为影响坑口电源基地建设的重要制约因素。因而，若能将煤中水分予以回收，对我国褐煤及准东煤利用具有非常重要的生态保护意义。但由于炉内大量干烟气(主要是N2、CO2和过量干空气)的稀释，锅炉排烟的含湿量和水露点温度很低，这使得通过冷却锅炉排烟从而回收烟气中的水分变得非常困难。以某燃全水分40%褐煤的在役600MW机组为例，其锅炉排烟量为2800t/h，虽然排烟中含有270t/h水分，但排烟水露点只有53°C (水蒸汽容积份额15% )。可见，由于干烟气量巨大且水露点低，回收排烟中水分需要庞大的烟气冷却换热器和温度足够低的大量冷却介质，这使得从排烟中回收水分与水蒸汽凝结潜热非常困难，至今未有通过冷却电站锅炉排烟从而实现烟气水回收以及热量回收的工程应用。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有突出水回收效益和节能效益，而且还能保证制粉系统安全运行和燃煤效率更高的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统。
[0010]本发明提供一种过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，用于对原煤进行燃烧以驱动发电机发电，其特征在于，包括:锅炉机组，用于对原煤进行燃烧产生热能，并利用热能将给水加热得到高温高压水蒸汽，包含:制粉子系统、锅炉主机子系统、送风送粉子系统以及乏汽水回收子系统；以及汽轮机组，利用高温高压水蒸汽做功从而驱动发电机发电，包含用于输送给水的给水管、用于输送高温高压水蒸汽的蒸汽输送管、及汽轮机，其中，制粉子系统包含:用于对原煤进行磨制并且通过干燥剂对原煤进行干燥从而形成汽粉混合物的汽粉生成干燥装置、对汽粉混合物进行分离得到煤粉和乏汽(乏汽:一般将气流干燥系统排出的低温气体称为乏气，依此习惯提法，在锅炉制粉系统中亦常称磨煤机出口排出的气体为乏气，因本发明中制粉系统是以水蒸汽为干燥剂与输粉介质，故称磨煤机出口汽粉混合物中的水蒸汽为乏汽)的汽粉分离装置、及生成干燥剂的干燥剂生成装置，锅炉主机子系统用于将给水加热成为高温高压水蒸汽，包含:炉膛、与炉膛出口相连接的炉内烟道、位于炉膛入口位置的煤粉燃烧器，送风送粉子系统包含:与汽粉分离装置相连接用于输送煤粉的给粉机、与给粉机相连接的风粉混合器、与风粉混合器相连接的一次风混合室、位于炉内烟道尾部的空气预热器、及用于提供冷风的送风机，乏汽水回收子系统包含:与汽轮机组相连接并且与送风机相连接利用汽轮机组的低温凝结水和冷风对乏汽的一部分进行冷凝回收的乏汽水回收装置，汽粉分离装置包含:对汽粉混合物进行分离得到煤粉和乏汽的煤粉收集器，干燥剂生成装置包含:与煤粉收集器相连接用于输送乏汽的乏汽管道、连通在乏汽管道上用于输送乏汽的另一部分的乏汽循环管道、与乏汽循环管道相连接对乏汽循环管道中的乏汽进行加热从而形成作为干燥剂的过热蒸汽的乏汽加热器、及将干燥剂输送至汽粉生成干燥装置中进行循环的过热蒸汽管道，乏汽加热器利用汽轮机的抽汽的凝结放热对乏汽加热器中的乏汽进行加热形成过热蒸汽，给粉机用于输送煤粉至风粉混合器，风粉混合器对来自送风送粉子系统的一次风和煤粉进行混合得到风粉混合物，乏汽水回收装置中的乏汽被汽轮机组的低温凝结水和送风机提供的冷风冷凝成为凝结水，冷风在乏汽水回收装置中被乏汽的热量预热得到温风，空气预热器对温风的一部分进行加热得到热风，热风的一部分与温风的另一部分在一次风混合室混合后作为一次风进入风粉混合器中，热风的另一部分作为二次风直接进入煤粉燃烧器中，煤粉燃烧器对风粉混合物中的煤粉进行燃烧，煤粉与一次风、二次风在炉膛中燃烧生成烟气。
[0011]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，可以具有这样的特征，还包括:烟气净化子系统，与炉内烟道的尾部出口相连接，包含:依次连接的除尘器、引风机、脱硫装置、烟囱。
[0012]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，乏汽水回收装置包括:连通在乏汽管道上的乏汽输出管道、与乏汽输出管道相连接利用低温凝结水和冷风将乏汽冷凝为凝结水的凝汽器、储存回收凝结水的集水器、及与乏汽输出管道相连通将乏汽直接引入脱硫装置的乏汽旁路管道，凝汽器包含与汽轮机组相连通的冷水进水管、及与汽轮机组相连通的冷水出水管，低温凝结水经冷水进水管流入凝汽器中对乏汽进行冷凝，低温凝结水被乏汽加热后经过冷水出水管流回至汽轮机组中。
[0013]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，乏汽水回收子系统还包含:用于输送凝汽器输出的剩余气体的余气输送装置，余气输送装置包含:与凝汽器的出口相连接用于将剩余气体输送进入一次风混合室中的余气管道、及与余气管道相连通并且将剩余气体直接引入脱硫装置的余气旁路管道。
[0014]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，汽粉生成干燥装置还包含:对原煤进行磨制和干燥形成汽粉混合物的磨煤机、及与磨煤机的出口相连接用于对汽粉混合物中的粗粉进行分离并且将粗粉送回磨煤机中的粗粉分离器。
[0015]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，汽粉生成干燥装置还包含:出口与磨煤机的入口相连接用于对原煤进行预干燥的原煤预干燥管、及蒸汽输送管，原煤预干燥管的进口通过蒸汽输送管连通至过热蒸汽管道上，过热蒸汽作为预干燥剂对原煤预干燥管中的原煤进行预干燥。
[0016]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，乏汽加热器包含:与汽轮机组相连接用于输送抽汽的抽汽管道、用于输送抽汽在乏汽加热器凝结放热后形成的疏水返回汽轮机组的疏水管道。
[0017]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，制粉子系统还包含:与乏汽循环管道相连通用于输送气体的输气管、及设在输气管上用于控制开启和关闭输气管的控制阀，通过控制阀控制输气管向乏汽循环管道输送气体，气体被加热后作为干燥剂，经过预设时间后控制阀控制输气管停止向乏汽循环管道输送气体。
[0018]在本发明提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，还可以具有这样的特征:其中，气体为空气或者工业用惰化气体中任意一种。
[0019]发明的作用与效果
[0020]在本发明的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，因为制粉子系统是以过热蒸汽为制粉子系统的干燥剂和通风介质，并且过热蒸汽由汽粉生成干燥装置中的原煤中的水分蒸发形成的循环乏汽经以汽轮机抽汽的凝结放热来加热形成，过热蒸汽温度与流量分别满足制粉子系统干燥出力和磨煤机通风量的要求，除在制粉子系统内循环工作的循环乏汽夕卜，因原煤中水分不断在制粉子系统蒸发而产生的另一部分乏汽由乏汽水回收子系统进行水回收。
[0021]本发明以过热蒸汽为制粉子系统的干燥剂，使整个制粉子系统在完全惰化气氛下运行，保证了褐煤及准东煤等高挥发分煤种制粉的安全可靠运行，解决了长期困扰褐煤及准东煤机组安全可靠运行的制粉系统燃烧及爆炸问题。并且实现了惰性制粉干燥剂的内部产生与再循环利用，制粉过程中并不需要额外的蒸汽、氮气生产系统，也不需要消耗烟气、热风等其它介质，使得制粉过程既安全可靠，又流程简洁高效。而且以过热蒸汽为制粉系统干燥剂，改善了以往炉烟干燥及热风干燥过程中由煤粒大量爆裂所造成的煤粉颗粒粒径均匀性较差问题，从而有助于改善煤粉燃烧性能，提高煤粉燃烧效率。
[0022]本发明中的过热蒸汽是利用汽轮机抽汽加热乏汽得到，即乏汽加热器中的热源来自于汽轮机组抽汽的凝结放热，使得抽汽的凝结放热有效利用于燃煤制粉系统的干燥出力，也即使得汽轮机组中蒸汽的凝结废热被锅炉系统有效利用，大幅减少了汽轮机热力循环的冷源损失。因而，应用该技术方案也可以使电厂效率大幅提高，具有突出的节能效益。
[0023]本发明完全以制粉子系统内部产生的水蒸汽为干燥剂和输粉介质，使得几乎为纯水蒸汽的制粉乏汽的余热回收及水回收变得极为容易。通过制粉乏汽的余热回收，可进一步提高锅炉及燃煤用能系统的能源利用效率；而且，乏汽水回收装置在实现余热回收同时所实现的大量水资源的回收和再利用，更是对富煤缺水地区具有不可估量的环保意义。
[0024]通过送风机输送的冷风在乏汽水回收装置中作为冷却介质冷却乏汽，冷风被预热形成温风，温风最后进入锅炉中进行燃烧，使得乏汽的大量凝结潜热被锅炉有效利用，由此可大幅提高锅炉热效率，使得燃煤电站锅炉基于燃煤低位发热量计算的锅炉热效率超过100%成为可能。在保证最佳温风温度的前提下仅通过锅炉送风冷却不足以充分回收乏汽余热时，本发明进一步通过来自汽轮机组中的低温凝结水在乏汽水回收装置中作为冷却介质冷却乏汽，低温凝结水被加热至一定温度后返回汽轮机组从而减少低压加热器抽汽量，由此使得乏汽的凝结潜热被汽轮机组热力系统有效利用，从而进一步提高电厂发电效率。通过风冷与水冷两种余热回收方式的组合应用，可充分保证乏汽水回收效果，并且通过风冷与水冷的热量优化分配，可使发电系统的发电效率达到最高，而且可使发电系统变负荷运行时的调节更加灵活方便。此外，与现有通过烟气加热的低压省煤器相比，本发明中水冷凝汽器的体积及投资成本均会大幅降低。
[0025]本发明通过煤粉收集器对汽粉混合物进行汽粉分离而获得低水分煤粉，使得燃煤质量得以大幅提升。这种经过干燥提质后的煤粉由一定温度空气送入锅炉进行燃烧，将不会再有炉内温度低燃烧不稳定、低NOx燃烧组织燃烧困难等问题。同时，采用热风送粉使得一次风中惰性气体含量大幅减少，由此煤粉气流着火热减少，而且一次风中氧浓度提高。共同作用的结果是既提高了煤粉气流的稳燃性能和燃烧效率，也使得煤粉气流的低NOx燃烧组织更加方便，从而实现清洁高效稳定燃烧。而且，这种经过干燥提质后的煤粉由送风送粉子系统中具有一定温度的一次风送入锅炉燃烧，并且从制粉子系统蒸发出的原煤中的水分不再随送粉介质进入锅炉，使得锅炉排烟量大量减少，相应的锅炉排烟温度也会降低，最终使锅炉排烟热损失大幅降低，锅炉热效率明显提高。
[0026]因此，本发明能够提供的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统具有突出水回收效益和节能效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的结构框图；
[0028]图2为本发明实施例中锅炉机组的结构框图；
[0029]图3为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的结构示意图；
[0030]图4为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的流程图；
[0031]图5为本发明实施例中送风送粉子系统的框图；以及
[0032]图6为本发明实施例中制粉子系统的框图。
【具体实施方式】
[0033]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图和实施例对本发明涉及过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统进行详细的说明。
[0034]图1为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的结构框图。
[0035]如图1所示，过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统100包括:锅炉机组501、汽轮机组502、以及发电机组503。
[0036]原煤在锅炉机组501燃烧产生的热量对水进行加热形成高温高压的水蒸汽进入汽轮机组502做功，进而带动发电机组503进行发电。
[0037]图2为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的结构框图。
[0038]如图2所示，锅炉机组501，包括:制粉子系统401、锅炉主机子系统402、送风送粉子系统403、乏汽水回收子系统404、以及烟气净化子系统405。
[0039]送风送粉子系统403和乏汽水回收子系统404对冷风2处理后分别形成一次风和二次风，其中，一次风与制粉子系统401对原煤I进行磨制形成的煤粉按一定比例混合后送入锅炉主机子系统402中，送风送粉子系统403的二次风则直接进入锅炉主机子系统402中参与燃烧，制粉子系统401中分离出的一部分乏汽被输送至乏汽水回收子系统404进行水回收，乏汽被汽轮机组502中的低温凝结水和送风送粉子系统403的冷风冷凝为凝结水后被回收进行再利用，并且乏汽中热量(即、水蒸汽凝结放热)对冷风2进行预热，使得水蒸汽中的热量被充分利用。另一部分乏汽被锅炉主机子系统402的高温烟气加热成为过热蒸汽，之后作为干燥剂进入制粉子系统401中。锅炉主机子系统402的烟气最后进入烟气净化子系统405被净化后排向大气。
[0040]图3为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的结构示意图。
[0041]如图3所示，汽轮机组502利用锅炉机组501中产生的热能将给水加热得到高温高压水蒸汽从而驱动发电机机组503进行发电。汽轮机组502包含给水管61、蒸汽输送管62、汽轮机60和抽汽回热系统(图中未画出)。发电机组503包含发电机70。发电机70与汽轮机60相连接，发电机70在汽轮机60的驱动下进行发电。
[0042]制粉子系统401包括:汽粉生成干燥装置、干燥剂生成装置、汽粉分离装置。汽粉生成干燥装置用于对原煤I进行磨制并且利用干燥剂生成装置生成的干燥剂对原煤I进行干燥从而形成汽粉混合物，气粉混合物进入汽粉分离装置后被分离得到煤粉和乏汽，所得煤粉可被贮存或直接送入锅炉主机子系统402中燃烧，所得乏汽的大部分作为制粉子系统401的干燥剂和通风介质在制粉子系统401内循环工作，另一部分乏汽被乏汽水回收子系统404凝结为凝结水后被回收再利用。
[0043]汽粉生成干燥装置包含:原煤仓5、给煤机6、磨煤机7、粗粉分离器8。汽粉分离装置包含:制粉管道9、煤粉收集器10、煤粉仓11。干燥剂生成装置包含:乏汽管道30、乏汽风机31、乏汽循环管道32、乏汽加热器33、抽汽管道63、疏水管道64、过热蒸汽管道34、增压风机35、输气管52、控制阀51。乏汽加热器33中的热源来自于汽轮机组502中的抽汽的凝结放热，利用汽轮机组502的抽汽加热乏汽得到作为干燥剂的过热蒸汽。其中，抽汽可以直接抽取汽轮机60中温度足够将乏汽加热达到制粉子系统所需的干燥剂温度的一级抽汽，另外，抽汽也可以抽取不同温度压力水平的多级抽汽对乏汽进行逐步加热直至制粉子系统所需的干燥剂温度。
[0044]锅炉主机子系统402用于对给水进行加热得到高温高压水蒸汽，包括:锅炉主机
24、煤粉燃烧器23。锅炉主机24包括炉膛(图中未画出)和与炉膛出烟口相连接的炉内烟道(图中未画出)。炉膛用于使煤粉和空气充分燃烧放热并且产生烟气，炉膛周界的水冷壁吸收烟气的热量从而使炉膛出口烟气温度在合适的范围之内，炉膛出口以后的烟道内布置有汽水受热面、空气预热器。
[0045]送风送粉子系统403包括:给粉机12、送风机14、温风管道55、空气预热器15、二次风热风管道16、一次风热风管道17、温风旁路管道18、一次风混合室19、一次风增压风机20、一次风管道21、送粉管道22、风粉混合器13。凝汽器37对冷风2进行预热后形成温风，然后空气预热器15对温风进一步加热得到热风。
[0046]乏汽水回收子系统404包括:乏汽水回收装置和余气输送装置。乏汽水回收装置包含:乏汽输出管道36、凝汽器37、冷水进水管65、冷水出水管66、乏汽旁路管道41、集水器40。余气输送装置包含:抽气器38、余气管道39以及余气旁路管道42。
[0047]烟气净化子系统405包括:除尘器25、排烟管道26、引风机27、脱硫装置28以及烟囱29。
[0048]过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统501整体的连接关系:
[0049]原煤仓5、给煤机6、磨煤机7、制粉管道9以及煤粉收集器10顺次连接，粗粉分离器8设在磨煤机7的顶端并且与磨煤机7相连接，煤粉收集器10的出汽口与乏汽管道30的一端相连，煤粉收集器10的出煤口与煤粉仓11的进口相连，煤粉仓11的出口与给粉机12相连，给粉机12与风粉混合器13的进粉口相连，风粉混合器13的出口与送粉管道22的一端相连，送粉管道22的另一端与煤粉燃烧器23相连。炉内烟道与炉膛的出口相连接，空气预热器15位于炉内烟道的尾部。
[0050]凝汽器37具有相对应地两个冷媒入口和两个冷媒出口，凝汽器37的一个冷媒入口与冷水进水管65的一端相连接，冷水进水管65的另一端与汽轮机组502相连接，与该冷媒入口相对应地一个冷媒出口通过冷水出水管66与汽轮机组502相连接。汽轮机组502的低温凝结水通过冷水进水管65进入凝汽器37中对乏汽进行冷凝，然后通过冷水出水管66流回汽轮机组502。送风机14出口与凝汽器37的另一个冷媒入口相连接，与该冷媒入口相对应地另一个冷媒出口与温风管道55的一端相连接，温风管道55的另一端与空气预热器15的空气侧进口相连并且与温风旁路管道18的一端相连接，空气预热器15的空气侧出口分别通过二次风热风管道16和一次风热风管道17与煤粉燃烧器23和一次风混合室19的进风口相连。温风旁路管道18的另一端与一次风混合室19的进风口相连接，一次风混合室19与一次风增压风机20相连接，一次风增压风机20通过一次风管道21与风粉混合器13相连接。
[0051]乏汽管道30的入口与煤粉收集器10的气体出口相连接。乏汽风机31设在乏汽管道30上，用于抽取煤粉收集器10中的乏汽。乏汽循环管道32的入口端与乏汽管道30的出口相连通，乏汽循环管道32的出口端与乏汽加热器33的进气口相连通，乏汽加热器33的出气口与过热蒸汽管道34的一端相连通，过热蒸汽管道34的另一端与增压风机35的入口相连接，增压风机35的出口与磨煤机7相连。输气管52与乏汽循环管道32相连通，控制阀51设在输气管52上用于控制开启和关闭输气管52。
[0052]乏汽输出管道36的入口连通在乏汽管道30上，乏汽输出管道36的出口与凝汽器37的进口相连，乏汽旁路管道41与凝汽器37并联，集水器40与凝汽器37相连接，用于储存被凝汽器37回收的凝结水，凝汽器37的余气出口与抽气器38的进口相连接，抽气器38的出口分别连接余气管道39的一端和余气旁路管道42的一端，余气旁路管道42的另一端连接脱硫装置28，余气管道39的另一端连接一次风混合室19。经过凝汽器37回收水蒸汽后的剩余的不凝结气体(以下简称剩余气体)，该剩余气体经过余气管道39进入一次风混合室19作为一次风进入炉膛中，使得剩余气体中可能含有的可燃气体在炉膛内充分燃尽，另外，剩余气体也可以经过余气旁路管道42进入脱硫装置28中。该剩余气体为水蒸汽中混合的其它不凝结的气体，例如渗漏进乏汽水回收装置的空气和原煤I在制粉过程中挥发出的可燃气体。
[0053]炉内烟道的出口、除尘器25、引风机27、脱硫装置28与烟囱29之间顺次通过排烟管道26相连。
[0054]汽轮机组502的给水管61的一端与汽轮机组502的给水出口相连接，另一端与锅炉主机子系统402相连接，蒸汽输送管62的一端与锅炉主机子系统402相连接，另一端与汽轮机组502的蒸汽入口相连接，汽轮机组502通过抽汽管道63与乏汽加热器33的进口相连接，并且汽轮机组502通过疏水管道64与乏汽加热器33的出口相连接，从汽轮机60抽出的抽汽通过抽汽管道63进入乏汽加热器33中对乏汽进行加热，之后抽汽形成疏水通过疏水管道64流回至汽轮机组502。
[0055]图4为本发明实施例中过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统的流程图。
[0056]如图4所示，过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统501的工作原理:
[0057]煤的流程(S1-S4):原煤I由原煤仓5经给煤机6输送进入磨煤机7，原煤I在磨煤机7内被磨制成煤粉，同时被进入磨煤机7的干燥剂干燥后从磨煤机7中输出，磨煤机7出口的乏汽与煤粉的混合物即、汽粉混合物经过粗粉分离器8时，粗粉被分离出并重新进入磨煤机7中进行再次磨制。经过粗粉分离器8的汽粉混合物通过制粉管道9进入煤粉收集器10，煤粉收集器10将汽粉混合物中的乏汽和煤粉分离出，煤粉仓11将煤粉进行贮存，煤粉仓11内的煤粉由给粉机12送入风粉混合器13，在风粉混合器13内与来自一次风混合室19的一次风混合，然后由送粉管道22送往煤粉燃烧器23进入炉膛中与二次风一起燃烧并加热给水。
[0058]图5为本发明实施例中送风送粉子系统的框图。
[0059]空气的流程(S4):如图3、图4、图5所示，冷风2即锅炉送风由送风机14送入凝汽器37作为冷却介质用于冷凝凝汽器37中的乏汽，同时冷风2被乏汽的热量预热后形成温风，部分温风通过温风管道55进入空气预热器15内被烟气进一步加热形成热风。空气预热器15空气侧出口的热风大部分作为二次风经二次风热风管道16直接引往煤粉燃烧器23。另一少部分热风与温风旁路管道18输送的温风在一次风混合室19内进行混合形成一次风，温风旁路管道18输送的温风可以调节一次风的温度，一次风经被一次风增压风机增压后经过一次风管道21进入风粉混合器13，进而将煤粉送入炉膛中进行燃烧。
[0060]烟气流程:煤粉与空气在锅炉19的炉膛内燃烧生成烟气，炉膛内的烟气从炉内烟道排出，在炉内烟道尾部对空气预热器15和乏汽加热器33进行加热，排出的烟气经除尘器25净化后通过排烟管道26进入引风机27，之后进入脱硫装置28中，经过脱硫净化的烟气3由烟囱29排向大气环境。
[0061]图6为本发明实施例中制粉子系统的框图。
[0062]如图6所示，水蒸汽流程(S6-l、S6-2):由制粉子系统401中的水蒸汽由原煤I的水分蒸发组成。在磨煤机7出口与乏汽加热器33的进气口之间称为乏汽，在乏汽加热器33出气口与磨煤机7入口之间称为过热蒸汽。乏汽与煤粉在煤粉收集器10内进行分离，分离出的乏汽由乏汽风机31抽出并分为二部分，一部分乏汽由乏汽循环管道32送入乏汽加热器33进行加热形成过热蒸汽，该过热蒸汽作为干燥剂经过过热蒸汽管道34送入磨煤机7，对进入磨煤机7的原煤I进行干燥，磨煤机7出口的汽粉混合物由煤粉收集器10分离出煤粉和乏汽组成，此时的乏汽由作为干燥剂的过热蒸汽和原煤I蒸发出的水分组成，从煤粉收集器10出汽口排出的乏汽的一部分进入乏汽加热器33并且作为干燥剂在制粉子系统401内循环，另外一部分乏汽经乏汽输出管道36送入凝汽器37进行回收。乏汽在凝汽器37内被被汽轮机60的低温冷凝水和冷风2冷却降温，从而获得大量凝结水，凝结水集于集水器40内。
[0063]给水的流程(S5):水经过给水管61被锅炉主机子系统402加热后形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽经过蒸汽输送管62送入汽轮机组502中进行做功，汽轮机组502带动发电机70工作。从汽轮机组502中的抽汽回热系统抽出部分抽汽，该抽汽对乏汽加热器33中的乏汽进行加热，产生作为干燥剂的过热蒸汽。另外，汽轮机组502中的低温凝结水用于对凝汽器37中的乏汽进行冷却，然后流回汽轮机组502中。
[0064]乏汽水回收装置对水蒸汽回收后排出的剩余气体经过余气输送装置分别输送至一次风混合室19中或者脱硫装置28中。当该剩余气体含有可燃气体时，关闭余气旁路管道42上的阀门，使该剩余气体都经过余气管道39进入炉膛中进行燃烧；当该剩余气体不含有可燃气体时，打开余气旁路管道42上的阀门，使该剩余气体经过烟气净化子系统405后排出。
[0065]在本实施例中，首先，通过控制阀51控制蒸汽输气管52向乏汽循环管道32输送气体50，气体50被加热后作为干燥剂对进入磨煤机7中的原煤I和煤粉进行干燥，然后，经过预设时间后控制阀51控制蒸汽输气管52停止向乏汽循环管道32输送气体50，同时开启乏汽循环管道32上的阀门建立乏汽再循环。运行一段时间后，由蒸汽输气管52输入的气体50被乏汽输出管道36逐步排出，使得干燥剂趋近为纯水蒸汽而不含其它杂气，如此实现了纯水蒸汽为干燥剂对煤粉进行干燥。
[0066]实施例的作用与效果
[0067]在本实施例的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统中，制粉子系统是以过热蒸汽为制粉子系统干燥剂和磨煤机通风介质，过热蒸汽由磨煤机出口因煤中水分蒸发形成的循环乏汽经以汽轮机组内抽汽为加热介质的乏汽加热器加热形成，过热蒸汽温度与流量分别满足制粉子系统干燥出力和磨煤机通风量的要求，除在制粉子系统内循环工作的循环乏汽夕卜，因煤中水分不断在制粉子系统内蒸发而产生的另一部分输出乏汽，由乏汽水回收子系统中以汽轮机组中的低温凝结水和冷风一起作为冷却介质进行冷凝回收，乏汽中的热量同时用于预热冷风并且乏汽中的热量同时被用于汽轮机组中。
[0068]并且，本实施例中的过热蒸汽是利用汽轮机抽汽加热乏汽得到，即乏汽加热器中的热源来自于汽轮机组抽汽的凝结放热，使得抽汽的凝结放热有效利用于燃煤制粉系统的干燥出力，也即使得汽轮机组中蒸汽的凝结废热被锅炉系统有效利用，大幅减少了汽轮机热力循环的冷源损失。
[0069]在工业常用的抑爆惰化介质烟气、氮气及水蒸汽中，水蒸汽具有最佳的抑爆性能。本实施例以过热蒸汽为制粉子系统的干燥剂，使整个制粉子系统在完全惰化气氛下运行，保证了褐煤及准东煤等高挥发分煤种制粉的安全可靠运行，解决了长期困扰褐煤及准东煤机组安全可靠运行的制粉系统燃烧及爆炸问题。并且实现了惰性制粉干燥剂的内部产生与再循环利用，制粉过程中并不需要额外的蒸汽、氮气生产系统，也不需要消耗烟气、热风等其它介质，使得制粉过程既安全可靠，又流程简洁高效。而且以过热蒸汽为制粉系统干燥齐U，改善了以往炉烟干燥及热风干燥过程中由煤粒大量爆裂所造成的煤粉颗粒粒径均匀性较差问题，从而有助于改善煤粉燃烧性能，提高煤粉燃烧效率。
[0070]本实施例完全以制粉子系统内部产生的水蒸汽为干燥剂和输粉介质，使得几乎为纯水蒸汽的制粉乏汽的余热及水回收变得极为容易。通过制粉乏汽的余热回收，可进一步提高锅炉及燃煤用能系统的能源利用效率；而且，乏汽水回收装置在实现余热回收同时所实现的大量水资源的回收和再利用，更是对富煤缺水地区具有不可估量的环保意义。
[0071]通过送风机输送的冷风在乏汽水回收装置中作为冷却介质冷却乏汽，冷风被预热形成温风，温风最后进入锅炉中进行燃烧，使得乏汽的大量凝结潜热被锅炉有效利用，由此可大幅提高锅炉热效率，使得燃煤电站锅炉基于燃煤低位发热量计算的锅炉热效率超过100%成为可能。由于乏汽的凝结放热量较大，而可使发电系统效率最高的最佳温风温度需要与锅炉排烟温度升高综合考虑确定，因而在保证最佳温风温度的前提下仅通过锅炉送风冷却不足以充分回收乏汽余热时，本发明进一步通过来自汽轮机组中的低温凝结水在乏汽水回收装置中作为冷却介质冷却乏汽，低温凝结水被加热至一定温度后返回汽轮机组从而减少低压加热器抽汽量，由此使得乏汽的凝结潜热被汽轮机组热力系统有效利用，从而进一步提高电厂发电效率。通过风冷与水冷两种余热回收方式的组合应用，可充分保证乏汽水回收效果，并且通过风冷与水冷的热量优化分配，可使发电系统的发电效率达到最高，而且可使发电系统变负荷运行时的调节更加灵活方便。此外，与现有通过烟气加热的低压省煤器相比，本发明中水冷凝汽器的体积及投资成本均会大幅降低。
[0072]本实施例通过煤粉收集器对汽粉混合物进行汽粉分离而获得低水分煤粉，使得燃煤质量得以大幅提升。这种经过干燥提质后的煤粉由一定温度空气送入锅炉进行燃烧，将不会再有炉内温度低燃烧不稳定、低NOx燃烧组织燃烧困难等问题。同时，采用热风送粉使得一次风中惰性气体含量大幅减少，由此煤粉气流着火热减少，而且一次风中氧浓度提高。共同作用的结果是既提高了煤粉气流的稳燃性能和燃烧效率，也使得煤粉气流的低NOx燃烧组织更加方便，从而实现清洁高效稳定燃烧。而且，这种经过干燥提质后的煤粉由送风送粉子系统中具有一定温度的一次风送入锅炉燃烧，并且从制粉子系统蒸发出的原煤中的水分不再随送粉介质进入锅炉，使得锅炉排烟量大量减少，相应的锅炉排烟温度也会降低，最终使锅炉排烟热损失大幅降低，锅炉热效率明显提高。
[0073]在本实施例中，因为余气输送装置将水蒸汽中可能含有的可燃气体送回锅炉中进行燃烧，从而充分保证了原煤在锅炉系统内的燃烧效率。
[0074]综上，实施例能够提供一种绿色高效燃煤锅炉机组，解决了高水分燃煤锅炉燃烧不稳定的问题，克服了传统高水分燃煤锅炉热效率低的缺点，在大幅提高锅炉热效率的同时使得制粉子系统在惰化气氛下运行从而提高了高挥发分煤制粉子系统的运行安全性，更为突出的是，以过热蒸汽作为干燥剂使得煤中水分的余热及水回收极易工程实现，同时还可通过蒸汽凝结潜热的回收利用进一步提高燃煤发电系统效率，因而本发明过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统具有非常显著的节能效益和环保意义。
[0075]当然本发明所涉及的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统并不仅仅限定于在上述实施例中的结构。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
[0076]上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
[0077]输气管输送的气体可以是空气，也可以直接输送水蒸汽、氮气、烟气等惰化气体中任意一种。
[0078]在原煤水分较高时，在磨煤机与给煤机之间还可以设置原煤预干燥管，原煤预干燥管的进口通过蒸汽输送管连通至过热蒸汽管道上，蒸汽输送管将部分过热蒸汽输送到原煤预干燥管中直接与原煤接触，从而对原煤进行预干燥，通过过热蒸汽实现了对原煤安全地干燥。
[0079]原煤预干燥管中的预干燥剂不仅可以是通过蒸汽输送管输送的部分过热蒸汽，也可以是过热蒸汽管道直接与原煤预干燥管的进口端相连，过热蒸汽经过原煤预干燥管对原煤进行预干燥后进入磨煤机对汽粉混合物进行进一步干燥。
【权利要求】
1.一种过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，用于对原煤进行燃烧以驱动发电机发电，其特征在于，包括: 锅炉机组，用于对所述原煤进行燃烧产生热能，并且利用所述热能将给水加热得到高温高压水蒸汽，包含:制粉子系统、锅炉主机子系统、送风送粉子系统以及乏汽水回收子系统；以及 汽轮机组，利用所述高温高压水蒸汽做功从而驱动所述发电机发电，包含用于输送所述给水的给水管、用于输送所述高温高压水蒸汽的蒸汽输送管、及汽轮机， 其中，所述制粉子系统包含:用于对所述原煤进行磨制并且通过干燥剂对所述原煤进行干燥从而形成汽粉混合物的汽粉生成干燥装置、对所述汽粉混合物进行分离得到煤粉和乏汽的汽粉分离装置、及生成所述干燥剂的干燥剂生成装置， 所述锅炉主机子系统用于将所述给水加热成为所述高温高压水蒸汽，包含:炉膛、与所述炉膛出口相连接的炉内烟道、位于所述炉膛入口位置的煤粉燃烧器， 所述送风送粉子系统包含:与所述汽粉分离装置相连接用于输送煤粉的给粉机、与所述给粉机相连接的风粉混合器、与所述风粉混合器相连接的一次风混合室、位于所述炉内烟道尾部的空气预热器、及用于提供冷风的送风机， 所述乏汽水回收子系统包含:与所述汽轮机组相连接并且与所述送风机相连接利用所述汽轮机组的低温凝结水和所述冷风对所述乏汽的一部分进行冷凝回收的乏汽水回收装置， 所述汽粉分离装置包含:对所述汽粉混合物进行分离得到所述煤粉和所述乏汽的煤粉收集器， 所述干燥剂生成装置包含:与所述煤粉收集器相连接用于输送所述乏汽的乏汽管道、连通在所述乏汽管道上用于输送所述乏汽的另一部分的乏汽循环管道、与所述乏汽循环管道相连接对所述乏汽循环管道中的所述乏汽进行加热从而形成作为所述干燥剂的过热蒸汽的乏汽加热器、及将所述干燥剂输送至所述汽粉生成干燥装置中进行循环的过热蒸汽管道， 所述乏汽加热器利用所述汽轮机的抽汽的凝结放热对所述乏汽加热器中的乏汽进行加热形成所述过热蒸汽， 所述给粉机用于输送所述煤粉至所述风粉混合器， 所述风粉混合器对来自所述送风送粉子系统的一次风和所述煤粉进行混合得到风粉混合物， 所述乏汽水回收装置中的乏汽被所述汽轮机组的所述低温凝结水和所述送风机提供的所述冷风冷凝成为凝结水，所述冷风在所述乏汽水回收装置中被所述乏汽的热量预热得到温风， 所述空气预热器对所述温风的一部分进行加热得到热风，所述热风的一部分与所述温风的另一部分在所述一次风混合室混合后作为所述一次风进入所述风粉混合器中，所述热风的另一部分作为二次风直接进入所述煤粉燃烧器中， 所述煤粉燃烧器对所述风粉混合物中的所述煤粉进行燃烧， 所述煤粉与所述一次风、所述二次风在所述炉膛中燃烧生成所述烟气。
2.根据权利要求1所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于，还包括: 烟气净化子系统，与所述炉内烟道的尾部出口相连接，包含:依次连接的除尘器、引风机、脱硫装置、烟囱。
3.根据权利要求2所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述乏汽水回收装置包括:连通在所述乏汽管道上的乏汽输出管道、与所述乏汽输出管道相连接利用所述低温凝结水和所述冷风将所述乏汽冷凝为凝结水的凝汽器、储存回收所述凝结水的集水器、及与所述乏汽输出管道相连通将所述乏汽直接引入所述脱硫装置的乏汽旁路管道， 所述凝汽器包含与所述汽轮机组相连通的冷水进水管、及与所述汽轮机组相连通的冷水出水管， 所述低温凝结水经所述冷水进水管流入所述凝汽器中对所述乏汽进行冷凝，所述低温凝结水被所述乏汽加热后经过所述冷水出水管回流至所述汽轮机组中。
4.根据权利要求3所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述乏汽水回收子系统还包含:用于输出所述凝汽器输出的剩余气体的余气输送装置， 所述余气输送装置包含:与所述凝汽器的出口相连接用于将所述剩余气体输送进入所述一次风混合室中的余气管道、及与所述余气管道相连通并且将所述剩余气体直接引入所述脱硫装置的的余气旁路管道。
5.根据权利要求1所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述汽粉生成干燥装置还包含:对所述原煤进行磨制和干燥形成所述汽粉混合物的磨煤机、及与所述磨煤机的出口相连接用于对所述汽粉混合物中的粗粉进行分离并且将所述粗粉送回所述磨煤机中的粗粉分离器。
6.根据权利要求5所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述汽粉生成干燥装置还包含:出口与所述磨煤机的入口相连接用于对所述原煤进行预干燥的原煤预干燥管、及蒸汽输送管， 所述原煤预干燥管的进口通过所述蒸汽输送管连通至所述过热蒸汽管道上， 所述过热蒸汽作为预干燥剂对所述原煤预干燥管中的所述原煤进行预干燥。
7.根据权利要求1所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述乏汽加热器包含:与所述汽轮机组相连接用于输送所述抽汽的抽汽管道、用于输送所述抽汽在所述乏汽加热器凝结放热后形成的疏水返回所述汽轮机组的疏水管道。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述制粉子系统还包含:与所述乏汽循环管道相连通用于输送气体的输气管、及设在所述输气管上用于控制开启和关闭所述输气管的控制阀， 通过所述控制阀控制所述输气管向所述乏汽循环管道输送所述气体，所述气体被加热后作为所述干燥剂，经过预设时间后所述控制阀控制所述输气管停止向所述乏汽循环管道输送所述气体。
9.根据权利要求8所述的过热蒸汽干燥制粉型燃煤发电系统，其特征在于: 其中，所述气体为空气或者工业用惰化气体中任意一种。
【文档编号】F23L15/00GK104373951SQ201410640230
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】马有福 申请人:上海理工大学