一种烟气调温燃煤发电锅炉及运行方法与流程

本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种烟气调温燃煤发电锅炉及运行方法。

背景技术：

提高发电效率是燃煤发电行业的热点问题，现有提升燃煤发电机组方式主要集中于蒸汽动力循环的参数提升上面，而蒸汽动力循环参数的提高主要受限于锅炉材料，即受限于锅炉制造材料的极限承受温度。因此，现有燃煤锅炉烟气的最高温区锅炉炉膛内需要布置低温受热面水冷壁，造成锅炉炉膛的不可逆损失巨大，锅炉效率难以提高。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃煤发电锅炉及运行方法，该锅炉燃烧产生的烟气首先与锅炉中低温烟气混合降温至现有材料可以耐受的温度范围，而后经过换热面加热发电系统工质对外发电。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种烟气调温燃煤发电锅炉，包括依次相连通的燃烧设备1、高温烟气冷却器2、一级除尘器3、中温烟气冷却器4、低温烟气冷却器5、空气预热器6、二级除尘器7和引风机8，还包括烟气循环风机9；所述空气预热器6的空气入口与大气连通，出口与燃烧设备1的空气入口连通；所述中温烟气冷却器4的烟气出口还通过烟气循环风机9与燃烧设备1的烟气入口连通；所述中温烟气冷却器4的出口烟气进入烟气循环风机9的质量流量与进入低温烟气冷却器5的质量流量比例为1：3。

所述高温烟气冷却器2的入口烟气温度为800℃～1100℃。

所述中温烟气冷却器4的出口烟气温度为400℃～700℃。

上述一种烟气调温燃煤高效发电锅炉的运行方法，通过烟气循环风机9和引风机8对中温烟气冷却器4出口烟气的分流比例进行调节，调整的目标为燃烧设备1的出口烟气温度满足高温烟气冷却器2的入口烟气温度要求。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可以调节燃烧温度，进而降低nox污染物生成量。

(2)本发明可以大幅度降低锅炉换热过程的不可逆损失，从而大幅度提高锅炉效率。

(3)本发明特别适宜布雷顿循环、斯特林循环为基础的热能动力循环，大幅度提高燃料利用效率。

附图说明

图1为本发明一种烟气调温燃煤发电锅炉示意图。

图2典型锅炉换热设备模型。

图3典型锅炉受热面布置。

图4一种烟气调温燃煤高效发电锅炉烟气流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种烟气调温燃煤发电锅炉，包括依次相连通的燃烧设备1、高温烟气冷却器2、一级除尘器3、中温烟气冷却器4、低温烟气冷却器5、空气预热器6、二级除尘器7和引风机8，还包括烟气循环风机9；所述空气预热器6的空气入口与大气连通，出口与燃烧设备1的空气入口连通；所述中温烟气冷却器4的烟气出口还通过烟气循环风机9与燃烧设备1的烟气入口连通；所述中温烟气冷却器4的出口烟气进入烟气循环风机9的质量流量与进入低温烟气冷却器4的质量流量比例为1：3。

作为本发明的优选实施方式，高温烟气冷却器2的入口烟气温度为800℃～1100℃。

作为本发明的优选实施方式，中温烟气冷却器4的出口烟气温度为400℃～700℃。

如图1所示，本发明的一种烟气调温燃煤高效发电锅炉的运行方法，其特征在于通过烟气循环风机9和引风机8对中温烟气冷却器4出口烟气的分流比例进行调节，调整的目标为燃烧设备1的出口烟气温度满足高温烟气冷却器2的入口烟气温度要求。

下面详细说明本发明的工作原理：

燃煤发电循环属于热能动力循环，该循环是将燃料的化学能首先转化为烟气的热能，而后将烟气的热能通过换热过程传递功工质，而后通过工质的热功转换过程，将热能最终转化为机械能输出。燃煤发电循环遵循热力学的基本定律，其发电效率可以表示为：

式中：分别为热力循环平均放热温度和平均吸热温度，k。

其中，平均放热温度受限于环境温度和燃煤发电循环冷端换热器换热面积的大小，基本不受换热器制造材料性能的限制。

但平均吸热温度则受限于两个方面：

(1)烟气温度，平均吸热温度必然低于烟气平均放热温度；

(2)热能动力循环换热设备制造材料的耐温极限。

根据传热学的基本原理，对于如图2所示的典型锅炉换热设备模型，存在以下关系式：

tw<tm<tf

式中：tw、tm、tf分别为工质温度、换热设备金属材料温度、烟气温度。

并且换热管金属材料温度tm是高温烟气tf和工质tw的函数：

tm＝f(tw,tf)

由于金属材料温度tm必须低于金属的耐温极限温度，即：tm<tm-max，所以在烟温过高的区域(比如现有燃煤锅炉的炉膛)需要布置较低温的受热面，例如现有锅炉受热面水冷壁。现有以水为工质的锅炉受热面的典型布置如图3所示。从图中可以看出，烟气最高的区域布置水冷壁，这是受限于材料耐温极限的限制，这个区域的锅炉不可逆损失最大，而省煤器等低温受热面布置在较低的烟气区是受烟气温度的限制。

为解决现有锅炉中存在的技术难题，本发明提出了一种烟气调温燃煤高效发电锅炉，其烟气流程如图4所示。通过从中温烟气段出口引m2的烟气量送入燃烧设备，将燃烧设备中燃烧产生的m1烟气量的烟气降温至适宜的温度范围800℃～1100℃。

假定循环烟气抽口温度为500℃，燃料燃烧产生m1烟气的为1800℃，此时：

m2≈1.6m1

m2+m1≈2.6m1

因此，通过本发明可以大幅度提高高温烟气可用烟气量，这个温区的烟气可以满足布置高温受热面的需求，同时高温烟气冷却器2的换热管金属材料温度不会超过金属耐温的极限温度。进而大幅度降低传统锅炉炉膛中换热过程的不可逆损失，提高燃煤发电机组效率。