一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统

1.本发明涉及燃煤锅炉技术领域，具体涉及一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统。


背景技术：

2.目前，能源特点决定了中国以煤为主的一次能源生产和消费格局在较长时间内不会改变。众所周知，燃煤是大气环境中二氧化硫、氮氧化物、烟尘的主要来源之一。2009、2010、2011年，全国在用锅炉数量分别为59.52万台、60.73万台、62.03万台，其中中小锅炉占锅炉总台数的98%以上，总量逐年上升。2012年，中小锅炉排放1234.4万吨so2、1387.0万吨no
x
、1086.7万吨烟尘，分别占锅炉总排放量的58.3%、59.4%、87.8%。电站锅炉的总耗煤量比中小锅炉大得多，但其污染物排放量却远低于中小锅炉，主要原因是电站锅炉采用了先进的脱硫、脱硝、除尘技术，部分燃煤锅炉的污染物排放量已低于天然气锅炉。因此，燃煤≠污染，将治理环境污染简化为用天然气代替燃煤显然是一个误区。据统计，我国工业用天然气价格约为同样热值燃煤价格的3~5倍，正因为如此，尽管国家为燃气发电提供了大量的经济补贴，但大多数仍然亏损，处于长期停机状态。然而，燃煤与天然气的差价足以弥补中小锅炉加装类似电站锅炉烟气净化装置的费用，若能扭转“燃煤=污染”的错误观念，将会开创节能减排的新局面。
3.热电联产是一种非常高效的能源综合利用方式，目前主要是利用大型燃煤电厂来实现，但存在两个主要问题：第一，大型燃煤电厂常常远离热用户，输送过程的热损失太大；第二，供热抽汽将降低机组的发电效率，特别是对于季节性的采暖供汽，很难同时兼顾供汽与高效发电。目前，先进的中小型煤粉锅炉效率已超过90%，参数优化设计的背压式汽轮机内效率也可以达到80%~85%以上，与大型锅炉和汽轮机的差异并不大；若将大功率机组供热的输送热损失和对发电效率影响考虑在内，采用就近布置的中小锅炉+背压式汽轮机的分布式热电联产系统更具节能优势。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提供一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，解决了热电联产不便同时兼顾供汽与发电的问题。
5.本发明采用的技术方案为：一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，包括燃煤锅炉、烟气净化装置、背压式透平、第一换热装置、第二换热装置和回热装置；所述燃煤锅炉的烟气出口连接有烟气净化装置；所述燃煤锅炉的蒸汽出口通过管路连接有背压式透平，所述燃煤锅炉的蒸汽出口与背压式透平之间的管路上连接有调节装置；所述背压式透平的输出轴连接有第一换热装置，所述背压式透平的透平乏汽出口连接有第二换热装置，所述第二换热装置的凝结水出口通过回热装置与燃煤锅炉的进水口连接。
6.进一步地，所述调节装置包括主汽阀和调节阀；所述燃煤锅炉的蒸汽出口与背压式透平之间的管路上分别连接有主汽阀和调节阀。
7.更进一步地，所述回热装置包括给水泵和回热器；所述第二换热装置的凝结水出口分别通过给水泵和回热器与燃煤锅炉的进水口连接。
8.更进一步地，所述第一换热装置为压缩式热泵/制冷机。
9.更进一步地，所述第二换热装置为吸收式热泵/制冷机或换热站。
10.更进一步地，所述燃煤锅炉的烟气出口与烟气净化装置之间连接有低温省煤器。
11.更进一步地，所述背压式透平的输出轴还连接有发电机。
12.本发明的优点：本发明提供了一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，通过燃煤锅炉与烟气净化装置、特殊参数背压式透平、压缩式热泵/制冷机、吸收式热泵/制冷机等在内的新型高效环保冷热电多联供系统，以克服现有技术中的问题；本发明运行时，燃煤锅炉产生的高温蒸汽进入背压式透平膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵/制冷机，若有电力需求也可以驱动发电机发电；在冬季供暖期，背压式透平的透平乏汽驱动吸收式热泵或直接进入换热站，与背压式透平驱动的压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，背压式透平的透平乏汽驱动吸收式制冷机，与背压式透平驱动的压缩式制冷机共同承担供冷负荷，利用上述综合供热方案，可以将燃料消耗量降低到锅炉直接供热方案的50%~70%，燃料成本只有燃气锅炉直接供热方案的15%~25%，在供冷方面也可以节能15%~40%；本发明系统具有节能、环保、燃料成本低等诸多优势，尽管初投资比符合环保要求的燃气采暖锅炉高很多，但燃料成本只有燃气锅炉直接供热方案的15%~25%，足以弥补设备投入的提高，且节能优势明显，可行性高，具有显著的经济效益、社会效益和应用前景。
13.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
14.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
15.图1是本发明实施例1的示意图；图2是本发明实施例2的示意图；图3是本发明实施例3的示意图；图4是本发明实施例4的示意图；图5是本发明实施例5的示意图。
16.图中：1-燃煤锅炉、2-烟气净化装置、3-背压式透平、4-第一换热装置、 5-吸收式热泵/制冷机；6-主汽阀、7-调节阀、 8-回热器、9-给水泵、10-发电机、11-换热站、12-低温省煤器。
具体实施方式
17.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.参考图1至图5，一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，包括燃煤锅炉1、烟气净化装置2 、背压式透平3、第一换热装置4、第二换热装置和回热装置；燃煤锅炉1容量一般在20t/h~220 t/h，可以针对冷、热用户灵活配置、就近安装，减少能量输送损失；燃煤锅炉1的烟气出口连接有烟气净化装置2；燃煤锅炉1的蒸汽出口通过管路连接有背压式透平3，燃煤锅炉1的蒸汽出口与背压式透平3之间的管路上连接有调节装置，优选地，调节装置包括主汽阀6和调节阀7；即燃煤锅炉1的蒸汽出口与背压式透平3之间的管路上分别连接有主汽阀6和调节阀7；背压式透平3的输出轴连接有第一换热装置4，第一换热装置4为压缩式热泵/制冷机，压缩式热泵/制冷机为一体机，可以根据需要在制热/制冷模式间自由转换；背压式透平3的透平乏汽出口连接有第二换热装置，优选地，第二换热装置为吸收式热泵/制冷机5或换热站11；且吸收式热泵/制冷机也为一体机，可以根据需要在制热/制冷模式间自由转换；第二换热装置的凝结水出口通过回热装置与燃煤锅炉1的进水口连接；优选地，回热装置包括给水泵9和回热器8；第二换热装置的凝结水出口分别通过给水泵9和回热器8与燃煤锅炉1的进水口连接；。
20.本发明提供了一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，采用高效环保的中小型煤粉锅炉、流化床锅炉或其它型式的高效环保锅炉，通过增加除尘、脱硫、脱硝等先进烟气净化装置使其污染物排放达到严格的环保要求，煤粉锅炉效率已超过90%，流化床锅炉也可达到88%，技术成熟可靠，结合烟气净化装置可以使排放物烟尘≤5mg/nm3、so2≤ 35mg/nm3、nox ≤ 50mg/nm3，满足环保要求，燃煤锅炉1的容量一般在20t/h~220 t/h，采用的压缩式热泵/制冷机和吸收式热泵/制冷机5均为一体机，可以根据需要在制热/制冷模式间自由转换，本系统仅在有供热或供冷需求时工作，其它时段处于停机状态，本系统的主蒸汽压力可以选择中压(3.0~4.5mpa)、次高压(4.5~7.0mpa)、高压(7.0~10.0mpa)和超高压(10.0~13.5mpa)，主蒸汽温度的选择原则是：保证背压式透平3乏汽温度比乏汽压力对应的饱和温度高，但不超过50℃；燃煤锅炉1产生的高温蒸汽进入背压式透平3膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵/制冷机，在冬季供暖期，背压式透平3的透平乏汽驱动吸收式热泵或直接进入换热站，与背压式透平3驱动的压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，背压式透平3的透平乏汽驱动吸收式制冷机，与背压式透平3驱动的压缩式制冷机共同承担供冷负荷；本系统可以采用单炉单机组合，也可以采用多炉单机、单炉多机或多炉多机组合。
21.本发明的一实施例中，燃煤锅炉1的烟气出口与烟气净化装置2之间连接有低温省煤器12，燃煤锅炉1的锅炉烟气通过低温省煤器12降温。
22.本发明的一实施例中，背压式透平3的输出轴还连接有发电机10，若有电力需求也可以驱动发电机10发电，背压式透平3可以同时驱动发电机10和压缩式热泵/制冷机，也可以只驱动发电机10或压缩式热泵/制冷机；若只驱动发电机10时，系统供热/供冷仅由透平乏汽提供。
23.实施例1一种基于中小型燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，如图1所示，该系统主要
由燃煤锅炉1、烟气净化装置2、背压式透平3、压缩式热泵/制冷机、吸收式热泵/制冷机5、主汽阀6、调节阀7、回热器8、给水泵9以及其它辅助设备组成。系统的工作流程是：燃煤锅炉1产生的高参数蒸汽经由主汽阀6和调节阀7进入背压式透平3膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵/制冷机；背压式透平3的透平乏汽进入吸收式热泵/制冷机5，放热冷凝后的凝结水经由给水泵9增压和回热器8加热，再次回到燃气锅炉1，完成一个循环。在冬季供暖期，吸收式热泵与压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，吸收式制冷机与压缩式制冷机共同承担供冷负荷；通过调节锅炉燃料量来实现系统与冷热负荷的匹配。锅炉排气由烟气净化装置2净化。
24.该实施例的回热器数量、阀门配置以及辅助设备等都可以根据需要变化，只要不改变本实施例的基本思路和发明宗旨，仍属于本实施例的等效实施或者变更。
25.实施例2一种基于中小型燃煤锅炉的高效环保供热系统，如图2所示，该系统主要由燃煤锅炉1、烟气净化装置2、背压式透平3、压缩式热泵、换热站11、主汽阀6、调节阀7、回热器8、给水泵9以及其它辅助设备组成。系统的工作流程是：燃煤锅炉1产生的高参数蒸汽经由主汽阀6和调节阀7进入背压式透平膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵；背压式透平3的透平乏汽进入换热站11，放热冷凝后的凝结水经由给水泵9增压和回热器8加热，再次回到燃煤锅炉1，完成一个循环。该系统只在冬季供暖期运行，吸收式热泵与换热站11共同承担供暖负荷，通过调节锅炉燃料量来实现系统与热负荷的匹配。锅炉排气由烟气净化装置1净化。
26.该实施例的回热器数量、阀门配置以及辅助设备等都可以根据需要变化，也可以将换热站11更改为吸收式热泵，只要不改变本实施例的基本思路和发明宗旨，仍属于本实施例的等效实施或者变更。
27.实施例3一种基于中小型燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，如图3所示，系统主要由燃煤锅炉1、烟气净化装置2、背压式透平3、压缩式热泵/制冷机、吸收式热泵/制冷机5、主汽阀6、调节阀7、回热器8、给水泵9、发电机10以及其它辅助设备组成。系统的工作流程是：燃煤锅炉1产生的高参数蒸汽经由主汽阀6和调节阀7进入背压式透平膨胀做功，其输出功同时驱动压缩式热泵/制冷机和发电机10，根据电能需求的大小确定负荷分配方案；背压式透平3的透平乏汽进入吸收式热泵/制冷机5，放热冷凝后的凝结水经由给水泵9增压和回热器8加热，再次回到燃煤锅炉1，完成一个循环。在冬季供暖期，吸收式热泵与压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，吸收式制冷机与压缩式制冷机共同承担供冷负荷；通过调节锅炉燃料量来实现系统与冷热电负荷的匹配。锅炉排气由烟气净化装置1净化。
28.该实施例的回热器数量、阀门配置以及辅助设备等都可以根据需要变化，只要不改变本实施例的基本思路和发明宗旨，仍属于本实施例的等效实施或者变更。
29.实施例4一种基于中小型燃煤锅炉的高效环保热电联供系统，如图4所示，系统主要由燃煤锅炉1、烟气净化装置2、背压式透平3、压缩式热泵、换热站11、主汽阀6、调节阀7、回热器8、给水泵9、发电机10以及其它辅助设备组成。系统的工作流程是：燃煤锅炉1产生的高参数蒸汽经由主汽阀6和调节阀7进入背压式透平膨胀做功，其输出功同时驱动压缩式热泵和发电
机10，根据电能需求的大小确定负荷分配方案；背压式透平3的透平乏汽进入换热站11，放热冷凝后的凝结水经由给水泵9增压和回热器8加热，再次回到燃煤锅炉1，完成一个循环。该系统只在冬季供暖期运行，吸收式热泵与换热站11共同承担供暖负荷，通过调节锅炉燃料量来实现系统与热、电负荷的匹配。锅炉排气由烟气净化装置1净化。
30.该实施例的回热器数量、阀门配置以及辅助设备等都可以根据需要变化，也可以将换热站11更改为吸收式热泵，只要不改变本实施例的基本思路和发明宗旨，仍属于本实施例的等效实施或者变更。
31.实施例5一种基于中小型燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，如图1所示，系统主要由燃煤锅炉1、烟气净化装置2、背压式透平3、压缩式热泵/制冷机、吸收式热泵/制冷机5、主汽阀6、调节阀7、回热器8、给水泵9、低温省煤器12以及其它辅助设备组成。系统的工作流程是：燃煤锅炉1产生的高参数蒸汽经由主汽阀6和调节阀7进入背压式透平膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵/制冷机；背压式透平3的透平乏汽与低温省煤器12产生的热水共同进入吸收式热泵/制冷机5，放热冷凝后的凝结水经由给水泵9增压和回热器8加热，再次回到燃煤锅炉1，完成一个循环。在冬季供暖期，吸收式热泵与压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，吸收式制冷机与压缩式制冷机共同承担供冷负荷；通过调节锅炉燃料量来实现系统与冷热负荷的匹配。锅炉烟气经低温省煤器12降温后由烟气净化装置1净化。
32.该实施例的回热器数量、阀门配置以及辅助设备等都可以根据需要变化，低温省煤器12产生的热水也可以有其它用途，也可以增加发电机10（参照实施例3和实施例4），也可以不供冷（参照实施例2和实施例4），只要不改变本实施例的基本思路和发明宗旨，仍属于本实施例的等效实施或者变更。
33.本发明提供了一种基于燃煤锅炉的高效环保综合能源供应系统，通过燃煤锅炉与烟气净化装置、特殊参数背压式透平、压缩式热泵/制冷机、吸收式热泵/制冷机等在内的新型高效环保冷热电多联供系统，以克服现有技术中的问题；本发明运行时，燃煤锅炉产生的高温蒸汽进入背压式透平膨胀做功，其输出功直接驱动压缩式热泵/制冷机，若有电力需求也可以驱动发电机发电；在冬季供暖期，背压式透平3的透平乏汽驱动吸收式热泵或直接进入换热站，与背压式透平3驱动的压缩式热泵共同承担供暖负荷；在夏季供冷期，背压式透平3的透平乏汽驱动吸收式制冷机，与背压式透平3驱动的压缩式制冷机共同承担供冷负荷，利用上述综合供热方案，可以将燃料消耗量降低到锅炉直接供热方案的50%~70%，燃料成本只有燃气锅炉直接供热方案的15%~25%，在供冷方面也可以节能15%~40%；本发明系统具有节能、环保、燃料成本低等诸多优势，尽管初投资比符合环保要求的燃气采暖锅炉高很多，但燃料成本只有燃气锅炉直接供热方案的15%~25%，足以弥补设备投入的提高，且节能优势明显，可行性高，具有显著的经济效益、社会效益和应用前景。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。