基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法

摘要

本发明公开了一种基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法，该系统包括空冷装置，其与凝结水泵连接，凝结水泵依次经凝结水升压泵、若干级低加系统、除氧器、给水泵、高加系统、锅炉，连接至汽机，汽机分别与发电机以及空冷装置连接；空冷装置包括空冷中心岛，空冷中心岛的进口与若干个冷风入口通道连通，出口与若干个热风出口通道连通，热风出口通道上均设有切换阀，切换阀包括两个阀位，其一连通至余热利用用户，其二连通至热风临时放散通道；其中，至少一个切换阀还包括第三个阀位，其经过暖风器连通至热风再循环管道母管，热风再循环管道母管上设有若干个热风再循环管道支管，一一对应汇入冷风入口通道，并连通至空冷中心岛。

权利要求

1.基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，它包括空冷装置，其与凝结水泵连接，凝结水泵依次经凝结水升压泵、若干级低加系统、除氧器、给水泵、高加系统、锅炉，连接至汽机，所述汽机分别与发电机以及空冷装置连接；所述空冷装置包括整体封闭式的空冷中心岛，空冷中心岛的进口与若干个冷风入口通道连通，出口与若干个热风出口通道连通，所述的若干个热风出口通道上均设有切换阀，所述切换阀包括两个阀位，其一连通至余热利用用户，其二连通至热风临时放散通道；其中，至少一个切换阀还包括第三个阀位，其经过暖风器连通至热风再循环管道母管，所述热风再循环管道母管上设有若干个热风再循环管道支管，若干个热风再循环管道支管一一对应汇入冷风入口通道，并连通至空冷中心岛；

所述余热利用用户包括污泥干燥用户、煤仓保温用户、电厂燃煤解冻用户、冶金化工工艺用户、炼钢厂煤解冻用户、煤泥干燥用户、垃圾燃料干燥用户、生物质物料干燥用户、主厂房热风供暖用户、对外热风供暖用户、农副产品干燥用户、锅炉燃烧用户、粉煤灰干燥用户、脱硫石膏干燥用户、其他台锅炉用户、排烟及烟囱用户；

所述锅炉燃烧用户一条通路与锅炉直接连接，锅炉燃烧用户与锅炉之间为温风管道，所述温风管道内的介质为温风I，即冷一次风I；

所述锅炉燃烧用户另一条通路通过空气预热器与锅炉连接，所述锅炉燃烧用户与空气预热器之间为热风管道I，所述热风管道I内的介质为温风II，即冷一次风II和冷二次风，所述空气预热器和锅炉之间为热风管道II，所述热风管道II内的介质为热一次风和热二次风；

另外空气预热器依次通过烟气-热水换热器、除尘器及烟气后处理装置、引风机连接至烟囱的内筒；所述排烟及烟囱用户连接至烟囱的外筒。

2.根据权利要求1所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述热风再循环管道支管汇入冷风入口通道的上游位置设有冷风入口风门。

3.根据权利要求1所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述空冷中心岛为直接空冷中心岛，为多通道分室型，所述直接空冷中心岛包括凝汽器I，所述凝汽器I的进口端通过乏汽管道I与汽机连接，出口端通过凝结水管道I与凝结水泵连接，其中，乏汽管道I以室为单位连通至凝汽器I的进口端。

4.根据权利要求1所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述空冷中心岛为间接空冷中心岛，为多通道分室型，所述间接空冷中心岛的进口端和出口端分别通过热循环水管道和冷循环水管道与凝汽器II连接，所述冷循环水管道上设有循环水泵；所述凝汽器II的进口端通过乏汽管道II与汽机连接，出口端通过凝结水管道II与凝结水泵连接，其中，热循环水管道以室为单位连通至间接空冷中心岛的进口端。

5.根据权利要求1所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述空冷中心岛内设有风机以及换热元件。

6.根据权利要求5所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述换热元件采用外翅片管，所述外翅片管采用水平式、斜顶式或立式管束布置，以及丝堵式、可卸盖板式、集合管式或分解式管箱布置。

7.根据权利要求1所述的热电耦合式能量综合利用系统，其特征在于，所述除尘器及烟气后处理装置包括除尘器、烟气后处理装置，空气预热器与除尘器之间设有烟气-热水换热器，所述烟气-热水换热器通过水媒管道连接至N级低加，N级低加还设有旁路，N为介于1与低加系统总级数之间的自然数；所述水媒管道包括热水管和冷水管，所述冷水管上设有泵。

8.一种基于热电耦合式能量综合利用系统的工作方法，热电耦合式能量综合利用系统，包括空冷装置，其与凝结水泵连接，凝结水泵依次经凝结水升压泵、若干级低加系统、除氧器、给水泵、高加系统、锅炉，连接至汽机，所述汽机分别与发电机以及空冷装置连接；所述空冷装置包括整体封闭式的空冷中心岛，空冷中心岛的进口与若干个冷风入口通道连通，出口与若干个热风出口通道连通，所述的若干个热风出口通道上均设有切换阀，所述切换阀包括两个阀位，其一连通至余热利用用户，其二连通至热风临时放散通道；其中，至少一个切换阀还包括第三个阀位，其经过暖风器连通至热风再循环管道母管，所述热风再循环管道母管上设有若干个热风再循环管道支管，若干个热风再循环管道支管一一对应汇入冷风入口通道，并连通至空冷中心岛；

所述余热利用用户包括污泥干燥用户、煤仓保温用户、电厂燃煤解冻用户、冶金化工工艺用户、炼钢厂煤解冻用户、煤泥干燥用户、垃圾燃料干燥用户、生物质物料干燥用户、主厂房热风供暖用户、对外热风供暖用户、农副产品干燥用户、锅炉燃烧用户、粉煤灰干燥用户、脱硫石膏干燥用户、其他台锅炉用户、排烟及烟囱用户；

所述锅炉燃烧用户一条通路与锅炉直接连接，锅炉燃烧用户与锅炉之间为温风管道，所述温风管道内的介质为温风I，即冷一次风I；

所述锅炉燃烧用户另一条通路通过空气预热器与锅炉连接，所述锅炉燃烧用户与空气预热器之间为热风管道I，所述热风管道I内的介质为温风II，即冷一次风II和冷二次风，所述空气预热器和锅炉之间为热风管道II，所述热风管道II内的介质为热一次风和热二次风；

另外空气预热器依次通过烟气-热水换热器、除尘器及烟气后处理装置、引风机连接至烟囱的内筒；所述排烟及烟囱用户连接至烟囱的外筒；

所述热风再循环管道支管汇入冷风入口通道的上游位置设有冷风入口风门；

所述除尘器及烟气后处理装置包括除尘器、烟气后处理装置，空气预热器与除尘器之间设有烟气-热水换热器，所述烟气-热水换热器通过水媒管道连接至N级低加，N级低加还设有旁路，N为介于1与低加系统总级数之间的自然数；所述水媒管道包括热水管和冷水管，所述冷水管上设有泵；

所述空冷中心岛为直接空冷中心岛，为多通道分室型，所述直接空冷中心岛包括凝汽器I，所述凝汽器I的进口端通过乏汽管道I与汽机连接，出口端通过凝结水管道I与凝结水泵连接，其中，乏汽管道I以室为单位连通至凝汽器I的进口端；或者所述空冷中心岛为间接空冷中心岛，为多通道分室型，所述间接空冷中心岛的进口端和出口端分别通过热循环水管道和冷循环水管道与凝汽器II连接，所述冷循环水管道上设有循环水泵；所述凝汽器II的进口端通过乏汽管道II与汽机连接，出口端通过凝结水管道II与凝结水泵连接，其中，热循环水管道以室为单位连通至间接空冷中心岛的进口端；

其特征在于，具体步骤如下：

1)与发电机连接的汽机提供动力，通过空冷中心岛实现凝汽器I或凝汽器II的真空稳定，汽机的乏汽或凝汽器II的热循环水以室为单位通入空冷中心岛，并且，从空冷中心岛的进口通入冷风，那么，出口排出凝结水和热风，凝结水回收利用，或者排出冷循环水和热风；

2)从至少一个热风出口通道上引出一条热风再循环管道母管，设置暖风器调温，根据实际温度变化情况决定是否投用，热风再循环管道支管直接汇入各个冷风入口通道，当汽机降负荷原因造成蒸汽量减少，采用热风再循环不能满足防冻要求时，关闭至少一个冷风入口风门，实现防冻目的；热风再循环管道母管上设有旁路阀，不需要热风再循环防冻时，热风通过热风出口通道接至各个余热利用用户，多余的余热通过热风临时放散通道及时放散或者排入烟囱的外筒；

3)锅炉燃烧用户一部分为锅炉直接提供温风I，一部分为空气预热器提供温风II，温风II在空气预热器中加热为热一次风和热二次风后进入锅炉，空气预热器排出的烟气依次通过烟气-热水换热器、除尘器及烟气后处理装置、引风机，进入烟囱的内筒；同时，通过烟气—热水换热器加热后的热水用来为低加系统的凝结水加热，加热后的凝结水经除氧器、给水泵、高加系统，进入锅炉，进而通过汽机驱动发电机发电。

说明书

基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能量综合利用系统，具体涉及一种基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法。属于余热利用与总能系统技术领域。

背景技术

[0002] 蒸汽动力装置的循环热效率很少超过40％，燃料发出的热量中有60％左右散发到环境中，其中绝大部分是乏汽在凝汽器中排出，由冷却水或风排入环境。这些废热的排放一方面造成了能源浪费，另一方面也加剧了城市的“热岛效应”。传统热电联合循环主要采用蒸汽或热水供暖方式利用汽机冷端热量。空气具有热容小、导热系数低等缺点，因此空冷机组的废热一度被认为不易回收，实则不然。空冷器出口的热空气介质因为无污染、可采用就地吸风等措施控制温度等独特的优点，而在解冻、供暖、干燥、燃烧用风等领域可以将其热能再利用。

[0003] 冬季为防止空气预热器低温腐蚀和堵灰，目前寒冷地区多采用暖风器加热燃烧用风(包括一二次风等)或采用热风再循环。供暖介质包括蒸汽、水和热风等。中央空调多为热风供暖。生物质或垃圾燃料干燥多采用烟气加热、空气预热器出口热风加热或炉膛内加热等措施。煤解冻的方法是采用红外线、蒸汽加热或热风再循环技术。木材干燥、种子干燥多为独立的工厂生产，需要配备独立的热风炉。

[0004] 文章“直接空冷散热器出口热空气利用的可行性研究”(李坤，熊扬恒，热力发电，2007(1):8-11)提出了一种能源回收型直接空冷系统改进方案，将空冷风机布置在直冷散热器上方将排出的风送往锅炉送风机，改善空气预热器冬季低温腐蚀问题，减少空气预热器面积。文章“火电厂直接空冷凝汽器II出口热空气作为锅炉燃烧用风的综合分析”(魏高升，刘立祥，杨立军，杜小泽，杨勇平，现代电力，2008,25(2):57-60)指出对于600MW直冷机组来讲，按照空冷中心岛内空气升温36℃计算，锅炉燃烧用风仅占空冷凝汽器II出口热空气量的2.6％，回收量非常有限，且对解决热风回流作用不大。

[0005] 文章“高炉煤气热风再循环式技术在解冻工艺的应用”(虞芳，甘肃冶金，2009,31(6)，22-26)介绍了一种高炉煤气热风循环式技术在解冻工艺中的应用，采用低热值高炉煤气燃烧热风炉，当喷吹在厢体表面及车体周围的热空气温度达到100℃以上即可满足解冻工艺要求。电厂、冶金厂等工厂的煤解冻需要大量的热风，例如，该篇文章介绍的酒泉钢铁实施例中，单座解冻室需要3座热风炉供热风。

[0006] 中国专利201110212975.7公开了一种火力发电厂燃煤锅炉排烟余热回收及减排综合应用系统。但是以往研究只考虑针对锅炉侧排烟的低能级余热利用，或只考虑汽机侧乏汽的低能级利用，而没有将汽机侧乏汽的低能级热量利用与锅炉侧的低能级利用有机的结合起来以提高全厂的余热回收效率。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法。本发明是一种热电耦合式的蒸汽动力和空气余热利用双循环的空冷火力发电机组及能量综合利用系统，不仅可以实现汽机背压较低且不易受气象影响，还可以与余热利用用户实现能量互补，并且还可以针对锅炉侧、汽机侧的低能级余热的特点，使锅炉侧、汽机侧的低能级余热都得到最大程度的利用。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0009] 基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统，它包括空冷装置，其与凝结水泵连接，凝结水泵依次经凝结水泵、凝结水升压泵、若干级低加系统、除氧器、给水泵、高加系统、锅炉，连接至汽机，所述汽机分别与发电机以及空冷装置连接；所述空冷装置包括整体封闭式的空冷中心岛，空冷中心岛的进口与若干个冷风入口通道连通，出口与若干个热风出口通道连通，所述的若干个热风出口通道上均设有切换阀，所述切换阀包括两个阀位，其一连通至余热利用用户，其二连通至热风临时放散通道；其中，至少一个切换阀还包括第三个阀位，其经过暖风器连通至热风再循环管道母管，所述热风再循环管道母管上设有若干个热风再循环管道支管，一一对应汇入冷风入口通道，并连通至空冷中心岛。

[0010] 所述锅炉包括省煤器、过热器、脱硝装置。

[0011] 所述凝结水泵与凝结水升压泵之间设有凝结水箱处理装置。

[0012] 所述热风再循环管道支管汇入冷风入口通道的上游位置设有冷风入口风门。

[0013] 所述空冷中心岛为直接空冷中心岛，为多通道分室型，所述直接空冷中心岛包括凝汽器I，所述凝汽器I的进口端通过乏汽管道I与汽机连接，出口端通过凝结水管道I与凝结水泵连接，其中，乏汽管道I以室为单位连通至凝汽器I的进口端。

[0014] 所述空冷中心岛为间接空冷中心岛，为多通道分室型，所述间接空冷中心岛的进口端和出口端分别通过热循环水管道和冷循环水管道与凝汽器II连接，所述冷循环水管道上设有循环水泵；所述凝汽器II的进口端通过乏汽管道II与汽机连接，出口端通过凝结水管道II与凝结水泵连接，其中，热循环水管道以室为单位连通至间接空冷中心岛的进口端。

[0015] 所述暖风器为蒸汽、热水、烟气、高温热风、高温油介质加热或电加热。

[0016] 所述空冷中心岛内设有风机以及换热元件。

[0017] 所述换热元件的翅片管采用外翅片管，所述外翅片管采用水平式、斜顶式或立式管束布置，以及丝堵式、可卸盖板式、集合管式或分解式管箱布置。

[0018] 所述余热利用用户包括污泥干燥用户、煤仓保温用户、电厂燃煤解冻用户、冶金化工工艺用户、炼钢厂煤解冻用户、煤泥干燥用户、垃圾燃料干燥用户、生物质物料干燥用户、主厂房热风供暖用户、对外热风供暖用户、农副产品干燥用户、锅炉燃烧用户、粉煤灰干燥用户、脱硫石膏干燥用户、其他台锅炉用户、排烟及烟囱用户。

[0019] 所述锅炉燃烧用户一条通路与锅炉直接连接，锅炉燃烧用户与锅炉之间为温风管道，所述温风管道内的介质为温风I，即冷一次风I；

[0020] 所述锅炉燃烧用户另一条通路通过空气预热器与锅炉连接，所述锅炉燃烧用户与空气预热器之间为热风管道I，所述热风管道I内的介质为温风II，即冷一次风II和冷二次风，所述空气预热器和锅炉之间为热风管道II，所述热风管道II内的介质为热一次风和热二次风；

[0021] 另外空气预热器依次通过烟气-热水换热器、除尘器及烟气后处理装置、引风机连接至烟囱的内筒；所述排烟及烟囱用户连接至烟囱的外筒。

[0022] 所述除尘器及烟气后处理装置包括除尘器、烟气后处理装置，空气预热器与除尘器之间设有烟气-热水换热器，所述烟气-热水换热器通过水媒管道连接至N级低加，N级低加还设有旁路，N为介于1与低加系统总级数之间的自然数；所述水媒管道包括热水管和冷水管，所述冷水管上设有泵。

[0023] 所述烟气后处理装置包括脱硫塔、脱碳装置、脱汞装置。

[0024] 上述热电耦合式能量综合利用系统的工作方法，具体步骤如下：

[0025] 1)与发电机连接的汽机提供动力，通过空冷中心岛实现凝汽器I或凝汽器II的真空稳定，汽机的乏汽(对于直接空冷装置而言)或凝汽器II的热循环水(对于间接空冷装置而言)以室为单位通入空冷中心岛，并且，从空冷中心岛的进口通入冷风，那么，出口排出凝结水和热风，凝结水回收利用，或者排出冷循环水和热风；

[0026] 2)从至少一个热风出口通道上引出一条热风再循环管道，设置暖风器调温，根据实际温度变化情况决定是否投用，其支管直接汇入各个冷风入口通道，当汽机降负荷等原因造成蒸汽量减少，采用热风再循环不能满足防冻要求时，关闭至少一个冷风入口风门，实现防冻目的；母管上设有旁路阀，不需要热风再循环防冻时，热风通过热风出口通道接至各个余热利用用户，多余的余热通过热风临时放散通道及时放散或者排入烟囱的外筒，不因余热利用的负荷变化而影响到汽轮机背压；

[0027] 3)锅炉燃烧用户一部分为锅炉直接提供温风I，一部分为空气预热器提供温风II，温风II在空气预热器中加热为热一次风和热二次风后进入锅炉，空气预热器排出的烟气依次通过烟气-热水换热器、除尘器及烟气后处理装置、引风机，进入烟囱的内筒；同时，通过烟气—热水换热器加热后的热水用来为低加系统的凝结水加热，加热后的凝结水经除氧器、给水泵、高加系统，进入锅炉，进而通过汽机驱动发电机发电。本发明的空气预热器所需温风II由空冷中心岛提供，利用的是汽机侧低能级的乏汽热量；烟气—热水换热器用来加热热水，热水用来加热低加中的凝结水，利用的是锅炉侧低能级的排烟热量，同时，因低温烟气腐蚀性较强，故所述烟气与低加凝结水之间采用水媒介间接加热，在发生换热器烟气泄漏事故的情况下可以防止烟气污染凝结水，保证凝结水品质及汽水系统的安全运行，必要时可以启用旁路将N级低加隔离；所述水媒管道的冷水侧设有泵提供动力。

[0028] 本发明的工作原理：

[0029] 实现本发明的关键是特殊设计的空冷装置。蒸汽动力循环的大量余热被热风吸收后，经过调温控温装置后可以被有效利用，节能效果显著。余热利用用户例如电厂燃烧用风、电厂燃料干燥用风、对主厂房热风供暖、对外热风供暖、电厂副产品加工工艺用热风、煤仓防冻保温用风、煤解冻用热风、就近保温材料厂烘窑用热风、就近水泥厂粉煤灰干燥用热风、就近冶金化工厂等工厂其他工艺用热风、农副产品干燥用热风及其他用风等。

[0030] 多余风可以就地放散或排入烟囱外筒中，不因余热利用热负荷调整而影响到汽机背压，空冷中心岛和汽机运行稳定；

[0031] 多余风排入烟囱外筒中，一方面可以提高烟囱内筒的外表面温度，从而利于烟囱内筒的防腐，另一方面可以实现间接空冷排烟塔的功能，即依靠热空气强大的升力保护烟气流不易向周向扩散，而使排烟高度提高，地面污染物浓度降低，环保效果增强，或者若在同样的排烟高度和环保效果下，则可以使烟囱高度降低，从而降低投资成本；

[0032] 因各余热利用用户对热风温度的需求不同，本发明所述的系统通过特殊设计的空冷中心岛，利用蒸汽动力循环的大量余热将环境空气先提高一定的温度(因蒸汽动力循环背压越低越好，流经空冷中心岛的热风升温幅度为100℃以内，具体工程因环境温度、换热装置的设计等而定)以后，可以针对不同用户对热风的温度需求进行调温。如果温度要求高于空冷中心岛出口风温，可以再经过再热器加热后使用(再热器的加热源可以是蒸汽、热水、烟气、高温热风、高温油等介质)，相比直接从环境空气中吸风更节能，这一点优势对于寒冷地区更加明显。如果温度要求低于空冷中心岛出口风温，可以通过就地吸风进行降温，调温方式非常灵活。

[0033] 本发明中，若选用大型汽动设备(如给水泵、送引风机)，其小汽机的空冷中心岛也可以通过与主机空冷中心岛整体或分体的方式实现空冷，并将其余热利用。

[0034] 本发明的有益效果：

[0035] 1)本发明可以形成使大型蒸汽动力循环发电机组与其他类型机组(如生物质、垃圾发电机组、烘窑、热风供暖机组等)联合运行的中心枢纽，并通过本发明可以使大型蒸汽动力循环的大量余热可被回收利用，热能利用率提高，总工程费用降低；

[0036] 2)针对几种重点的余热利用用户，主要有如下的优点：

[0037] A)对于燃用化石燃料的火力发电机组而言，用作燃烧用风时的情形如下：蒸汽冷却时释放汽化潜热的热量在空冷中心岛系统中，由环境中的冷空气吸收后成为热风，这部分热风经过调温控温装置后用作燃料燃烧用风，从而在完成蒸汽动力循环发电的同时，通过提高燃烧用风的风温，可以进一步将锅炉燃烧的效率提高，从而使全厂的经济性更好，同时，燃烧用风升温还可以改善空气预热器冬季低温腐蚀问题，在空气预热器出口热风温度一定的情况下，可以减少空预器面积；同时在空气预热器入口烟气温度一定的情况下也提高了空气预热器出口的排烟温度，本发明所述的烟气-热水换热器可以将空气预热器出口的烟气热量予以吸收并用来加热低加系统中的凝结水，实现了汽机侧低能级乏汽余热与锅炉侧低能级排烟余热的综合利用。传统方法提高燃烧用风的风温，采用另一种介质(如烟气、蒸汽等)对环境中的冷风加热，而本发明的方法是将在空冷中心岛系统中受热的空气进行能和质的双利用，节省了高能级的烟气、蒸汽的热量，利用了低能级的热风及其携带的热量。作为中心枢纽，本发明述及的方法将蒸汽动力循环的空冷工艺与燃烧用风升温这种余热利用用户联合形成的新的大工艺中，形成了空气循环，所述的空气循环不仅利用了“能”，即热能，还巧妙利用了携带这些能量的“质”，即利用了空气可以助燃的特点。实际上不仅实现了能量综合利用，还实现了能质综合利用，也就是构成了蒸汽动力循环和空气能质利用双循环的大的联合工艺，使得小的子工艺之间的能质可以优势互补，提高了全厂的经济性。

[0038] B)对于火力发电机组而言，用作干燥燃料用风时的情形如下：利用从空冷中心岛系统受热后的低能级的热风可以对生物质、垃圾、污泥、煤泥、褐煤等含水率较高的燃料进行干燥，从而降低高水分燃料燃烧的汽化潜热损失，进一步提高锅炉燃烧的效率，从而使整个机组的经济性更好。以棉花秸秆为例，有相关研究认为农作物秸秆干燥温度低于150℃即可(高于150℃时可燃成分开始挥发，颗粒物料开始有热解反应发生)，而且低于沸点(100℃)时，温度增加对干燥速率影响较大，而在高温干燥阶段后这种影响将减弱。传统的高水分燃料干燥多采用抽取高温炉烟干燥甚至在炉内燃烧过程中干燥，牺牲了大量高能级的热量，本发明利用大量中低温的余热热风即可实现对高水分物料的干燥，节约了高温炉烟的高品位热量；同时还巧妙利用了携带这些能量的“质”，即利用了空气不携带有害杂质的特点，与高温炉烟干燥燃料相比，不会造成灰尘、腐蚀性元素(如氯)在燃料中的积聚，从而利于锅炉设备的防腐耐磨。

[0039] C)用作供暖用热风时的情形如下：可以实现类似中央空调的热风供暖功能，传统空调热风供暖的方法是环境中的冷空气通过电加热或热泵循环后吸热成为热风后供暖，本发明将在空冷中心岛系统中受热后的热风用于供暖，对热风及其携带的能量进行能和质的双利用，不仅实现了低品位能量的高效再利用，还巧妙利用了携带这些能量的“质”，即利用了空气无毒无害的特点。

[0040] D)针对不同余热利用用户，通过简便地调温方式，可以最大限度的提高能量分级利用效果。因各余热利用用户对热风温度的需求不同，本发明所述的特殊设计的空冷中心岛系统，利用蒸汽动力循环的大量余热将环境空气先提高一定的温度(因为一般来讲，蒸汽动力循环背压越低，汽机做功能力越好，所以流经空冷中心岛系统的热风升温幅度原则上控制在100℃以内，具体工程因环境温度、换热装置的选型等工程设计条件而定)以后，可以针对不同用户对热风的温度需求再进行调温。如果温度要求高于空冷中心岛系统出口风温，可以再经过暖风器加热后使用(暖风器可以是蒸汽、热水、烟气、高温热风、高温油等介质加热或电加热等，原理及结构与现有技术基本相同，暖风器热源来自其他系统，不属于本专利述及的范围)，相比用户直接从环境空气中吸风能量分级利用效果更突出，更节能，这一点优势对于寒冷地区更加明显。如果温度要求低于空冷中心岛系统出口风温，可以通过就地吸风进行降温，调温方式非常灵活、简便。

[0041] E)整体封闭式的机力通风采用强制对流换热，与传统的取风方式(自然通风或机力辅助自然通风)相比，汽轮机背压较低，而且减少了环境风的风向及风速等气象因素对冷却效果的影响，特别是彻底解决了直接空冷机组的热风回流问题，汽轮机背压稳定，夏季、冬季安全运行；同时，机力通风会增加一部分厂用电，但本发明通过特殊设计的空冷系统，热交换后的热风可以再利用，从而通过稳定汽轮机背压和热风能质利用两种方式在全厂运行中提高总的经济性。

[0042] F)在整体封闭式的空冷中心岛系统中设置热风再循环母管、支管及风门，解决了传统直接空冷中心岛的冬季防冻问题；

[0043] G)多余风通过专门设置的通道可以就地放散或排入烟囱外筒中，不因余热利用热负荷调整而影响到汽机背压，从而保证空冷中心岛系统和汽机岛运行稳定。

[0044] H)当多余风排入烟囱外筒时，利于烟囱内筒的防腐，也利于提高排烟的环保效果。对于防腐，传统方法是通过提高排烟温度，设置昂贵的防腐层来减少结露及其危害，而本发明的方法通过在烟囱内筒和外筒之间通入温暖的热风，与以往的内筒直接暴露于环境冷空气中相比，提高了烟囱内筒的外表面温度，从而减少了内筒壁上结露腐蚀的危害，从而可以使排烟温度降低，使排烟热损失减小。对于排烟环保，依靠内筒和外筒之间热风强大的升力保护内筒中排出的烟气流不易向周向扩散，在同样的烟囱高度下可以使排烟高度提高，环保效果增强，或者若在同样的排烟高度和环保效果下，则可以使烟囱高度降低，从而降低投资成本。

[0045] I)本发明的设计理念是热与电两种产品耦合式生产，在发电的同时实现热风的能质利用，并且通过对热风的能质利用程度的调节，增加了工作的柔性。当电价较低时，可以通过适当增加汽机背压降低发电功率，同时也增加了空冷中心岛系统的散热量，在本发明述及的方法和系统中，通过冷空气吸收这部分热量成为热风后，各个余热利用用户进一步将这些热风及其携带的热量用于生产。

附图说明

[0046] 图1是基于直接空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法结构示意图；

[0047] 图2是基于间接空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统及工作方法结构示意图；

[0048] 图3是空冷装置的结构示意图；

[0049] 其中1.空冷中心岛，2.乏汽或热循环水管道，3.凝结水或冷循环水管道，4.冷风入口通道(包括4-1～4-N)，5.热风出口通道(包括5-1～5-N)，6.热风临时放散通道(包括6-1～6-N)，7.切换阀，8.暖风器，9.热风再循环管道母管，10.热风再循环管道支管，11.冷风入口风门，12.直接空冷中心岛，13.间接空冷中心岛，14.汽机，15.发电机，16.空气预热器，17.除尘器及烟气后处理装置，18.引风机，19.烟囱的外筒，20.烟囱的内筒，21.烟气-热水换热器，22.燃料，23.凝汽器II，24.凝结水泵，25.凝结水箱处理装置，
26.凝结水升压泵，27.1级至N-1级低加，28.N级低加，29.N+1级至M级低加，30.N级低加旁路，31.除氧器，32.给水泵，33.锅炉，34.高加，35.泵，36.循环水泵；

[0050] A为污泥干燥用户，B为煤仓保温用户，C为电厂燃煤解冻用户，D为冶金化工工艺用户，E为炼钢厂煤解冻用户，F为煤泥干燥用户，G为垃圾燃料干燥用户，H为生物质物料干燥用户，I为主厂房热风供暖用户，J为对外热风供暖用户，K为农副产品干燥用户，L为锅炉燃烧用户，M为粉煤灰干燥用户，N为脱硫石膏干燥用户，O为其他台锅炉用户，P为其他用户，Q为多余风就地放散，R为排烟及烟囱用户。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

[0052] 如图1～2所示，本发明是一种基于空冷装置的热电耦合式能量综合利用系统，它包括空冷装置，其与凝结水泵24连接，凝结水泵24依次经凝结水升压泵26、若干级低加系统、除氧器31、给水泵32、高加系统34、锅炉33，连接至汽机14，所述汽机14分别与发电机15以及空冷装置连接；所述空冷装置包括整体封闭式的空冷中心岛1，空冷中心岛的进口与若干个冷风入口通道4(包括4-1～4-N)连通，出口与若干个热风出口通道5(包括5-1～5-N)连通，所述的若干个热风出口通道5(包括5-1～5-N)上均设有切换阀7，所述切换阀7包括两个阀位，其一连通至余热利用用户，其二连通至热风临时放散通道6(包括
6-1～6-N)；其中，至少一个切换阀还包括第三个阀位，其经过暖风器8连通至热风再循环管道母管9，所述热风再循环管道母管9上设有若干个热风再循环管道支管10，一一对应汇入冷风入口通道4(包括4-1～4-N)，并连通至空冷中心岛1。

[0053] 所述锅炉33包括省煤器、过热器、脱硝装置。

[0054] 所述凝结水泵24与凝结水升压泵26之间设有凝结水箱处理装置25。

[0055] 所述热风再循环管道支管10汇入冷风入口通道4(包括4-1～4-N)的上游位置设有冷风入口风门11。

[0056] 所述空冷中心岛1为直接空冷中心岛12，为多通道分室型，所述直接空冷中心岛12包括凝汽器I，所述凝汽器I的进口端通过乏汽管道I与汽机14连接，出口端通过凝结水管道I与凝结水泵24连接，其中，乏汽管道I以室为单位连通至凝汽器I的进口端。

[0057] 所述空冷中心岛1为间接空冷中心岛13，为多通道分室型，所述间接空冷中心岛13的进口端和出口端分别通过热循环水管道和冷循环水管道与凝汽器II23连接，所述冷循环水管道上设有循环水泵36；所述凝汽器II23的进口端通过乏汽管道II与汽机14连接，出口端通过凝结水管道II与凝结水泵24连接，其中，热循环水管道以室为单位连通至间接空冷中心岛13的进口端。

[0058] 所述暖风器8为蒸汽、热水、烟气、高温热风、高温油介质加热或电加热。

[0059] 所述空冷中心岛1内设有风机以及换热元件。

[0060] 所述换热元件的翅片采用常规翅片管技术，采用水平式、斜顶式或立式管束布置，以及丝堵式、可卸盖板式、集合管式或分解式管箱布置。

[0061] 所述余热利用用户包括污泥干燥用户A、煤仓保温用户B、电厂燃煤解冻用户C、冶金化工工艺用户D、炼钢厂煤解冻用户E、煤泥干燥用户F、垃圾燃料干燥用户G、生物质物料干燥用户H、主厂房热风供暖用户I、对外热风供暖用户J、农副产品干燥用户K、锅炉燃烧用户L、粉煤灰干燥用户M、脱硫石膏干燥用户N、其他台锅炉用户O、其他用户P、多余风就地放散Q、排烟及烟囱用户R。

[0062] 所述锅炉燃烧用户L一条通路与锅炉33直接连接，锅炉燃烧用户L与锅炉33之间为温风管道，所述温风管道内的介质为温风I，即冷一次风I；

[0063] 所述锅炉燃烧用户L另一条通路通过空气预热器16与锅炉33连接，所述锅炉燃烧用户L与空气预热器16之间为热风管道I，所述热风管道I内的介质为温风II，即冷一次风II和冷二次风，所述空气预热器16和锅炉33之间为热风管道II，所述热风管道II内的介质为热一次风和热二次风；

[0064] 另外空气预热器16依次通过烟气-热水换热器21、除尘器及烟气后处理装置17、引风机18连接至烟囱的内筒20；所述排烟及烟囱用户R连接至烟囱的外筒19。

[0065] 所述除尘器及烟气后处理装置17包括除尘器、烟气后处理装置，空气预热器16与除尘器之间设有烟气-热水换热器21，所述烟气-热水换热器21通过水媒管道连接至N级低加28，其两侧分别为1级至N-1级低加27和N+1级至M级低加29，M、N均为自然数，M＞N≥1，N级低加还设有N级低加旁路30，N为介于1与低加系统总级数之间的自然数；所述水媒管道包括热水管和冷水管，所述冷水管上设有泵35。

[0066] 所述烟气后处理装置包括脱硫塔、脱碳装置、脱汞装置。

[0067] 上述热电耦合式能量综合利用系统的工作方法，具体步骤如下：

[0068] 1)与发电机15连接的汽机14提供动力，通过空冷中心岛1实现凝汽器I或凝汽器II23的真空稳定，汽机14的乏汽(对于直接空冷装置而言)或凝汽器II23的热循环水(对于间接空冷装置而言)以室为单位通入直接空冷中心岛12或间接空冷中心岛13，并且，从直接空冷中心岛12或间接空冷中心岛13的进口通入冷风，那么，出口排出凝结水和热风，凝结水回收利用，或者排出冷循环水和热风；

[0069] 2)从至少一个热风出口通道5(包括5-1～5-N)上引出一条热风再循环管道，设置暖风器8调温，根据实际温度变化情况决定是否投用，其热风再循环管道支管10直接汇入各个冷风入口通道4(包括4-1～4-N)，当汽机14降负荷等原因造成蒸汽量减少，采用热风再循环不能满足防冻要求时，关闭至少一个冷风入口风门11，实现防冻目的；热风再循环管道母管9上设有旁路阀，不需要热风再循环防冻时，热风通过热风出口通道5(包括5-1～5-N)接至各个余热利用用户，多余的余热通过热风临时放散通道6(包括6-1～6-N)及时放散或者排入烟囱的外筒19，不因余热利用的负荷变化而影响到汽轮机背压；

[0070] 3)锅炉燃烧用户L一部分为锅炉33直接提供温风I，一部分为空气预热器16提供温风II，温风II在空气预热器16中加热为热一次风和热二次风后进入锅炉33，空气预热器16排出的烟气依次通过烟气-热水换热器21、除尘器及烟气后处理装置17、引风机18，进入烟囱的内筒20；同时，通过烟气-热水换热器21为低加系统的凝结水加热，加热后的凝结水经除氧器31、给水泵32、高加34，进入锅炉33，进而通过汽机14驱动发电机15发电。

[0071] 以下部分将针对不同的余热利用用户进行举例说明。

[0072] 实施例1：

[0073] 为锅炉燃烧用户L提供锅炉燃烧用风。

[0074] 可以节省暖风器投资和暖风器用汽或热水消耗量，节约高品位能源。本发明通过特殊设计的空冷中心岛，采用整体封闭式和多通道分室强制通风冷却设计，彻底解决热风回流问题，且可以实现同时对不同的余热利用负荷按需配风。

[0075] 实施例2：

[0076] 为对外热风供暖用户J热风供暖。

[0077] 传统供暖的方法之一是采用热电联合循环，供暖介质为蒸汽或水；传统供暖的方法之二是采用中央空调，供暖介质为水或热风。本发明的热源为直接空冷中心岛，吸收蒸汽动力循环余热后的热风用于供暖，可以利用蒸汽动力循环的余热实现大型中央空调的功能，从而节约了高品位的能源。

[0078] 实施例3：

[0079] 为电厂燃煤解冻用户C、炼钢厂煤解冻用户E煤解冻输送热风。

[0080] 传统的方法是采用红外线、蒸汽加热。

[0081] 本发明通过特殊设计的空冷中心岛，利用蒸汽动力循环的大量余热将环境空气先提高温度以后，再经过暖风器加热到100℃以上即可为煤解冻工艺使用，从而起到了节能的作用。暖风器的加热源可以是蒸汽、热水、烟气、高温热风、高温油等媒介加热或采用电加热等。

[0082] 实施例4：

[0083] 为煤泥干燥用户F提供燃料干燥用风。

[0084] 目前电厂用作燃料的包括煤、油、气、污泥、生物质、垃圾等资源。其中，煤、污泥、生物质、垃圾等资源中的水分是不可燃杂质。以煤为例，煤中水分含量增加，煤中可燃成分相对减少，发热量降低；水分多，会增加着火热，使着火推迟；水分多，会降低炉内温度，使着火困难，燃烧也不完全，机械和化学不完全燃烧热损失会增加；煤中水分会吸热变成水蒸气并随同烟气排出炉外，增加烟气量而使排烟热损失增大，降低锅炉效率；同时使引风机电耗增大，也为低温受热面的积灰、腐蚀创造了条件(著作“电厂锅炉原理及设备”，叶江明，中国电力出版社，第14-15页)。因此，工程上希望能降低燃料中的水分含量。水分包括外在水分和内在水分，其中外在水分指原煤试样在温度(20±1)℃、相对湿度(65±1)％的空气中自然风干后失去的水分，主要是在开采、运输、洗选和贮存期间，附着在煤粒表面的外在水分，例如因雨雪、地下水或人工润湿等进入煤中的外在水分；内在水分需在较高温度下才能从煤样中除掉。采用本发明，可以将原料湿煤泥脱水干燥，可以在保证被干燥煤泥、褐煤质量不变的前提下，将煤泥脱水至含水13％以下，提高燃烧效率，使煤炭资源更加充分利用。

[0085] 实施例5：

[0086] 为生物质物料干燥用户H提供热风，生物质用作能源，需要先对其进行干燥(使其含湿量降到15％以内)。“秸秆干燥过程的实验研究与理论分析”(雷廷宙，大连理工大学博士学位论文，2006，第7页)报道，在收获季节，玉米秸秆的初始含水量通常在50％以上，而生物质气化、液化、固化等利用方式都要求将含水率控制在15％以下。

[0087] 对于生物质燃料充足的地区，采用本发明，可以采用热风实现对生物质燃料、垃圾燃料的物料干燥，或在现有的干燥系统中增加一级中低温热风(低于150℃)干燥系统；同时，生物质发电机组或垃圾发电机组与传统大型化石燃料机组可以联合建造，因生物质燃料易于点火，还可以取消启动锅炉房的建造，由生物质发电机组为传统大型化石燃料机组的启动提供蒸汽，从而进一步降低了工程费用，特别是取消了启动锅炉房的闲置折旧费用。

[0088] 由热力学原理可知，烘干是利用未饱和空气流经湿物体，吸收其中水分的过程。本发明进空冷中心岛的为环境冷空气，出空冷中心岛的为热空气，升温提高了空气的吸湿能力。当从空冷中心岛出来的热空气流经正常处于环境温度下的物料时，将会发生烘干吸湿过程。因此，本发明可以实现利用蒸汽动力循环的大量余热对物料进行干燥。

[0089] “棉花秸秆干燥特性的高温综合热分析”(周汝雁，张全国，黄浩，华中农业大学学报，2006,25(5)，571-574)以棉花秸秆为例，认为农作物秸秆干燥温度低于150℃即可(高于150℃时可燃成分开始挥发，颗粒物料开始有热解反应发生)，而且低于沸点(100℃)时，温度增加对干燥速率影响较大，而在高温干燥阶段后这种影响将减弱。传统的生物质干燥技术多采用高温炉烟或高温蒸汽干燥，本发明利用大量中低温的余热热风即可实现生物质物料的干燥，节约了高温炉烟或高温蒸汽的高品位热量。

[0090] 实施例6：

[0091] 为垃圾燃料干燥用户G提供热风。

[0092] 对于垃圾燃料充足的地区，采用本发明，可以采用热风实现对垃圾燃料的物料干燥。中国专利200410094197.6公开了一种低质垃圾焚烧炉以及具有发电设备的低质垃圾焚烧系统，将燃烧室划分为干燥区域、主燃烧区域、后燃烧区域，在炉内对垃圾进行干燥后燃烧。本发明利用大量中低温的余热热风即可实现垃圾物料的干燥，节约了炉膛内的高品位热量。

[0093] 实施例7：

[0094] 保温材料厂烘窑用热风。传统的烘窑设计，一般采用乏汽辐射和空气自然对流传热来加热物料，热媒一般为乏汽，乏汽盘管布置在烘窑内。“热风供暖技术在烘窑设计中的应用”(刘更宏，石化技术与应用，1999,1,31-33)在保温材料厂的烘窑内增设了一套强制通风系统，其喷口出风温度80℃左右、风速8m/s、喷口直径40mm、喷口倾角45°，并在烘窑地面下设一组加热盘管后，烘窑内物料的烘干时间由原来的4天减少到1.8天。本发明的热源为空冷中心岛，吸收蒸汽动力循环余热后的热风被送入烘窑内干燥物料，经济效益显著。

[0095] 实施例8：

[0096] 为煤仓保温用户B提供煤仓保温防冻用风。GB50049-2011规定，在严寒地区，金属煤粉仓及靠近厂房外墙或外露的混凝土煤粉仓和原煤仓应有防冻保温措施。本发明可以为煤仓提供防冻保温用风。

[0097] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。