一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统及运行方法

摘要

本发明公开了一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统及运行方法，该系统采用分级省煤器、分隔平行烟道的布置方式，并且配有烟气调节挡板和调节阀门，省煤器布置有给水调节阀组，通过给水调节阀组可以实现烟气、工质间换热流程的调整，从而实现对SCR脱硝装置进口温度的精确控制。同时，通过调节空气预热器与前置省煤器的流量比例，实现能量的梯级利用，提高灵活运行模式下的能量利用效率。本发明可为燃煤电站灵活性改造、节能减排改造、新建机组设计采用。

权利要求

1.一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，其特征在于：包括沿烟气流向依次布置在锅炉(1)烟道中的省煤器(2)和SCR脱硝装置(4)，SCR脱硝装置(4)后烟道分为两个平行分隔烟道，一侧分隔烟道沿烟气流向依次布置一号烟气挡板(51)和空气预热器(53)，另一侧分隔烟道沿烟气流向布置二号烟气挡板(52)、一号分流 前置省煤器(54)和二号分流 前置省煤器(55)；

所述省煤器(2)下部端口通过管路经二号给水调节阀(302)和一号给水调节阀(301)与分流一号前置省煤器(54)水出口相连；二号给水调节阀(302)与一号给水调节阀(301)之间的管路通过五号给水调节阀(305)与水冷壁给水入口相连；省煤器(2)上部端口经三号给水调节阀(303)与水冷壁给水入口相连；省煤器(2)上部端口经四号给水调节阀(304)和六号给水调节阀(306)与分流一号前置省煤器(54)水出口相连；水冷壁给水入口经过七号给水调节阀(307)与分流一号前置省煤器(54)水出口相连；分流一号前置省煤器(54)水出口经过九号给水调节阀(309)与高压加热器组(6)水出口相连汇合后再通过八号给水调节阀(308)与一号分流前置省煤器(54)水入口相连；一号分流前置省煤器(54)水入口与二号分流前置省煤器(55)水出口相连；二号分流前置省煤器(55)水入口通过十号给水调节阀(310)与给水泵(7)水出口相连；高压加热器组(6)水入口与给水泵(7)水出口相连。

2.如权利要求1所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，其特征在于：所述一号分流前置省煤器(54)的面积为省煤器(2)面积的0.1至0.3倍。

3.如权利要求1所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，其特征在于：所述一号分流前置省煤器(54)的面积为二号分流前置省煤器(55)面积的0.5至0.8倍。

4.如权利要求1所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，其特征在于：所述一号给水调节阀(301)、二号给水调节阀(303)、三号给水调节阀(303)和四号给水调节阀(304)为电动自动调节阀。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种构型自适应高效 灵活清洁燃煤发电系统的运行方法，其特征在于：高压加热器组(6)部分给水经一号分流前置省煤器(54)加热后送入省煤器(2)，部分给水直接送入省煤器(2)，通过调节一号给水调节阀(301)至七号给水调节阀(307)的调节阀组，从而改变省煤器(2)中烟气与给水的顺流和逆流关系,从而调节SCR脱硝装置(4)的入口烟气温度满足SCR脱硝装置(4)工作温度区间要求，具体调节方法为，测量SCR脱硝装置(4)的入口烟气温度：

1)若测量SCR脱硝装置(4)入口烟气温度高于其最高工作温度，首先关闭七号给水调节阀(307)，若SCR脱硝装置(4)入口烟气温度仍高于其最高工作温度，关闭四号给水调节阀(304)、五号给水调节阀(305)和六号给水调节阀(306)，打开一号给水调节阀(301)、二号给水调节阀(302)和三号给水调节阀(303)，从而使给水从省煤器(2)下部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)上部端口流出进入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为逆流关系；

同时，增大一号烟气挡板(51)开度并减小二号烟气挡板(52)开度，从而降低一号分流前置省煤器(54)的出口水温；

2)若测量SCR脱硝装置(4)入口温度低于其最高工作温度，逐渐打开四号给水调节阀(304)、五号给水调节阀(305)和六号给水调节阀(306)，并逐渐关闭一号给水调节阀(301)和3号给水调节阀(303)，使给水从省煤器(2)上部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)下部端口流出进入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为顺流关系；若SCR脱硝装置(4)入口烟气温度仍低于其最低工作温度时，逐渐打开七号给水调节阀(307)，使得部分给水经旁路直接进入水冷壁；同时，减小一号烟气挡板(51)开度、增大二号烟气挡板(52)开度，从而提高一号分流前置省煤器(54)的出口水温；

当燃煤发电系统需要快速升负荷时，增大十号给水调节阀(310)开度，减小八号给水调节阀(308)的开度，增大九号给水调节阀(309)的开度，将给水泵(7)出口水部分经旁路送入二号分流前置省煤器(55)加热后再送入一号分流前置省煤器(54)中加热，从而减少高压加热器组(6)的汽轮机抽汽量增大汽轮机的输出功率。

6.如权利要求5所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统的运行方法，其特征在于：所述SCR脱硝装置(4)的工作温度区间为300℃～400℃。

7.如权利要求5所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统的运行方法，其特征在于：调节一号烟气挡板(51)和二号烟气挡板(52)的开度，其运行目标为烟气出口的烟气温度最低。

8.如权利要求7所述的一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统的运行方法，其特征在于：所述二号烟气挡板(52)的烟气流量占总烟气流量的20％～40％。

说明书

一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统及运行方法

技术领域

[0001] 本发明属于燃煤发电领域，具体涉及构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统及运行方法。

背景技术

[0002] 我国能源资源的主要特征为富煤、贫油、少气，为保障能源安全，煤炭将在未来相当长的时间内作为我国一次能源消费的主体。这当中，又有超过50％的煤炭(这一比例还将
逐年升高)用于发电。我国能源发展的长期目标为“推进能源生产和消费革命，构建清洁低
碳、安全高效的能源体系”。因此，我国可再生能源发电装机容量迅速增长。但是，风能、太阳
能发电时变特性强烈，而我国电网调峰能力不足，造成弃风、弃光问题严峻。

[0003] 为此，燃煤发电机组热力系统的运行特征由稳态工况为主像频繁调峰为主转变，热力系统长时间处于调峰运行过程。选择催化还原(SCR)是燃煤电站应用最广泛的脱硝技
术。但是，在低负荷时SCR脱硝装置入口烟气温度下降，导致SCR脱硝装置偏离温度运行区
间，燃煤电站烟气脱硝效率大幅度下降。为此，亟待开发适应燃煤电站灵活运行模式的宽负
荷脱硝燃煤发电系统。

[0004] 但是，现有可以实现燃煤发电系统宽负荷脱硝的系统结构存在影响燃煤电站效率等问题。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出了一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统及运行方法，该系统采用分级省煤器、分隔平行烟道的布置方式，
并且配有烟气调节挡板和调节阀门，省煤器布置有给水调节阀组，通过给水调节阀组可以
实现烟气、工质间换热流程的调整，从而实现对SCR脱硝装置进口温度的精确控制。同时，通
过调节空气预热器与前置省煤器的流量比例，实现能量的梯级利用，提高灵活运行模式下
的能量利用效率。

[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，包括沿烟气流向依次布置在锅炉1烟道中的省煤器2和SCR脱硝装置4，SCR脱硝装置4后烟道分为两个平行分隔烟道，一侧分隔
烟道沿烟气流向依次布置一号烟气挡板51和空气预热器53，另一侧分隔烟道沿烟气流向布
置二号烟气挡板52、分流一号前置省煤器54和分流二号前置省煤器55；

[0008] 所述省煤器2下部端口通过管路经二号给水调节阀302和一号给水调节阀301与分流一号前置省煤器54水出口相连；二号给水调节阀302与一号给水调节阀301之间的管路通
过五号给水调节阀305与水冷壁给水入口相连；省煤器(2)上部端口经三号给水调节阀303
与水冷壁给水入口相连；省煤器(2)上部端口经四号给水调节阀304和六号给水调节阀306
与分流一号前置省煤器54水出口相连；水冷壁给水入口经过七号给水调节阀307与分流一
号前置省煤器54水出口相连；分流一号前置省煤器54水出口经过九号给水调节阀309与高
压加热器组6水出口相连汇合后再通过八号给水调节阀308与一号分流前置省煤器54水入
口相连；一号分流前置省煤器54水入口与二号分流前置省煤器55水出口相连；二号分流前
置省煤器55水入口通过十号给水调节阀310与给水泵7水出口相连；高压加热器组6水入口
与给水泵7水出口相连。

[0009] 所述一号分流前置省煤器54的面积为省煤器2面积的0.1至0.3倍。

[0010] 所述一号分流前置省煤器54的面积为二号分流前置省煤器55面积的0.5至0.8倍。

[0011] 所述一号给水调节阀301、二号给水调节阀303、三号给水调节阀303和四号给水调节阀304为电动自动调节阀。

[0012] 所述的一种构型自适应灵活清洁协同燃煤发电系统的运行方法，高压加热器组6部分给水经一号分流前置省煤器54加热后送入省煤器2，部分给水直接送入省煤器2，通过
调节一号给水调节阀301至七号给水调节阀307的调节阀组，从而改变省煤器(2)中烟气与
给水的顺流和逆流关系,从而调节SCR脱硝装置4的入口烟气温度满足SCR脱硝装置4工作温
度区间要求，具体调节方法为，测量SCR脱硝装置4的入口烟气温度：

[0013] 1)若测量SCR脱硝装置4入口烟气温度高于其最高工作温度，首先关闭七号给水调节阀307，若SCR脱硝装置4入口烟气温度仍高于其最高工作温度，关闭四号给水调节阀304、
五号给水调节阀305和六号给水调节阀306，打开一号给水调节阀301、二号给水调节阀302
和三号给水调节阀303，从而使给水从省煤器(2)下部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)
上部端口流出进入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为逆流关系；同时，增大一号烟
气挡板51开度并减小二号烟气挡板52开度，从而降低一号分流前置省煤器54的出口水温；

[0014] 2)若测量SCR脱硝装置4入口温度低于其最高工作温度，逐渐打开四号给水调节阀304、五号给水调节阀305和六号给水调节阀306，并逐渐关闭一号给水调节阀301和3号给水
调节阀303，使给水从省煤器(2)上部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)下部端口流出进
入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为顺流关系；若SCR脱硝装置4入口烟气温度仍低
于时其最低工作温度时，逐渐打开七号给水调节阀307，使得部分给水经旁路直接进入水冷
壁；同时，减小一号烟气挡板51开度、增大二号烟气挡板52开度，从而提高一号分流前置省
煤器54的出口水温；

[0015] 当燃煤发电系统需要快速升负荷时，增大十号给水调节阀310开度，减小八号给水调节阀308的开度，增大九号给水调节阀309的开度，将给水泵7出口水部分经旁路送入二号
分流前置省煤器55加热后再送入一号分流前置省煤器54中加热，从而减少高压加热器组6
的汽轮机抽汽量增大汽轮机的输出功率。

[0016] 所述SCR脱硝装置4的工作温度区间为300℃～400℃；

[0017] 调节一号烟气挡板51和二号烟气挡板52的开度，其运行目标为烟气出口的烟气温度最低。

[0018] 所述二号烟气挡板52的烟气流量占总烟气流量的20％～40％。

[0019] 本发明系统可以灵活调节省煤器中的吸热量分配，同时实现对SCR脱硝装置入口温度的精确控制，与此同时获得脱硝运行效率限制下的最高燃煤发电效率。本发明可为燃
煤电站灵活性改造、节能减排改造、新建机组设计采用。

[0020] 和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

[0021] (1)本发明可扩大SCR系统脱硝运行区间，可以实现全工况高效脱硝；

[0022] (2)本发明相比烟气旁路技术可以提高锅炉效率0.3％～0.8％；

[0023] (3)本发明可以实现燃煤发电机组3％额定负荷/分钟以上的变负荷运行，同时提高燃煤发电机组快速变负荷运行时的发电效率和脱硝效率。

附图说明

[0024] 图1为本发明系统构成示意图。

[0025] 图2为案例燃煤发电机组采用本发明SCR入口烟气温度对比图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0027] 如图1所示，本发明一种构型自适应高效灵活清洁燃煤发电系统，包括沿烟气流向依次布置在锅炉1烟道中的省煤器2和SCR脱硝装置4，SCR脱硝装置4后烟道分为两个平行分
隔烟道，一侧分隔烟道沿烟气流向依次布置一号烟气挡板51和空气预热器53，另一侧分隔
烟道沿烟气流向布置二号烟气挡板52、分流一号前置省煤器54和分流二号前置省煤器55；
所述省煤器2下部端口通过管路经二号给水调节阀302和一号给水调节阀301与分流一号前
置省煤器54水出口相连；二号给水调节阀302与一号给水调节阀301之间的管路通过五号给
水调节阀305与水冷壁给水入口相连；省煤器(2)上部端口经三号给水调节阀303与水冷壁
给水入口相连；省煤器(2)上部端口经四号给水调节阀304和六号给水调节阀306与分流一
号前置省煤器54水出口相连；水冷壁给水入口经过七号给水调节阀307与分流一号前置省
煤器54水出口相连；分流一号前置省煤器54水出口经过九号给水调节阀309与高压加热器
组6水出口相连汇合后再通过八号给水调节阀308与一号分流前置省煤器54水入口相连；一
号分流前置省煤器54水入口与二号分流前置省煤器55水出口相连；二号分流前置省煤器55
水入口通过十号给水调节阀310与给水泵7水出口相连；高压加热器组6水入口与给水泵7水
出口相连。

[0028] 作为本发明的优选实施方式，所述一号分流前置省煤器54的面积为省煤器2面积的0.1至0.3倍，这样系统的技术经济性最好,同时系统效率最高。

[0029] 作为本发明的优选实施方式，所述一号分流前置省煤器54的面积为二号分流前置省煤器55面积的0.5至0.8倍，这样系统的技术经济性最好,同时系统效率最高。

[0030] 作为本发明的优选实施方式，所述一号给水调节阀301、二号给水调节阀303、三号给水调节阀303和四号给水调节阀304为电动自动调节阀，这样可以提高系统的调节性能。

[0031] 本发明所述的一种构型自适应灵活清洁协同燃煤发电系统的运行方法，高压加热器组6部分给水经一号分流前置省煤器54加热后送入省煤器2，部分给水直接送入省煤器2，
通过调节一号给水调节阀301至七号给水调节阀307的调节阀组，从而改变省煤器(2)中烟
气与给水的顺流和逆流关系,从而调节SCR脱硝装置4的入口烟气温度满足SCR脱硝装置4工
作温度区间要求，具体调节方法为，测量SCR脱硝装置4的入口烟气温度：

[0032] 1)若测量SCR脱硝装置4入口烟气温度高于其最高工作温度，首先关闭七号给水调节阀307，若SCR脱硝装置4入口烟气温度仍高于其最高工作温度，关闭四号给水调节阀304、
五号给水调节阀305和六号给水调节阀306，打开一号给水调节阀301、二号给水调节阀302
和三号给水调节阀303，从而使给水从省煤器(2)下部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)
上部端口流出进入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为逆流关系；同时，增大一号烟
气挡板51开度并减小二号烟气挡板52开度，从而降低一号分流前置省煤器54的出口水温；

[0033] 2)若测量SCR脱硝装置4入口温度低于其最高工作温度，逐渐打开四号给水调节阀304、五号给水调节阀305和六号给水调节阀306，并逐渐关闭一号给水调节阀301和3号给水
调节阀303，使给水从省煤器(2)上部端口进入省煤器(2)然后从省煤器(2)下部端口流出进
入水冷壁,此时省煤器(2)中的烟气与给水为顺流关系；若SCR脱硝装置4入口烟气温度仍低
于时其最低工作温度时，逐渐打开七号给水调节阀307，使得部分给水经旁路直接进入水冷
壁；同时，减小一号烟气挡板51开度、增大二号烟气挡板52开度，从而提高一号分流前置省
煤器54的出口水温；

[0034] 当燃煤发电系统需要快速升负荷时，增大十号给水调节阀310开度，减小八号给水调节阀308的开度，增大九号给水调节阀309的开度，将给水泵7出口水部分经旁路送入二号
分流前置省煤器55加热后再送入一号分流前置省煤器54中加热，从而减少高压加热器组6
的汽轮机抽汽量增大汽轮机的输出功率。

[0035] 所述SCR脱硝装置4的工作温度区间为300℃～400℃；

[0036] 调节一号烟气挡板51和二号烟气挡板52的开度，其运行目标为烟气出口的烟气温度最低。

[0037] 所述二号烟气挡板52的烟气流量占总烟气流量的20％～40％，这样锅炉运行效率最高。

[0038] 本发明系统可以在机组运行于不同区间时切换系统构型，从而维持SCR入口烟气温度在SCR脱硝催化剂活性最适宜的运行区间。如图2所示，某燃煤发电机组采用本发明的
系统及运行方法，经过计算在整个0.3至1.0负荷率区间内，SCR入口烟气温度均可以控制在
310℃以上。

[0039] 同时，本发明可以提高燃煤发电机组效率，维持规律效率在各个负荷率下保持在92％以上，相比烟气旁路技术，提高锅炉效率0.3％～0.8％。

[0040] 另外，本发明可以提升机组的爬坡速率，某燃煤发电机组采用本发明的系统及运行方法，经过计算可以使变负荷速率提升至3％额定负荷/分钟以上，同时调节相关阀门开
度可以保证SCR装置的脱硝效率。