一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统及方法 |
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申请号 | CN201510946947.6 | 申请日 | 2015-12-17 | 公开(公告)号 | CN105423275A | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
申请人 | 沈阳航空航天大学; | 发明人 | 杨天华; 梅鹏; 孙洋; 开兴平; 贺业光; 李润东; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及 生物 质 直燃电厂烟气余热利用领域,具体地来讲为一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统及方法。该系统包括:在烟气管道内设置第一换热器;设置的用于 烘焙 燃料 的烘焙室;在所述烘焙室内设置的第二换热器;用于给所述第一换热器提供冷凝 水 ,并将换热后的经过所述第一换热器第一次热交换后的冷凝水经过所述第二换热器第二次热交换后提供动 力 和冷却的 循环水 系统;用于控制所述系统运行的控制系统。本发明使用循环水系统间接利用烟气余热对燃料进行提前烘焙,最大限度地利用烟气余热来优化燃料的燃烧特性,极大地提高了电厂经济效益。 | ||||||
权利要求 | 1.一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统,其特征在于,该系统包括: |
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说明书全文 | 一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及生物质直燃电厂烟气余热利用领域,具体地来讲为一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统及方法。 背景技术[0003] 生物质直燃电厂锅炉排烟温度通常约为200℃,这一部分余热在未经过利用的情况下直接排入大气,从而造成能源浪费和环境热污染问题。另一方面,生物质电厂中使用的生物质通常为秸秆、木屑等,燃料中的水分含量较高,未经提前烘焙的燃料由于粘结力增加,容易造成输送管道的堵塞,增大进料的难度。燃料在锅炉内燃烧时所含水分蒸发会消耗大量的热量,既降低了锅炉热效率,同时也导致燃料的实际热值降低,炉温难以达到设定值从而影响系统的稳定性。除此之外,在水蒸气含量较高的环境中,烟气中气态碱金属更容易在管壁受热面处附着并形成原电池,从而造成管壁的沉积腐蚀问题,降低锅炉的传热效率并威胁到系统的安全运行。 [0004] 因此在考虑对烟气余热的利用的同时还要考虑对燃料的提前烘焙,由于从工艺和成本角度考虑烟气因含尘量过大难以作为燃料提前烘焙的直接热源使用。如果能通过循环水系统间接实现烟气余热对燃料的提前烘焙,不仅能提高锅炉的热效率,还能有效缓解因燃料所含高水分所带来的一系列锅炉问题。 发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统,能够降低生物质直燃电厂的排烟温度以提高锅炉的热效率,并在实现烟气余热综合利用的同时使用循环水系统,间接利用烟气余热对生物质燃料进行提前烘焙从而提高燃料热值并有效缓解因燃料所含高水分所带来的一系列锅炉问题。 [0006] 另一方面还提供一种生物质直燃电厂烟气余热利用方法。 [0007] 本发明采用的技术方案为: [0008] 本发明一方面提供一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统,该系统包括: [0009] 在烟气管道内设置第一换热器; [0010] 设置用于烘焙燃料的烘焙室; [0011] 在所述烘焙室内设置的第二换热器; [0012] 用于给所述第一换热器提供冷凝水,并将换热后的经过所述第一换热器第一次热交换后的冷凝水经过所述第二换热器第二次热交换后提供动力和冷却的水循环系统; [0013] 用于控制所述系统运行的控制系统。 [0014] 系统进一步地,所述水循环系统包括: [0015] 水容器,给第一换热器提供冷凝水源头; [0016] 水泵,将水容器内的冷凝水强制循环流经布置在气管道内的第一换热器; [0017] 冷却塔,用于将经过所述第二换热器换热后的冷凝水冷却至常温。 [0018] 系统进一步地,所述控制系统包括: [0021] 采集冷凝水流量,设置在水循环系统回路中的流量传感器; [0022] 控制水循环系统中水泵电源功率的变频器; [0023] 接收温度数据、相对湿度数据以及流量数据,并根据接收的数据控制变频器输出功率的控制器。 [0024] 系统进一步地,所述控制器根据烟气相对湿度计算烟气管道末端烟气对应的露点温度,将其与控制器接收的烟气温度数据值作比较; [0025] 烟气管道末端烟气温度低于烟气露点温度时,自动减少循环水流量以提高末端烟气温度,使得排烟温度升高至露点温度以上; [0026] 当烟气管道末端烟气温度高于烟气露点温度时,增大循环水流量以降低末端烟气温度,使排烟温度接近露点温度。 [0027] 本发明还提供一种生物质直燃电厂烟气余热利用方法,该方法包括: [0028] 采用换热器将烟气管道内的热量进行第一次热交换得到高温的冷凝水; [0029] 将热交换后的冷凝水在烘焙室内对燃料进行第二次热交换得到降温后的冷凝水; [0030] 将降温后的冷凝水进行冷却后再次对烟气管道内的热量采用所述第一次热交换完成一个循环; [0031] 对上述步骤进行自动控制。 [0032] 方法进一步地, [0033] 自动控制过程包括: [0034] 采集烟气管道末端烟气温度; [0035] 采集烟气管道末端烟气相对湿度; [0036] 采集冷凝水流量; [0037] 根据温度、相对湿度以及冷凝水流量,根据温度和相对湿度,改变冷凝水流量从而控制第一次热交换的程度与第二热交换的程度。 [0038] 方法进一步地,根据温度、相对湿度以及冷凝水流量,根据温度和相对湿度,改变冷凝水流量包括: [0039] 根据相对湿度计算烟气管道末端烟气对应的露点温度,将其与烟气温度值作比较; [0040] 烟气管道末端烟气温度低于烟气露点温度时,自动减少循环水流量以提高末端烟气温度,使得排烟温度升高至露点温度以上; [0041] 当烟气管道末端烟气温度高于烟气露点温度时,增大循环水流量以降低末端烟气温度,使排烟温度接近露点温度。 [0042] 使烟气中水蒸气达到饱和时的温度就叫作“露点温度”。露点温度与烟气中的相对湿度相对应,根据烟气的相对湿度,控制器能计算出烟气的露点温度。在利用烟气余热的过程中时烟气温度会逐渐降低,为了避免烟气温度降低到其露点温度以下,导致烟气中的部分水蒸气凝结并引发锅炉管壁的腐蚀问题,故需要设置自动控制系统。 [0043] 本发明与现有技术相比,有益效果在于:本发明使用循环水系统间接利用烟气余热对燃料进行提前烘焙,最大限度地利用烟气余热,极大地提高了电厂经济效益。具体而言,本发明具有以下优点: [0044] 1)本发明有效利用了生物质直燃电厂锅炉尾部烟气余热,进一步降低排烟温度以减少对周围环境的热污染,并提高了锅炉热效率; [0045] 2)本发明选择用循环水换热系统间接利用烟气余热,以简单的工艺实现了对生物质燃料的提前烘焙,既能提高燃料燃烧的热值,也能有效减缓因燃料所含高水分所带来的一系列锅炉问题; [0046] 3)本发明的循环水系统中作为热量传输工质的凝结水始终循环使用,节约了水资源; [0048] 图1为本发明实施例提供的系统总体结构示意图。 具体实施方式[0049] 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仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0050] 本发明实施例为一种生物质直燃电厂烟气余热利用方法,采用换热器将烟气管道内的热量进行第一次热交换得到高温的冷凝水; [0051] 将热交换后的冷凝水在烘焙室内对燃料进行第二次热交换得到降温后的冷凝水; [0052] 将降温后的冷凝水进行冷却后再次对烟气管道内的热量进行所述第一次热交换完成一个循环; [0053] 为了实现水流量的自动控制满足对烟气管道末端烟气温度的要求,因此需要采集烟气管道末端烟气温度;采集烟气管道末端烟气相对湿度;采集冷凝水流量;根据温度、相对湿度以及冷凝水流量,根据温度和相对湿度,改变冷凝水流量从而控制第一次热交换的程度与第二热交换的程度。具体为: [0054] 通过测量的相对湿度数据计算烟气管道末端烟气对应的露点温度,将其与烟气温度作比较; [0055] 烟气管道末端烟气温度低于烟气露点温度时,自动减少循环水流量以提高末端烟气温度,使得排烟温度升高至露点温度以上; [0056] 当烟气管道末端烟气温度高于烟气露点温度时,增大循环水流量以降低末端烟气温度,使排烟温度接近露点温度。 [0057] 参见图1,本发明实施例为一种生物质直燃电厂烟气余热利用系统用于实现上述的方法,在烟气管道内设置第一换热器8;设置的用于烘焙燃料的烘焙室11;在烘焙室11内设置的第二换热器12;设置用于给第一换热器8提供冷凝水,并将换热后的经过第一换热器8第一次热交换后的冷凝水经过第二换热器12第二次热交换后提供动力和冷却的水循环系统17;水循环系统17包括,水容器1,采用开放式蓄水池,提供给整个系统所需要的冷凝水,设置为水循环提供动力的水泵4,本实施例中在水容器1与第一换热器8之间设置水泵4,通过水泵4强制将水容器1内的冷凝水循环流经布置在气管道内的第一换热器8;并在水容器1与水泵4之间依次设入口止回阀2以及吸入阀3,设置冷却塔13,本实施例中,冷却塔在第二换热器12与水容器1之间设置,用于将第二换热器12出来的水冷却至常温,然后再进入到下一个循环当中。 [0059] 为了最大限度地利用烟气余热应尽可能降低排烟温度,但又避免烟气温度低于露点温度从而发生凝结现象。整个系统采用的是自动控制系统18自动控制实现。 [0060] 因此设置采集烟气管道末端烟气温度的温度传感器5;采集烟气管道末端烟气相对湿度的湿度传感器6;采集冷凝水流量,设置在水循环系统回路中的流量传感器10;本实施例中设置在截止阀9与第二换热器12之间。为了实现水流量的控制,因此设置了控制水循环系统中水流动量的变频器16与水泵4控制连接;控制系统采用的核心控制芯片为PLC控制器15,温度传感器5、湿度传感器6以及流量传感器10均与PLC控制器15的输入接口相连接,PLC控制器15的输出接口通过变频器16与水泵4相连接。当电源开关14打开时,湿度传感器6输出信号经PLC控制器15计算出烟气对应的露点温度,将其与输入的烟气温度信号值作比较,并输出一个PID控制值给变频器16,该控制值为标准模拟信号,变频器16经过运算后输出相应频率的电源信号给水泵4,从而实现水流量的自动调节。生物质直燃电厂锅炉尾部烟气管道7末端烟气温度低于烟气露点温度时,自动减少循环水流量以提高末端烟气温度,从而使得排烟温度升高至露点温度以上;当生物质直燃电厂锅炉尾部烟气管道7末端烟气温度远高于烟气露点温度时,自动增大循环水流量以降低末端烟气温度,使得排烟温度接近露点温度。从而实现在保证系统安全稳定运行的前提下,保证热力循环效率和系统经济性的最大化。 |