[发明专利]垃圾焚烧电厂用烟气加热再热器的超高压循环系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于以垃圾为燃料的锅炉汽水系统领域。

背景技术

随着社会经济的发展、城市化进程和人民生活水平提高，日常生活中产生的垃圾废物日益增多。生活垃圾占用土地，污染环境，对人民健康生活的影响日益突出。面对垃圾泛滥成灾的状况，世界各国已不仅限于控制和销毁垃圾这种被动“防守”，而是积极采取有力措施，科学合理地综合处置、利用垃圾。近年，利用焚烧垃圾产生的热量进行发电成为各国盛行的垃圾处置方式。垃圾中的二次能源如有机可燃物等所含的热值高，焚烧3～4吨垃圾产生的热量大约相当于1吨标准煤。中国是世界上的垃圾资源大国，如果中国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭4千万吨，其“资源效益”极为可观。

垃圾焚烧技术在世界上已有几十年的历史，技术已趋成熟，目前大部分的垃圾焚烧锅炉，参数普遍定为中温中压，即过热蒸汽压力4MPa，蒸汽温度400℃。这个参数的电厂效率是偏低的，个别电厂从节能减排的角度出发，将主蒸汽参数提高到6.5MPa，450℃。在降低能耗，发展清洁能源的大环境下，越来越不能满足节能减排的需求，研发高效垃圾焚烧发电系统成为技术发展的必然趋势。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种垃圾焚烧电厂用烟气加热再热器的超高压循环系统和方法，解决提高电厂循环效率和采用较低蒸汽初温的矛盾。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种垃圾焚烧电厂用烟气加热再热器的超高压循环方法，垃圾焚烧锅炉生成的超高压过热蒸汽的蒸汽压力≥13MPa，蒸汽温度＞400℃，过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功，之后分为两路：第一路作为再热蒸汽返回锅炉继续吸收热能，为在汽轮机低压缸里进一步做功做准备，且再热蒸汽利用烟气作为热源加热，再热蒸汽温度＞400℃，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20～30％；第二路去电厂给水加热系统，以建立电厂动力水的循环。

一种采用前述方法的垃圾焚烧电厂用烟气加热再热器的超高压循环系统，包括垃圾焚烧锅炉、汽轮机、过热器，还包括再热器，再热器安装在垃圾焚烧锅炉的炉膛或烟道内，以烟气作为热源加热再热蒸汽，汽轮机包括高压缸和低压缸，过热器产生的过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功，做功之后分为两路：第一路返回再热器作为再热蒸汽继续吸收热能，之后在汽轮机低压缸里进一步做功；第二路去电厂给水加热系统。

作为选择，过热器产生的过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功之后，第二路去电厂高加系统。

本发明中，为了提高循环效率，将过热蒸汽压力大幅提高至蒸汽压力≥13MPa的超高压过热蒸汽，提高蒸汽压力可以提高循环效率：

传统的朗肯循环详见图1的T－s图(温度-熵图)。水在水泵中被压缩升压，然后进入锅炉被加热汽化，直至成为过热蒸汽后，进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷却凝结成水，再回到水泵中，完成一个循环。

3-4过程：在水泵中水被压缩升压，过程中流经水泵的流量较大，水泵向周围的散热量折合到单位质量工质，可以忽略，因而3-4过程简化为可逆绝热压缩过程，即等熵压缩过程。

4-1过程：水在锅炉中被加热的过程本来是在外部火焰与工质之间有较大温差的条件下进行的，而且不可避免地工质会有压力损失，是一个不可逆加热过程。我们把它理想化为不计工质压力变化，并将过程想象为无数个与工质温度相同的热源与工质可逆传热，也就是把传热不可逆因素放在系统之外，只着眼于工质一侧。这样，将加热过程理想化为定压可逆吸热过程。

1-2过程：蒸汽在汽轮机中膨胀过程也因其流量大、散热量相对较小，当不考虑摩擦等不可逆因素时，简化为可逆绝热膨胀过程，即等熵膨胀过程。

2-3过程：蒸汽在冷凝器中被冷却成饱和水，同样将不可逆温差传热因素放于系统之外来考虑，简化为可逆定压冷却过程。因过程在饱和区内进行，此过程也是定温过程。

因此，朗肯循环中提高蒸汽压力可以提高循环效率，但如不提高温度将引起乏汽干度减少，产生不利后果。而对于垃圾焚烧锅炉来说，这个问题更加困难：提高蒸汽初温又要受到垃圾焚烧后引起的对受热面金属腐蚀的限制。生活垃圾中含有大量的氯、硫、钾、钠等元素，燃烧以后与氢、氧等等元素相互作用，形成强腐蚀性物质，在高温段对受热面产生高温腐蚀，尤其是在高温过热器区域。为了防止这类高温腐蚀的发生，在其他方法收效甚微的条件下，业内通常采用降低主蒸汽参数的方式，通过降低高温过热器区域金属壁温来延缓高温腐蚀速度。如此这般，很难提高垃圾电厂循环效率。