一种绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统及其控制方法与流程

本发明属于燃煤电厂烟气余热利用，具体地说是一种绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统及其控制方法。

背景技术：

1、新能源快速发展，但受新能源电力间歇性、波动性影响，煤电仍发挥着能源安全兜底保障作用。

2、目前，新能源电力消纳压力大、燃煤电厂碳排放量高、整体能源利用效率有待提升，可以采用绿氨掺烧、生物质掺烧、碳捕集利用与封存等3种煤电低碳化改造建设方式，以此来减少煤炭使用和碳排放，从而推进煤炭清洁高效利用，加速构建新型能源体系。绿氨是一种安全的无碳燃料，其储运成本低，利用途径广泛，可与煤炭进行灵活掺烧。利用风光等新能源电力制取绿氨，构建绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统，可有效降低燃煤电厂碳排放，并可实现烟气余热的深度利用，提高电厂整体能源利用效率。

3、发明专利

4、针对新能源电力消纳压力大、燃煤电厂碳排放量高、整体能源利用效率有待提升等问题，本发明提供一种绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统及其控制方法，以达到新能源消纳、绿氨掺烧、烟气余热深度利用等目的，助力煤电低碳化改造。

5、为此，本发明采用的技术方案如下。

6、第一方面，本发明提供一种绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统，其包括绿氨供应系统、氨煤混合燃烧系统和烟气余热利用系统；

7、所述绿氨供应系统包括液氨输送泵、液氨输送阀、氨汽化器、氨缓冲罐和氨预热器；液氨输送泵将液氨储罐中的液氨通过液氨输送阀送至氨汽化器，氨汽化器通过空预器低温旁路器的热量对液氨进行加热汽化并送入氨缓冲罐，氨气预热器通过空预器高温旁路器的热量将来自氨缓冲罐的氨气加热，以备后续掺氨燃烧；

8、所述氨煤混合燃烧系统包括磨煤机a、磨煤机b、磨煤机c、上层燃烧器、上层氨掺烧阀、中层燃烧器、中层氨掺烧阀、下层燃烧器、下层氨掺烧阀和锅炉炉膛；热一次风分别与三个磨煤机中的煤粉形成风煤混合物，分别与来自上层、中层、下层氨掺烧阀的氨气进行混合，分别送入上层、中层、下层燃烧器并在锅炉炉膛中进行低碳燃烧；

9、所述烟气余热利用系统，包括风烟模块、氨加热模块、给水加热模块和二次风预热模块；

10、所述风烟模块包括空预器、低温省煤器、电除尘器、引风机、塔前换热器、脱硫塔和烟囱；从锅炉炉膛出来的烟气通过空预器给一次风和二次风加热，从空预器出来的烟气通过低温省煤器分别给二次风热媒水和低加给水加热，从低温省煤器出来的烟气依次通过电除尘器和引风机，从引风机出来的烟气通过塔前换热器给二次风热媒水进行预热，从塔前换热器出来的烟气通过脱硫塔进行脱硫后进入烟囱排放；

11、所述氨加热模块包括氨预热器热媒水泵、氨预热器热媒水阀、氨汽化器热媒水泵、氨汽化器热媒水阀、空预器高温旁路器、空预器低温旁路器、空预器旁路进口阀和空预器旁路出口阀；从锅炉炉膛出来的一部分烟气通过空预器旁路进口阀进入空预器高温旁路器，空预器高温旁路器烟气通过换热器将氨预热器热媒水进行加热，氨预热器热媒水泵将加热后的氨预热器热媒水输送至氨预热器对氨气进行预热；空预器高温旁路器出来的烟气进入空预器低温旁路器和空预器旁路出口阀，空预器低温旁路器烟气对氨汽化器热媒水进行加热，氨汽化器热媒水泵将加热后的氨汽化器热媒水输送至氨汽化器进行加热，空预器旁路出口阀出来的烟气与空预器出口烟气汇合后一起送入低温省煤器；

12、所述给水加热模块包括第一低压加热器、第二低压加热器、第三低压加热器、低温省煤器低温段、低加进口阀、低加出口阀和凝结水增压泵；来自凝汽器的部分凝结水经过低加进口阀和凝结水增压泵送入低温省煤器低温段进行加热；另一部分主路凝结水则直接经过第一低压加热器、第二低压加热器和第三低压加热器，被来自汽轮机的蒸汽加热；被低温省煤器低温段烟气加热后的凝结水通过低加出口阀与低加主路凝结水混合，一起送入给水系统；

13、所述二次风预热模块包括送风机、二次风暖风器、二次风热媒水泵、低温省煤器高温段、塔前换热器高温段阀和塔前换热器低温段阀；送风机将来自空气的二次风送入二次风暖风器与高温二次风热媒水进行换热，被预热后的二次风进入空预器进一步加热并送入二次风箱；与二次风换热后的低温二次风热媒水在二次风热媒水泵的作用下通过塔前换热器低温段阀或塔前换热器高温段阀被送入塔前换热器进行加热，加热后的二次风热媒水进入低温省煤器高温段再次加热成高温二次风热媒水并送入二次风暖风器给二次风预热。

14、进一步地，所述绿氨掺烧的燃煤电厂烟气余热利用系统，其还包括绿氨制取系统；

15、所述绿氨制取系统包括光伏发电系统、风力发电系统、电化学制氨系统、氨气纯化器、氨气液化器和液氨储罐；所述的电化学制氨系统利用光伏发电系统和风力发电系统制取绿氨，所得氨气通过氨纯化器进行提纯并通过氨气液化器将氨气液化后存于液氨储罐。

16、第二方面，本发明提供上述燃煤电厂烟气余热利用系统的控制方法，其采用氨控制模块、给水控制模块和二次风控制模块进行控制；

17、所述的氨控制模块通过调节上层氨掺烧阀、中层氨掺烧阀、下层氨掺烧阀、氨预热器热媒水阀、氨汽化器热媒水阀、空预器旁路进口阀和空预器旁路出口阀实现氨气掺烧比例、温度和空预器出口烟温控制；

18、所述的给水控制模块通过调节低加进口阀和低加出口阀实现给水温度和低温省煤器出口烟温控制；

19、所述的二次风控制模块通过调节塔前换热器低温段阀和塔前换热器高温段阀实现二次风预热温度、低温省煤器出口烟温和塔前换热器出口烟温控制。

20、进一步地，当绿氨供应不足的时候，燃煤电厂关闭绿氨供应系统和氨煤混合燃烧系统，单独使用烟气余热利用系统的给水加热模块和二次风预热模块，从而实现电厂烟气余热的深度利用，提高电厂整体能源利用效率。

21、进一步地，所述氨控制模块的能量平衡方程包括氨气预热器和氨汽化器两部分，其中，所述氨气预热器的能量平衡方程为：

22、

23、式中，q0为空预器高温旁路器的入口烟气质量流量，η0为空预器高温旁路器烟气与氨预热器热媒水的换热效率，η1为氨预热器热媒水的散热损失，η2为氨气预热器的氨气与氨预热器热媒水的换热效率，c0为空预器高温旁路器的入口烟气综合比热，t0为空预器高温旁路器的入口烟气温度，ρ0为空预器高温旁路器的入口烟气综合密度，c1为空预器高温旁路器的出口烟气综合比热，t1为空预器高温旁路器的出口烟气温度，ρ1为空预器高温旁路器的出口烟气综合密度，q1为氨气预热器的入口氨气质量流量，c11为氨气预热器的入口氨气比热，t11为氨气预热器的入口氨气温度，ρ11为氨气预热器的入口氨气密度，c12为氨气预热器的出口氨气比热，t12为氨气预热器的出口氨气温度，ρ12为氨气预热器的出口氨气密度；

24、所述氨汽化器的能量平衡方程为：

25、

26、式中，η3为空预器低温旁路器烟气与氨汽化器热媒水的换热效率，η4为氨汽化器热媒水的散热损失，η5为氨汽化器的液氨与氨汽化器热媒水的换热效率，c2为空预器低温旁路器的出口烟气综合比热，t2为空预器低温旁路器的出口烟气温度，ρ2为空预器低温旁路器的出口烟气综合密度，q2为氨汽化器的入口液氨质量流量，c21为氨汽化器的入口液氨比热，t21为氨汽化器的入口液氨温度，ρ21为氨汽化器的入口液氨密度，c22为氨汽化器的出口氨比热，t22为氨汽化器器的出口氨温度，ρ22为氨汽化器的出口氨密度，a0为液氨的汽化潜热。

27、进一步地，所述给水控制模块的能量平衡方程为：

28、

29、式中，q3为低温省煤器的入口烟气质量流量，η6为低温省煤器低温段烟气与部分凝结水的换热效率，c31为低温省煤器低温段的入口烟气综合比热，t31为低温省煤器低温段的入口烟气温度，ρ31为低温省煤器低温段的入口烟气综合密度，c32为低温省煤器低温段的出口烟气综合比热，t32为低温省煤器低温段的出口烟气温度，ρ32为低温省煤器低温段的出口烟气综合密度，q4为凝结水增压泵送入的凝结水质量流量，c41为低温省煤器低温段换热的入口凝结水比热，t41为低温省煤器低温段换热的入口凝结水温度，ρ42为低温省煤器低温段换热的出口凝结水密度，c42为低温省煤器低温段换热的出口凝结水比热，t42为低温省煤器低温段换热的出口凝结水温度。

30、进一步地，所述二次风控制模块的能量平衡方程为：

31、

32、式中，η11为二次风与高温二次风热媒水的换热效率，η10为二次风热媒水的散热损失，η7为低温省煤器高温段与二次风热媒水的换热效率，c51为低温省煤器高温段的入口烟气综合比热，t51为低温省煤器高温段的入口烟气温度，ρ51为低温省煤器高温段的入口烟气综合密度，η8为塔前换热器高温段与二次风热媒水的换热效率，c61为塔前换热器高温段入口烟气综合比热，t61为塔前换热器高温段的入口烟气温度，ρ61为塔前换热器高温段的入口烟气综合密度，c62为塔前换热器高温段出口烟气综合比热，t62为塔前换热器高温段的出口烟气温度，ρ62为塔前换热器高温段的出口烟气综合密度，η9为塔前换热器低温段与二次风热媒水的换热效率，c63为塔前换热器低温段出口烟气综合比热，t63为塔前换热器低温段的出口烟气温度，ρ63为塔前换热器低温段的出口烟气综合密度，q5为二次风暖风器的入口二次风质量流量，c72为二次风暖风器的出口二次风比热，t72为二次风暖风器的出口二次风温度，ρ72为二次风暖风器的出口二次风密度，c71为二次风暖风器的入口二次风比热，t71为二次风暖风器的入口二次风温度，ρ71为二次风暖风器的入口二次风密度。

33、进一步地，所述的氨控制模块，当氨气掺烧温度需要提高时，其结合氨汽化器和氨气预热器的能量平衡方程，通过增大空预器旁路进口阀门开度和空预器旁路出口阀门开度来提高进入空预器旁路的烟气流量，通过增大氨预热器热媒水阀门开度和氨汽化器热媒水阀门开度来提高热媒水流量，增加与氨汽化器和氨气预热器的换热量；当氨气掺烧比例需要增加时，其通过增大上层氨掺烧阀门开度、中层氨掺烧阀门开度和下层氨掺烧阀门开度来实现。

34、进一步地，所述的给水控制模块，当给水温度需要提高时，其结合给水控制模块的能量平衡方程，通过增大低加进口阀阀门开度和低加出口阀阀门开度来提高凝结水增压泵送入凝结水流量，从而增加与低温省煤器低温段的换热量。

35、进一步地，所述的二次风控制模块，当二次风预热温度需要提高时，其结合二次风控制模块的能量平衡方程，通过减小塔前换热器高温段阀门开度，增大塔前换热器低温段阀开度来增加二次风热媒水与塔前换热器烟气的换热量，从而提高二次风热媒水温度，增加二次风与二次风热媒水的换热量。

36、本发明具有的有益效果如下：

37、1、通过利用风光等新能源电力将氮气转化为绿氨，可助力新能源消纳，促进电力中长期存储，并为氢能储运提供了一条解决思路。

38、2、将绿氨和燃煤进行不同比例掺烧，可减少煤炭使用，降低燃煤电厂的碳排放。

39、3、多级烟气余热利用系统设计，可通过氨加热模块、二次风预热模块和给水加热模块实现烟气余热深度利用，提高能源整体利用效率。

40、4、控制方法中的氨控制、给水控制和二次风控制逻辑清晰，氨控制模块通过调节上层氨掺烧阀、中层氨掺烧阀、下层氨掺烧阀、氨预热器热媒水阀、氨汽化器热媒水阀、空预器旁路进口阀、空预器旁路出口阀实现氨气掺烧比例、温度和空预器出口烟温控制；给水控制模块通过调节低加进口阀、低加出口阀实现给水温度和低温省煤器出口烟温控制；二次风控制模块通过调节塔前换热器低温段阀、塔前换热器高温段阀实现二次风预热温度、低温省煤器出口烟温和塔前换热器出口烟温控制，从而实现余热高效利用。

41、5、烟气余热利用系统设计独特，控制方法新颖有效，各部分可按设计思路使用，也可进行适当调节，保证新能源电力消纳、绿氨掺烧、烟气余热深度利用和电厂碳排放降低等。

技术实现思路