一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，属于生物质能源利用技术领域。该系统包括生物质锅炉、汽轮机、乏汽换热器、凝汽器、冷却塔、锅炉给水加热器、烟气减排余热回收一体式机组、烟气喷淋水换热器、烟囱、电网、末端电热泵、用户换热器以及连接管路和阀门；烟气减排余热回收一体式机组包括脱硫塔和余热回收塔。本实用新型专利技术通过在用户侧采用电动热泵混水供热的形式降低热网回水温度，从而通过直接换热，梯级回收电厂内的烟气冷凝潜热和乏汽余热，增加生物质电厂的供热能力，获得最佳的生物质能源综合利用效率。

A biomass cogeneration system with simultaneous recovery of exhaust steam and flue gas waste heat

The utility model provides a biomass cogeneration system which can recover exhaust steam and flue gas waste heat at the same time, belonging to the technical field of biomass energy utilization. The system includes biomass boiler, steam turbine, spent steam heat exchanger, condenser, cooling tower, boiler feed water heater, flue gas emission reduction waste heat recovery integrated unit, flue gas spray water heat exchanger, chimney, power grid, end electric heat pump, user heat exchanger and connecting pipeline and valve; flue gas emission reduction waste heat recovery integrated unit includes desulfurization tower and waste heat recovery tower. The utility model reduces the return water temperature of the heat supply network by adopting the electric heat pump mixed water heating form at the user side, so that through direct heat exchange, the latent heat of the flue gas condensation and the residual heat of the exhaust steam in the cascade recovery power plant can increase the heating capacity of the biomass power plant and obtain the best comprehensive utilization efficiency of the biomass energy.

【技术实现步骤摘要】
一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统
本技术提出一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，属于生物质能源利用

技术介绍
生物质作为可再生能源的重要组成部分，对于保障能源安全、减少温室气体碳排放等具有重要意义。我国2017年生物质发电项目共有747个，累计装机容量达1476.2万kW，发电替代燃煤约2200万吨，而根据统计，我国生物质发电可替代燃煤的潜力每年4.6亿吨标煤，所以生物质发电具有广阔的发展前景。但目前生物质电厂由于受生物质资源分布不均匀和原料收集半径的制约，发电成本较高，往往只能依靠补贴维持运行。而常规的生物质热电联产在发电的同时进行集中供热，牺牲了抽汽做功发电的能力，虽然经济性优于单纯的生物质发电厂，但由于热电比较低，经济性依然较差。与此同时，生物质电厂内大量的余热尚未被合理利用，散失到环境中造成能源的浪费。如生物质锅炉燃烧产生的烟气，经过处理后仍在50℃以上直接排放至大气中，烟气中的冷凝潜热未被充分利用；还有汽轮机的乏汽，通过空冷或水冷换热器冷却为凝结水后再返回生物质锅炉，这部分热量也白白损失掉了。对于纯凝发电的生物质电厂，这两部分余热约占燃料输入热量的70％以上。根据文献调研结果，目前生物质热电联产领域尚无同时回收乏汽余热和烟气冷凝潜热的系统。例如专利技术专利201310554417.8提出的一种生物质高效能热电联产系统，直接将烟气排放至大气中，产生的乏汽通过冷却水塔冷凝为凝结水；例如技术专利201720980001.6提出的一种生物质热气机热电联产系统，采用烟气和水换热器回收部分烟气余热，但由于是热网水与烟气直接换热，很难将烟气冷凝热充分回收。例如技术专利201721534445.3提出的一种分布式生物质直燃热电联产系统，回收了部分乏汽余热用于ORC(OrganicRankineCycle，有机工质朗肯循环)发电，但仍有大部分乏汽热量通过蒸发式冷凝器排放至大气中，同时烟气余热也未进行利用。对于乏汽余热和烟气冷凝潜热，在传统的燃煤热电联产或燃气蒸汽联合循环应用场景下，已有部分专利提出了回收的方法。例如专利技术专利201110407567.7提出的一种基于多效复叠喷射式换热的乏汽余热回收热电联产系统，在燃煤热电联产机组中直接采用抽汽驱动喷射式热泵回收乏汽余热用于供热；专利技术专利201110271116.5提出的一种零能源损耗热电厂的燃蒸循环热电冷三联系统与方法，在燃气蒸汽联合循环电厂中采用抽汽驱动吸收式热泵回收乏汽余热和烟气冷凝潜热，并在热力站增设吸收式换热机组增大供回水温差强化余热回收的效果等。但上述回收乏汽余热和烟气冷凝潜热的方法无法直接应用于生物质热电联产系统中，原因有二：一是装机规模的不同。上述专利对应的机组装机规模较大，对应热用户距离也较远，在末端热力站设置吸收式换热机组来增加输送温差，而生物质热电联产受燃料收集因素的限制，装机规模较小，对应热用户的负荷和距离也较小，往往以村镇为供热对象，甚至可以采用一级系统，热源与用户直接通过热网连接，规模的不同使得整个系统的构成有所区别；第二是热网参数的不同，已有技术中都采用热网加热器将热网水温加热到110℃以上，同时热网水温差也达到90℃以上，而对于分布式的生物质热电联产系统，热网水直接供应热用户并且输送距离短，所以热网供水温度较低，无法直接利用已有燃煤热电联产或燃气蒸汽联合循环的方法进行系统设计。为了突破生物质热电联产领域尚无乏汽余热和烟气冷凝潜热全回收系统研究的现状，克服生物质热电联产小型化、分布式所带来余热全回收的应用难题，本技术提出了一种可回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服已有生物质热电联产技术余热浪费的问题，提出了一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统。通过在用户侧采用电动热泵混水供热的形式降低热网回水温度，从而通过直接换热，梯级回收电厂内的烟气冷凝潜热和乏汽余热，增加生物质电厂的供热能力，获得最佳的生物质能源综合利用效率。为了实现上述目的，本技术提出了三种不同的技术方案，分别如下：本技术提出的一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，该系统包括生物质锅炉、汽轮机、乏汽换热器、凝汽器、冷却塔、锅炉给水加热器、烟气减排余热回收一体式机组、烟气喷淋水换热器、烟囱、电网、末端电热泵、用户换热器以及连接管路和阀门；所述烟气减排余热回收一体式机组包括脱硫塔和余热回收塔；各设备的连接关系为：所述生物质锅炉的高温蒸汽出口与汽轮机的蒸汽入口相连，汽轮机的乏汽出口分别通过带有阀门的管道与乏汽换热器和凝汽器的高温侧乏汽入口相连，乏汽换热器和凝汽器的高温侧出水口汇合后依次通过锅炉给水加压泵、锅炉给水加热器与生物质锅炉的上水入口相连，汽轮机的抽汽出口与锅炉给水加热器的进汽口相连；冷却塔与凝汽器的低温侧通过带有冷却水循环泵的管道连通并形成环路；生物质锅炉的烟气出口依次通过脱硫塔和余热回收塔与烟囱连通，脱硫塔塔底的浆液池通过浆液循环泵与脱硫塔塔顶喷淋管相连，余热回收塔塔底的喷淋水池的第一喷淋水出口通过喷淋水循环泵与烟气喷淋水换热器高温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器高温侧的出水口与余热回收塔塔顶的喷淋管相连，余热回收塔塔底的喷淋水池的第二喷淋水出口通过设有烟气凝水泵的管道，与补水管道汇合后接入脱硫塔塔底的浆液池；所述末端电热泵的冷凝器出水口与乏汽换热器低温侧的出水口汇合后与用户换热器的入水口相连；用户换热器的出水口分为两个支路，第一支路通过混水泵与末端电热泵的冷凝器入水口相连，第二支路与末端电热泵的蒸发器入水口相连；末端电热泵的蒸发器出水口通过热网循环泵与烟气喷淋水换热器低温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器低温侧的出水口与乏汽换热器低温侧的进水口相连；所述汽轮机发电送入电网，同时末端的末端电热泵从电网接电作为驱动能源。本技术提出的第二种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，该系统包括生物质锅炉、汽轮机、乏汽换热器、凝汽器、冷却塔、锅炉给水加热器、烟气减排余热回收一体式机组、烟囱、电网、电厂电热泵、用户换热器以及连接管路和阀门；所述烟气减排余热回收一体式机组包括脱硫塔和余热回收塔；各设备的连接关系为：所述生物质锅炉的高温蒸汽出口与汽轮机的蒸汽入口相连，汽轮机的乏汽出口分别通过带有阀门的管道与乏汽换热器和凝汽器的高温侧乏汽入口相连，乏汽换热器和凝汽器的高温侧出水口汇合后依次通过锅炉给水加压泵、锅炉给水加热器与生物质锅炉的上水入口相连，汽轮机的抽汽出口与锅炉给水加热器的进汽口相连；冷却塔与凝汽器的低温侧通过带有冷却水循环泵的管道连通并形成环路；生物质锅炉的烟气出口依次通过脱硫塔、余热回收塔与烟囱连通，脱硫塔塔底的浆液池通过浆液循环泵与脱硫塔塔顶喷淋管相连，余热回收塔塔底的喷淋水池的第一喷淋水出口通过喷淋水循环泵与电厂电热泵的蒸发器入水口相连，电厂电热泵的蒸发器出水口与余热回收塔塔顶的喷淋管相连，余热回收塔塔底的喷淋水池的第二喷淋水出口通过设有烟气凝水泵的管道，与补水管道汇合后接入脱硫塔塔底的浆液池；所述电厂电热泵的冷凝器、用户换热器、热网循环泵和乏汽换热器低温侧依次连接形成环路；所述汽轮机发电送入电网，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，该系统包括生物质锅炉(1)、汽轮机(2)、乏汽换热器(3)、凝汽器(4)、冷却塔(5)、锅炉给水加热器(6)、烟气减排余热回收一体式机组(7)、烟气喷淋水换热器(8)、烟囱(9)、电网(19)、末端电热泵(10)、用户换热器(11)以及连接管路和阀门；所述烟气减排余热回收一体式机组(7)包括脱硫塔(7a)和余热回收塔(7b)；各设备的连接关系为：所述生物质锅炉(1)的高温蒸汽出口与汽轮机(2)的蒸汽入口相连，汽轮机(2)的乏汽出口分别通过带有阀门的管道与乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧乏汽入口相连，乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧出水口汇合后依次通过锅炉给水加压泵(15)、锅炉给水加热器(6)与生物质锅炉(1)的上水入口相连，汽轮机(2)的抽汽出口与锅炉给水加热器(6)的进汽口相连；冷却塔(5)与凝汽器(4)的低温侧通过带有冷却水循环泵(14)的管道连通并形成环路；生物质锅炉(1)的烟气出口依次通过脱硫塔(7a)和余热回收塔(7b)与烟囱(9)连通，脱硫塔(7a)塔底的浆液池通过浆液循环泵(18)与脱硫塔(7a)塔顶喷淋管相连，余热回收塔(7b)塔底的喷淋水池的第一喷淋水出口通过喷淋水循环泵(16)与烟气喷淋水换热器(8)高温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器(8)高温侧的出水口与余热回收塔(7b)塔顶的喷淋管相连，余热回收塔(7b)塔底的喷淋水池的第二喷淋水出口通过设有烟气凝水泵(17)的管道，与补水管道汇合后接入脱硫塔(7a)塔底的浆液池；所述末端电热泵(10)的冷凝器出水口与乏汽换热器(3)低温侧的出水口汇合后与用户换热器(11)的入水口相连；用户换热器(11)的出水口分为两个支路，第一支路通过混水泵(12)与末端电热泵(10)的冷凝器入水口相连，第二支路与末端电热泵(10)的蒸发器入水口相连；末端电热泵(10)的蒸发器出水口通过热网循环泵(13)与烟气喷淋水换热器(8)低温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器(8)低温侧的出水口与乏汽换热器(3)低温侧的进水口相连；所述汽轮机(2)发电送入电网(19)，同时末端的末端电热泵(10)从电网(19)接电作为驱动能源。...

【技术特征摘要】
1.一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，该系统包括生物质锅炉(1)、汽轮机(2)、乏汽换热器(3)、凝汽器(4)、冷却塔(5)、锅炉给水加热器(6)、烟气减排余热回收一体式机组(7)、烟气喷淋水换热器(8)、烟囱(9)、电网(19)、末端电热泵(10)、用户换热器(11)以及连接管路和阀门；所述烟气减排余热回收一体式机组(7)包括脱硫塔(7a)和余热回收塔(7b)；各设备的连接关系为：所述生物质锅炉(1)的高温蒸汽出口与汽轮机(2)的蒸汽入口相连，汽轮机(2)的乏汽出口分别通过带有阀门的管道与乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧乏汽入口相连，乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧出水口汇合后依次通过锅炉给水加压泵(15)、锅炉给水加热器(6)与生物质锅炉(1)的上水入口相连，汽轮机(2)的抽汽出口与锅炉给水加热器(6)的进汽口相连；冷却塔(5)与凝汽器(4)的低温侧通过带有冷却水循环泵(14)的管道连通并形成环路；生物质锅炉(1)的烟气出口依次通过脱硫塔(7a)和余热回收塔(7b)与烟囱(9)连通，脱硫塔(7a)塔底的浆液池通过浆液循环泵(18)与脱硫塔(7a)塔顶喷淋管相连，余热回收塔(7b)塔底的喷淋水池的第一喷淋水出口通过喷淋水循环泵(16)与烟气喷淋水换热器(8)高温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器(8)高温侧的出水口与余热回收塔(7b)塔顶的喷淋管相连，余热回收塔(7b)塔底的喷淋水池的第二喷淋水出口通过设有烟气凝水泵(17)的管道，与补水管道汇合后接入脱硫塔(7a)塔底的浆液池；所述末端电热泵(10)的冷凝器出水口与乏汽换热器(3)低温侧的出水口汇合后与用户换热器(11)的入水口相连；用户换热器(11)的出水口分为两个支路，第一支路通过混水泵(12)与末端电热泵(10)的冷凝器入水口相连，第二支路与末端电热泵(10)的蒸发器入水口相连；末端电热泵(10)的蒸发器出水口通过热网循环泵(13)与烟气喷淋水换热器(8)低温侧的入水口相连，烟气喷淋水换热器(8)低温侧的出水口与乏汽换热器(3)低温侧的进水口相连；所述汽轮机(2)发电送入电网(19)，同时末端的末端电热泵(10)从电网(19)接电作为驱动能源。2.根据权利要求1所述的可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，所述末端电热泵(10)的蒸发器出水口、入水口之间通过带阀门的管道连通；所述烟气喷淋水换热器(8)低温侧的出水口、入水口之间通过带阀门的管道连通。3.一种可同时回收乏汽和烟气余热的生物质热电联产系统，其特征在于，该系统包括生物质锅炉(1)、汽轮机(2)、乏汽换热器(3)、凝汽器(4)、冷却塔(5)、锅炉给水加热器(6)、烟气减排余热回收一体式机组(7)、烟囱(9)、电网(19)、电厂电热泵(20)、用户换热器(11)以及连接管路和阀门；所述烟气减排余热回收一体式机组(7)包括脱硫塔(7a)和余热回收塔(7b)；各设备的连接关系为：所述生物质锅炉(1)的高温蒸汽出口与汽轮机(2)的蒸汽入口相连，汽轮机(2)的乏汽出口分别通过带有阀门的管道与乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧乏汽入口相连，乏汽换热器(3)和凝汽器(4)的高温侧出水口汇合后依次通过锅炉给水加压泵(15)、锅炉给水加热器(6)与生物质锅炉(1)的上水入口相连，汽轮机(2)的抽汽出口与锅炉给水加热器(6)的进汽口相连；冷却塔(5)与凝汽器(4)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：单明，孙涛，郑忠海，荣杏，邓梦思，李鹏超，杨旭东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11