CN102378879A - 空气预热的经济性利用 - Google Patents

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Abstract

一种用在锅炉[26]中的经济性热回收系统[100]包含空气预热器[150]，其接收热烟气[FG1]以及输入空气并且产生被加热的空气[A2]和增量空气[A2’]。增量空气[A2’]提供给布置成接收来自空气预热器[150]的增量空气[A2’]的再生热捕获和传递(RHCT)系统[300]。RHCT包含用于预热提供给锅炉[26]的供给水[WF1]的热交换器[310]。由于热交换器[310]与现有的热交换器相反用于接收清洁的空气，其很难产生堵塞，因此以更近的接近度设置的更多的换热单元获得更高的效率。同样，本发明需要的维护更少。

Description

空气预热的经济性利用
相关申请的交叉引用
本申请涉及到由Kevin O’Boyle提出的美国专利申请“通过过剩空气预热的试剂干燥”并且通过参考结合该专利申请就如同其完整地在这里被描述。O’Boyle的专利申请在本专利申请的同一天提出并且两个申请归同一申请人所拥有。
技术领域
本发明涉及一种有效地捕获来自锅炉烟气输出的废热的系统。更特别地，本发明涉及一种捕获来自锅炉烟气输出的废热用于预热提供给锅炉的供给水的系统。
背景技术
许多发电系统通过由煤或油燃烧锅炉产生的蒸汽来提供能量。这些发电系统常常都组合有排气处理和热回收(EPHRS)系统以减少烟气的排放和/或回收由来自锅炉的烟气蒸汽排放的热能。
典型的发电系统通常为如图1所示的图中所描述的那样。图1示出一个发电系统10，其包含蒸汽发生系统25以及排气处理和热回收系统(EPHRS)15和排气烟囱90。蒸汽发生系统25包含锅炉26.
EPRS 15包含空气预热器50，颗粒去除系统70以及烟气洗涤器系统，这里示出的是湿式洗涤器系统80。颗粒去除系统70可以是，例如，静电沉淀器(ESP)，织物过滤器系统(袋滤室)或者类似的东西。强制通风(FD)扇60设置用于引导空气进入空气预热器50的冷侧。
空气预热器50为一种设计用于在空气被引导进入另一个过程(例如在锅炉26的燃烧室中燃烧)之前加热该空气的装置。空气预热器加热进入到锅炉26中的输入空气流A2通过来自锅炉的烟气流捕获/回收从锅炉26排放的热。通过从锅炉26的燃烧室排放的烟气(FG1)中回收热，能够提高锅炉26的热效率并且减少烟气FG4从烟囱90排出时损失的热量。
一般来说，期望的是降低烟气FG2在离开空气预热器50并且被引导进入处理装置之前的温度，处理装置例如，举例来说，是用作颗粒去除系统70的静电沉淀器(ESP)。通过增加流动进入空气预热器50中的空气流A1，可以从烟气流FG1中提取更多的热量并且由此进一步降低到达ESP 70的烟气流FG2的温度。
然而，这个过程也导致了可用的被加热空气的体积的增加。在典型的发电系统中，将全部的被加热空气流导入到锅炉26的燃烧室而不消极地影响锅炉26的效率通常是不可行的。
一种用于提高锅炉26的效率的替代是在锅炉26和空气预热器50之间引入“经济器”部分55。该经济器部分55为一种用于捕获来自空气流的热并且将该热转移到流体流中的类型的热交换器，该流体流例如，举例来说，是水。进一步，经济器典型地被设计成具有翅片管以提高换热。在锅炉中，经济器是换热装置，它将流体，通常为水，加热到该流体的沸点但是通常不会超过该流体的沸点。经济器之所以如此命名是因为它们可以利用流体流中的焓(这些流体流虽然热，但是没热到足以使其能够应用在锅炉里)由此回收更多的有用焓并且提高锅炉的效率。经济器为一种能够联接到锅炉26的装置，其通过利用从锅炉26中排放的烟气FG来预热/加热来自水源65的供给水WF实现节能。
图1示出经济器150配置成接受来自锅炉26的烟气流FG，并且将烟气流FG1传递到空气预热器50。在这个例子中，经济器55起到了将热从烟气流FG传递给提供给锅炉25的供给水WF的作用。这允许“被预热”水被引入到锅炉25中，由此减少了将锅炉水加热到期望温度的额外的热能的需求。
烟气流FG/FG1通常会包含一定数量水平的颗粒物质。这些颗粒物质典型地在烟气流FG2流经颗粒去除系统70后从烟气流中被移除。然而，直到烟气流经受颗粒去除操作，颗粒物质在烟气流中的存在率通常很高。由于经济器55在烟气流经受灰尘去除操作之前接收烟气流，如果在热交换元件之间的间隔不够大，颗粒就可能存留在经济器55的热交换元件之间。为了避免颗粒存留在热交换元件之间，重要的是经济器的热传递元件之间的间隔必须足够大以使得大多数的(如果不是全部的)颗粒物质自由地通过经济器55。这种大的间隔导致了效率的低下。
如果热传递元件之间的间隔比较小，那么太大而不能在经济器的热交换元件之间穿过的颗粒物质会被捕获并且开始累积在经济器55中。如果不采取措施移除/清理这些累积物，那么这种颗粒累积典型地将增加并且最终阻碍烟气流通过经济器55的流动。对烟气流的流动的阻碍降低了经济器55的效率。进一步，必须采取措施来清理来自经济器55的累积物以保持正常运行。这将导致维护时间和费用的增加。
当前，在利用废热的锅炉系统中存在着对高效热交换器的需求，其所需的维护少于现有技术的系统。
发明内容
本发明具体可以是一种经济的热回收系统[100]，其用于锅炉[26]。该锅炉煮沸由水源[125]为其提供的水供给。
该系统包含空气预热器[150]，其用于接收由锅炉[26]产生的被加热烟气[FG1]，用于接收输入空气[A1]并且用于产生增量空气流[A2’]。
该系统还包含再生热捕获和传递(RHCT)系统[300]，其适用于接收增量空气流[A2’]，所述水供给[WF1]，然后将热量从增量空气流[A2’]传递给水供给[WF1]，产生被预热水供给[WF2]并且将该被预热的水供给[WF2]供应到锅炉[26]。
该RHCT使用热交换器[310]来接收来自空气预热器的增量空气流[A2’]，接收水供给[WF1]并且将热量由增量空气[A2’]传递给水供给[WF1]以产生被预热水供给[WF2]。泵330联接到所述水源[125]和热交换器[310]，将来自水源[125]的供给水[WF1]泵送穿过热交换器[310]，并且将被预热的水供给[Wf2]泵送给锅炉[26]。
由于RHCT设置在空气预热器[150]的后面，因此允许RHCT以更有效并且需要较少的维护的方式进行设计。
附图简要说明
参照附图能够更好地理解本发明并且它的多个目标和优点对于所属领域的技术人员来说变得更明显，其中：
图1为描述根据现有技术的发电系统10的一部分的框图。
图2为描述根据本发明的结合再生热捕获和传递系统(RHCT)300的发电系统100的一个实施例的简化的框图。
图3为描述根据本发明的结合RHCT系统300的发电系统100的另一个实施例的简化的框图。
图4为描述图2和3的RHCT系统300的一个实施例的放大的框图。
图5为描述根据本发明的结合RHCT系统300的发电系统100的另一个实施例的简化的框图。
图6为从旋转型空气预热器中捕获被加热的泄漏空气的放大示意框图。
具体实施方式
图2为描述根据本发明的结合再生热捕获和传递系统(RHCT)300的发电系统100的一个实施例的简化的框图。在这个实施例中被提供的发电系统100包含蒸汽发生系统25，排气处理和热回收系统(EPHRS)15，再生热捕获和传递系统(RHCT)300，水源125和排气烟囱90。
蒸汽发生系统25包含锅炉26。EPRS15包含再生空气预热器50，颗粒去除系统70和湿式洗涤系统80。强制通风(FD)扇60用于引导空气流A1进入空气预热器50的冷侧输入口。进而，空气预热器50加热空气流A1并且将其作为加热空气流A2输出，被加热空气流A2被输送给锅炉26的燃烧室(未示出)的空气进口用于燃烧。
从锅炉26的燃烧室(未示出)排出的排放气体FG1被空气预热器50的热侧输入口接收。这些排放气体FG1经由空气预热器50冷却并且作为较冷温度排放气流FG2输出。在此之前，离开空气预热器150的气体必须保持足够的热以避免烟气中的混合物发生冷凝。这样减少了预热器50下游的设备受到的腐蚀。
现在，由于腐蚀减少设备和处理的出现，腐蚀已经不成问题。因此，可能会有更多量的热被回收并且被输送返回到系统中。这样获得了更高的锅炉效率。
排放的气流FG2接着被处理以通过颗粒去除系统70去除颗粒物质。颗粒去除系统70可以是，例如，静电沉淀器(ESP)，织物过滤系统(袋滤室)或者类似物。
被处理后的排放气流FG3可以进一步通过，例如，湿式洗涤器80来处理以去除，例如，二氧化硫(SO2)。这被处理的气流FG4接着被输出进入排气烟囱90。
再生热捕获和传递系统(RHCT)300被配置成接收空气流A2’并且从其中提取热能。空气流A2’是从空气预热器50排出的空气流A2的一部分。依次，从空气流A2’提取的热能被传递给水供给源WF1，其接着作为被加热的水供给WF2被输出并且引入到锅炉26中。RHCT300被配置和布置成热能从输入空气流A2’传递给水供给WF1而不会接受污染。空气流A2/A2’为干净的空气流，其不会与具有显著大量颗粒物质的烟气流相混合。进一步，由于RHCT300没有使用烟气来加热水供给源WF1，RCHT300不会经受经常出现在烟气流FG中的颗粒物质的影响。
空气预热器150现在可以被设计成传递更大量的热的高效率空气预热器。而且，空气预热器150可以被设计成输出超出蒸汽发生系统25能够有效地利用的更大体积的被加热空气，从而产生过量的被加热空气。
图3为描述根据本发明的具有RHCT系统300的发电系统100的另一个实施例的简化的框图。在这个实施例中，空气预热器150具有一个烟气管道以及两个加热输入空气管道。其中一个加热空气管道的输出释放加热的空气流A2。这部分空气流提供给锅炉26。第二加热空气管道提供传递给RHCT300的增量空气流A2’。
图3中剩余部分执行与其他附图中具有相同参考数字的部分相同的功能。
图4为描述图2和图3的RHCT系统300的一个实施例的放大的框图。在这个实施例中，RHCT300包含热交换器310和泵330。热交换器310优选地配置成接收来自空气预热器150的被加热空气流A2的部分A2’。
由于RHCT 300不受典型地存在于烟气流FG中的颗粒物质的影响，因此用在经济器中的换热元件(未示出)彼此之间可以以更近的接近度布置，从而提供更多的可与空气流A2/A2’接触的表面积。以这种方式，由于提供了更大的换热元件的表面积，因此热交换器310的效率可以显著地提高，给定的体积可以捕获更多的热量。进一步地，由于换热元件不受大量的颗粒物质的影响，在经济器中由于颗粒物质的累积而产生的堵塞危险也能明显地减少，如果无法完全避免的话。
在这种特定的情形下翅片管将不会暴露给煤灰(仅被预热空气)；因此，翅片的间隔密度相对于典型的设计用于暴露在粉煤灰环境中的经济器管的间隔密度显著地减小。由此，经济器的尺寸可以更高效并且小巧。
通过将RHCT300联接到空气预热器150来取代锅炉烟气输出，相比现有技术系统中先前可能的，热被更有效地从排放气体FG1去除，传递给空气流(A2’)，引导进入水供给[WF1/WF2]为锅炉26供水。
图5是描述根据本发明的结合RHCT系统300的发电系统100的另一个实施例的框图。
在这里，增量空气流[A2’]和/或来自排气管道361，363的泄漏气体360被提供给RHCT。风扇367促进泄漏气体360的流动。
图6为描述从旋转型空气预热器150中捕获被加热的泄漏气体360的放大示意框图。
热的烟气FG1流入到空气预热器150的热侧。轮151围绕轴152旋转。电机用于驱动轮151旋转。
轮151具有多个贯穿通过该轮的空气管道。这些管道中的每一个都具有加热元件在烟气FG1流过管道时用于加热。这些加热元件旋转到轮接收入口空气A1的冷侧。这入口空气与热的加热元件接触并且被加热成为离开空气预热器150的被预热空气A2。加热元件随着入口空气A1在其上流过而冷却。
轮151持续旋转并且加热元件与热烟气FG1再次接触，吸收热。这个过程接着持续进行。
外部密封垫157，158用于阻挡流经轮151的外部边缘的热烟气泄漏的大部分。
还有内部密封垫用于阻挡朝向轮151的内部轮毂部分的烟气泄漏的大部分。然而，一些烟气泄漏穿过密封垫并且进入到轮和壳体154之间的内部高压间中。
在这个实施例中，设置泄漏出口325。这个出口可以作为壳体154的一个开口，其提供进入高压间159的入口。排气管道361设置用于排放可能累积在内部高压间159中的气体/空气。可以设置风扇装置367用于使泄漏气体360从内部高压间更容易地排放。
还可以进一步设置另外一个泄漏出口以使得累积在内部高压间365中的泄漏气体可以容易地通过另外一个排气管道361排出。
风扇367还可以从排气管道363中抽取泄漏气体360。泄漏气体360和/或增量空气流[A2’]提供给RHCT300用于进一步加热供给水[WF1]。这废热的利用提高了锅炉的效率。
如果需要，可以为每个排气管道设置单独的风扇。
应当强调的是本发明上面描述的实施例，尤其是，任何“优选的”实施例，仅仅是实施的可能例子，仅仅提出用于清晰地理解本发明的原理。可以对本发明的上述实施例做出多种变形和改进，而不会从实质上脱离本发明的精神和原理。所有这些改进和变形都包含在本公开和本发明的范围内并且通过下面的权利要求进行保护。

Claims (13)

1.一种用于锅炉[26]的经济性烟气热回收系统，包括：
再生热捕获和传递(RHCT)系统，其被配置成从空气预热器接收被加热的空气流，从水源接收水供给[WF1]，将热量从被加热的空气流传递给水供给以产生被加热的水源供给，并且将被加热的水源供给输出给锅炉。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，RHCT系统包括配置成接收水供给和被加热的空气流的热交换器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，热交换器进一步配置成将热量从增量空气流传递给水源供给。
4.根据权利要求2所述的系统，进一步包括配置成为RHCT系统提供增量空气流的空气预热器150。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，空气预热器配置成从所述锅炉接收烟气并且将热量从烟气传递给空气流输入。
6.根据权利要求3所述的系统，其中，被加热的空气流基本上不包含二次燃烧颗粒物质。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，RHCT系统配置成接收来自空气预热器的输入空气流的一部分作为增量空气并且将热量从该增量空气传递给用于所述锅炉的供给水。
8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于泵送供给水通过热交换器的泵。
9.一种用于锅炉的经济性热回收系统，所述锅炉煮沸由水源提供给锅炉的水供给，所述系统包括：
空气预热器，其用于接收由锅炉产生的被加热的烟气，用于接收输入空气以及用于产生增量空气；
再生热捕获和传递(RHCT)系统，其适于接收所述增量空气，所述水供给，然后将热量从增量空气传递给水供给，产生被预热的水供给以及给锅炉提供被预热的水供给。
10.根据权利要求9所述的经济性热回收系统，其中，RHCT系统包括：
热交换器，其适于从空气预热器接收增量空气，接收水供给并且将热量从增量空气传递给水供给以产生被预热的水供给，以及
泵，其联接到所述水供给和热交换器，用于从水供给泵送供给水穿过热交换器，并给锅炉泵送被预热的水供给。
11.根据权利要求9所述的经济性热回收系统，其中，来自空气预热器的至少一些增量空气被提供给RHCT。
12.根据权利要求9所述的经济性热回收系统，其中，从空气预热器泄漏的气体提供给RHCT。
13.根据权利要求10所述的经济性热回收系统，其中，
热交换器设计成具有容限，该容限不包含额外的用于颗粒的累积的内部空间。
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