CN102434873B - 具有前省煤器的效率提高的蒸汽循环 - Google Patents

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Abstract

一种用于提高纸浆厂蒸汽循环效率的方法，包括提供至少一个具有第一压力的脱气器箱的步骤和降低所述脱气器箱的压力至第二压力。给水被供给到前省煤器，在其中被加热。所述水然后被输送到至少一个给水加热器，在其中被加热。所述水然后被输送到省煤器。通过此方法，锅炉蒸发量得以提高，同时保持了锅炉效率和使用于脱气器以及给水加热的汽轮机抽汽量最小化。

Description

具有前省煤器的效率提高的蒸汽循环
相关申请的交叉引用
本申请是要求了2010年9月1日提交的美国临时专利申请NO.61/379204优先权的非临时申请，在此通过参考将其并入。
技术领域
本发明总地涉及发电领域和工业锅炉设计。具体地，本发明提供一种新的和有益的系统及方法，在纸浆厂机组其利用前省煤器以实现提高发电容量。
背景技术
制浆造纸厂坚持不懈地寻找增加电力输出和提高蒸汽发电机效率的方法。在2002年TAPPI秋季会议&商品展销会上，Raukola等在一篇标题为“利用黑液回收锅炉增加发电(Increasing Power Generation with Black Liquor RecoveryBoiler)”的科技论文中叙述了若干方法。其包括：增加所述黑液中干燥固体成分以增加锅炉效率；用从汽轮机中抽出的蒸汽预热空气；为了从蒸汽抽出更多有用功，采用来自从汽轮机抽出的低压吹灰蒸汽，而不是来自于初级过热器之后；在背压蒸汽轮机装置中，并不节流背压蒸汽以提高给水温度；使用利用从汽轮机抽汽的高压给水预热器；增加主蒸汽温度和压力(注：然而，发生在炉壁和过热器区域的腐蚀与此方法有很大关系)；提供再热器装置，其中在下一个汽轮机阶段之前通过气轮机膨胀之后的主蒸汽送回锅炉被再次过热；使用冷凝汽轮机替代背压蒸汽轮机；和在静电除尘器之后使用热回收以替换通常用于预热的背压蒸汽和因此释放蒸汽用以利用冷凝汽轮机发电。
典型的情况是，纸浆厂用40psig到70psig的蒸汽来加热脱气器箱中的水。这样加热给水至290°F到315°F的温度。用于加热脱气器箱的蒸汽从汽轮机中抽取，通过去除汽轮机对于冷凝器可用的蒸汽而减少发电。因为纸浆厂有相当大量的补给用水，所以，这可能是一个相当大的蒸汽负荷。
通过增加DA压力或者通过增加给水加热器来提高给水温度，这会增加锅炉的蒸汽生产，但是会伴随着增加锅炉排气温度同时减少锅炉效率。增加给水加热也会增加汽轮机抽汽和减少发电。
如图1所示，历史上纸浆厂已经接受由给水温度决定的范围在350°F到420°F的排气温度。
如图2所示，建议的替代方案已经实施，在输送到所述DA箱之前补给水的给水已在前省煤器中加热。然而，问题是由于水中依然有空气和其它腐蚀性气体以及挥发性化合物。同样，因为所述DA箱会分离用于pH控制的挥发物，pH控制通常是在DA箱之后执行的。此外，在前省煤器中的管路由于所述补给水的低温导致湿气在其外表面冷凝而遭受腐蚀。在Larson的2003年10月8日的论文“在造纸工业中生物质气化发电的成本效益评估(A Cost benefit Assessmentof Biomass Gasification Power generation in the Pulp & Paper Industry)”中上述布置已有所展示。然而，该论文没有教导作者如何克服在所述DA箱之前的省煤器腐蚀问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种成本效益方法来增加可利用的低压蒸汽。
本发明的另一个目的是提供一种成本效益方法来增加发电量。
本发明的具体实施方式可以用作新锅炉的一部分或作为对现有锅炉的独立升级。
在附加的和作为本公开一部分的权利要求中指出表现本发明特色的各种新颖性特征。为了更好理解本发明，通过参照附图和说明书来描述其使用时获得的操作优点和具体目标，其中描述了本发明的一个优选实施例。
附图说明
在附图中：
图1是典型的现有技术装置的示意图；
图2是现有技术装置的示意图，其中水在脱气器箱之前被输送到前省煤器；
图3是具有整体式前省煤器的本发明的具体实施方式的示意图；
图4是表示用给水加热器通过脱气器水预热补给水的本发明的具体实施方式的示意图；
图5是表示具有独立循环泵的前省煤器的本发明的具体实施方式的示意图；和
图6是表示在没有给水加热器的情况下通过脱气器水预热补给水的本发明的具体实施方式的示意图。
具体实施方式
参照附图，其中贯穿几个附图相同的附图标记表示相同或功能类似元件，和特别对于图3，其表示本发明的第一实施例示意图，包括用作蒸汽循环汽轮机装置的一部分的前省煤器，通常用300示出。在该图及以下各图中，完全是为了方便读者，所述“300”系列的附图标记指图3中的元件，而“400”系列的附图标记指图4中的元件。相似地，在各附图标记的后两个数字在贯穿几幅图中指相同或功能相似的元件；例如，310，410，510等指在图3，4和5等中的前省煤器。同样，温度(华氏度)，压力(磅每平方英寸表压或绝对地-psig，psia)和流速(千磅每小时-kpph)提供的仅仅用于说明的目的而不是意图限制本发明的范围。
脱气器(DA)，在此通常表示为DA箱304，会在非常接近大气压下有效地去除空气和其它腐蚀性气体。降低DA箱304的压力使之接近大气压将使给水温度降低到220°F到250°F之间。这可以通过减压阀(PRV)336或通过在非常低的压力下从汽轮机308抽汽而达到。随即，给水320被送往位于锅炉312中的前省煤器310。这会降低排气温度低至300°F。所述水在所述前省煤器310中被加热之后，其从所述锅炉312输送出，然后用给水加热器(FW加热器)(FWH)(或多个加热器)332加热。所述水随后被输送至位于锅炉312内的省煤器314。这会增加锅炉蒸发量同时保持锅炉效率，同时减小用于DA和给水加热的汽轮机抽汽量。
下表1表示在发电过程中，通过降低DA压力、安装根据本发明的前省煤器310和保持相同的给水温度到省煤器而达到的改进效果。
尤其是通过产生更多可用的生产用蒸汽和提高工厂的电力生产容量，本发明的具体实施方式使得纸浆厂的生产效率更高。
本发明的具体实施方式也允许通过单独调节向给水加热器332的蒸汽或与调节到DA箱304的压力相结合而控制排气温度。这会保证气体温度不会太低和引起由于露点腐蚀造成的损坏。
本发明的具体实施方式也允许降低排气温度。这会减少流向ID风扇(引风机)316和除尘器318的气体量。减少的气体量会提高除尘器318的效率和减少现有ID风扇316的负荷。这会提高现有除尘器318的性能。在新安装具体实施方式中，减少除尘器318和ID风扇316的尺寸、成本和功率消耗相对于在先前存在的安装具体实施方式的额外受益是可以得到的。
正如前面从中获得的额外优点一样，在图3中的和后面图中描述的具体实施例之间的某些类似优点也将会变得明显。
参照图4，其是本发明的第二具体实施例的示意图，通常由400示出，热交换器422安装在DA箱404之后，其从给水中去除热量和将热量释放到引入的补给水420中。该布置可使DA箱404的压力保持在工厂的低压蒸汽抽汽水平。
参照图5，其是本发明的第三具体实施例的示意图，通常由500示出，补给水被直接输送到DA箱504中，其会在非常接近于大气压的压力下高效地去除空气和其它腐蚀性气体。减压阀536与DA箱504相连接，用于降低其中压力到接近大气压的水平。然后在泵534的协助下给水520被输送到前省煤器510。在所述前省煤器510中所述水被加热之后，其然后被输送离开锅炉512返回到所述DA箱504，随后其被给水加热器(多个加热器)532加热。然后所述水被输送到省煤器514。
参照图6，其是本发明的第三具体实施例的示意图，通常由600示出，补给水被输送到热交换器622和从这里到达DA箱604。这与上面图4公开的具体实施例相反，其中水被输送到热交换器422之前输送到DA箱404。所述DA箱604会在非常接近大气压的压力下有效地去除空气和其它腐蚀性气体。通过泵634，所述给水被输送回热交换器622。从所述热交换器622，其被输送到前省煤器610。当所述水在前省煤器610中加热之后，其然后被输送离开锅炉612返回到DA箱604。所述给水从那里被输送到省煤器614。
当本发明的具体实施例已经被展示和描述而详细阐述本发明原理的应用时，可以理解的是本发明可以以其他方式实施而不脱离上述原理。

Claims (21)

1.一种用于改进的纸浆厂蒸汽循环运行的系统，包括：
用于接收供给水的脱气器箱，所述脱气器箱在一压力下运行；
流体地连接到所述脱气器箱的前省煤器，所述前省煤器位于锅炉装置内和适于从所述脱气器箱接收所述供给水，所述前省煤器也适于加热所述供给水；
流体地连接到所述前省煤器的给水加热器，所述给水加热器用于从所述前省煤器接收所述供给水和用于加热所述供给水；和
流体地连接到所述给水加热器的省煤器，所述省煤器适于从所述给水加热器接收所述供给水。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括用于降低脱气器箱压力至第二压力的减压阀，并且离开所述脱气器的水的温度在220°F到250°F之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二压力是大约等于或高于大气压。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括用于降低所述脱气器箱压力至第二压力的汽轮机。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二压力是大约等于或高于大气压。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括连通地连接到所述脱气器箱的热交换器，所述热交换器适于从所述供给水增加散热。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括流体地连接到供给补给水的第二热交换器，所述第二热交换器用于向所述供给补给水增加热量。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脱气器箱流体地连接以接收补给水的供给、以接收给水加热器的供给并且也接收来自汽轮机的蒸汽的供给；并且
其中减压阀在汽轮机和脱气器箱之间的流体路径中，并且减压阀适于将脱气器箱的压力降低到第二压力。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述给水加热器位于所述锅炉外，并且流体连接到前省煤器，用于接收来自前省煤器的水，其中给水加热器独立地流体连接以接收来自汽轮机的蒸汽，并且所述给水加热器适于使用来自汽轮机的热的蒸汽加来从前省煤器接收到的水。
10.一种用于提高纸浆厂蒸汽循环效率的方法，包括：
提供至少一个具有第一压力的脱气器箱；
降低所述脱气器箱的压力至第二压力；
提供供给给水；
将所述供给给水输送到所述脱气器箱；
输送所述供给给水至前省煤器，所述前省煤器位于锅炉装置内；
在所述前省煤器中加热所述供给水；
输送所述供给水离开所述锅炉装置到至少一个给水加热器，所述给水加热器流体地连接到所述锅炉装置；
通过所述至少一个给水加热器加热所述供给水；和
输送所述供给水至位于所述锅炉内的省煤器；
从而锅炉蒸发量得以提高，同时保持锅炉效率且使用于脱气器和给水加热的汽轮机抽汽量最小化。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脱气器箱的压力通过使用减压阀降低，并且离开所述脱气器的水的温度降低到220°F到250°F之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二压力是大约等于或高于大气压。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脱气器箱的压力通过在比所述第一压力低的压力从汽轮机中抽汽而降低。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其中所述第二压力是大约等于或高于大气压力。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括提供连通地连接到所述脱气器箱的热交换器，所述热交换器适于向所述给水增加热量和从所述脱气器箱中去除热量。
16.一种用于提高纸浆厂蒸汽循环效率的方法，包括：
提供至少一个具有第一压力的脱气器箱；
降低所述脱气器箱的压力至第二压力；
提供供给水；
输送所述水至所述脱气器；
通过泵机构从所述脱气器输送所述水至前省煤器；
在前省煤器中加热所述水；
输送所述水至所述脱气器；
用给水加热器加热所述水；和
输送所述水至省煤器。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述脱气器温度的减小通过减压阀减小。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二压力基本上为大气压。
19.一种用于提高纸浆厂蒸汽循环效率的方法，包括：
提供供给水；
输送所述供给水到热交换器；
输送所述供给水到连通地连接到所述热交换器的脱气器箱；
输送所述供给水回到所述热交换器；
输送所述供给水到前省煤器；
在所述前省煤器中加热所述供给水；
输送所述供给水到所述脱气器；和
输送所述供给水到省煤器。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，用泵实现输送所述供给水回到所述热交换器的所述步骤。
21.一种用于提高纸浆厂蒸汽循环效率的方法，包括：
提供至少一个脱气器箱；
提供供给给水；
输送所述供给给水到连通地连接到所述脱气器箱的热交换器；
输送所述供给给水到前省煤器；所述前省煤器位于锅炉装置内；
在所述前省煤器中加热所述供给给水；
输送所述供给给水从所述锅炉装置到至少一个给水加热器，所述给水加热器流体地连接到所述锅炉装置；
通过所述至少一个给水加热器加热所述供给给水；和
输送所述供给给水到位于所述锅炉内的省煤器；从而锅炉蒸发量得以提高，同时保持了锅炉效率。
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