CN102721037A - 一种锅炉烟气余热回收利用系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉烟气余热回收利用系统及其控制方法，包括依次排列在一轴线上的空气预热器、出口烟温为酸露点+（10～15）℃的高温换热器、除尘器、风机、低温换热器、脱硫塔和烟囱，以及至少二个串联连接的凝结水低压加热器，还包括位于另一轴线上的一空气加热器与一空气送风机。本系统能够通过对烟气余热的逐级利用，显著提高了锅炉热效率，同时还能有效地控制高温换热器的受热表面温度高于酸露点温度，避免的换热器受热表面的低温腐蚀，大大提高了换热器的寿命，并且能够实现与火电厂主控制系统实现无扰连接。

Description

一种锅炉烟气余热回收利用系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种余热回收利用系统及其控制方法，具体地涉及一种锅炉烟气余热回收利用系统及其控制方法。

背景技术

燃煤锅炉排烟所带走的热量不仅会造成热损失，而且还会提高大气温度，对气候产生影响。

火力发电厂大量使用燃煤锅炉，是煤炭消耗大户，其煤炭消耗使用量约占我国煤炭总产量的50％，这其中，排烟热损失是火电厂锅炉各项热损失中最大的，一般在5％～8％，占锅炉总热损失的80％或更高。一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟热损失增加0.6％～1.0％，发电煤耗增加2g/KWh左右。在我国现役火电机组中，锅炉排烟温度普遍在125～150℃左右水平，褐煤锅炉则为170℃为左右，并由此造成巨大的能量损失。

现有烟气余热回收的技术多采用一级余热回收利用系统，如图1所示，该系统采用将低压省煤器1a安装在除尘器2a和风机3a之后、脱硫塔4a之前的烟道中，使得电厂锅炉烟气在经过空气预热器5a、风机3a、除尘器2a到低温省煤器1a进行换热，降低排烟温度，再经脱硫塔4a、烟囱7a排入大气，同时，低温省煤器中的凝结水吸收排烟热量，自身被加热、升高温度后再返回，汇至汽轮机低压加热器系统的低压加热器6a中，提高机组热效率。另外，由于进入脱硫塔的烟温下降，还可以节约脱硫工艺水的消耗量,但是，上述结构的余热回收利用系统不仅存在回收效率低的问题，而且容易造成低温省煤器的冷端腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锅炉烟气余热回收利用系统，以解决现有技术中存在的上述问题。此系统对烟气余热进行深度回收，以有效预防换热器的冷端腐蚀，提高锅炉热效率和换热器的使用寿命，同时实现对系统的智能化控制。

本发明的另一目的在于提供一种锅炉烟气余热回收利用系统的控制方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种锅炉烟气余热回收利用系统，包括高温换热部分和低温换热部分，其特征在于：高温换热部分包括依次排列在一轴线上的空气预热器、出口烟温为酸露点+（10～15）℃的高温换热器、除尘器、风机、低温换热器、脱硫塔和烟囱，以及至少二个串联连接的凝结水低压加热器，这其中，一低温端凝结水低压加热器出口形成两支路，一支路经由一第一控制阀后至高温换热器的凝结水入口，另一支路经一调节阀后连接至下一级低压加热器入口，高温换热器的凝结水出口分成两个支路，其一支路经由一第二控制阀连接一高温端凝结水低压加热器的入口，另一支路则经由一第一循环水泵和一第三控制阀连接所述高温换热器的凝结水入口；低温换热部分包括位于另一轴线上的一空气加热器与一空气送风机，且所述的空气加热器位于该空气预热器与空气送风机之间；还包括一储水箱，所述储水箱经由一第二循环水泵和一第四控制阀连接所述低温换热器的液体侧入口，所述低温换热器的液体侧出口连接所述空气加热器的液体侧入口，所述空气加热器的液体侧出口则连接所述储水箱的入口；所述的调节阀、各个控制阀及各个循环水泵均连接一控制中心。

所述的高温换热器出口烟气温度通过调节阀开度调节达到设定值；高温换热器入口凝结水温度通过第一循环水泵频率调节和第三控制阀的控制达到设定值；低温换热器金属壁温度通过第二循环水泵频率调节和第四控制阀的控制达到设定值。

高温换热器是实现高温烟气与凝结水之间热传递的主体部分，为防止其尾端的低温腐蚀，其出口烟温一般控制在酸露点+（10～15）℃，此温度既在烟气酸露点之上，并且能提高电除尘的效率；设置在两个凝结水低压加热器间的调节阀、及高温换热器入口和低温端低压加热器之间的第一控制阀则根据高温换热器出口烟温控制进入高温换热器的凝结水流量；第一循环水泵和第三控制阀根据高温换热器入口水温控制循环水流量，使高温换热器的受热表面温度高于酸露点温度，避免的换热器受热表面的低温腐蚀。

位于风机与脱硫塔之间的低温换热器是实现低温烟气与介质之间热传递的主体部分，可大大降低出口烟温，并大大减少脱硫用水量；空气加热器是实现介质与空气（一次风或二次风）之间热传递的主体部分，大大减少了空气预热器的负载，同时防止的空气预热器的冷端腐蚀问题。储水箱用于储存内循环介质，第二循环水泵和第四控制阀根据低温换热器出口水温控制循环水流量。

为解决上述系统的控制方面的技术问题，其工艺流程是：

凝结水部分：

设有支路的低温端凝结水低压加热器出口通过两个凝结水低压加热器间的调节阀取部分（或全部）凝结水通过高温换热器入口设置的第一控制阀进入高温换热器进行换热，换热后的凝结水经过高温换热器出口设置的第二控制阀汇至高温端凝结水低压加热器的进口。

循环介质部分：

储水箱内介质通过第二循环水泵，经其出口设置的第四控制阀进入低温换热器进行换热，换热后进入空气加热器进行热交换，而后重新汇至储水箱。

烟气部分：

锅炉尾部烟气从空气预热器出来，经高温换热器换热，进入除尘器，除尘器出来经风机（引风机和增压风机），进入低温换热器再次进行换热，换热后进入脱硫塔，从烟囱排入大气。

空气部分：

空气经风机（一次风机或二次风机）进入空气加热器进行换热后，进入空气预热器。

在推荐的实施例中，所述高温换热器、所述的低温换热器以及所述空气加热器均设置本体排水阀及本体泄漏检测器，该本体排水阀及本体泄漏检测器连接至所述控制中心。上述设备用以及时反映换热器的实际运行情况，在换热器本体出现渗漏的情况下，其根据本体布置的泄漏检测器的动作控制其开、关。

本体排水阀及本体泄漏检测器监视换热器的实际运行情况，本体泄漏检测器用于在高温换热器、低温换热器、空气加热器本体出现泄漏时，自动切除所在系统部分并通过本体排水阀排除积水，防止事故扩大，保证系统的安全性运行。

在推荐的实施例中，还设置有高温换热器出口烟气温度T1、高温换热器入口烟气温度T5、高温换热器入口凝结水温度T2、高温换热器尾部金属壁温度T3、低温换热器金属壁温度T4和储水箱液位L1等的检测装置，所述检测装置均连接至所述控制中心。

所述检测装置有：温度检测器、液位检测器、压力检测器。

温度检测器：设置在各换热器的气体侧进出口和液体侧进出口、储水箱，及其各换热器金属壁，检测系统内各介质的温度情况，并将检测的信号送至控制中心。

液位检测器：设置在储水箱，检测储水箱的工作情况，并将检测的信号送至控制中心。

压力检测器：设置在各换热器的气体侧进出口及其管路上，检测系统内各介质的压力情况，并将检测的信号送至控制中心。

在推荐的实施例中，还设置吹灰器，以定期对换热器进行吹扫。

在推荐的实施例中，还设置储水箱补水阀，储水箱根据储水箱液位确认是否进行对其内介质的补充，并通过补水阀进行补充。

在推荐的实施例中，所述的各个控制阀、各个排水阀和补水阀均采用电动关断阀，调节阀采用电动调整阀。

在推荐的实施例中，所述的控制中心由中央处理器和执行器部件组成，由执行器接受中央处理器命令进行动作。

为解决上述系统的自动化控制水平问题，本控制系统可以设置操作员站，并达到如下的技术效果：

1）实现自动监控及在线操作，用户可根据实际情况自行操作设备；

2）显示设备参数在线监控和运行状态，并可长期保存历史记录；

3）解决了自动故障诊断、自动故障隔离；

由于火电厂的安全生产被列为首要问题，要达到安全生产的目的，就必须靠控制来实现，所以本发明专利所述的技术方案存在以下几个特点：

1）高温换热器入口烟气温度T5用于判断高温换热部分是否可以投入，保证系统的经济性运行。

2）采用高温换热器出口烟气温度T1为控制点，将其温度控制在酸露点+（10～15）℃以上，有效地防止了高温换热器的尾部低温腐蚀，降低了除尘器的运行温度，同时也有效地防止除尘器的结露、积灰结块等问题，为高温换热器、除尘器的安全稳定运行提供了保障；

3）采用高温换热器入口凝结水温度T2为控制点，将其温度控制在水露点+20℃以上，有效地防止高温换热器金属表面的低温腐蚀，为高温换热器的可靠性运行提供的支撑；

4）采用低温换热器金属壁温度T4为控制点，使换热器表面温度恒定，远离腐蚀区域，大大提高了设备的使用寿命；

5）采用换热器本体设备的泄漏检测器进行监控，能够及时发现设备的异常情况并作出反应，有效防止事故的扩大。

6）整套系统全部可实现在线控制和全智能化控制，在设备发生任何不允许的工况下，采用联锁控制，自动退出相应部分，为机组的安全稳定运行提供保障；同时实现所有的参数状态和设备运行状态的记录，并将长期保存，为以后的运行分析提供数据支持。

7）高温换热器尾部金属壁温度T3实现对高温换热器低温端的酸腐蚀进行监视与预防。

8）高温换热部分和低温换热部分能够实现互为联锁，在出现极端工况的情况下，也能保证系统的经济性。

附图说明

图1为现有一级烟气余热回收系统的工艺流程图；

图2为本发明烟气余热回收系统工艺流程图及主要控制测点布置图；

图3a为本发明烟气余热回收系统高温换热部分自动投入控制主程序图；

图3b为本发明烟气余热回收系统高温换热部分自动投入控制子程序图；

图4为本发明烟气余热回收系统高温换热部分自动退出控制程序图；

图5a为本发明烟气余热回收系统低温换热部分自动投入控制主程序图；

图5b为本发明烟气余热回收系统低温换热部分自动投入控制子程序图；

图6为本发明烟气余热回收系统低温换热部分自动退出控制程序图；

图7为本发明烟气余热回收系统高温换热部分自动退出控制逻辑图；

图8为本发明烟气余热回收系统低温换热部分自动退出控制逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的一个具体实施方式：

锅炉烟气余热回收利用系统，如图2中所示，包括依次排列在一轴线上的空气预热器3、出口烟温为酸露点+（10～15）℃的高温换热器1、除尘器20、风机30、低温换热器2、脱硫塔40和烟囱50，以及三个串联连接的凝结水低压加热器111、112、113（经低压加热器加热的介质输送至除氧器），位于低温端的第一凝结水低压加热器111形成两支路，一支路出口经由一第一控制阀9连接高温换热器1的凝结水入口，另一支路经由一调节阀11连接第二低压加热器112入口，高温换热器1出口凝结水分成两个支路，其一支路经由第二控制阀10连接位于高温端的第三凝结水低压加热器113的入口，另一支路则经由第一循环水泵7和一第三控制阀8连接高温换热器1的凝结水入口。

该系统还包括位于另一轴线上的一空气加热器31与一空气送风机32，且空气加热器31位于空气预热器3与空气送风机32之间，还包括一储水箱4，储水箱4经由第二循环水泵5和一第四控制阀6连接低温换热器2的液体侧入口，低温换热器2的液体侧出口连接空气加热器31的液体侧入口，空气加热器3的液体侧出口则连接储水箱4的入口。

上述各个控制阀、调节阀及各个循环水泵均连接一控制中心16。

高温换热器1、低温换热器2以及空气加热器31均设置本体排水阀及本体泄漏检测器，该本体排水阀及本体泄漏检测器连接至控制中心16。上述设备用以及时反映换热器的实际运行情况，在换热器本体出现渗漏的情况下，其根据本体布置的泄漏检测器的动作控制其开、关。

储水箱4设置补水阀12，储水箱4根据储水箱液位确认是否进行对其内介质的补充，并通过补水阀12进行补充。

各个控制阀、各个排水阀和补水阀均采用电动关断阀，调节阀采用电动调整阀。

控制中心16由中央处理器和执行器部件组成，由执行器接受中央处理器命令进行动作。

如图2所示，换热介质的流经方向具体为：

1、凝结水部分

在第一低压加热器111出口，通过第一低压加热器111和第二低压加热器112之间设置的调节阀11取部分（或全部）凝结水通过高温换热器1入口的第一控制阀9进入高温换热器1进行换热，换热后的凝结水经过高温换热器1出口的第二控制阀10汇至第三低压加热器113的进口；

2、循环介质部分

1)储水箱4的内介质通过第二循环水泵5和第四控制阀6进入低温换热器2进行换

热，换热后进入空气加热器31再进行热交换，再次换热后重新汇至储水箱4；

2)储水箱4的内介质通过补水阀12进行补充。

3、烟气部分

锅炉尾部烟气从空气预热器3出来，经高温换热器1换热，进入除尘器20，除尘器20出来经风机30（引风机和增压风机），进入低温换热器2再次进行换热，换热后进入脱硫塔40，从烟囱50排入大气。

4、空气部分

空气经空气送风机32（一次风机或二次风机）进入空气加热器31进行换热后，进入空气预热器3。

如图2所示，电厂锅炉排烟二级余热回收利用自动控制系统参数控制点有高温换热器出口烟气温度T1、高温换热器入口烟气温度T5、高温换热器入口凝结水温度T2、高温换热器尾部金属壁温度T3、低温换热器金属壁温度T4、储水箱液位L1等的检测器，所述检测器均连接至控制中心16。

所有阀门、循环水泵的开关状态、检测器检测的参数信号都采集到控制器16，通过控制中心16对各设备进行控制和显示。

电厂锅炉排烟余热回收利用自动控制系统的具体控制流程为：

1、高温换热部分自动投入控制流程，如图3a和3b所示：

1）打开高温换热器1入口的第一控制阀9；

2）打开高温换热器1出口的第二控制阀10；

3）相邻两个凝结水低压加热器间的调节阀11进行自动调节；

4）判断高温换热器入口水温T2是否大于设定值；

5）条件不满足时，启动第一循环水泵7；

6）打开第三控制阀8；

7）第一循环水泵7自动调节；

2、高温换热部分退出控制流程，如图4所示：

1）全开相邻两个低温端凝结水低压加热器间的调节阀11；

2）关闭高温换热器1入口的第一控制阀9；

3）关闭高温换热器1出口的第二控制阀10；

4）第一循环水泵7启动的情况下，停止第一循环水泵7；

5）关闭第三控制阀8；

6）开启第一排水阀13。

3、低温换热部分投入控制流程，如图5a和5b所示：

1）在循环水箱液位低于设定值时，开启补水阀12；

2）启动第二循环水泵5；

3）打开第四控制阀6；

4）第二循环水泵5自动调节。

4、低温换热部分退出控制流程，如图6所示：

1）停止第二循环水泵5；

2）关闭第二循环水泵出口的第四控制阀6；

3）开启第二排水阀14和第三排水阀15。

电厂锅炉排烟二级余热回收利用自动控制系统的故障诊断方法为：

如图7所示，高温换热器1本体泄漏、高温换热器1入口的第一控制阀9关反馈、高温换热器出口的第二控制阀10关反馈、高温换热器入口烟温T5小于设定值任一条件满足时，高温换热部分退出；

如图8所示，低温换热器2本体泄漏、空气加热器31本体泄漏、第二循环水泵5跳闸反馈、第二循环水泵5出口的第四控制阀6关反馈、高温换热器出口烟温T1大于除尘器20安全运行温度高限与高温换热部分退出同时成立任一条件满足时，低温换热部分退出。

Claims (7)

1.一种锅炉烟气余热回收利用系统，包括高温换热部分和低温换热部分，其特征在于：高温换热部分包括依次排列在一轴线上的空气预热器、出口烟温为酸露点+（10～15）℃的高温换热器、除尘器、风机、低温换热器、脱硫塔和烟囱，以及至少二个串联连接的凝结水低压加热器，这其中，一低温端凝结水低压加热器出口形成两支路，一支路经由一第一控制阀后至高温换热器的凝结水入口，另一支路经一调节阀后连接至下一级低压加热器入口，高温换热器的凝结水出口分成两个支路，其一支路经由一第二控制阀连接一高温端凝结水低压加热器的入口，另一支路则经由一第一循环水泵和一第三控制阀连接所述高温换热器的凝结水入口；低温换热部分包括位于另一轴线上的一空气加热器与一空气送风机，且所述的空气加热器位于该空气预热器与空气送风机之间；还包括一储水箱，所述储水箱经由一第二循环水泵和一第四控制阀连接所述低温换热器的液体侧入口，所述低温换热器的液体侧出口连接所述空气加热器的液体侧入口，所述空气加热器的液体侧出口则连接所述储水箱的入口；所述的调节阀、各个控制阀及各个循环水泵均连接一控制中心。

2.如权利要求1所述的一种锅炉烟气余热回收利用系统，其特征在于：所述的高温换热器、所述的低温换热器以及所述空气加热器均设置本体排水阀及本体泄漏检测器，该本体排水阀及本体泄漏检测器连接至所述控制中心。

3.如权利要求2所述的一种锅炉烟气余热回收利用系统，其特征在于：还设置有高温换热器出口烟气温度、高温换热器入口烟气温度、高温换热器入口凝结水温度、高温换热器尾部金属壁温度、低温换热器金属壁温度及储水箱液位的检测装置，所述检测装置均连接至所述控制中心。

4.如权利要求3所述的一种锅炉烟气余热回收利用系统，其特征在于：所述的控制中心由中央处理器和执行器部件组成。

5.如权利要求2所述的一种锅炉烟气余热回收利用系统，其特征在于：所述的各个控制阀和各个排水阀均采用电动关断阀，调节阀采用电动调整阀。

6.如权利要求1所述的一种锅炉烟气余热回收利用系统，其特征在于：所述的各个循环水泵均采用变频器控制的循环水泵。

7.权利要求1、2、3、4、5或6所述锅炉烟气余热回收利用系统的控制方法，其特征在于，包括如下的步骤：

1、高温换热部分自动投入控制流程：

1）打开高温换热器入口的第一控制阀；

2）打开高温换热器出口的第二控制阀；

3）相邻两个凝结水低压加热器间的调节阀进行自动调节；

4）判断高温换热器入口水温是否大于设定值；

5）条件不满足时，启动第一循环水泵；

6）打开第三控制阀；

7）第一循环水泵自动调节；

2、高温换热部分退出控制流程：

1）全开相邻两个低温端凝结水低压加热器间的调节阀；

2）关闭高温换热器入口的第一控制阀；

3）关闭高温换热器出口的第二控制阀；

4）第一循环水泵启动的情况下，停止第一循环水泵；

5）关闭第三控制阀；

3、低温换热部分投入控制流程：

1）在循环水箱液位低于设定值时，开启补水阀；

2）启动第二循环水泵；

3）打开第四控制阀；

4）第二循环水泵自动调节；

4、低温换热部分退出控制流程：

1）停止第二循环水泵；

2）关闭第二循环水泵出口的第四控制阀。

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