CN102889611B - 一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统及预热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统及预热方法。所述预热系统包括空气预热器(4)和与之连通的空气通道(5)、烟气通道(7)，沿空气流动方向在所述空气通道(5)上空气预热器(4)前设置低温放热装置(18)；沿烟气流动方向在烟气通道(7)上空气预热器(4)前后分别设高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)；低温放热装置(18)上与蒸汽联箱相连的蒸汽总管(15)通过支管分别与高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)连通；低温放热装置(18)凝结水联箱相连的凝结水总管(16)通过支管分别与高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)连通。本发明中可根据煤种和机组负荷的变化，调整余热回收量和烟气排烟温度。

Description

一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统及预热方法

技术领域

本发明涉及锅炉烟气和生产工艺尾气的余热回收利用领域，具体地，本发明涉及一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统及预热方法。

背景技术

由于煤种、设备状况、季节和机组负荷的变化，以及设计误差等原因，实际运行中空气预热器后的排烟温度常常偏离设计工况下的设计值较多，由于传统空气预热器均根据设计工况采用固定的设计参数，换热设备的换热能力不可调节。因而，或者由于锅炉排烟温度过高，造成能耗损失很大，或者由于排烟温度过低造成空气预热器的低温腐蚀。

在申请号为201110153486.9、201110177653.3和201110177569.1的专利申请中提出了分控相变换热技术，但是在空气预热器中由于热源吸热装置位于原有排烟热量利用装置的后面，烟气温度更低，因而相变换热热源吸热装置的换热器壁面温度与烟气酸露点更接近，设备低温腐蚀的危险性性更大，对控制系统的可靠性要求更高，同时之前的分控相变换热技术由于热源吸热装置位于原有排烟热量利用装置的后面，烟气温度更低，因而低温处的相变换热热源吸热装置的换热器面积要求更大，因而烟气阻力也更大，该处更容易堵灰，而且分控相变换热技术热源吸热装置的换热面提高耐磨、耐蚀性能的成本较高，发生泄漏后性能下降较大，且维护难度较大。

通过高温吸热装置换热的烟气温度远高于烟气的酸露点，不需要通过控制相变参数来控制高温吸热装置的换热面壁温。另外，由于与高温吸热装置换热的烟气的温度往往高于水的临界参数，相变参数不容易控制稳定，因而如果采用前述分控相变方法，很容易造成高温吸热装置内部压力极高，增加了设备成本，降低了设备安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统。

本发明的再一目的在于提供了一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统的预热方法。

根据本发明的排烟温度可控的分控相变空气预热系统，所述空气预热系统包括空气预热器4以及与之连通的空气通道5和烟气通道7，

沿空气流动方向在所述空气通道5上、空气预热器4前设置低温放热装置18；

沿烟气流动方向在烟气通道7上空气预热器4前后分别设置高温吸热装置6和低温吸热装置1；

所述低温放热装置18上与蒸汽联箱相连的蒸汽总管15至少分成高温吸热装置蒸汽管8和低温吸热装置蒸汽管11两个支路，并通过所述两个支路分别与高温吸热装置6和低温吸热装置1连通；

所述低温放热装置18凝结水联箱相连的凝结水总管16至少分成高温吸热装置凝结水管9和低温吸热装置凝结水管12两个支路，并通过所述两个支路分别与高温吸热装置6和低温吸热装置1连通；

所述高温吸热装置凝结水管9上设有高温吸热装置凝结水调节阀10，所述低温吸热装置蒸汽管11上设有低温吸热装置蒸汽调节阀13，所述低温吸热装置凝结水管12上设有低温吸热装置凝结水调节阀14；

其中，冷凝水通过高温吸热装置凝结水管9和低温吸热装置凝结水管12进入高温吸热装置6和低温吸热装置1，吸收热量蒸发为蒸汽，然后分别进入所述的高温吸热装置蒸汽管8和低温吸热装置蒸汽管11中，并汇合进入蒸汽总管15，最后进入低温放热装置18内，并在低温放热装置18内与空气通道5通入的空气进行热交换，提高了空气温度，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管16中，实现循环传热循环。

作为上述方案的一种改进，所述述凝结水总管16上设有循环泵17。

作为上述方案的又一种改进，所述烟气通道7上空气预热器4后设有空预后烟气温度传感器2；

所述低温吸热装置蒸汽管11或低温吸热装置1内设有低温吸热装置参数传感器3。

本发明还提供了一种排烟温度可控的分控相变空气预热方法，该方法包括以下步骤：

将凝结水总管16中的凝结水分成两支路，分别经高温吸热装置凝结水管9和低温吸热装置凝结水管12进入高温吸热装置6和低温吸热装置1；

进入高温吸热装置6的凝结水从烟气通道7内空气预热器4前的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入高温吸热装置蒸汽管8；

进入低温吸热装置1内的凝结水从烟气通道7内空气预热器4后的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入低温吸热装置蒸汽管11；

所述高温吸热装置蒸汽管8和低温吸热装置蒸汽管11中的蒸汽汇合进入蒸汽总管15，最后进入低温放热装置18内，并在低温放热装置18内与空气通道5通入的空气进行热交换，降低了空气的过冷度，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管16中，实现循环传热循环。

根据排烟温度可控的分控相变空气预热方法，所述高温吸热装置相变换热的调控方法为：

高温吸热装置的相变换热量通过控制该装置内的水量来调节，高温吸热装置凝结水通过高温吸热装置凝结水调节阀10进行调控，所述高温吸热装置凝结水调节阀10根据高温吸热装置6液位的测量信号、空预后烟气温度传感器2的测量信号和高温吸热装置6内的压力信号，由相应控制器发出指令调节开度；

当高温吸热装置6的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀10关小，反之开大，以使测量的液位与设定值保持一致；当空预后烟气温度传感器2测量的烟气温度低于空预后烟气温度的设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀10强制关闭，直到空预后烟气温度传感器2测量的烟气温度高于相应设定值1～30℃时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令。

当高温吸热装置6内的压力信号高于相应设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀10强制关闭，直到高温吸热装置6内的压力信号低于相应设定值0.01～1MPa时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令。

根据排烟温度可控的分控相变空气预热方法，所述低温吸热装置蒸汽的调控方法为：

低温吸热装置蒸汽通过低温吸热装置蒸汽调节阀13进行调控，所述蒸汽调节阀13根据低温吸热装置参数传感器3的信号，由相应控制器发出指令调节开度，其中所述参数包括温度和压力；

当测量的参数低于低温吸热装置参数的设定值时，该控制器发出指令关小调节阀13的开度，反之开大开度，以使测量的参数与该设定值保持一致。

根据排烟温度可控的分控相变空气预热方法，所述低温吸热装置凝结水的调控方法为：

低温吸热装置凝结水通过低温吸热装置凝结水调节阀14进行调控，所述低温吸热装置凝结水调节阀14根据低温吸热装置1内的液位和温度，由相应控制器发出指令调节其开度；

当低温吸热装置1内的液位低于低温吸热装置内液位的设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀14开度开大，反之关小，以使低温吸热装置1内的液位与相应设定值保持一致；

当低温吸热装置1内的温度低于相应设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀14强制关闭，直到低温吸热装置1内的温度高于相应设定值1～15℃时，该控制器解除凝结水调节阀14强制关闭指令。

本发明的优点：

1、可根据煤种、设备状况、季节和机组负荷的变化，灵活调整余热回收量和烟气排烟温度。本发明的组合式相变参数调节方式，使热交换介质(烟气和空气等)温度等参数的适应范围大大增加。吸热装置可根据相应参数自动调节或投入、退出运行，例如，夏季时，排烟温度较高，低温吸热装置投入运行；冬季的空气温度和排烟温度较低，低温吸热装置可自动退出运行，而高温吸热装置直接从高温烟气吸热传递给冷空气，可以在降低排烟温度的同时，提高空预器的壁温，防低温腐蚀能力提高。

2、对分控相变装置的保护更彻底，更安全。由于高温吸热装置位于原有排烟热量利用装置的前面，烟气温度更高，因而可以在烟气或空气温度较低时保障整个热源吸热装置的相变参数稳定，设备防低温腐蚀的安全性更高。

3、在受热面安全的前提下，由螺旋翅片管替代蓄热式换热器的蓄热材料可降低余热利用的成本。

4、低温吸热装置的换热面积减小，有利于降低余热回收设备的维护成本，系统运行的可靠性也提高。

5、低温吸热装置的换热面积减小，有利于减轻尾部受热面的堵灰，减小烟气阻力，提高系统运行的经济性。

6、通常在原有排烟热量利用装置(如蓄热式换热器、管式空气预热器或省煤器等)之前，相变换热装置的受热面布置空间更为充足，应用的灵活性更高。

附图说明

图1为本发明的排烟温度可控的分控相变空气预热系统示意图。

附图标识

1、低温吸热装置            2、空预后烟气温度传感器

3、低温吸热装置参数传感器  4、空气预热器

5、空气通道                6、高温吸热装置

7、烟气通道                8、高温吸热装置蒸汽管

9、高温吸热装置凝结水管    10、高温吸热装置凝结水调节阀

11、低温吸热装置蒸汽管         12、低温吸热装置凝结水管

13、低温吸热装置蒸汽调节阀     14、低温吸热装置凝结水调节阀

15、蒸汽总管                   16、凝结水总管

17、循环泵                     18、低温放热装置

具体实施方式

本发明提出的一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统如附图1所示，主要设备包括：低温吸热装置1、空预后烟气温度传感器2、低温吸热装置参数传感器3、空气预热器4、空气通道5、高温吸热装置6、烟气通道7、高温吸热装置蒸汽管8、高温吸热装置凝结水管9、高温吸热装置凝结水调节阀10、低温吸热装置蒸汽管11、低温吸热装置凝结水管12、低温吸热装置蒸汽调节阀13、低温吸热装置凝结水调节阀14、蒸汽总管15、凝结水总管16、循环泵17和低温放热装置18。

本发明的排烟温度可控的分控相变空气预热系统的主要组成为：

在烟气通道7上空气预热器4前和后(按烟气流向)分别设有高温吸热装置6和低温吸热装置1；在空气通道5上空气预热器4前(按空气流向)设有低温放热装置18。

与低温放热装置18蒸汽联箱相联的蒸汽总管15与2个支路相联，2个支路分别为与高温吸热装置6蒸汽联箱相联的高温吸热装置蒸汽管8和与低温吸热装置1蒸汽联箱相联的低温吸热装置蒸汽管11；

与低温放热装置18凝结水联箱相联的凝结水总管16与2个支路相联，2个支路分别为与高温吸热装置6凝结水联箱相联的高温吸热装置凝结水管9和与低温吸热装置1凝结水联箱相联的低温吸热装置凝结水管12；

前述高温吸热装置凝结水管9上设有高温吸热装置凝结水调节阀10；前述低温吸热装置蒸汽管11上设有低温吸热装置蒸汽调节阀13；前述低温吸热装置凝结水管12上设有低温吸热装置凝结水调节阀14。

前述凝结水总管16上设有循环泵17。

前述烟气通道7上空气预热器4后(按烟气流向)设有空预后烟气温度传感器2；前述低温吸热装置蒸汽管11或低温吸热装置1内设有低温吸热装置参数传感器3。

本发明的空气预热器也可为其它余热利用装置，烟气和空气也可为其它介质。本发明的系统可以适应上述改变而不影响其性能的发挥。

系统的工作过程为：

高温吸热装置6内的蒸发液从烟气通道7内空气预热器4前(按烟气流向)的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入高温吸热装置蒸汽管8；低温吸热装置1内的蒸发液从烟气通道7内空气预热器4后(按烟气流向)的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入低温吸热装置蒸汽管11；前述产生的蒸汽两者汇合进入蒸汽总管15后，然后进入低温放热装置18内，将蒸汽携带的热量传递给在空气通道5内空气预热器4前(按空气流向)的空气并发生相变转化为凝结水；该凝结水进入凝结水总管16，经循环泵17升压后分别进入高温吸热装置凝结水管9和低温吸热装置凝结水管12；进入高温吸热装置凝结水管9的凝结水进入了高温吸热装置6，进入低温吸热装置凝结水管12的凝结水进入了低温吸热装置1，两者各自再次吸热蒸发为蒸汽进行新的传热循环。

系统运行的具体控制方法如下：

本发明提出的分控相变空气预热系统和方法，分控相变可划分为两部分，即分别控制高温吸热装置6和低温吸热装置1的相变换热。

低温吸热装置蒸汽调节阀13根据低温吸热装置参数传感器3的信号，由相应控制器发出指令调节开度。当测量的参数(温度或压力)低于低温吸热装置参数的设定值时，该控制器发出指令关小调节阀13的开度，反之开大开度，以使测量的参数与该设定值保持一致。

低温吸热装置凝结水调节阀14根据低温吸热装置1内的液位和温度，由相应控制器发出指令调节其开度。当低温吸热装置1内的液位低于低温吸热装置内液位的设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀14开度开大，反之关小，以使低温吸热装置1内的液位与相应设定值保持一致。当低温吸热装置1内的温度低于相应设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀14被强制关闭，不允许开启，直到低温吸热装置1内的温度高于相应设定值1～15℃时，该控制器解除凝结水调节阀14强制关闭指令。

高温吸热装置凝结水调节阀10的控制方案一：根据空预后烟气温度传感器2的测量信号和高温吸热装置6液位的测量信号，由相应控制器发出指令调节开度。当测量的烟气温度低于空预后烟气温度的设定值时，该控制器发出指令关小调节阀13的开度，反之开大开度，以使测量的烟气温度与设定值保持一致。当高温吸热装置6的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀10被强制关闭，不允许开启，直到高温吸热装置6的液位低于相应设定值10～500mm时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令。

高温吸热装置凝结水调节阀10的控制方案二：根据高温吸热装置6液位的测量信号和空预后烟气温度传感器2的测量信号，由相应控制器发出指令调节开度。当高温吸热装置6的液位高于相应液位设定值时，高温吸热装置凝结水调节阀10关小，反之开大，以使测量的液位与设定值保持一致。当测量的烟气温度低于空预后烟气温度的设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀10被强制关闭，不允许开启，直到测量的空预后烟气温度高于设定值1～20℃时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令。

本发明提出的分控相变空气预热系统和方法，其空预后烟气温度的设定值和低温吸热装置参数的设定值是根据烟气监测的二氧化硫含量来确定的，二氧化硫含量高，则排烟温度的设定值高，反之亦然。该设定值可手动设定也可自动设定。

本发明低温吸热装置蒸汽调节阀13和低温吸热装置凝结水调节阀14也可采用之前发明的各种分控相变换热系统的控制方法来控制。

Claims (7)

1.一种排烟温度可控的分控相变空气预热系统，所述空气预热系统包括空气预热器(4)以及与之连通的空气通道(5)和烟气通道(7)，其特征在于，

沿空气流动方向在所述空气通道(5)上空气预热器(4)前设置低温放热装置(18)；

沿烟气流动方向在烟气通道(7)上空气预热器(4)前后分别设置高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)；

所述低温放热装置(18)上与蒸汽联箱相连的蒸汽总管(15)至少分成高温吸热装置蒸汽管(8)和低温吸热装置蒸汽管(11)两个支路，并分别与高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)连通；

所述低温放热装置(18)凝结水联箱相连的凝结水总管(16)至少分成高温吸热装置凝结水管(9)和低温吸热装置凝结水管(12)两个支路，并分别与高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)连通；

所述高温吸热装置凝结水管(9)上设有高温吸热装置凝结水调节阀(10)，所述低温吸热装置蒸汽管(11)上设有低温吸热装置蒸汽调节阀(13)，所述低温吸热装置凝结水管(12)上设有低温吸热装置凝结水调节阀(14)；

其中，冷凝水通过高温吸热装置凝结水管(9)和低温吸热装置凝结水管(12)进入高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)，吸收热量蒸发为蒸汽，然后分别进入所述的高温吸热装置蒸汽管(8)和低温吸热装置蒸汽管(11)中，并汇合进入蒸汽总管(15)，最后进入低温放热装置(18)内，并在低温放热装置(18)内与空气通道(5)通入的空气进行热交换，提高了空气的温度，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管(16)中，实现循环传热循环。

2.根据权利要求1所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统，其特征在于，所述凝结水总管(16)上设有循环泵(17)。

3.根据权利要求1所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统，其特征在于，

所述烟气通道(7)上空气预热器(4)后设有空预后烟气温度传感器(2)；

所述低温吸热装置蒸汽管(11)或低温吸热装置(1)内设有低温吸热装置参数传感器(3)。

4.一种基于权利要求1至3所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统的预热方法，该方法包括以下步骤：

将凝结水总管(16)中的凝结水分成两支路，分别经高温吸热装置凝结水管(9)和低温吸热装置凝结水管(12)进入高温吸热装置(6)和低温吸热装置(1)；

进入高温吸热装置(6)的凝结水从烟气通道(7)内空气预热器(4)前的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入高温吸热装置蒸汽管(8)；

进入低温吸热装置(1)内的凝结水从烟气通道(7)内空气预热器(4)后的烟气吸热，发生相变转化为蒸汽进入低温吸热装置蒸汽管(11)；

所述高温吸热装置蒸汽管(8)和低温吸热装置蒸汽管(11)中的蒸汽汇合进入蒸汽总管(15)，最后进入低温放热装置(18)内，并在低温放热装置(18)内与空气通道(5)通入的空气进行热交换，提高了空气的温度，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管(16)中，实现循环传热循环。

5.根据权利要求4所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统的预热方法，其特征在于，所述高温吸热装置相变换热的调控方法为：

高温吸热装置的相变换热量通过控制该装置内的水量来调节，高温吸热装置凝结水通过高温吸热装置凝结水调节阀(10)进行调控，所述高温吸热装置凝结水调节阀(10)根据高温吸热装置(6)液位的测量信号、空预后烟气温度传感器(2)的测量信号和高温吸热装置(6)内的压力信号，由相应控制器发出指令调节开度；

当高温吸热装置(6)的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀(10)关小，反之开大，以使测量的液位与设定值保持一致；当空预后烟气温度传感器(2)测量的烟气温度低于空预后烟气温度的设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀(10)强制关闭，直到空预后烟气温度传感器(2)测量的烟气温度高于相应设定值1～30℃时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令；

当高温吸热装置(6)内的压力信号高于相应设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀(10)强制关闭，直到高温吸热装置(6)内的压力信号低于相应设定值0.01～1MPa时，该控制器解除高温吸热装置凝结水调节阀10的强制关闭指令。

6.根据权利要求4所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统的预热方法，其特征在于，所述低温吸热装置蒸汽的调控方法为：

低温吸热装置蒸汽通过低温吸热装置蒸汽调节阀(13)进行调控，所述蒸汽调节阀(13)根据低温吸热装置参数传感器(3)的信号，由相应控制器发出指令调节开度，其中所述参数包括温度和压力；

当测量的参数低于低温吸热装置参数的设定值时，该控制器发出指令关小调节阀(13)的开度，反之开大开度，以使测量的参数与该设定值保持一致。

7.根据权利要求4所述的排烟温度可控的分控相变空气预热系统的预热方法， 其特征在于，所述低温吸热装置凝结水的调控方法为：

低温吸热装置凝结水通过低温吸热装置凝结水调节阀(14)进行调控，所述低温吸热装置凝结水调节阀(14)根据低温吸热装置(1)内的液位和温度，由相应控制器发出指令调节其开度；

当低温吸热装置(1)内的液位低于低温吸热装置内液位的设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀(14)开度开大，反之关小，以使低温吸热装置(1)内的液位与相应设定值保持一致；

当低温吸热装置(1)内的温度低于相应设定值时，该控制器发出指令使凝结水调节阀(14)强制关闭，直到低温吸热装置(1)内的温度高于相应设定值1～15℃时，该控制器解除凝结水调节阀(14)强制关闭指令。