CN102889809B - 一种回热式分控相变空气预热系统及预热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回热式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(3)以及与之相连的烟气通道(4)和空气通道(5)，沿空气流动方向在所述空气通道(5)上空气预热器(3)前后分别设置低温放热装置(22)和空气回热吸热装置(6)；沿烟气流动方向在烟气通道(4)上空气预热器(3)前设置高温吸热装置(8)；所述与低温放热装置(22)连接的蒸汽总管(19)通过支管分别与空气回热吸热装置(6)和高温吸热装置(8)连通；所述与低温放热装置(22)连接的凝结水总管(20)通过支管分别与高温吸热装置(8)和空气回热吸热装置(6)连通。本发明可根据煤种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。

Description

一种回热式分控相变空气预热系统及预热方法

技术领域

本发明涉及空气预热系统，具体地，本发明涉及一种回热式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。

在冬季，通常采用在空气预热器前设置暖风器来提高空气预热器入口的空气温度，避免空气预热器换热材料的低温腐蚀。暖风器的热源全部来自蒸汽，这会增加较高品质热量的损失，降低机组的热效率。

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，通过控制分控相变换热装置内的相变参数等于设定值来控制热源吸热装置换热器的壁温和吸热量，在降低排烟温度的同时，避免酸腐蚀。该分控相变换热技术的相变参数设定值根据烟气的酸露点来确定，酸露点不变，则相变参数不变。但是前述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，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；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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回热式分控相变空气预热系统。

本发明的再一目的在于提供一种回热式分控相变预热方法。

为了实现上述目的，本发明提供的回热式分控相变空气预热系统：包括空气预热器3以及与之相连的烟气通道4和空气通道5，

沿空气流动方向在所述空气通道5上空气预热器3前后分别设置低温放热装置22和空气回热吸热装置6；

沿烟气流动方向在烟气通道4上空气预热器3前设置高温吸热装置8；

所述低温放热装置22上连接的蒸汽总管19分成至少回热吸热装置蒸汽管9和高温吸热装置蒸汽管11两个支管，并分别于空气回热吸热装置6和高温吸热装置8连通；

所述低温放热装置22上连接的凝结水总管20分成至少高温吸热装置凝结水管12和回热吸热装置凝结水管10两个支管，并分别与高温吸热装置8和空气回热吸热装置6连通；

在所述的高温吸热装置凝结水管12上设有高温吸热装置凝结水调节阀13，在所述的回热吸热装置凝结水管10上设有回热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12和回热吸热装置凝结水管10两个支管分别进入高温吸热装置8和空气回热吸热装置6，通过吸热蒸发为水蒸气，然后分别进入高温吸热装置蒸汽管11和回热吸热装置蒸汽管9，汇合进入蒸汽总管19，最后进入低温放热装置22，在低温放热装置22中与空气通道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20中，实现循环传热循环。

作为上述方案的一种改进，所述低温放热装置22上连接的蒸汽总管19分成回热吸热装置蒸汽管9、高温吸热装置蒸汽管11和外接热源供汽管15三个支管；

所述低温放热装置22上连接的凝结水总管20分成至少高温吸热装置凝结水管12、回热吸热装置凝结水管10和外接热源回水管16三个支管；

并在所述的外接热源供汽管15和外接热源回水管16上分别设有外接热源供汽阀17和外接热源回水阀18。

作为上述方案的又一种改进，所述的凝结水总管20上设有循环泵21。

作为上述方案的还一种改进，沿烟气流动方向，所述烟气通道4上空气预热器3后设有空预后烟气温度传感器1；

沿空气流动方向，所述空气通道5上空气预热器3前和空气回热吸热装置6后分别设有空预前空气温度传感器2和回热装置后空气温度传感器7。

本发明还提供了一种回热式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20中的凝结水分成两个支路，并分别经高温吸热装置凝结水管12和回热吸热装置凝结水管10进入高温吸热装置8和空气回热吸热装置6；

进入高温吸热装置8的凝结水通过从空气预热器3前烟气通道4内吸收热量，其内部的液体蒸发为蒸汽进入高温吸热装置蒸汽管11；

进入空气回热吸热装置6的凝结水通过从空气预热器3后的空气通道5内吸收热量，其内部液体蒸发为蒸汽进入回热吸热装置蒸汽管9；

其中高温吸热装置蒸汽管11和回热吸热装置蒸汽管9中的蒸汽汇合进入蒸汽总管19，最后进入低温放热装置22，在低温放热装置22中与空气通道5通入的空气进行热交换，加热了空气，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管20中，实现循环传热循环。

根据本发明的回热式分控相变空气预热方法，所述的高温吸热装置8的相变换热控制方法为：

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，其相变换热的参数随调控而变；高温吸热装置凝结水调节阀13根据空预后烟气温度传感器1的测量信号和高温吸热装置8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，该控制器发出指令减小高温吸热装置8的液位设定值，反之增大液位设定值；

当高温吸热装置8的液位高于前述相应液位设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀13开度减小，反之开大开度，以使测量的液位与设定值保持一致。

根据本发明的回热式分控相变空气预热方法，所述空气回热吸热装置6的相变换热控制方法为：

回热吸热装置凝结水调节阀14根据空预后烟气温度传感器1或空预前空气温度传感器2测量的温度信号和空气回热吸热装置6内的液位，由相应控制器发出指令调节其开度；

当空预后烟气温度传感器1、空预前空气温度传感器2测量的温度信号的测量的温度信号或两者平均值或由两者确定的壁温计算值低于相应的温度设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀14开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致；

当空气回热吸热装置6内的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀14被强制关闭，直到空气回热吸热装置6内的液位低于相应设定值10～2000mm时，该控制器解除回热吸热装置凝结水调节阀14的强制关闭指令。

根据本发明的回热式分控相变空气预热方法，所述外接热源供汽阀17控制过程为：

外接热源供汽阀17根据回热装置后空气温度传感器7测量的温度信号来控制开度；

当回热装置后空气温度传感器7测量的温度信号值低于相应的温度设定值时，将使外接热源供汽阀17开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致；

当外接热源供汽阀17打开时，外接热源回水阀18也打开相应的开度，以保持系统内的凝结水量的平衡和稳定。

本发明的优点：

1、本发明可根据煤种、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。通过本发明的分控相变换热系统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、通过本发明的分控相变换热系统可使得进入空预器前的冷空气得到回热加热，可节约暖风器的供汽，提高机组的热效率。

3、本发明对分控相变装置的保护更彻底，更安全。余热回收设备维护成本降低，系统运行可靠性提高。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，因而相变换热设备防低温腐蚀的安全性更高，也不易发生堵灰。一般蓄热式余热回收换热装置耐磨性性能通常较相变换热装置高，且低温部分通常采用耐腐蚀材料，因而寿命较高。同时该类设备堵灰后的性能下降较慢，也允许一定量的泄漏和换热能力的降低，性能下降对设备及所属系统的正常连续运行影响也较小，且检修维护成本较相变换热装置低。

4、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。

5、空预后烟气温度和空预前空气温度的两者平均值与空气预热器的蓄热材料壁温相关性更好，以其为控制参数，防止空气预热器发生低温腐蚀的可靠性更高。

6、通过控制排烟温度来控制余热回收换热装置的低温腐蚀方法较易实现，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为本发明的回热式分控相变空气预热系统示意图。

附图标识

1、空预后烟气温度传感器        2、空预前空气温度传感器

3、空气预热器                  4、烟气通道            5、空气通道

6、空气回热吸热装置            7、回热装置后空气温度传感器

8、高温吸热装置                9、回热吸热装置蒸汽管

10、回热吸热装置凝结水管       11、高温吸热装置蒸汽管

12、高温吸热装置凝结水管       13、高温吸热装置凝结水调节阀

14、回热吸热装置凝结水调节阀   15、外接热源供汽管

16、外接热源回水管             17、外接热源供汽阀

18、外接热源回水阀             19、蒸汽总管

20、凝结水总管                 21、循环泵

22、低温放热装置

具体实施方式

本发明提出的回热式分控相变空气预热系统如附图1所示，主要设备包括：

空预后烟气温度传感器1；空预前空气温度传感器2；空气预热器3；烟气通道4；空气通道5；空气回热吸热装置6；回热装置后空气温度传感器7；高温吸热装置8；回热吸热装置蒸汽管9；回热吸热装置凝结水管10；高温吸热装置蒸汽管11；高温吸热装置凝结水管12；高温吸热装置凝结水调节阀13；回热吸热装置凝结水调节阀14；外接热源供汽管15；外接热源回水管16；外接热源供汽阀17；外接热源回水阀18；蒸汽总管19；凝结水总管20；循环泵21；低温放热装置22。

本发明的回热式分控相变空气预热系统的组成为：

在烟气通道4上空气预热器3前(按烟气流向)设有高温吸热装置8；在空气通道5上空气预热器3前和后(按空气流向)分别设有低温放热装置22和空气回热吸热装置6。

与低温放热装置22蒸汽联箱相联的蒸汽总管19与3个支路相联，3个支路分别为与高温吸热装置8蒸汽联箱相联的高温吸热装置蒸汽管11、与空气回热吸热装置6蒸汽联箱相联的回热吸热装置蒸汽管9、以及外接热源供汽管15；

与低温放热装置22凝结水联箱相联的凝结水总管20与3个支路相联，3个支路分别为与高温吸热装置8凝结水联箱相联的高温吸热装置凝结水管12、与空气回热吸热装置6凝结水联箱相联的回热吸热装置凝结水管10、以及外接热源回水管16；

前述高温吸热装置凝结水管12上设有高温吸热装置凝结水调节阀13；前述回热吸热装置凝结水管10上设有回热吸热装置凝结水调节阀14；前述外接热源供汽管15上设有外接热源供汽阀17。

前述凝结水总管20上设有循环泵21。

前述烟气通道4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1；前述空气通道5上空气预热器3前和后(按空气流向)分别设有空预前空气温度传感器2和回热装置后空气温度传感器7。

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8内的蒸发液从烟气通道4内空气预热器3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11；空气回热吸热装置6内的蒸发液从空气通道5内空气预热器3后(按空气流向)的高温空气吸热，发生相变转化为蒸汽进入回热吸热装置蒸汽管9；前述产生的蒸汽两者汇合进入蒸汽总管19后，然后进入低温放热装置22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)的低温空气并发生相变转化为凝结水；该凝结水进入凝结水总管20，经循环泵21升压后分别进入高温吸热装置凝结水管12和回热吸热装置凝结水管10；进入高温吸热装置凝结水管12的凝结水进入了高温吸热装置8，进入回热吸热装置凝结水管10的凝结水进入了空气回热吸热装置6，两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8和空气回热吸热装置6的相变换热。

高温吸热装置凝结水调节阀13根据空预后烟气温度传感器1的测量信号和高温吸热装置8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8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13被强制关闭，不允许开启，直到高温吸热装置8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13的强制关闭指令。

回热吸热装置凝结水调节阀14根据空预后烟气温度传感器1或空预前空气温度传感器2测量的温度信号和空气回热吸热装置6内的液位，由相应控制器发出指令调节其开度。当空预后烟气温度传感器1、空预前空气温度传感器2测量的温度信号的两者平均值，或者当空预后烟气温度传感器1或者空预前空气温度传感器2测量的温度信号低于相应的温度设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀14开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致。当空气回热吸热装置6内的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀14被强制关闭，不允许开启，直到空气回热吸热装置6内的液位低于相应设定值10～500mm时，该控制器解除回热吸热装置凝结水调节阀14的强制关闭指令。

外接热源供汽阀17根据回热装置后空气温度传感器7测量的温度信号来控制开度，当回热装置后空气温度传感器7测量的温度信号值低于相应的温度设定值时，将使外接热源供汽阀17开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致。在外接热源供汽阀17打开时，外接热源回水阀18也打开相应的开度，以保持系统内的凝结水量的平衡和稳定。

本发明提出的回热式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以及空预后烟气温度、空预前空气温度的平均值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。

本发明提出的分控相变换热技术，即使烟气监测的二氧化硫含量确定不变，热源吸热装置的相变参数也随着换热条件的变化而不断调节变化，不是设定不变的。

Claims (8)

1.一种回热式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(3)以及与之相连的烟气通道(4)和空气通道(5)，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(3)前后分别设置低温放热装置(22)和空气回热吸热装置(6)；

沿烟气流动方向在烟气通道(4)上空气预热器(3)前设置高温吸热装置(8)；

所述低温放热装置(22)上连接的蒸汽总管(19)至少分成回热吸热装置蒸汽管(9)和高温吸热装置蒸汽管(11)两个支管，并分别与空气回热吸热装置(6)和高温吸热装置(8)连通；

所述低温放热装置(22)上连通的凝结水总管(20)至少分成高温吸热装置凝结水管(12)和回热吸热装置凝结水管(10)两个支管，并分别与高温吸热装置(8)和空气回热吸热装置(6)连通；

在所述的高温吸热装置凝结水管(12)上设有高温吸热装置凝结水调节阀(13)，在所述的回热吸热装置凝结水管(10)上设有回热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(12)和回热吸热装置凝结水管(10)两个支管分别进入高温吸热装置(8)和空气回热吸热装置(6)，通过吸热蒸发为水蒸气，然后分别进入高温吸热装置蒸汽管(11)和回热吸热装置蒸汽管(9)，汇合进入蒸汽总管(19)，最后进入低温放热装置(22)，在低温放热装置(22)中与空气通道(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(20)中，实现循环传热循环。

2.根据权利要求1所述的回热式分控相变空气预热系统，其特征在于，

所述与低温放热装置(22)连接的蒸汽总管(19)分成回热吸热装置蒸汽管(9)、高温吸热装置蒸汽管(11)和外接热源供汽管(15)三个支管；

所述与低温放热装置(22)连接的凝结水总管(20)分成至少高温吸热装置凝结水管(12)、回热吸热装置凝结水管(10)和外接热源回水管(16)三个支管；

并在所述的外接热源供汽管(15)和外接热源回水管(16)上分别设有外接热源供汽阀(17)和外接热源回水阀(18)。

3.根据权利要求1所述的回热式分控相变空气预热系统，其特征在于，所述的凝结水总管(20)上设有循环泵(21)。

4.根据权利要求1所述的回热式分控相变空气预热系统，其特征在于，

沿烟气流动方向，所述烟气通道(4)上空气预热器(3)后设有空预后烟气温度传感器(1)；

沿空气流动方向，所述空气通道(5)上空气预热器(3)前和空气回热吸热装置(6)后分别设有空预前空气温度传感器(2)和回热装置后空气温度传感器(7)。

5.一种基于权利要求1至4之一所述的回热式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(20)中的凝结水分成两个支路，并经高温吸热装置凝结水管(12)和回热吸热装置凝结水管(10)分别进入高温吸热装置(8)和空气回热吸热装置(6)；

进入高温吸热装置(8)的凝结水通过从空气预热器(3)前烟气通道(4)内吸收热量，其内部的液体蒸发为蒸汽进入高温吸热装置蒸汽管(11)；

进入空气回热吸热装置(6)的凝结水通过从空气预热器(3)后的空气通道(5)内吸收热量，其内部液体蒸发为蒸汽进入回热吸热装置蒸汽管(9)；

其中，高温吸热装置蒸汽管(11)和回热吸热装置蒸汽管(9)中的蒸汽汇合进入蒸汽总管(19)，最后进入低温放热装置(22)，在低温放热装置(22)中与空气通道(5)通入的空气进行热交换，加热了空气，同时蒸汽冷凝为凝结水进入凝结水总管(20)中，实现循环传热循环。

6.根据权利要求5所述的回热式分控相变空气预热系统的预热方法，其特征在于，所述的高温吸热装置(8)的相变换热控制方法为：

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，其相变换热的参数随调控而变；高温吸热装置凝结水调节阀(13)根据空预后烟气温度传感器(1)的测量信号和高温吸热装置(8)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，该控制器发出指令减小高温吸热装置(8)的液位设定值，反之增大液位设定值；

当高温吸热装置(8)的液位高于前述相应液位设定值时，该控制器发出指令使高温吸热装置凝结水调节阀(13)开度减小，反之开大开度，以使测量的液位与设定值保持一致。

7.根据权利要求5所述的回热式分控相变空气预热系统的预热方法，其特征在于，所述空气回热吸热装置(6)的相变换热控制方法为：

回热吸热装置凝结水调节阀(14)根据空预后烟气温度传感器(1)或空预前空气温度传感器(2)测量的温度信号和空气回热吸热装置(6)内的液位，由相应控制器发出指令调节其开度；

当空预后烟气温度传感器(1)、空预前空气温度传感器(2)测量的温度信号或两者平均值或由两者确定的壁温计算值低于相应的温度设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀(14)开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致；

当空气回热吸热装置(6)内的液位高于相应液位设定值时，该控制器发出指令使回热吸热装置凝结水调节阀(14)被强制关闭，直到空气回热吸热装置(6)内的液位低于相应设定值10～2000mm时，该控制器解除回热吸热装置凝结水调节阀(14)的强制关闭指令。

8.根据权利要求5所述的回热式分控相变空气预热系统的预热方法，其特征在于，所述与低温放热装置(22)连接的蒸汽总管(19)分成回热吸热装置蒸汽管(9)、高温吸热装置蒸汽管(11)和外接热源供汽管(15)三个支管；

所述与低温放热装置(22)连接的凝结水总管(20)分成至少高温吸热装置凝结水管(12)、回热吸热装置凝结水管(10)和外接热源回水管(16)三个支管；并在所述的外接热源供汽管(15)和外接热源回水管(16)上分别设有外接热源供汽阀(17)和外接热源回水阀(18)

所述外接热源供汽阀(17)控制过程为：

外接热源供汽阀(17)根据回热装置后空气温度传感器(7)测量的温度信号来控制开度；

当回热装置后空气温度传感器(7)测量的温度信号值低于相应的温度设定值时，将使外接热源供汽阀(17)开度开大，反之关小，以使温度测量信号值与相应设定值保持一致；

当外接热源供汽阀(17)打开时，外接热源回水阀(18)打开相应的开度，以保持系统内的凝结水量的平衡和稳定。