CN103380329A

CN103380329A - 锅炉设备

Info

Publication number: CN103380329A
Application number: CN2012800096516A
Authority: CN
Inventors: 山田大祐; 平冈和芳; 内田勲
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: MITSUBISHI Shipbuilding Corporation
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: KR101584418B1; CN103380329B; WO2012114944A1; KR20130117857A; JP5832103B2; JP2012177519A

Abstract

提供一种锅炉设备，进行空气预热的结构简单，且能够使效率提高。该锅炉设备具有：循环流路（33），从向锅炉（3）供水的供水系统（7）的脱气器（19）分流后，与脱气器（19）合流，使脱气器（19）的热水循环；热水加热式空气预热器（37），设于循环流路（33）上，通过热水来加热燃烧用空气；及热水节能器（39），通过锅炉（3）的燃烧废气来加热从热水加热式空气预热器（37）流出的热水。

Description

锅炉设备

技术领域

本发明涉及一种锅炉设备。

背景技术

在锅炉中，为了提高热效率而使用通过燃烧废气加热供水的废气节能器来回收废热。另外，为了提高燃烧效率，燃烧用空气通过预热器预先加热而供给。

该预热器例如有：如专利文献1所示，使燃烧用空气在与燃烧废气之间进行热交换，配合燃烧用空气的预热而回收燃烧废气的废热的废气式空气加热器（GAH：Gas Air Heater）；以及如专利文献2所示，使用蒸汽等加热源来加热燃烧用空气的蒸汽式空气加热器（SAH：Steam Air Heater）。另外，也可以组合使用GAH和SAH。

GAH由于能够与废气节能器一起回收燃烧废气的热量，所以能够提高锅炉效率。即，通过对GAH实施硫酸腐蚀防止用的对策，例如对下游侧的部件实施搪瓷涂层，能够将GAH的出口的燃烧废气温度设定在废气中的硫磺成分与水分结合而得到的硫酸的露点以下，例如120℃。

SAH由于燃烧废气的废热回收仅依赖于废气节能器，所以与GAH相比，锅炉效率变低。一般，废气节能器从硫酸腐蚀的角度考虑，将出口的燃烧废气温度设定为140℃左右，所以锅炉效率比GAH低2～3％左右。但是，由于SAH的结构简单，所以价格便宜且操作性和维护性良好。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-192202号公报

专利文献2：日本特开昭58-123022号公报

发明内容

发明要解决的问题

可是，GAH虽然锅炉效率良好，但结构复杂，存在大型化的问题。另外，为了确保加热燃烧用空气的热量，需要抑制废气节能器的热吸收，所以在供水系统中确保所抑制的热量的部分。即，为了确保向锅炉的供水温度，在脱气器之后形成设有多个高压供水加热器的、所谓四级供水再生方式的供水系统。

因此，作为设备，成为复杂的结构，并且制造成本变高，且操作性和维护性降低。

特别是，GAH和高压供水加热器是高价部件，并且在GAH中，由于担忧因硫酸腐蚀和煤造成堵塞，所以需要每隔数年更换部件，在高压供水加热器中，其开放、修理需要庞大的维护费用。

另外，在SAH中，由于结构比较简单，所以价格便宜且操作性和维护性良好，但是存在锅炉效率与GAH相比较低的问题。

鉴于这种情况，本发明的目的在于提供一种进行空气预热的结构简单，且能够使效率提高的锅炉设备。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明采用以下手段。

即，本发明的一形态是一种锅炉设备，其具有：循环流路，从向锅炉供水的供水系统的途中分流后，与该供水系统合流，使该供水系统的热水循环；热水加热式空气预热器，设于该循环流路上，通过所述热水来加热燃烧用空气；以及热水加热器，通过所述锅炉的燃烧废气来加热从该热水加热式空气预热器流出的热水。

在供水系统中，冷凝后的水在低温供水加热器及脱气器中被加热而成为热水。

在本方案中，使该热水在循环流路中循环，首先，通过热水加热式空气预热器，热水与燃烧用空气进行热交换。即，热水加热燃烧用空气，使燃烧用空气升温，并且被燃烧用空气冷却。如此，燃烧用空气由热水加热式空气预热器升温而供给至锅炉，所以能够提高燃料的燃烧效率。

接着，被冷却的热水与锅炉的燃烧废气热交换，冷却燃烧废气，通过燃烧废气而升温。换言之，在热水加热式空气预热器中向燃烧用空气供给热量，在热水加热器中从燃烧废气回收热量。

如此，燃烧废气的废热由热水加热器回收，所以能够配合例如废气节能器的回收而充分进行回收。由此，能够使锅炉设备的效率提高。

另外，在热水加热器中回收在热水加热式空气预热器中供给的热量而得到的热水返回至供水系统。因此，能够使对供水系统的影响为最小限。

由于热水加热式空气预热器和热水加热器是液体与气体的热交换，所以得到高的传热率，因此结构简单且实现小型化。

在本发明的一形态中，优选所述循环流路从脱气器分流。

如此，导入循环流路中的热水被脱气，没有溶解多余的氧，所以即使热水循环，例如返回至脱气器之后的供水系统，也能够防止向锅炉的供水中含有多余的氧。

在本发明的一形态中，可以在所述循环流路上设置绕过所述热水加热器的旁通流路。

如此，例如在锅炉设备的负载降低，燃烧废气的温度比从热水加热式空气预热器流出的热水的温度低的情况下，使热水经过旁通流路，绕过热水加热器。

由此，能够防止在热水加热式空气预热器中冷却的热水在热水加热器中被白白冷却，从而能够降低对向锅炉供给的供水的影响。

在本发明的一形态中，可以在燃烧用空气供给路径上，在所述热水加热式空气预热器的上游侧设置通过蒸汽来加热燃烧用空气的蒸汽加热式空气加热器。

如此，对燃烧用空气的加热量增加，因此即使在低负载时热水的温度不大的情况下、或者在寒冷地带空气温度低的情况下，也能够可靠地进行燃烧用空气的加热。

发明效果

根据本发明，通过供水系统的热水加热燃烧用空气，从燃烧废气回收随之产生的热量损失，因此进行空气预热的结构简单，且能够使效率提高。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的锅炉设备的结构的框图。

图2是表示本发明的第二实施方式的锅炉设备的结构的框图。

具体实施方式

以下，使用附图并详细说明本发明的实施方式。

[第一实施方式]

关于本发明的第一实施方式的锅炉设备，参照图1来进行说明。

图1是表示本实施方式的锅炉设备的结构的框图。锅炉设备1作为主机搭载在LNG船上，使用LNG作为燃料。

在锅炉设备1上设有船舶用锅炉（boiler）3、利用在船舶用锅炉3中生成的蒸汽而旋转的涡轮5、向船舶用锅炉3供水的供水系统7。

涡轮5作为利用蒸汽的设备而例示，并不限定于此。另外，图1中，图示了一个涡轮5，但也可以使用例如高压涡轮、中压涡轮、低压涡轮以及后退用涡轮，其结构适宜选择。

船舶用锅炉5中设有向未图示的燃烧器周围供给燃烧用空气的空气配管9。燃烧器使用经由空气配管9导入的燃烧用空气来使LNG燃烧，生成高温的燃烧气体。

燃烧气体与在下游的热交换器的管内流动的水等流体进行热交换，对水等进行加热而形成蒸汽。蒸汽例如被供给至涡轮5，对涡轮5施加旋转动力。

如此，结束热交换后的燃烧气体经过燃烧废气流路11而排出。

在供水系统7中设有：将涡轮5的排气冷却而形成冷凝水的冷凝器13、将冷凝器13的冷凝水升压至需要的压力的冷凝水升压泵15、通过来自涡轮5的抽气来加热供水的低压供水加热装置17、通过从涡轮5抽取的蒸汽来直接加热供水，并将供水中的溶解气体物理分离去除的脱气器19、将供水的压力提高并压入下游侧的供水泵21、通过经过燃烧废气流路11的燃烧废气加热供水的废气节能器23。

所述冷凝器13、冷凝水升压泵15、低压供水加热装置17、脱气器19、供水泵21及废气节能器23通过供水配管25连接。

在锅炉设备1中设有对经过空气配管9而导入的燃烧用空气进行加热而使燃烧用空气升温的空气加热装置31。

在空气加热装置31中设有：形成以从脱气器19分流并经过空气配管9和燃烧废气流路11而返回至脱气器19的方式循环的流路的循环流路33、使脱气器19的热水沿循环流路33循环的热水循环泵35、设于经过空气配管9内的循环流路33上并与经过空气配管9的燃烧用空气进行热交换的热水加热式空气预热器37、设于经过燃烧废气流路11的循环流路33上并与经过燃烧废气流路11的燃烧废气进行热交换的热水节能器（热水加热器）39。热水节能器39设置在废气节能器23的下游侧。

在循环流路33中设有绕过热水节能器39的旁通流路41。在旁通流路41上设有开闭阀43，在被绕过的循环流路33上设有开闭阀45。

通过调节开闭阀43、45的开闭，能够选择热水通过热水节能器39而循环、热水不通过热水节能器39而循环。

由于热水加热式空气预热器37为热水（液体）与燃烧用空气（气体）的热交换，所以得到高的传热率，因此结构简单且实现小型化。

另外，热水节能器39也是热水（液体）与燃烧废气（气体）的热交换，所以得到高的传热率，因此结构简单且实现小型化。

以下，对如此构成的本实施方式的锅炉设备1的动作进行说明。

涡轮5的排气在冷凝器13冷却而形成冷凝水。冷凝后的水在低压供水加热装置17中由从涡轮5抽取的蒸汽进行加热，例如形成约100℃的热水。该热水在脱气器19中由从涡轮5抽取的蒸汽加热，例如变为约150℃的热水，并朝向锅炉3供给。该热水进一步通过废气节能器23由经过燃烧废气流路11的燃烧废气加热，并供给至锅炉3。

此时，热水循环泵35动作，将脱气器19内的热水导入循环流路33，使热水沿循环流路33循环。

该热水首先在经过热水加热式空气预热器37时与经过空气配管9的燃烧用空气进行热交换。热水将被导入的外部气温的燃烧用空气加热，例如升温至120℃。另一方面，热水由燃烧用空气冷却，例如降温至100℃。

如此，燃烧用空气由热水加热式空气预热器37升温而供给至锅炉3，因此能够使燃料的燃烧效率提高。

经过热水加热式空气预热器37而被冷却的热水在经过热水节能器39时，与经过燃烧废气流路11的燃烧废气进行热交换。锅炉3为LNG燃烧，因此燃烧废气中包含的硫磺成分少，硫酸腐蚀的可能性低，从而能够将从热水节能器39流出的燃烧废气的温度例如与GAH一样地设定为120℃左右。

经过热水节能器39的热水将通过的、例如150～160℃的燃烧废气冷却，例如降温至120℃。另一方面，热水由燃烧废气加热，例如升温至120℃。

如此，燃烧废气的废热能够通过热水节能器39和废气节能器23充分回收，因此能够使锅炉设备的效率提高。

特别是在硫酸腐蚀的可能性小的LNG燃烧的情况下，能够达到GAH程度的效率。

并且，在热水节能器39中回收在热水加热式空气预热器37中供给的热量而得到的热水返回至脱气器19。

如上所述，返回至脱气器19的热水的温度比从脱气器19导入的热水的温度低，因此优选例如使供给至脱气器19的蒸汽的热量稍微增加，来设定供水系统7中的热量平衡。

这些温度根据锅炉设备1的条件的不同而变化，因此以配合该条件的方式进行适当设定。

本实施方式中，在循环流路33中循环的热水使用脱气器19的热水，因此热水在脱气器19中被脱气，没有溶解多余的氧。由于循环流路33为完整的闭合环路，所以不会在途中吸收多余的氧。

因此，即使该热水返回至供水系统7的任一部分，例如假设返回到脱气器19之后的供水配管25，也能够防止向锅炉3的供水中含有多余的氧。

例如，在锅炉3的负载降低，燃烧废气的温度比从热水加热式空气预热器37流出的热水的温度低的情况下，打开开闭阀43，并且关闭开闭阀45，使从热水加热式空气预热器37流出的热水经过旁通流路41。

由此，在热水加热式空气预热器37冷却的热水绕过热水节能器39，因此能够防止热水在热水节能器39中被白白冷却，从而能够降低对向锅炉3供给的供水的影响。

旁通流路41可以根据情况不同而省略。

[第二实施方式]

接着，使用图2来说明本发明的第二实施方式的锅炉设备1。

本实施方式中，空气加热装置31的结构与第一实施方式不同，因此，在此主要说明该不同的部分，对于与前述的第一实施方式相同的部分，省略重复的说明。

对与第一实施方式相同的部件标以相同的标号。

图2是表示本实施方式的锅炉设备的结构的框图。

在本实施方式的空气加热装置31中，在空气配管9中的热水加热式空气预热器37的上游侧设有通过来自涡轮5的抽气来进行加热的蒸汽加热式空气预热器47。向蒸汽加热式空气预热器47供给的蒸汽不限定于涡轮5的抽气，也可以从适当的蒸汽源供给。

向蒸汽加热式空气预热器47的蒸汽供给不是始终进行的，而根据需要进行。

图2中，未图示旁通流路41，但既可以具备旁通流路41，也可以不具备旁通流路41。

这样，在低负载时热水的温度不大的情况下、或者在寒冷地带导入空气配管9的燃烧用空气的温度低的情况下，向蒸汽加热式空气预热器47导入蒸汽。

由此，燃烧用空气由蒸汽加热式空气预热器47和热水加热式空气预热器37进行加热，因此对燃烧用空气的加热量增加，从而能够可靠地进行燃烧用空气的加热。

本发明不限定于以上说明的各实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变形。

标号说明

1 锅炉设备

3 锅炉

7 供水系统

19 脱气器

33 循环流路

37 热水加热式空气预热器

39 热水节能器

41 旁通流路

47 蒸汽加热式空气预热器

Claims

1.一种锅炉设备，具有：

循环流路，从向锅炉供水的供水系统的途中分流后，与该供水系统合流，使该供水系统的热水循环；

热水加热式空气预热器，设于该循环流路上，通过所述热水来加热燃烧用空气；以及

热水加热器，通过所述锅炉的燃烧废气来加热从该热水加热式空气预热器流出的热水。

2.如权利要求1所述的锅炉设备，其中，所述循环流路从脱气器分流。

3.如权利要求1或2所述的锅炉设备，其中，在所述循环流路上设有绕过所述热水加热器的旁通流路。

4.如权利要求1～3中任一项所述的锅炉设备，其中，在燃烧用空气供给路径上，在所述热水加热式空气预热器的上游侧设有通过蒸汽来加热燃烧用空气的蒸汽加热式空气加热器。