CN103808178A - 一种基于分级组合换热的分控相变换热系统及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分级组合换热的分控相变换热系统，该系统包括烟道、风道、空气预热器、外接水管路、低温水加热器供汽阀、低温水加热器、低温水加热器进水阀、汽液换热器、汽液换热器供汽阀、风道换热器供汽阀、风道换热器外接蒸汽供汽阀、疏水总管道、风道换热器、水箱、水泵、烟道换热器进水阀、烟道换热器、烟道换热器出汽阀。本发明将利用回收烟气余热的放热换热器分级组合设置，可根据环境空气温度和运行条件等不同情况，可将余热组合加热锅炉供风、汽轮机侧的凝结水等；同时通过分级加热凝结水以提高其温度，获得更高的能量品质，达到最佳的余热回收经济效益。

Description

一种基于分级组合换热的分控相变换热系统及换热方法

技术领域

本发明涉及安全可控的烟气余热回收技术领域，具体涉及一种基于分级组合换热的分控相变换热系统及换热方法。

背景技术

在国内外强化传热技术以及专用于余热回收利用的技术中，已利用汽体凝结和液体沸腾蒸发换热系数高且温度均匀的特点，开发出许多高效相变换热技术。分控相变技术通过将传统统一的相变换热过程分为独立的单元和不同过程，根据需要分别控制不同单元的相变参数，既具有很强的灵活性，也有很强的综合能力，从而使得相变换热的适应性和经济性得到很大的提高。

分控相变换热系统可根据不同的使用条件，开发出不同的系统方案，以获得最佳的效果。为了进一步提高系统的经济性和可靠性，之前的系统还有些需要改进。

之前的系统（参见申请号为201110034409.1、201110177653.3、201110322725.9的中国专利申请）将从热源回收热量全部用于加热锅炉供风，对不同季节和锅炉，实际运行参数的换热，受热面的设计必须权衡最佳的技术经济性，缺乏足够的灵活性。通常由于夏季的传热温差减小，使得余热利用不足，经济效益降低。

之前的系统冷源换热器内全压力等于相变参数分压力，不断随换热条件的变化而变化，从而使得水泵的吸入压力变化较大，水泵负荷调节的负担较重。

之前的系统控制冷凝液过冷度时，主要靠冷凝液与热源换热器产生的蒸汽换热，热源换热负荷较低时，产生的蒸汽量不足，对过冷度的控制就有限。之后的专利（参见申请号为201110322725.9的中国专利申请）对此有所改进，通过高参数的外接汽源进入汽液换热器来辅助加热冷凝液，但由于高参数的外接汽源与低参数的蒸汽在汽液换热器内混合后温度降低，使得与冷凝液的换热温差减小，从而增大了换热器的换热面积。

发明内容

为了克服上述的换热系统的缺陷和问题，本发明提供了一种基于分级组合换热的分控相变换热系统，以及基于该系统的分控相变换热方法。

根据本发明的基于分级组合换热的分控相变换热系统，该系统包括高温水加热器6、风道换热器21、汽液换热器11、低温水加热器8、水箱22、水泵23、烟道换热器25，其中烟道换热器的出口蒸汽母管分为三个支管，分别和风道换热器21的汽侧入口、低温水加热器8的汽侧入口和汽液换热器11的汽侧饱和蒸汽换热段入口相连，其对应的支管上分别设置风道换热器供汽阀13、低温水加热器供汽阀7和汽液换热器供汽阀12，风道换热器21、低温水加热器8和汽液换热器11的汽侧出口的疏水管道合并后与水箱22入口连接，水箱22出口经水泵23与汽液换热器11的水侧入口连接，汽液换热器11的水侧出口还和烟道换热器25的汽侧入口相连。

所述低温水加热器（8）、汽液换热器（11）、风道换热器（21）、烟道换热器（25）均为非混合式换热器。

所述烟道换热器25布置在空气预热器3后的烟道1中，风道换热器21布置在空气预热器3前（按空气流向）的风道2中。

所述外接水管路4和低温水加热器8的水侧连接，且在低温水加热器8水侧入口前外接水管路4上设置低温水加热器进水阀10。

可选的，低温水加热器(8)的水侧设置水旁路，其出、入口分别连接在低温水加热器进水阀10前和低温水加热器8的出口处的外接水管路4上，水旁路上设置低温水加热器水旁路阀9。

可选的，所述空气预热器3烟气入口侧的烟道1上还设置有高温水加热器6，高温水加热器6的水侧入口与低温水加热器8的水侧出口相联，用于外接水和烟道1内烟气的热交换；所述高温水加热器6水侧出口的外接水管路4上还设置有高温水加热器出口水温传感器5。

可选的，所述空气预热器3和烟道换热器25之间的烟道1上还设置有高温水加热器6，高温水加热器6的水侧入口与低温水加热器8的水侧出口相联，用于外接水和烟道1内烟气的热交换；所述高温水加热器6水侧出口的外接水管路4上还设置有高温水加热器出口水温传感器5。

可选的，所述的空气预热器（3）的烟气侧设置一旁路烟道，所述旁路烟道的出、入口端分别安装在空气预热器（3）沿烟气方向的入口和出口处的烟道（1）上；所述旁路烟道上设高温水加热器（6），所述高温水加热器(6)的水侧入口与低温水加热器(8)的水侧出口相联，用于外接水和烟道（1）内烟气的热交换，用于外接水和旁路烟道内烟气的热交换；所述高温水加热器(6)水侧出口的外接水管路（4）上还设置有高温水加热器出口水温传感器(5)；所述高温水加热器（6）的烟气出口和入口侧分别设置旁路烟道出口挡板（29）和旁路烟道入口挡板（30）。

所述高温水加热器(6)为非混合式换热器。

可选的，高温水加热器6设置于旁路烟道上，该旁路烟道的起始端分别连接在空气预热器3沿烟气方向的入口和出口处，并分别设置旁路烟道出口挡板29和旁路烟道入口挡板30。

可选的，所述系统还包括外接蒸汽管路14，其分为两路，一路经外接蒸汽供汽阀15和汽液换热器11的过热蒸汽换热端相连，另一路经风道换热器外接蒸汽供汽阀16和风道换热器21的蒸汽入口管相连。

可选的，所述水泵23出口管道连接有排水阀28，用于维持水箱22水位的稳定。

可选的，风道换热器21的蒸汽入口管上还设置有补汽装置18，通过向向风道换热器21的蒸汽侧补充气体维持风道换热器21内的压力稳定和控制换热系数；风道换热器21的入口或出口联箱上设置有排汽装置19，通过排汽装置(19)将风道换热器(21)的蒸汽侧的气体排出维持风道换热器(21)内的压力稳定和控制换热系数。

可选的，风道换热器21的蒸汽入口管处可以设置风道换热器供汽压力传感器17；所述水泵24出口管道上还设有水泵出口压力传感器27。

所述的分控为烟道1侧的烟道换热器25的换热相变参数和烟道1侧之外的其它换热器的换热相变参数分别独立控制。

所述的分级包括两方面。一方面外接水管路4内的水分两级加热，第一级热源采用烟道换热器25产生的蒸汽将外接水管路4内的水温提高；第二级热源直接采用烟道1中的温度较高的烟气，将前述被提高温度的水再提高。这样可以即保障换热器壁温不低于烟气酸露点，也可以提高被加热水的热品质。另一方面，水泵23出口有过冷度的水在汽液换热器11内经过了两级加热，第一级为热源采用烟道换热器25产生的蒸汽将前述水温提高；第二级热源直接采用外接蒸汽管路14中的温度较高的蒸汽，将前述被提高温度的水再提高。这样可在机组启停或低负荷运行时，始终可以确保进入烟道换热器25的水只有很小的过冷度，不发生低温腐蚀。

所述烟道换热器25可以吸收烟气热量将内部的水蒸发为蒸汽，蒸汽流经烟道换热器出汽阀26后分为三个支路；一路经风道换热器供汽阀13进入风道换热器21，一路经低温水加热器供汽阀7进入低温水加热器8，另一路经汽液换热器供汽阀12进入汽液换热器11内的饱和蒸汽换热段；三路蒸汽在各自的换热器内放出热量冷凝为水，经各自的疏水管道或汇入疏水总管道20后流入水箱22，之后该冷凝水经水泵23升压，进入汽液换热器11内，先后经汽液换热器11内的饱和蒸汽换热段和过热蒸汽换热段与进入汽液换热器11的蒸汽换热后，经烟道换热器进水阀24进入烟道换热器25，吸收烟气热量蒸发为蒸汽开始新的传热循环。

所述外接水管路4内水流经低温水加热器进水阀10进入低温水加热器8，然后可再流经设置于烟道或旁路烟道上的高温水加热器6送到热用户；低温水加热器进水阀10前（按水流向）接有低温水加热器8水侧旁路，外接水管路4内水流经低温水加热器水旁路阀9后可直接进入高温水加热器6；高温水加热器6后（按水流向）的外接水管路4上设有测量水温的高温水加热器出口水温传感器5；如果进入空气预热器3的烟气温度足够高，设置高温水加热器6可进一步提高被加热水的温度水平，从而提高余热回收的能量品质（火用），若外接水管路4内工质来自汽轮机凝结水，则可排挤更高参数汽轮机抽汽去发电，提高余热利用的经济性和适应性。如果进入空气预热器3的烟气温度不够高，为不影响空气预热器的换热，本发明也可不设高温水加热器6和低温水加热器水旁路阀9，经过低温水加热器8加热的水直接供热用户；如果进入空气预热器3的烟气温度变化较大，也可使高温水加热器6分为水侧并联的多级，通过切换并联的不同级的高温水加热器6，可改变水的吸热量，从而调节进入空气预热器3的烟气温度为最佳值。

所述外接蒸汽管路14一路经汽液换热器外接蒸汽供汽阀15进入汽液换热器11内的过热蒸汽换热段，另一路经风道换热器外接蒸汽供汽阀16后与前述烟道换热器25产生的蒸汽混合，由蒸汽管道进入风道换热器21；进入汽液换热器11内的外接蒸汽管路14经过热蒸汽换热段加热水后，进入汽液换热器11内的饱和蒸汽换热段与前述烟道换热器25产生的蒸汽混合，继续冷凝放热来加热水；为控制风道换热器21内的压力，在进入风道换热器21前的蒸汽管道上安装有测控用的风道换热器供汽压力传感器17。

所述水泵23出口管道连接有排水阀28，补汽装置18接在风道换热器21入口蒸汽管道上，排汽装置19接在风道换热器21的入口或出口联箱上。当风道换热器21内部的压力降低，补汽装置18将释放出惰性汽体随蒸汽进入风道换热器21内，以维持风道换热器21内部压力的稳定和控制换热系数；当风道换热器21内压力过高时，风道换热器21通过排汽装置19将内部的部分不凝汽体排出，从而维持风道换热器21内压力的稳定。

所述水泵23出口管道上设有水泵出口压力传感器27，该压力传感器测量的泵出口水压力可用来调节水泵电机的供电频率，以维持水泵出口压力的稳定。

本发明系统的工作方法包括：

烟道1内烟气流经空气预热器3后和烟道换热器25进行热交换，烟道换热器25吸收热量将内部的水蒸发为蒸汽，蒸汽流经烟道1换热器出汽阀26后分别向风道换热器21、低温水加热器8和汽液换热器11供汽；三路蒸汽在各自的换热器内放出热量冷凝为水，经各自的疏水管道流入水箱22，之后该冷凝水经水泵23升压，进入汽液换热器11内，先后经汽液换热器11内的饱和蒸汽换热段和过热蒸汽换热段与进入汽液换热器11的蒸汽换热后，经烟道换热器进水阀24进入烟道换热器25，吸收烟气热量蒸发为蒸汽开始新的传热循环。

外接水管路4内的水流经低温水加热器进水阀10后，进入所述低温水加热器8内水侧和进入低温水加热器8内汽侧的蒸汽进行热交换。

所述风道2内烟气和风道换热器21进行热交换，后流经空气预热器3流出风道。

可选的，一种调节烟道换热器25产生蒸汽的相变压力和温度的方法，该方法通过调节调节换热器出汽阀26的开度来实现来实现。

可选的，一种调节汽液换热器11出口的水温的方法，该方法包括将气液换热器11的汽侧与外界蒸汽管路14连接，并通过外接蒸汽供汽阀15调节汽液换热器11的出口水温。比如，当汽液换热器11出口的水温低于设定值时，开大汽液换热器外接蒸汽供汽阀15，以增加过热度较高的蒸汽对水的加热提高汽液换热器11的出口水温。

可选的，调节汽液换热器11出口水温的另一方法，该方法通过调节汽液换热器供汽阀12的开度来实现。

可选的，一种调节烟道换热器25产生蒸汽的供汽量方法，该方法通过调节汽液换热器供汽阀12的开度来实现。比如，为了减少外接汽源供汽量，可开大汽液换热器供汽阀12，以增加烟道换热器25产生蒸汽的供汽量，增强回收余热的有效利用。

可选的，外接水管路4内水流分为两支路，一支路经低温水加热器进水阀10进入低温水加热器8与进入其汽侧的蒸汽进行热交换，另一支路经低温水加热器水旁路阀9流经水旁路，两支管合并后进入位于烟道1上的高温水加热器6，与烟道1内烟气进行热交换。所述低温水加热器8的进水量由低温水加热器进水阀10调节，所述高温水加热器6的进水量由低温水加热器水旁路阀9和低温水加热器进水阀10调节。所述低温水加热器水旁路阀9根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度，当高温水加热器出口水温传感器5测量的水温高于设定值时，则通过自动控制装置自动开大低温水加热器水旁路阀9；当测量的水温低于设定值时，则通过自动控制装置自动调小低温水加热器水旁路阀9。所述高温水加热器（6）出口水温调节方法包括通过手动开启或关闭低温水加热器进水阀(10)的开度来调节。

当高温水加热器6安装在旁路烟道上，所述旁路烟道的起始端分别连接在空气预热器3沿烟气方向的入口和出口处，高温水加热器6的水侧入口与低温水加热器8的水侧出口相连，通过旁路烟道的入口调节挡板30或出口调节挡板29来调节旁路烟道的烟气流量；所述旁路烟道的入口或出口调节挡板根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度。当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过关小旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度；当测量的水温低于设定值时，则通过开大旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度。

所述低温水加热器进水阀10可调节进入低温水加热器8的水量，低温水加热器水旁路阀9和低温水加热器进水阀10配合可调节进入高温水加热器6的水量；低温水加热器水旁路阀9根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度，当测量的水温高于设定值时，则开大低温水加热器水旁路阀9，以使得更多的低温水进入高温水加热器6，从而使得高温水加热器6的出口水温与设定值保持一致，反之亦然。

对于不设置高温水加热器6和低温水加热器水旁路阀9的系统，低温水加热器进水阀10根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度，当测量的水温高于设定值时，则开大低温水加热器进水阀10，以使得更多的低温水进入低温水加热器8，从而使得低温水加热器8的出口水温与设定值保持一致，反之亦然。

由环境进入风道2的空气温度降低时，风道换热器21内相变压力和温度降低，当冬季由环境进入风道2的空气温度太低时，为了提高进入空气预热器的空气温度，需要打开风道换热器外接蒸汽供汽阀16，以增加风道换热器21内蒸汽平均温度和相变压力，提高传热能力；通过外接汽源供汽还有利于维持风道换热器21内压力的稳定，提高水泵和变频器工作的稳定性；专用压力控制器根据风道换热器供汽压力传感器17测量的压力与设定值的偏差来控制外接蒸汽供汽阀16的开度，当测量的压力高于设定值时，将自动关小外接蒸汽供汽阀16的开度，以使得测量值与设定值保持一致，反之亦然；可通过调整设定值来改变外接蒸汽供汽阀16的开度，为避免外接蒸汽供汽使得系统超压和影响烟道换热器的正常换热，可通过设定设定值上限来限制外接蒸汽供汽阀16的开度。

当外接蒸汽管路14向系统供汽时，水箱22水位将逐渐增高，当水位传感器测得的水位高于设定值时，通过水位控制器控制排水阀28的开度，将系统内的水排至系统外利用，以维持水箱水位的稳定。

当进入风道换热器21内的蒸汽热量小于风道换热器21向外部空气的放热量时，热平衡使风道换热器21内部的蒸汽相变压力降低，这时补汽装置18释放出惰性汽体随蒸汽进入风道换热器21内，以在保持风道换热器21内相变参数稳定的热平衡下增加换热器内的全压，维持全压的稳定；当风道换热器21内压力过高时，风道换热器21通过排汽装置19将内部的部分不凝汽体排出，以降低内部不凝汽体分压，同时提高换热系数，使得蒸汽放热量增加，减小蒸汽分压，从而维持全压的稳定。

水泵23根据水泵出口压力传感器27测量的泵出口水压力来调节水泵电机的供电频率，当测量的水压高于设定值时，通过控制器使变频器降低水泵电机的供电频率，以维持水泵出口压力的稳定，反之亦然。风道换热器21内压力的稳定也使得水泵入口压力稳定，可减轻变频调节器的调节负担，有利于维持水泵出口压力的稳定。

本发明的优点在于：

1、本发明将利用回收烟气余热的放热换热器分级组合设置，可根据环境空气温度和运行条件等不同情况，灵活利用余热。本系统可将余热组合加热锅炉供风、汽轮机侧的凝结水等，同时通过分级加热凝结水以提高其温度，获得更高的能量品质，达到最佳的余热回收，提高经济效益。

2、本发明通过设置补汽、排汽装置和外接蒸汽等，不仅有利于维持水泵入口压力的稳定，提高冷源换热的调节能力，也有利于减少系统因负压吸入空气，减少腐蚀，提高设备的使用寿命。

3、本发明通过变频调节水泵电机的供电和通过自动调节外排水量来维持水箱水位等措施，使水泵的工作更为稳定可靠。

4、本发明通过将汽液换热器分段设置为过热蒸汽换热段和饱和蒸汽换热段，可使得汽液换热温差加大，从而以较小的换热面积实现更高的换热能力，降低了设备投资，减小了设备占地。

5、本发明可通过设定阀后压力的设定值上限来限制外接蒸汽供汽阀16的开度，以避免外接蒸汽供汽使得系统超压和影响烟道换热器的正常换热。

附图说明

图1为本发明的示意图，其中高温换热器设置于空气预热器3烟气入口侧的烟道1上。

图2为本发明的示意图，其中高温换热器设置于空气预热器3和烟道换热器25之间的烟道1上。

图3为本发明的示意图，其中高温换热器设置于旁路烟道上。

附图标注：

1、烟道；2、风道；3、空气预热器；4、外接水管路；5、高温水加热器出口水温传感器；6、高温水加热器；7、低温水加热器供汽阀；8、低温水加热器；9、温水加热器水旁路阀；10、低温水加热器进水阀；11、汽液换热器；12、汽液换热器供汽阀；13、风道换热器供汽阀；14、外接蒸汽管路；15、汽液换热器外接蒸汽供汽阀；16、风道换热器外接蒸汽供汽阀；17、风道换热器供汽压力传感器；18、补汽装置；19、排汽装置；20、疏水总管道；21、风道换热器；22、水箱；23、水泵；24、烟道换热器进水阀；25、烟道换热器；26、烟道换热器出汽阀；27、水泵出口压力传感器；28、排水阀；29、旁路烟道出口挡板；30、旁路烟道入口挡板。

具体实施方式

以下为本发明的一个最优选实施例，其用作对本发明的解释而不是限制。

该基于分级组合换热的分控相变换热系统主要包括：

烟道1；风道2；空气预热器3；外接水管路4；高温水加热器出口水温传感器5；高温水加热器6；低温水加热器供汽阀7；低温水加热器8；低温水加热器水旁路阀9；低温水加热器进水阀10；汽液换热器11；汽液换热器供汽阀12；风道换热器供汽阀13；外接蒸汽管路14；汽液换热器外接蒸汽供汽阀15；风道换热器外接蒸汽供汽阀16；风道换热器供汽压力传感器17；补汽装置18；排汽装置19；疏水总管道20；风道换热器21；水箱22；水泵23；烟道换热器进水阀24；烟道换热器25；烟道换热器出汽阀26；水泵出口压力传感器27；排水阀28；29、旁路烟道出口挡板；30、旁路烟道入口挡板。

所述低温水加热器8、汽液换热器11、风道换热器21、烟道换热器25均为非混合式换热器。

其中，烟道换热器出口的蒸汽母管分为三个支管，分别和风道换热器21的汽侧入口、低温水加热器8的汽侧入口和汽液换热器11的汽侧饱和蒸汽换热段入口相连，其对应的支管上分别设置风道换热器供汽阀13、低温水加热器供汽阀7和汽液换热器供汽阀12。风道换热器21、低温水加热器8和汽液换热器11汽侧出口的疏水管道合并后与水箱22入口连接，水箱22出口经水泵23与汽液换热器11的水侧入口连接，汽液换热器11的水侧出口还和烟道换热器25的汽侧入口相连。

汽汽烟道换热器25布置在空气预热器3后的烟道1中，风道换热器21布置在空气预热器3前（按空气流向）的风道2中。

外接水管路4和低温水加热器8的水侧连接，且在低温水加热器8水侧入口前外接水管路4上设置低温水加热器进水阀10。低温水加热器(8)的水侧设置有水旁路，其出、入口端分别连接在低温水加热器进水阀(10)前和低温水加热器(8)的出口处的外接水管路（4）上。水旁路上设置低温水加热器水旁路阀9。

烟气侧还可以设置有高温水加热器6，高温水加热器6后水侧出口的外接水管路（4）上还设置有高温水加热器出口水温传感器5。高温水加热器6设置位置灵活，可以设置在空气预热器3烟气入口侧的烟道1上（参见附图1），或设置于空气预热器3和烟道换热器25之间的烟道1上（参见附图2）；或设置于旁路烟道上，该旁路烟道的出、入口分别连接在空气预热器3沿烟气方向的入口和出口处，高温水加热器6的烟气出口和入口侧分别设置旁路烟道出口挡板29和旁路烟道入口挡板30（参见附图3）。

该装置还包括外接蒸汽管路14，其分为两路，一路经外接蒸汽供汽阀15和汽液换热器11的过热蒸汽换热端相连，另一路经风道换热器外接蒸汽供汽阀16和风道换热器21的蒸汽入口管相连。水泵23出口管道连接有排水阀28，用于维持水箱22水位的稳定。风道换热器21的蒸汽入口管道上还设置有补汽装置18，风道换热器21的蒸汽入口管或出口联箱上设置有排汽装置19，用于维持风道换热器21内的压力稳定。风道换热器21的蒸汽入口管处还设置有设置风道换热器供汽压力传感器17；所述水泵24出口管道上还设有水泵出口压力传感器27。

该系统的工作方法包括：

烟道换热器25吸收烟气热量将内部的水蒸发为蒸汽，蒸汽流经烟道换热器出汽阀26后分别向风道换热器21、低温水加热器8和汽液换热器11供汽；三路蒸汽在各自的换热器内放出热量冷凝为水，经各自的疏水管道流入水箱22，之后该冷凝水经水泵23升压，进入汽液换热器11内，先后经汽液换热器11内的饱和蒸汽换热段和过热蒸汽换热段与进入汽液换热器11的蒸汽换热后，经烟道换热器进水阀24进入烟道换热器25，吸收烟气热量蒸发为蒸汽开始新的传热循环。烟道换热器出汽阀26通过控制烟道换热器25的相变参数（压力和温度）以确保烟道换热器25的壁温高于烟气酸露点，不发生低温腐蚀；烟道换热器进水阀24负责控制进入烟道换热器25的水量。

外接水管路4内的水流经低温水加热器进水阀10后，进入所述低温水加热器8内水侧和进入低温水加热器8内汽侧的蒸汽进行热交换。风道2内烟气和风道换热器21进行热交换，后流经空气预热器3流出风道。

调节换热器出汽阀26的开度可以用来调节烟道换热器25产生蒸汽的相变压力和温度。

风道换热器供汽阀13可控制进入风道换热器21的蒸汽量，低温水加热器供汽阀7可控制进入低温水加热器8的蒸汽量，汽液换热器供汽阀12可控制进入汽液换热器11的蒸汽量；当夏季由环境进入风道2的空气温度增高时，受烟气与空气的传热温差减小的影响，空气被加热的温升有限，排烟温度升高，烟道换热器25内的相变参数增高，超出烟道换热器出汽阀26的控制范围，这时可将低温水加热器供汽阀7打开，关小风道换热器供汽阀13，使得烟道换热器25产生的蒸汽更多用来加热外接水管路4内的水，以降低烟道换热器25产生蒸汽的相变压力和温度，从而降低排烟温度，提高经济效益。当汽液换热器11出口的水温低于设定值时，汽液换热器外接蒸汽供汽阀15将自动开大，以增加过热度较高的蒸汽对水的加热提高汽液换热器11的出口水温；为了减少外接汽源供汽量，可开大汽液换热器供汽阀12，以增加烟道换热器25产生蒸汽的供汽量，增强回收余热的有效利用；也可以将气液换热器11的汽侧与外界蒸汽管路14连接，并通过外接蒸汽供汽阀15调节汽液换热器11的出口水温。

当在烟道1上设置高温水加热器时，比如空气预热器3烟气入口侧的烟道1上设置高温水加热器6（参见图1），或者在空气预热器3和烟道换热器25之间的烟道1上设置高温水加热器6；（参见图2）低温水加热器进水阀10可调节进入低温水加热器8的水量，低温水加热器水旁路阀9和低温水加热器进水阀10配合可调节进入高温水加热器6的水量；低温水加热器水旁路阀9根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度，当测量的水温高于设定值时，则开大低温水加热器水旁路阀9，以使得更多的低温水进入高温水加热器6，从而使得高温水加热器6的出口水温与设定值保持一致，反之亦然。

当高温水加热器(6)安装在旁路烟道上时（参见图3），通过旁路烟道的入口调节挡板30或出口调节挡板29来调节旁路烟道的烟气流量；所述旁路烟道的入口或出口调节挡板根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度。当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过关小旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度；当测量的水温低于设定值时，则通过开大旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度。

对于不设置高温水加热器6和低温水加热器水旁路阀9的系统，低温水加热器进水阀10根据高温水加热器出口水温传感器5测量的水温调节开度，当测量的水温高于设定值时，则开大低温水加热器进水阀10，以使得更多的低温水进入低温水加热器8，从而使得低温水加热器8的出口水温与设定值保持一致，反之亦然。

由环境进入风道2的空气温度降低时，风道换热器21内相变压力和温度降低，当冬季由环境进入风道2的空气温度太低时，为了提高进入空气预热器的空气温度，需要打开风道换热器外接蒸汽供汽阀16，以增加风道换热器21内蒸汽平均温度和相变压力，提高传热能力；通过外接汽源供汽还有利于维持风道换热器21内压力的稳定，提高水泵和变频器工作的稳定性；专用压力控制器根据风道换热器供汽压力传感器17测量的压力与设定值的偏差来控制外接蒸汽供汽阀16的开度，当测量的压力高于设定值时，将自动关小外接蒸汽供汽阀16的开度，以使得测量值与设定值保持一致，反之亦然；可通过调整设定值来改变外接蒸汽供汽阀16的开度，为避免外接蒸汽供汽使得系统超压和影响烟道换热器的正常换热，可通过设定设定值上限来限制外接蒸汽供汽阀16的开度。

当外接蒸汽管路14向系统供汽时，水箱22水位将逐渐增高，当水位传感器测得的水位高于设定值时，通过水位控制器控制排水阀28的开度，将系统内的水排至系统外利用，以维持水箱水位的稳定。

当进入风道换热器21内的蒸汽热量小于风道换热器21向外部空气的放热量时，热平衡使风道换热器21内部的蒸汽相变压力降低，这时补汽装置18释放出惰性汽体随蒸汽进入风道换热器21内，以在保持风道换热器21内相变参数稳定的热平衡下增加换热器内的全压，维持全压的稳定；当风道换热器21内压力过高时，风道换热器21通过排汽装置19将内部的部分不凝汽体排出，以降低内部不凝汽体分压，同时提高换热系数，使得蒸汽放热量增加，减小蒸汽分压，从而维持全压的稳定。

水泵23根据水泵出口压力传感器27测量的泵出口水压力来调节水泵电机的供电频率，当测量的水压高于设定值时，通过控制器使变频器降低水泵电机的供电频率，以维持水泵出口压力的稳定，反之亦然。风道换热器21内压力的稳定也使得水泵入口压力稳定，可减轻变频调节器的调节负担，有利于维持水泵出口压力的稳定。

Claims (17)

1.一种基于分级组合换热的分控相变换热系统，其特征在于，所述的系统包括烟道（1）、风道（2）、空气预热器（3）、外接水管路（4）、低温水加热器供汽阀（7）、低温水加热器（8）、低温水加热器进水阀（10）、汽液换热器（11）、汽液换热器供汽阀（12）、风道换热器供汽阀（13）、风道换热器外接蒸汽供汽阀（16）、疏水总管道（20）、风道换热器（21）、水箱（22）、水泵（23）、烟道换热器进水阀（24）、烟道换热器（25）、烟道换热器出汽阀（26）；

所述低温水加热器（8）、汽液换热器（11）、风道换热器（21）、烟道换热器（25）均为非混合式换热器；

所述烟道换热器（25）布置在空气预热器（3）后的烟道（1）上，风道换热器（21）布置在空气预热器（3）前的风道（2）上；

所述烟道换热器（25）出口的蒸汽母管分为三个支管，分别和风道换热器（21）的汽侧入口、低温水加热器（8）的汽侧入口和汽液换热器（11）的汽侧饱和蒸汽换热段入口相连，其对应的支管上分别设置风道换热器供汽阀（13）、低温水加热器供汽阀（7）和汽液换热器供汽阀（12）；

所述风道换热器（21）、低温水加热器（8）和汽液换热器(11)的汽侧出口的疏水管道合并后与水箱(22)入口连接，水箱(22)出口经水泵(23)与汽液换热器(11)的水侧入口连接，所述汽液换热器(11)的水侧出口还和烟道换热器(25)的汽侧入口相连；

所述外接水管路(4)和低温水加热器(8)的水侧连接，且在低温水加热器(8)水侧入口前外接水管路(4)上设置低温水加热器进水阀(10)；

所述的分控为烟道（1）侧的烟道换热器（25）的换热相变参数和烟道（1）侧之外的其它换热器的换热相变参数分别独立控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温水加热器(8)的水侧设置有水旁路，其出、入口端分别连接在低温水加热器进水阀(10)前和低温水加热器(8)的出口处的外接水管路（4）上，水旁路上设置低温水加热器水旁路阀(9)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气预热器（3）烟气入口侧的烟道（1）上还设置有高温水加热器(6)，高温水加热器(6)的水侧入口与低温水加热器(8)的水侧出口相连，用于外接水和烟道（1）内烟气的热交换；所述高温水加热器(6)水侧出口的外接水管路（4）上还设置有高温水加热器出口水温传感器(5)；所述高温水加热器(6)为非混合式换热器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气预热器（3）和烟道换热器（25）之间的烟道（1）上还设置有高温水加热器(6)，高温水加热器(6)的水侧入口与低温水加热器(8)的水侧出口相连，用于外接水和烟道（1）内烟气的热交换；所述高温水加热器(6)水侧出口的外接水管路（4）上还设置有高温水加热器出口水温传感器(5)；所述高温水加热器(6)为非混合式换热器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的空气预热器（3）的烟气侧设置一旁路烟道，所述旁路烟道的出、入口端分别安装在空气预热器（3）沿烟气方向的入口和出口处的烟道（1）上；所述旁路烟道上设高温水加热器（6），所述高温水加热器(6)的水侧入口与低温水加热器(8)的水侧出口相连，用于外接水和烟道（1）内烟气的热交换，用于外接水和旁路烟道内烟气的热交换；所述高温水加热器(6)水侧出口的外接水管路（4）上还设置有高温水加热器出口水温传感器(5)；所述高温水加热器（6）的烟气出口和入口侧分别设置旁路烟道出口挡板（29）和旁路烟道入口挡板（30）；所述高温水加热器(6)为非混合式换热器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括外接蒸汽管路(14)，其分为两路，一路经外接蒸汽供汽阀(15)和汽液换热器(11)的汽侧过热蒸汽换热段入口相连，另一路经风道换热器外接蒸汽供汽阀(16)和风道换热器(21)的蒸汽入口管相连。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水泵(23)出口管道连接有排水阀(28)，用于维持水箱(22)水位的稳定。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风道换热器(21)的蒸汽入口管上还设置有补气装置(18)，通过向风道换热器(21)的蒸汽侧补充气体维持风道换热器(21)内的压力稳定和控制换热系数；所述风道换热器(21)的入口或出口联箱上设置有排气装置(19)，通过排汽装置(19)将风道换热器(21)的蒸汽侧的气体排出维持风道换热器(21)内的压力稳定和控制换热系数。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风道换热器(21)的蒸汽入口管处可以设置风道换热器供汽压力传感器(17)；所述水泵(24)出口管道上还设有水泵出口压力传感器(27)。

10.根据权利要求1～9任一分级组合换热的分控相变换热系统的换热方法，该方法包括如下步骤：

烟道(1)内烟气流经空气预热器(3)后和烟道换热器(25)进行热交换，烟道换热器(25)吸收烟气的部分热量将内部的水蒸发为蒸汽，该蒸汽流经烟道换热器出汽阀(26)后分别向风道换热器(21)、低温水加热器(8)和汽液换热器(11)供汽；三路蒸汽在各自的换热器内放出热量冷凝为水，经各自的疏水管道流入水箱(22)，之后该冷凝水经水泵(23)升压，进入汽液换热器(11)内，先后经汽液换热器(11)内的饱和蒸汽换热段和过热蒸汽换热段与进入汽液换热器(11)的蒸汽换热后，经烟道换热器进水阀(24)进入烟道换热器(25)，吸收烟气热量蒸发为蒸汽开始新的传热循环；

所述外接水管路(4)内的水流经低温水加热器进水阀(10)后，进入低温水加热器(8)内水侧和进入低温水加热器(8)内汽侧的蒸汽进行热交换；

所述风道(2)内的空气在风道换热器(21)与风道换热器(21)汽侧的蒸汽进行热交换，后经空气预热器(3)流出。

11.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述的方法还包括调节烟道换热器(25)产生蒸汽的相变压力和温度的方法，该方法通过调节换热器出汽阀(26)的开度来实现。

12.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述的方法还包括调节汽液换热器（11）出口水温的方法，该方法包括将汽液换热器（11）的汽侧过热蒸汽换热段与外界蒸汽管路（14）连接，并通过外接蒸汽供汽阀(15)调节汽液换热器(11)的出口水温。

13.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述的方法还包括调节汽液换热器（11）出口水温的方法，该方法通过调节汽液换热器供汽阀(12)的开度来实现。

14.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述外接水管路(4)内水流设有两支路，一支路经低温水加热器进水阀(10)进入低温水加热器(8)与进入其汽侧的蒸汽进行热交换，另一支路经低温水加热器水旁路阀(9)流经水旁路，两支管合并后进入设置于空气预热器（3）烟气入口侧的烟道（1）上高温水加热器(6)，与烟道（1）内烟气进行热交换；

所述低温水加热器(8)的进水量由低温水加热器进水阀(10)调节，所述高温水加热器(6)的进水量由低温水加热器水旁路阀(9)和低温水加热器进水阀(10)调节；

所述低温水加热器水旁路阀(9)根据高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温调节开度，当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过自动控制装置自动开大低温水加热器水旁路阀（9）；当测量的水温低于设定值时，则通过自动控制装置自动调小低温水加热器水旁路阀（9）；

所述高温水加热器（6）出口水温调节方法包括通过手动开启或关闭低温水加热器进水阀(10)的开度来调节水温。

15.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述外接水管路(4)分为两支路，一支路经低温水加热器进水阀(10)进入低温水加热器(8)与进入其汽侧的蒸汽进行热交换，另一支路经低温水加热器水旁路阀(9)流经水旁路，两支管合并后进入设置于烟道换热器(25)和空气预热器(3)之间的烟道(1)上高温水加热器(6)，与烟道（1）内烟气进行热交换；

所述低温水加热器(8)的进水量由低温水加热器进水阀(10)调节，所述高温水加热器(6)的进水量由低温水加热器水旁路阀(9)和低温水加热器进水阀(10)调节；

所述低温水加热器水旁路阀(9)根据高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温调节开度，当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过自动控制装置自动开大低温水加热器水旁路阀（9）；当测量的水温低于设定值时，则通过自动控制装置自动调小低温水加热器水旁路阀（9）；

所述高温水加热器（6）出口水温调节方法包括通过手动开启或关闭低温水加热器进水阀(10)的开度来调节水温。

16.根据权利要求10所述的换热方法，其特征在于，所述外接水管路(4)内水流设有两支路，一支路经低温水加热器进水阀(10)进入低温水加热器(8)与进入其汽侧的蒸汽进行热交换，另一支路经低温水加热器水旁路阀(9)流经水旁路，两支管合并后进入设置于旁路烟道上的高温水加热器(6)，与烟道（1）内烟气进行热交换；

所述旁路烟道的出、入口端分别安装在空气预热器（3）沿烟气方向的入口和出口处的烟道（1）上；

所述低温水加热器(8)的进水量由低温水加热器进水阀(10)调节，所述高温水加热器(6)的进水量由低温水加热器水旁路阀(9)和低温水加热器进水阀(10)调节；

所述低温水加热器水旁路阀(9)根据高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温调节开度，当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过自动控制装置自动开大低温水加热器水旁路阀（9）；当测量的水温低于设定值时，则通过自动控制装置自动调小低温水加热器水旁路阀（9）；

所述高温水加热器（6）出口水温调节方法包括通过手动开启或关闭低温水加热器进水阀(10)的开度来调节水温；

所述旁路烟道的烟气流量通过旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）来调节；

所述旁路烟道的入口或出口调节挡板根据高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温调节开度，当高温水加热器出口水温传感器（5）测量的水温高于设定值时，则通过关小旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度；当测量的水温低于设定值时，则通过开大旁路烟道的入口调节挡板（30）或出口调节挡板（29）的开度。

17.根据权利要求9所述的换热方法，其特征在于，所述水泵（23）电机的供电频率根据水泵出口压力传感器（27）测量的泵出口水压力调节，以维持水泵出口压力在设定值。

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