CN103868093A - 动力设备运行中的泄漏减少系统 - Google Patents

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CN103868093A CN201310677990.8A CN201310677990A CN103868093A CN 103868093 A CN103868093 A CN 103868093A CN 201310677990 A CN201310677990 A CN 201310677990A CN 103868093 A CN103868093 A CN 103868093A
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Abstract

本发明涉及动力设备运行中的泄漏减少系统。泄漏减少系统(1000)包括热交换器(100)、管道装置(200)和分离装置(300)。热交换器(100)包括沿转子柱(104)可旋转地安装的转子组件(102)。热交换器(100)还包括第二入口气室(112a)，在该处构造有管道装置(200)。此外，分离装置(300)在管道装置(200)处并入以将其分成主入口(210)和次入口(220)。富含氧气的烟气被传送通过主入口(210)，并且再循环烟气流被允许传送通过次入口(220)，保持富含氧气的再循环烟气流基本上远离朝烟气流窜流，以避免朝烟气流窜流，从而减少其泄漏。

Description

动力设备运行中的泄漏减少系统
技术领域
本公开涉及动力设备(power plant)运行，并且更特别地涉及跨越这样的动力设备的再生式热交换器的气体泄漏减少系统。
背景技术
在动力设备运行中，诸如空气预热器的再生式热交换器用来回收包含在离开锅炉的烟气流中的显热(sensible heat)，以将热量传递到进入锅炉中的助燃空气。除了预热助燃空气之外，回收的热量可用于加热空气流，该空气流可用于干燥煤以被粉碎并在炉膛中燃烧。
取决于燃料特性和总体系统设计，空气流特性和质量得以发展。例如，在动力设备中，诸如在用于氧气助燃应用的氧气燃烧动力设备中，通常几乎纯净的氧气和再循环烟气的混合物被用于燃料的燃烧。在这样的应用中，很可能存在由于再循环烟气和烟气流之间的静压差而使氧气朝烟气侧传递的可能。由于并入氧气燃烧动力设备中用于从空气中分离氧气的空气分离单元(ASU)的高资本成本及其伴随的高功耗，这样的泄漏是主要关注点。为了减少这种泄漏，加压密封的使用非常实用，并且通常被认为对于其预期用途是令人满意的，但是对于防止残余量氧气由于这种泄漏而朝烟气侧窜流(turn over，亦称“转移”)而言可能是不令人满意的。
发明内容
本公开描述了一种泄漏减少系统，该系统将在下面的简要总结中提出以提供对本公开的一个或多个方面的基本理解，本公开旨在克服所讨论的缺点，但包括其所有优点并提供一些额外的优点。该总结并不是对本公开的详尽概述。其既非旨在明确本公开的关键或重要要素，也不确定本公开的范围。而是，该发明内容的唯一目的是提供本公开的一些概念、作为随后提供的更详细描述的前序的呈简化形式的其方面和优点。
本公开的目的是显著减少或防止在氧气燃烧动力设备中朝向烟气侧的氧气窜流。本公开的各种其它目的和特征将从下面的详细描述和权利要求显而易见。
上面指出的和其它的目的可通过用于动力设备运转的泄漏减少系统及其方法来实现。
在本公开的一个方面，泄漏减少系统包括：
再生式热交换器，其具有：
         转子组件，其沿转子柱可旋转地安装，该转子组件具有传热元件，和
         外壳，其被构造成在其中接收转子组件，该外壳具有用于传送通过烟气流的第一入口和出口气室、以及第二入口和出口气室；
管道装置，其被构造到第二入口气室；以及
分离装置，其跨过第二入口气室的管道装置而布置以用于构造：
         主入口，其用于传送通过富含氧气的再循环烟气，和
         次入口，其邻近主入口以用于传送通过不富含氧气的再循环烟气，保持富含氧气的再循环烟气流基本上远离朝烟气流窜流，从而减少其泄漏。
在以上方面的一个实施例中，分离装置包括沿着且跨过管道装置而布置的分离板。
在以上方面的一个实施例中，再循环气体流等动能地被馈送到管道装置中。在以上方面的一个实施例中，第一入口和出口气室以及第二入口和出口气室跨过转子组件的直径分开。
在本公开的另一方面，提供了一种用于减少动力设备运行中的泄漏的方法。该方法包括：
提供再生式热交换器，该再生式热交换器具有：
         转子组件，其沿转子柱可旋转地安装，该转子组件具有传热元件，和
         外壳，其被构造成在其中接纳转子组件，该外壳具有用于传送通过烟气流的第一入口和出口气室、以及第二入口和出口气室；其中第二入口气室包括管道装置，该管道装置具有跨其布置的分离装置以用于构造主入口和次入口；
将富含氧气的再循环烟气流传送通过主入口；以及
将不富含氧气的再循环烟气流传送通过次入口，保持富含氧气的烟气流基本上远离朝烟气流窜流，从而减少其泄漏。
在以上方面的一个实施例中，传送再循环烟气流包括将其等动能地馈送到管道装置中。
此外，在以上两个方面的一个实施例中，泄漏减少系统还包括靠近转子柱组装以用于传送再循环烟气的吹扫系统。
本公开的这些和其它方面以及表征本公开的各种新颖特征在本公开中被特别地指出。为了更好地理解本公开、其操作优点及其用途，应当参照其中示出本公开的示例性实施例的附图和描述性主题。
附图说明
参照结合附图的以下详细描述和权利要求，将更好地理解本公开的优点和特征，其中类似的元件用类似的符号标识，并且其中：
图1示出根据本公开的示例性实施例的用于动力设备运行的泄漏减少系统的侧视图；
图2A和图2B分别示出根据本公开的示例性实施例的用于动力设备运行的泄漏减少系统的侧视图和俯视图；
图3A和图3B分别示出根据本公开的示例性实施例的用于动力设备运行的泄漏减少系统的侧视图和俯视图；以及
图4示出根据本公开的示例性实施例的用于减少动力设备运行中的泄漏的方法的流程图。
贯穿附图的若干视图的描述，类似的附图标记表示类似的部件。
附图标记：
1000      泄漏减少系统
100  再生式热交换器；热交换器
102  转子组件
104  转子柱；转子柱区域
106  传热元件
108   外壳
110a, 110b   第一入口和出口气室
112a, 112b   第二入口和出口气室
200  管道装置
210, 220      主入口和次入口
300  分离装置
500  方法
510-550  方法步骤
‘A’  烟气流的箭头指示方向
‘B’    再循环烟气流的箭头指示方向。
具体实施方式
为了透彻理解本公开，结合上述附图提出以下详细描述，包括所附权利要求。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本公开。在其它情况中，结构和装置仅以框图形式示出，以避免使本公开模糊。在本说明书中，对于“一个实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“各种实施例”的引用意味着结合该实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中各个位置的出现未必全指相同的实施例，也不是与其它实施例相互排斥的单独的或备选的实施例。此外，描述了可由一些实施例而不由其它实施例表现的各种特征。类似地，描述了各种要求，其可能是对一些实施例的要求，而可能不是其它实施例的要求。
虽然以下描述为了说明的目的而包含许多具体细节，但本领域的任何技术人员都将理解，对这些细节的许多变型和/或改变落在本公开的范围内。类似地，虽然本公开的其中许多特征依据彼此或结合彼此进行描述，但本领域技术人员将会理解，这些特征中的许多可以独立于其它特征提供。因此，在不丧失对本公开的任何一般性且不对本公开施加任何限制的情况下，阐述本公开的该描述。此外，诸如“主”、“次”、“第一”、“第二”等的相对术语在本文中并不表示任何次序、高度或重要性，而是用来区别一个元件与另一元件。此外，本文中的术语“一个”和“一种”不表示数量上的限制，而是表示存在所引用项目中的至少一个。
本文所公开的是用于动力设备的泄漏减少系统。动力设备可以是氧气燃烧的动力设备。虽然本公开将结合氧气燃烧的动力设备示出和描述，但本公开可以设想用于其它应用的这样的泄漏减少系统。由于氧气燃烧动力设备的构造和布置对于本领域的技术人员是熟知的，就获得对本公开的理解的目的而言，并不认为有必要在本文中引述其全部构造细节和说明。而是，被认为足够的是简单地指出：如图1所示，根据本公开的示例性实施例的泄漏减少系统1000可以结合各种动力设备成功地使用，如此处所示。
如现在将参照附图进一步详细描述的，根据示例性实施例的泄漏减少系统1000提供了益处，这包括但不限于显著减少和/或有效地最小化的在氧气燃烧动力设备中朝向烟气侧的氧气窜流。在本文中还如图1至图3B所示，泄漏减少系统1000的描述结合两段式再生热交换器例如再生式热交换器100进行，然而，在不脱离本公开的范围的情况下，本发明的泄漏减少系统1000也可以适于结合三段式再生热交换器、四段式再生热交换器等来构造，并且不应认为仅限于两段式再生热交换器，例如其中所示的再生式热交换器100。
现在参看图1，示出了根据本公开的示例性实施例的氧气燃烧动力设备的泄漏减少系统1000的侧视图。泄漏减少系统1000包括再生式热交换器100、管道装置200和分离装置300。再生式热交换器100为回转再生式热交换器，例如回转再生式空气预热器。再生式热交换器100(在下文中称为“热交换器100”)包括沿转子柱104可旋转地安装的转子组件102(在图2A和图3A中可见)。转子组件102包括具有各种叠置传热板的传热元件106，以用于在烟气流和再循环烟气流之间传递热量。热交换器100还包括构造成在其中接纳转子组件102的外壳108(在图2A和图3A中可见)。
外壳108包括用于传送通过烟气流的第一入口气室110a和第一出口气室110b(如由箭头“A”所指)。外壳108还包括用于传送通过再循环烟气流的第二入口气室112a和第二出口气室112b(如由箭头“B”所指)。在一个实施例中，第一入口气室110a和第一出口气室110b以及第二入口气室112a和第二出口气室112b跨过转子组件102的直径被分开，以用于分别传送烟气流和再循环烟气流。来自锅炉的烟气流从第一入口气室110a进入热交换器100并从第一出口气室110b离开。此外，再循环烟气流从第二入口气室112a进入热交换器100，并且从第二出口气室112b离开。所述气体在进入热交换器100后即穿过传热元件106。
热交换器100中的传热元件106在烟气流和再循环烟气流之间传递热量。在这种传递过程中，由于烟气流和再循环烟气流之间的压差，再循环气体流朝向烟气流的泄漏是常见问题之一。为了防止这种泄漏，在示例中，在一些热交换器中，可在外壳108和传热元件106之间设置径向和轴向密封板。这样的密封件最小化再循环烟气流向烟气流中的泄漏。这样的径向和轴向密封件可以销接到转子且自由移动以避免热变形。这样的径向和轴向密封件还可在任何错配或变形的情况下通过使用传感器而在线调整，以避免在烟气流和再循环烟气流之间的泄漏。在另一示例中，在一些热交换器中，设有用于最小化泄漏气体的隔板，而不是径向和轴向密封件。本公开旨在涵盖所有此类空气热交换器，而不将其范围限制到任何特定类型的热交换器，例如热交换器100。
此外，如上所述，泄漏减少系统1000还包括构造到第二入口气室112a的管道装置200。再循环气体流等动能地被馈送通过管道装置200。类似于在第二入口气室112a处的管道装置200，每个入口和出口气室，例如110a、110b、112b，也可构造管道装置以用于使相应的气体流导入和离开两个相应的气室。
而且，如上所述，泄漏减少系统1000包括分离装置300，其跨过第二入口气室112a的管道装置200布置。在一个实施例中，分离装置300可以是沿管道装置200的一部分布置的分离板，其将管道装置200沿第二入口气室112a分成主入口210和次入口220。
如所描述的，取决于空气预热器的类型，在热交换器100的径向和轴向区域周围的泄漏可通过径向和轴向密封件或隔板防止，然而，在转子柱区域104周围的夹带泄漏是不可避免的。因此，在其中用于燃烧的氧气分离是十分重要的过程的氧气燃烧动力设备中，因这种夹带泄漏导致的任何氧气损失可进一步增加其成本。因此，分离装置300提供了两个单独的入口，其中主入口210被构造用于传送通过富含氧气的再循环烟气。此外，次入口220被构造成邻近主入口210以用于传送通过不富含氧气的再循环烟气流。这样的布置确保了保持富含氧气的再循环烟气基本上远离朝烟气流窜流，从而减少富含氧气的再循环烟气的泄漏，并且防止朝向烟气流的氧气窜流。
此外，在一个实施例中，泄漏减少系统1000还包括靠近转子柱104组装的吹扫系统(未示出)以用于传送再循环烟气。
具有分离装置300的热交换器100的备选布置也可在图2A和图2B、图3A和图3B中显而易见，并且可以参照图1加以理解，如上文所说明的。为了简洁起见，本文不包括对其的说明。
现在参看图4，根据本公开的示例性实施例示出了用于减少动力设备运行中的泄漏的方法500的流程图。方法500包括图1的上述泄漏减少系统1000的限制，并且将在这里结合该系统进行描述。为了简洁起见，这里避免了系统1000的构件说明的重复。
方法500始于510。在520，提供热交换器100。如上所述，管道装置200在第二入口气室112a处被构造到热交换器100。此外，如所描述的，分离装置300在管道装置200处并入，其将管道装置200分成主入口210和次入口220，以用于传送通过再循环烟气和富含氧气的再循环烟气。具体而言，在530，富含氧气的再循环烟气被传送通过主入口210；并且在540，不富含氧气的再循环烟气被传送通过次入口220，保持富含氧气的再循环烟气基本上远离朝烟气流窜流，从而减少氧气朝向烟气流的窜流。方法500结束于550。
泄漏减少系统在各个方面是有利的。泄漏减少系统显著减少和/或有效地最小化再生式热交换器中的氧气泄漏。该特征在氧气燃烧动力设备中特别有利，以用于将朝向来自炉膛的烟气的氧气流量限制到显著小于1%。此外，泄漏减少为被动减少系统，其驱动来自主入口的富含氧气的再循环烟气流，并且驱动来自次入口的不富含氧气的再循环烟气流，而不需要强制通风机。然而，在任何需要时，这样的系统是开放的以包括用于这种气流调节的低功耗的附加压力控制风扇。本公开在阻止氧气向诸如空气预热器的热交换器和沿其的区域周围供应方面特别有利，在该区域氧气的泄漏是不可避免的。
已经为了说明和描述的目的而提出了本公开的具体实施例的上述描述。它们并非意图为穷举性的或将本公开限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导，许多修改和变型是可能的。选择和描述实施例是为了最好地说明本公开的原理及其实践应用，从而使本领域的技术人员能够最好地利用本公开和带有适合于所设想特定用途的各种修改的各种实施例。应当理解，在情况可能暗示或提供权宜之计时，可以设想等同物的各种省略和替代，但这些旨在覆盖应用或实施，而不脱离本公开的权利要求的精神或范围。

Claims (8)

1. 一种动力设备运行中的泄漏减少系统(1000)，所述泄漏减少系统(1000)包括：
再生式热交换器(100)，其包括：
       转子组件(102)，其沿转子柱(104)可旋转地安装，所述转子组件(102)具有传热元件(106)，和
       外壳(108)，其被构造成在其中接纳所述转子组件(102)，所述外壳(108)具有用于传送通过烟气流的第一入口气室(110a)和第一出口气室(110b)、以及第二入口气室(112a)和第二出口气室(112b)；
管道装置(200)，其被构造到所述第二入口气室(112a)；以及
分离装置(300)，其跨所述第二入口气室(112a)的所述管道装置(200)布置以用于构造：
       主入口(210)，用于传送通过富含氧气的再循环烟气，和
       次入口(220)，邻近所述主入口(210)以用于传送通过再循环烟气，保持所述富含氧气的再循环烟气流基本上远离朝所述烟气流窜流，从而减少其泄漏。
2. 根据权利要求1所述的泄漏减少系统(1000)，其特征在于，所述分离装置(300)包括沿着且跨过所述管道装置(200)布置的分离板。
3. 根据权利要求1所述的泄漏减少系统(1000)，其特征在于，所述再循环烟气流等动能地被馈送到所述管道装置(200)中。
4. 根据权利要求1所述的泄漏减少系统(1000)，其特征在于，所述第一入口气室(110a)和出口气室(110b)以及所述第二入口气室(112a)和出口气室(112b)跨过所述转子组件(102)的直径分开。
5. 根据权利要求1所述的泄漏减少系统(1000)，其特征在于，还包括靠近所述转子柱(104)组装的吹扫系统，以用于传送所述再循环烟气以减少其泄漏。
6. 一种用于减少动力设备运行中的泄漏的方法(500)，所述方法(500)包括：
提供再生式热交换器(100)，所述再生式热交换器(100)具有：
       转子组件(102)，其沿转子柱(104)可旋转地安装，所述转子组件(102)具有传热元件(106)，和
       外壳(108)，其被构造成在其中接纳所述转子组件(102)，所述外壳(108)具有用于传送通过所述烟气流的第一入口气室(110a)和第一出口气室(110b)、以及第二入口气室(112a)和第二出口气室(112b)；其中所述第二入口气室(112a)包括管道装置(200)，所述管道装置(200)具有跨其布置的分离装置(300)，以用于构造主入口(210)和次入口(220)；
将富含氧气的再循环烟气流传送通过所述主入口(210)；以及
将再循环烟气传送通过所述次入口(220)，保持所述富含氧气的烟气流基本上远离朝所述烟气流窜流，从而减少其泄漏。
7. 根据权利要求6所述的用于减少泄漏的方法(500)，其特征在于，还包括靠近所述转子柱(104)组装的吹扫系统，以用于传送所述再循环烟气以减少其泄漏。
8. 根据权利要求6所述的用于减少泄漏的方法(500)，其特征在于，传送所述再循环烟气流包括将其等动能地馈送到所述管道装置(200)中。
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