CN103994458A - 适用于火电机组的复合相变换热器 - Google Patents

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Abstract

一种给水加热器领域的适用于火电机组的复合相变换热器，高温段和低温下段沿烟气流动方向依次设置于烟道内，蒸汽管道的上端与低温上段的上端相连，蒸汽管道的下端与低温下段的上端相连，凝水管道的下端与低温下段的下端相连，凝水管道的上端与低温上段的下端相连，待加热介质的入口端为低温上段的入口端，待加热介质的出口端为高温段的出口端，低温上段的待加热介质分管出口端与高温段的入口端相连，低温上段的待加热介质分管进口端与高温段的出口直接相连且定义为一级旁路，高温段的入口端与出口直接相连且定义为二级旁路，控制系统分别与低温上段、二级旁路、高温段和低温下段相连。本发明在保证了系统运行安全的基础上，有效提高了待加热介质的出口温度。

Description

适用于火电机组的复合相变换热器
技术领域
本发明涉及的是一种给水加热器领域的装置，具体是一种适用于火电机组的复合相变换热器。
背景技术
工业锅炉的运行性能会随着使用时间的增加逐渐下降，随着常规能源的日益紧缺,以提高现有工业锅炉运行效率为目的的节能改造需求迫切。针对发电机组较为通常的做法是采用烟气余热回收装置吸收烟气的热量，然后将热量传递给机组凝结水，提高进入低温加热器的凝结水温度，从而达到节省汽轮机抽汽，提高发电机组运行效率的目的。在这种余热回收改造中，被加热水的最终温度与整个节能改造的能量利用率有关，通常来说，被加热工质的出口温度越高，侧余热回收改造的能量利用率则越高，所以烟气余热回收节能改造对被加热工质的出口温度有较高的要求。
现有的复合相变换热器可以将烟气余热有效回收，但是由于采用了二次换热的工作方式，其被加热工质的出口温度一般较低，双壁温复合相变换热器可以解决这个问题，但是会导致换热器的换热面积过大，并非适用于所有场合。
综上所述，现有技术在面对特定工况的时候，只能选择降低被加热水的出口温度设计值，这会导致整个余热回收系统的能量利用率较低，同时，如果采用较为激进的设计，将出口水温的设计值提高，则会增加设备成本，或者降低余热回收系统的运行安全性。显然，这样的设计方法和实际运行结果从余热利用上讲都不是一个理想的状况。
随着当前全球能源紧张和对减排的要求，提高烟气余热回收节能改造的能量利用率已经成为急于解决的技术难题。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201903045，公开日2011.07.20，记载了一种锅炉尾部烟气余热利用装置。该锅炉尾部烟气余热利用装置包括控制系统、自控阀、省煤器、复合汽水段、空气预热器、相变换热器下段、相变换热器上段、壁温测试仪以及新增的酸露点温度在线监测设备。本实用新型锅炉尾部烟气余热利用装置的酸露点温度在线监测设备可以动态地监测酸的露点温度，并实时地反馈给控制系统，控制系统根据酸露点温度的变化改变锅炉的给水量以达到实时控制壁温的效果。但该技术无法适用于进水温度较低的工况，由于复合汽水段是烟气和给水直接换热，所以当进水温度较低时壁面温度就会处于发生酸露腐蚀的危险区间，进而影响设备的正常运行。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种适用于火电机组的复合相变换热器，即通过低温段上段先将较低温度的水加热至高于酸露点的安全温度，然后再将其通入高温段，在保证有效降低排烟温度的情况下尽可能的提高待加热介质的出口温度，解决了现有余热回收装置能量利用率低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括：高温段、低温下段、低温上段、蒸汽管道、凝水管道和控制系统，其中：高温段和低温下段沿烟气流动方向依次设置于烟道内，蒸汽管道的上端与低温上段的上端相连，蒸汽管道的下端与低温下段的上端相连，凝水管道的下端与低温下段的下端相连，凝水管道的上端与低温上段的下端相连，待加热介质的入口端为低温上段的入口端，待加热介质的出口端为高温段的出口端，低温上段的待加热介质分管出口端与高温段的入口端相连，低温上段的待加热介质分管进口端与高温段的出口直接相连且定义为一级旁路，高温段的入口端与出口直接相连且定义为二级旁路，控制系统分别与低温上段、二级旁路、高温段和低温下段相连。
所述的高温段包括：设置于入口端的入口联箱、设置于出口端的出口联箱和管列，其中：管列的一端和入口联箱相连，另一端与出口联箱相连。
所述的管列为蛇形管列，包括并排的翅片管和连接弯头。
所述的低温下段包括：上联箱、下联箱和管排，其中：管排的上端和上联箱相连，管排的下端和下联箱相连。
所述的低温上段为管壳式换热器。
所述的控制系统包括：低温调节阀、高温调节阀、高温温度测点和低温温度测点，其中：低温调节阀设置于低温上段的入口端，高温调节阀设置于二级旁路上，高温温度测点设置于管列的内部，低温温度测点设置于管排的内部。
本发明在保证了系统运行安全的基础上，有效提高了被加热工质的出口温度，从而提高了烟气余热回收改造的实际效益，为锅炉烟气余热回收改造提供了可靠的技术保障。
本发明解决了现有烟气余热回收技术无法将被加热工质的最终出口温度提升至设计需要水平的问题，在烟气参数相同的情况下，能使被加热工质的出口温度比常规的烟气余热回收技术高15℃～25℃。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：高温段2、低温下段6、低温上段7、蒸汽管道8、凝水管道10和控制系统13，其中：高温段2和低温下段6沿烟气流动方向依次设置于烟道1内，蒸汽管道8的上端与低温上段7的上端相连，蒸汽管道8的下端与低温下段6的上端相连，凝水管道10的下端与低温下段6的下端相连，凝水管道10的上端与低温上段7的下端相连，待加热介质的入口端为低温上段7的入口端，待加热介质的出口端为高温段2的出口端，低温上段7的待加热介质分管出口端与高温段2的入口端相连，低温上段7的待加热介质分管进口端与高温段2的出口直接相连且定义为一级旁路I，高温段2的入口端与出口直接相连且定义为二级旁路II，控制系统13分别与低温上段7、二级旁路II、高温段2和低温下段6相连。
所述的高温段2包括：设置于入口端的入口联箱3、设置于出口端的出口联箱4和管列5，其中：管列5的一端和入口联箱3相连，另一端与出口联箱4相连。
所述的管列5为蛇形管列，由若干并排的翅片管和连接弯头组成。
所述的低温下段6包括：上联箱9、下联箱11和管排12，其中：管排12的上端和上联箱9相连，管排12的下端和下联箱11相连。
所述的低温上段7为管壳式换热器。
所述的控制系统13包括：低温调节阀14、高温调节阀15、高温温度测点16和低温温度测点17，其中：低温调节阀14设置于低温上段7的入口端，高温调节阀15设置于二级旁路上，高温温度测点16设置于管列5的内部，用于测量待加热介质的温度。低温温度测点17设置于管排12的内部，用于测量待加热介质的温度。
本装置中：较高温度的烟气先经过高温段2与待加热介质换热后降低到较低的温度后，再经过低温下段6与循环介质进行换热，降低到更低的温度后排出。
本装置中：被加热工质经过低温调节阀14后进入低温上段7并与循环介质进行换热后升高到一定温度后，进入高温段2与烟气进行换热后升高到最终温度。在待加热介质总管路上设有一级旁路I且一级旁路I上设有截止阀，同时在高温段2的待加热介质侧设有二级旁路II且二级旁路II上设有高温调节阀15。
本装置中：低温下段6中储有一定的循环介质(一般为除盐水)，低温下段6中的循环介质被加热后汽化形成水蒸气经过蒸汽管道8后进入低温上段7与待加热介质进行换热，放热之后水蒸气冷凝液化后，经过凝水管道10回流到低温下段6，形成循环。
本实施例中酸露点为85℃、温度为160℃的烟气进入高温段2中并与蛇形管管列5的外表面直接接触、和被加热工质换热后温度降低至140℃，此后140℃的烟气进入低温下段6并与翅片管管排12的外表面直接接触、和循环介质换热后进一步降低到110℃；
循环介质储存在低温下段6的翅片管管排12中，被烟气加热后的循环介质形成95℃的蒸汽，蒸汽依次经过低温下段上联箱9和蒸汽管道8进入低温上段7的壳程并与被加热工质形成换热后冷凝成95℃的凝水，凝水依次经过凝水管道10和低温下段下联箱11回到低温下段6中的翅片管管排12中形成循环回路，循环介质在蒸汽和凝水两种相态之间反复变化；
温度为52℃的被加热工质经总管进入低温上段7的管程与循环介质进行换热，被加热至90℃(该温度高于烟气的酸露点温度，可以保证高温段2的运行安全和使用寿命)，然后90℃的被加热工质进入高温段2的蛇形管管列5内部并与烟气进行换热后被加热到115℃后，经总管出口流出。高温段温度测点16和低温段温度测点17分别将蛇形管管列5内测点的被加热工质温度信号92℃(正常工况下为90～100℃)和翅片管管排12内测点的待加热介质温度信号95℃(正常工况下为92～98℃)发送至低温调节阀14和高温调节阀15，由于本实施例中系统处于正常运行状态，无需调节低温调节阀14和高温调节阀15，如果所测得的温度信号处于异常值，则可以根据信号与标准参数的对比情况来调节低温调节阀14和高温调节阀15的开度，从而合理控制被加热工质进入低温上段7和高温段2的流量，使蛇形管管列5内测点的被加热工质温度和翅片管管排12内测点的循环介质温度回到正常范围。
由此，本实施例使高温段2内侧被加热工质温度始终保持在92℃左右，使低温下段6内侧的循环介质温度始终保持在95℃左右。此时适用于火电机组的复合相变换热器出口温度一般为110℃左右，排烟温度仅高于烟气酸露点25℃，同时被加热工质的出口温度达到115℃，高于最终排烟温度，设备性能明显高于同类技术。

Claims (5)

1.一种适用于火电机组的复合相变换热器，其特征在于，包括：高温段、低温下段、低温上段、蒸汽管道、凝水管道和控制系统，其中：高温段和低温下段沿烟气流动方向依次设置于烟道内，蒸汽管道的上端与低温上段的上端相连，蒸汽管道的下端与低温下段的上端相连，凝水管道的下端与低温下段的下端相连，凝水管道的上端与低温上段的下端相连，待加热介质的入口端为低温上段的入口端，待加热介质的出口端为高温段的出口端，低温上段的待加热介质分管出口端与高温段的入口端相连，低温上段的待加热介质分管进口端与高温段的出口直接相连且定义为一级旁路，高温段的入口端与出口直接相连且定义为二级旁路，控制系统分别与低温上段、二级旁路、高温段和低温下段相连；
所述的控制系统包括：低温调节阀、高温调节阀、高温温度测点和低温温度测点，其中：低温调节阀设置于低温上段的入口端，高温调节阀设置于二级旁路上，高温温度测点设置于管列的内部，低温温度测点设置于管排的内部；高温段温度测点和低温段温度测点分别将蛇形管管列内测点的被加热工质温度信号和翅片管管排内测点的待加热介质温度信号发送至低温调节阀和高温调节阀，使得控制系统根据信号与标准参数的对比情况来调节低温调节阀和高温调节阀的开度，从而合理控制被加热工质进入低温上段和高温段的流量，使蛇形管管列内测点的被加热工质温度和翅片管管排内测点的循环介质温度回到正常范围。
2.根据权利要求1所述的适用于火电机组的复合相变换热器，其特征是，所述的高温段包括：设置于入口端的入口联箱、设置于出口端的出口联箱和管列，其中：管列的一端和入口联箱相连，另一端与出口联箱相连。
3.根据权利要求1或2所述的适用于火电机组的复合相变换热器，其特征是，所述的管列为蛇形管列，包括并排的翅片管和连接弯头。
4.根据权利要求3所述的适用于火电机组的复合相变换热器，其特征是，所述的低温下段包括：上联箱、下联箱和管排，其中：管排的上端和上联箱相连，管排的下端和下联箱相连。
5.根据权利要求3所述的适用于火电机组的复合相变换热器，其特征是，所述的低温上段为管壳式换热器。
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