CN104315496A - 基于等温差原理的锅炉排烟余热回收系统 - Google Patents

Abstract

一种等温差锅炉排烟余热回收系统，本发明是为了解决现有火电厂锅炉排烟热损失的问题，本发明通过采用主控制器、低温省煤器、第一回热加热器、第二回热加热器、第一调节阀、第二调节阀、变频泵；主控制器采集凝结水温度和烟气温度，控制调节第一调节阀、第二调节阀的开度，以及变频泵转速，使凝结水在低温省煤器中的温升等于烟气在低温省煤器中的温降，以此保证热经济性及技术经济性最佳。

Description

基于等温差原理的锅炉排烟余热回收系统

技术领域

本发明属于锅炉余热回收节能技术，具体涉及一种火电厂锅炉排烟余热回收系统。

背景技术

排烟热损失是火电厂锅炉的主要热损失。现代大型火电机组锅炉设计排烟温约为120℃左右，对应的排烟热损失占锅炉燃料放热量的5％左右。锅炉排烟温度升高，其排烟热损失也增加，不但浪费能源，还会使脱硫系统耗水量增加。为提高电厂的运行经济性，近年来利用锅炉排烟余热加热凝结水的低温省煤器技术在我国火电企业得到了广泛的应用。当机组负荷变化时，锅炉排烟温度及各回热加热器出口凝结水温度均会发生变化，给锅炉排烟余热回收系统的优化设计与运行带来了困难。本发明提出基于等温差原理的锅炉排烟余热回收系统，通过降低传热过程的不可逆损失来提高系统的热经济性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有火电厂锅炉排烟热损失的问题，进而提供一种火电厂锅炉排烟余热回收系统。

本发明的技术方案是：一种锅炉排烟余热回收系统，其特征在于，包括：主控制器、低温省煤器、第一回热加热器、第二回热加热器、第一调节阀、第二调节阀、变频泵；凝结水分别来自抽汽压力较低的第一回热加热器的进、出口凝结水管道，分别经第一调节阀、第二调节阀混合后，通过变频泵及供水管道进入低温省煤器，加热后的凝结水经回水管返回抽汽压力较高的第二回热加热器的凝结水进口管道；主控制器采集凝结水温度和烟气温度，控制调节第一调节阀、第二调节阀的开度，以及变频泵转速，使凝结水在低温省煤器中的温升等于烟气在低温省煤器中的温降。

进一步地，在烟气通道中低温省煤器的前、后侧分别设置第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器；在供水管道上设置第一水温传感器，在回水管上设置第二水温传感器；第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器连接于主控制器，测量温度值作为主控制器的输入信号。所述第一调节阀、第二调节阀为电动调节阀，用于在收到主控制器发送的增加开度控制信号时，增大其自身开度；在收到主控制器发送的减小开度控制信号时，减小其自身开度；所述变频泵，用于在收到主控制器发送的变频控制信号时，改变运行频率驱动泵组从而增大或减小输出流量。还包括与主控制器相连的输入输出装置，用于显示实时数据，设置系统预设控制参数。

另外，利用上述的锅炉排烟余热回收系统的实现余热回收控制方法，采用了两股温度不同的凝结水混合以调节温度、然后再经过变频泵调节流量；先根据第一水温传感器所测量的进口凝结水温，与系统预设的最低温度参数进行比较，根据比较结果控制第一调节阀、第二调节阀的开度，从而使混合后的水温达到预设温度；再根据第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器所采集输入的实时温度，调节变频泵使低温省煤器内的烟气温降与凝结水温升相同，从而实现低温省煤器中的等温差换热过程。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明所采用火电厂锅炉烟气余热回收系统，可以有效减小烟气放热及凝结水吸热之间的温差差异，提高锅炉排烟余热回收系统的热经济性，从而增大了能耗降低效果，减少了余热回收系统投资回收期。

附图说明

图1等温差换热过程的原理示意图；

图2基于等温差的锅炉排烟余热回收系统；

具体实施方式

在低温省煤器中，烟气及凝结水之间的温差是影响排烟余热回收系统热经济性及技术经济性的重要因素，而烟气及凝结水的热容(流量与低压比热之积)决定着低温省煤器中温差分布。

图1为低温省煤器中的换热原理图，其中烟气放热过程为直线1。为控制系统投资，凝结水吸热与烟气放热之间应有一定的温差，因此理想状况下凝结水的吸热线为位于烟气放热线下方的平行线2；考虑到换热管防腐问题，管壁温度应位于酸露点以上，因此低温省煤器内凝结水温应在水平直线3之上。

根据上述设定，当凝结水的热容大于烟气热容时，凝结水温升小于烟气的温降，凝结水吸热过程为线段5，此时虽吸热量大，但返回热力系统的凝结水温度较低、热经济性差；当凝结水的热容小于烟气热容时，凝结水温升大于烟气的温降，凝结水吸热过程为线段4，此时虽然凝结水回水温度高，但吸热量小、热经济性也较差。只有当凝结水的热容与烟气的热容相等时，凝结水的吸热过程为线段AB，既能达到最大的吸热量，又能达到最大的凝结水回水温度。此时由于直线1、2平行，在低温省煤器中烟气温降与凝结水温升相等，且换热器的任何位置烟气与凝结水的温差均相同，其不可逆损失也达到了最小。

为实现等温差换热过程，本发明在图2中采用了两股温度不同的凝结水混合以调节温度、然后再经过变频泵4调节流量的方案。首先调节阀门2、3使混合后的温度达到图2中的A点，即保证换热管不腐蚀的最低温度，然后再调节变频泵4使低温省煤器内的烟气温降与凝结水温升相同，从而实现低温省煤器中的等温差换热过程。

具体实现时，凝结水来自抽汽压力较低的第一回热加热器1的进口、出口凝结水管道，分别经第一调节阀2、第二调节阀3混合后，通过变频泵及供水管道5进入低温省煤器6，加热后的凝结水经回水管7返回压力较高的第二回热加热器8的凝结水出口管道，如图1所示；在系统设计及运行时，在烟气流经通道中低温省煤器的前、后侧分别设置第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器，用于测量实时烟气温度；第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器的实时测量数据差值即为烟气温降值；在供水管道5上设置第一水温传感器，在回水管7上设置第二水温传感器，用于实现测量水温值，第一水温传感器用于检测水流在未与低温省煤器发生热交换的换热前温度，第二水温传感器用于检测水流在已经与低温省煤器发生热交换的换热后温度；两者实时测量数据差即为凝结水温升值。将第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器连接于主控制器，测量温度值作为主控制器的输入信号。同时主控制器还连接控制第一调节阀2、第二调节阀3以及变频泵4，通过调节凝结水调节阀2、3的开度，以及变频泵4工作，使凝结水在低温省煤器6中的温升等于烟气在低温省煤器中的温降。

通过主控制器的作用，根据实时烟气温差与凝结水温差之间的关系，调整凝结水的循环运行状态。先根据第一水温传感器所测量的进口凝结水温，与系统预设的最低温度参数进行比较，根据比较结果控制第一调节阀2、第二调节阀3的开度，从而使混合后的水温达到预设温度；如果低温省煤器进口凝结水温高于设定最低温度，增大第一调节阀2的开度，减小第二调节阀3的开度；如果低温省煤器进口凝结水温低于设定最低温度，减小第一调节阀2的开度，增大第二调节阀3的开度；然后根据第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器所采集输入的实时温度；通过热烟气流道内的第一烟气温度传感器和第二烟气温度传感器即可获得热烟气在与低温省煤器进行热交换前后的烟气温差。通过凝结水管道的第一水温传感器和第二水温传感器即可获得凝结水在与低温省煤器进行热交换前后的凝结水温差。判断凝结水温差与烟气温差之间的关系：当凝结水温差低于烟气温差时，向所述变频泵4发送减小流量控制信号；当凝结水温差高于烟气温差时，向所述变频泵4发送增大流量控制信号；另外还可将实时凝结水温差、烟气温差、调节阀开度、变频泵流量等数据信息发送至与主控制器相连的输入输出装置。

所述第一、二调节阀为电动调节阀，用于在收到主控制器发送的增加开度控制信号时，增大其自身开度；在收到主控制器发送的减小开度控制信号时，减小其自身开度。

所述变频泵，用于在收到主控制器发送的变频控制信号时，改变运行频率驱动泵组从而增大或减小输出流量。

所述输入输出装置，用于显示实时凝结水温差、烟气温差、调节阀开度、变频泵流量；用于设置系统预设控制参数。

上述调节过程既可用于系统的设计，也可用于系统的变工况运行，从而实现锅炉排烟余热回收系统的经济、安全运行。

与现有的锅炉排烟余热回收系统相比，本发明的优点为：

(1)热经济性及技术经济性最佳；

(2)既可用于指导系统设计，也可用于指导系统运行；

(3)系统简单，调节方便。

Claims (6)

1.一种锅炉排烟余热回收系统，其特征在于，包括：主控制器、低温省煤器、第一回热加热器、第二回热加热器、第一调节阀、第二调节阀、变频泵；凝结水分别来自抽汽压力较低的第一回热加热器的进、出口凝结水管道，分别经第一调节阀、第二调节阀混合后，通过变频泵及供水管道进入低温省煤器，加热后的凝结水经回水管返回抽汽压力较高的第二回热加热器的凝结水出口管道；主控制器采集凝结水温度和烟气温度，控制调节第一调节阀、第二调节阀的开度，以及变频泵转速，使凝结水在低温省煤器中的温升等于烟气在低温省煤器中的温降。

2.如权利要求1所述的锅炉排烟余热回收系统，其特征在于，在烟气通道中低温省煤器的前、后侧分别设置第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器；在供水管道上设置第一水温传感器，在回水管上设置第二水温传感器；第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器连接于主控制器，测量温度值作为主控制器的输入信号。

3.如权利要求1所述的锅炉排烟余热回收系统，其特征在于，所述第一调节阀、第二调节阀为电动调节阀，用于在收到主控制器发送的增加开度控制信号时，增大其自身开度；在收到主控制器发送的减小开度控制信号时，减小其自身开度；所述变频泵，用于在收到主控制器发送的变频控制信号时，改变运行频率驱动泵组从而增大或减小输出流量。

4.如权利要求1所述的锅炉排烟余热回收系统，其特征在于，还包括与主控制器相连的输入输出装置，用于显示实时数据，设置系统预设控制参数。

5.一种基于权利要求2所述的锅炉排烟余热回收系统的余热回收控制方法，其特征在于，采用了两股温度不同的凝结水混合以调节温度、然后再经过变频泵调节流量；

步骤1，根据第一水温传感器所测量的进口凝结水温，与系统预设的最低温度参数进行比较，根据比较结果控制第一调节阀、第二调节阀的开度，从而使混合后的水温达到预设温度；

步骤2，根据第一烟气温度传感器、第二烟气温度传感器、第一水温传感器、第二水温传感器所采集输入的实时温度，调节变频泵使低温省煤器内的烟气温降与凝结水温升相同，从而实现低温省煤器中的等温差换热过程。

6.如权利要求5所述的余热回收控制方法，其特征在于，

步骤1中，如果低温省煤器进口凝结水温高于设定最低温度，增大第一调节阀的开度，减小第二调节阀的开度；如果低温省煤器进口凝结水温低于设定最低温度，减小第一调节阀的开度，增大第二调节阀的开度；

步骤2中，判断凝结水温差与烟气温差之间的关系：当凝结水温差低于烟气温差时，向所述变频泵发送减小流量控制信号；当凝结水温差高于烟气温差时，向所述变频泵发送增大流量控制信号。