CN105202518B - 一种电站锅炉余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电站锅炉余热利用系统，所述系统在主烟道设置主烟道调节阀，在旁路烟道上设置旁路烟道调节阀，所述系统进一步包括烟道温度传感器，所述烟道温度传感器测量排放烟气的温度，中央控制器与温度传感器、主烟道调节阀和旁路烟道调节阀进行数据连接，中央控制器根据温度传感器测量的排烟温度来自动调整主烟道调节阀和旁路烟道调节阀的开度。本发明通过阀门的控制来调节参与余热利用换热的烟气的流量来自动控制烟气的排烟温度，避免低温腐蚀，实现了系统的智能化调节。

Description

一种电站锅炉余热利用系统

技术领域

本发明属于蒸汽锅炉领域，尤其涉及蒸汽锅炉余热利用领域。

背景技术

随着我国经济快速发展，能源消耗日益增加，城市大气质量日益恶化的问题也越发突出，节约能源和减少环境有害物排放的问题迫在眉睫。在常见的蒸汽产生过程中，能耗高、污染严重的主要原因之一是锅炉烟气的排烟温度过高，浪费了大量能源，因此对锅炉尾气余热进行回收再利用，实现节能减排的目的，同时还可以保护环境。但是现有技术中在满足烟气余热的同时，可能会发生低温腐蚀，因此如何避免低温腐蚀是一个重要的问题，同时如果为了仅仅为了避免低温腐蚀，则在某些情况下烟气中余热浪费太多，导致发生余热利用效果不好的问题，因此上述的相关问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的锅炉烟气余热利用系统。

本发明采用的技术方案如下：一种电站锅炉余热利用系统，所述系统包括锅炉、主烟道、旁路烟道和换热器，所述锅炉产生的烟气通过旁路烟道入口进入换热器，换热后的烟气通过旁路烟道的出口流入入主烟道后进行排放；

在主烟道设置主烟道调节阀，用于调节主烟道的烟气量，同时在旁路烟道上设置旁路烟道调节阀，调节旁路烟道的烟气量。

所述系统进一步包括烟道温度传感器，所述烟道温度传感器测量排放烟气的温度，所述系统包括中央控制器，中央控制器与温度传感器、主烟道调节阀和旁路烟道调节阀进行数据连接，中央控制器根据温度传感器测量的排烟温度来自动调整主烟道调节阀和旁路烟道调节阀的开度。

作为优选，如果测量的温度排烟过低，则中央控制器通过调大主烟道调节阀的开度，同时减少旁路烟道调节阀的开度。

作为优选，所述换热器连接散热器，所述散热器为供暖散热器，所述换热器中的烟气将热量传递给散热器的水，从而实现利用余热进行供热。

作为优选，所述散热器包括上集管和下集管及其位于上集管和下集管之间的圆弧形截面的翅片管，所述翅片管包括基管以及位于基体外围的翅片，所述基管的横截面是圆弧形，所述翅片包括第一翅片和第二翅片，所述第一翅片是从圆弧的中点向外延伸，所述第二翅片包括从圆弧形的圆弧所在的面向外延伸的多个翅片以及从第一翅片向外延伸的多个翅片，向同一方向延伸的第二翅片互相平行,所述圆弧形的底边、第一翅片、第二翅片延伸的端部形成等腰三角形；所述基管内部设置第一流体通道，所述第一翅片内部设置第二流体通道，所述第一流体通道和第二流体通道连通。

作为优选，所述第二翅片相对于第一翅片中线所在的面镜像对称，相邻的所述的第二翅片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100=A*Ln(L1/W*100)+B* (L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10；

3mm<L1<5mm；

40mm <S<75mm；

30mm <W<50mm；

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a， 100°<a<160°。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1）通过控制参与余热利用换热的烟气的流量来自动控制烟气的排烟温度，避免低温腐蚀。

2）在保证避免低温腐蚀的情况下，在烟气余热利用效果不好的时候，设置辅助加热设备来保证满足余热利用。

3）自动加热设备根据余热利用情况自动调整加热功率，保证节约能源。

4)研发了余热利用中的新的散热器，并优化了散热器的尺寸结构，加强了余热利用的效果。

附图说明

图1是本发明锅炉余热利用系统的一个实施例示意图；

图2是本发明锅炉余热利用系统的另一个实施例示意图；

图3是本发明锅炉余热利用系统的一个实施例改进的示意图；

图4是本发明锅炉余热利用系统的另一个实施例改进的示意图；

图5是本发明用户散热器翅片管的示意图；

图6是翅片管的横截面示意图；

图7是图6从左侧看的示意图；

图8是图6设置孔的翅片的切面示意图。

附图标记如下：

1锅炉，2主烟道调节阀，3旁路烟道调节阀，4总抽风机，5烟道温度传感器，6换热器，7中央控制器，8入口温度传感器，9散热器，10旁路烟道风机，11主路烟道风机，12主烟道，13旁路烟道入口，14旁路烟道出口，15辅助加热设备，16旁路烟道，17第一流体通道，18第一翅片, 19第二翅片，20第二翅片，21第一边，22第二边，23底边，24孔，25第二流体通道，26基管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1展示了一种电站锅炉余热利用系统，所述系统包括锅炉1、主烟道12、旁路烟道16和换热器6，所述锅炉1产生的烟气一部分通过主烟道直接排除，一部分通过旁路烟道入口13进入换热器6，换热后的烟气通过旁路烟道的出口14流入入主烟道12后进行排放。

作为一个优选，所述锅炉余热利用系统自动调整排烟温度来避免低温腐蚀。主要采取的实施例如下：

在主烟道12的旁路烟道入口13和旁路烟道出口14之间设置主烟道调节阀2，用于调节主烟道12的烟气量，同时在旁路烟道16上设置旁路烟道调节阀3，调节旁路烟道16的烟气量。

所述系统进一步包括烟道温度传感器5，所述烟道温度传感器5设置在主烟道12的旁路烟道的出口14的下游，用于测量排放烟气的温度。所述系统包括中央控制器7，中央控制器7与温度传感器5、主烟道调节阀2和旁路烟道调节阀3进行数据连接，中央控制器7根据温度传感器测量的排烟温度来自动调整主烟道调节阀和旁路烟道调节阀的开度，以避免低温腐蚀。

如果测量的排烟温度过低，则中央控制器7通过调大主烟道调节阀2的开度，同时减少旁路烟道调节阀4的开度。通过这样减少进入旁通烟道的烟气流量，避免因为过多的烟气进行换热而导致排烟温度过低，从而避免低温腐蚀。如果测量的排烟温度过高，则中央控制器7通过降低主烟道调节阀2的开度，同时增加旁路烟道调节阀4的开度。通过这样增加进入旁通烟道的烟气流量，避免因为过多的烟气流入主烟道，造成余热利用的损失。

当然，作为一个优选的实施例，可以不设置主烟道调节阀和旁路烟道调节阀，如图2所示，在旁路烟道上设置与中央控制器7数据连接的旁路烟道风机10，在主烟道12设置主烟道风机11，风机10和11分别与中央控制器7数据连接，中央控制器7通过调整旁路烟道风机10和主烟道风机12的频率来调节进入主烟道12和旁路烟道16的烟气量。如果测量的温度过低，则中央控制器7通过调小旁路烟道风机10的频率，同时增大主烟道风机12的频率，从而增加进入主烟道的烟气量，减少进入旁通烟道的烟气流量，避免因为过多的烟气进行换热而导致排烟温度过低，从而避免低温腐蚀。反之，如果测量的温度过高，则中央控制器7通过增加旁路烟道风机10的频率，同时降低主烟道风机的频率，从而减少进入主烟道的烟气量，增加进入旁通烟道的烟气流量，避免因为过多的烟气流入主烟道，造成余热利用的损失。

作为优选，所述换热器6连接散热器9，所述散热器9为供暖散热器。所述换热器6中的烟气将热量传递给散热器9的水，从而实现利用余热进行供热。

作为优选，在散热器9的入口设置入口温度传感器8，通过温度传感器8测量进入散热器9中的水的温度。

本发明的一个发明点在于通过控制进入旁路烟道烟气的流量，从而控制进入散热器9中水的温度，避免水温过高或者过低。

针对图1的实施例的改进，作为一个优选，如果温度传感器8测量的进入散热器9的水的温度过低，则中央控制器7通过减小主烟道调节阀2的开度，同时增加旁路烟道调节阀4的开度。通过这样增加进入旁通烟道的烟气流量，从而增加换热量来提高进入散热器中的水的温度。

如果测量的进入散热器的水的温度过高，则中央控制器7通过增加主烟道调节阀2的开度，同时减少旁路烟道调节阀4的开度。通过这样减少进入旁通烟道的烟气流量，从而减少换热量来降低进入散热器中的水的温度。

针对图2的实施例的改进，作为一个优选，如果温度传感器8测量的进入散热器9的水的温度过低，则中央控制器7通过减小主烟道风机11的频率，同时增加旁路烟道风机10的频率。通过这样增加进入旁通烟道的烟气流量，降低进入主烟道的烟气量，从而增加换热量来提高进入散热器中的水的温度。

如果测量的进入散热器的水的温度过高，则中央控制器7通过增加主烟道风机11的频率，同时减少旁路烟道风机10的频率。通过这样减少进入旁通烟道的烟气流量，从而减少换热量来降低进入散热器中的水的温度。

当然，作为一个优选的实施例，可以不设置主烟道调节阀和旁路烟道调节阀，如图2所示，只在旁路烟道上设置与中央控制器7数据连接的旁路烟道风机10，不设置主烟道风机11。通过改变旁路烟道风机10的频率来调节进入旁路烟道16的烟气量。如果测量的进入散热器的温度过低，则中央控制器7通过增加旁路烟道风机10的频率增加进入旁通烟道的烟气流量，从而增加换热量来提高进入散热器中的水的温度。

如果测量的进入散热器的温度过高，则中央控制器7通过减小旁路烟道风机10的频率减少加进入旁通烟道的烟气流量，从而减少换热量来降低进入散热器中的水的温度。

当然，作为一个优选的实施例，如图3、4所示，所述的散热器9的入口管路上设置辅助加热设备15，用于加热进入散热器中的水。通过增加辅助加热设备，一个目的是能够保证散热器中水的温度达到供暖温度。

作为优选，所述的辅助加热设备为电加热设备15，通过电加热设备15的功率的变化来向进入散热器9中的水提供不同的热量。

如果温度传感器测量的进入散热器9的水的温度过低，则中央控制器7自动启动电加热设备。

作为优选，中央控制器7根据测量的进入散热器的入口温度来调整加热功率。当测量的进水温度低于温度a时，电加热设备启动加热，并以功率A进行加热；当热测量的进水温度低于比温度a低的温度b时，电加热设备以高于功率A的功率B进行加热；当测量的进水温度低于比温度b低的温度c时，电加热设备以高于功率B的功率C进行加热；当测量的进水温度低于比温度c低的温度d时，电加热设备以高于功率C的功率D进行加热；当测量的进水温度低于比温度d低的温度e时，电加热设备以高于功率D的功率E进行加热。

当然，可以选择的是，为了增加测量温度的准确性，可以在散热器9的出水口处设置另一个温度传感器，通过两个温度传感器的测量的温度的平均值来计算电加热设备的启动功率。

通过增加辅助加热设备的另一个目的是为了防止在取暖过程中出现低温腐蚀。主要原因在于如果进入散热器9的水的温度过低，通过增加旁通阀门的开度或者风机的频率，可能会导致参与换热的烟气数量过多，导致产生排烟温度过低，从而发生低温腐蚀。而通过增加辅助加热设备，可以很好地避免低温腐蚀，同时还能满足取暖需要。

作为优选的实施例，如果测量的进入散热器的水的温度过低，则中央控制器7通过减小主烟道调节阀2的开度，同时增加旁路烟道调节阀4的开度，以增加参与的烟气量。此时，如果测量的排烟测量的温度达到低温腐蚀的临界温度，此时旁路烟道调节阀4的开度不再增加；如果此时测量的进入散热器9的水的温度依然过低，则中央控制器控制电加热设备自动启动。

作为一个优选的实施例，通过改进图2中的实施例来满足供暖的需求。通过改变旁路烟道风机10的频率来调节进入旁路烟道16的烟气量。如果测量的进入散热器的温度过低，则中央控制器7通过增加旁路烟道风机10的频率，增加进入旁通烟道的烟气流量，从而增加换热量来提高进入散热器中的水的温度。此时，如果测量的排烟测量的温度达到低温腐蚀的临界温度，此时旁路烟道风机的频率不再增加；如果此时测量的进入散热器的水的温度依然过低，则中央控制器控制电加热设备自动启动。

通过如此设备可以避免单方面满足供热需求而导致排烟温度出现低温腐蚀。

作为优选，辅助加热设备15设置在温度传感器8的上游。

当然，针对前面的系统，本发明还提供了一种方法，该方法可以避免低温腐蚀，同时还能满足供暖需要。

该方法包括以下步骤：

第一步，首先测量烟气的排烟温度，根据烟气的排烟温度自动调整阀门的开度或者风机的频率。

如果测量的温度过低，则针对图1的实施例，则中央控制器7通过调大主烟道调节阀2的开度，同时减少旁路烟道调节阀4的开度。针对图2的实施例，则中央控制器7通过调小旁路烟道风机10的频率，同时增大主烟道风机的频率。通过上述措施减少进入旁通烟道的烟气流量，避免因为过多的烟气进行换热而导致排烟温度过低。

如果测量的温度过高，则针对图1的实施例，则中央控制器7通过降低大主烟道调节阀2的开度，同时增加旁路烟道调节阀4的开度。针对图2的实施例，则中央控制器7通过增加旁路烟道风机10的频率，同时减少主烟道风机的频率。

通过第一步骤主要是防止低温腐蚀。

第二步，然后再测量散热器的入口温度，根据测量的温度来确定是否启动辅助加热设备。

如果测量的温度过低，则中央控制器自动启动辅助加热设备。

通过第二步骤主要是在防止低温腐蚀的同时来满足供暖的需要。

所述散热器包括上集管和下集管及其位于上下集管之间的翅片管，所述翅片管包括基管26以及位于基管外围的翅片18-20，如图5、6所示，所述基管的横截面是圆弧形，所述翅片包括第一翅片18和第二翅片19、20，所述第一翅片18是从圆弧形的圆弧的中点向外延伸的，所述第二翅片19、20包括从圆弧形的两条边所在的面向外延伸的多个翅片19以及从第一翅片向外延伸的多个翅片20，向同一方向延伸的第二翅片19、20互相平行,例如，如图2所示，从圆弧形第二边22（左边的边）向外延伸的第二翅片19、20互相平行，从等腰三角形第一边21（即右边的边）向外延伸的第二翅片19、20互相平行，所述第一翅片18、第二翅片19、20延伸的端部形成等腰三角形，如图2所示，等腰三角形的腰的长度为S；所述基管26内部设置第一流体通道17，所述第一翅片18内部设置第二流体通道25，所述第一流体通道18和第二流体通道连通25。例如，如图5所述，在圆弧的中点的位置连通。

通过如此的结构设置，可以使得基管26外部设置多个翅片，增加散热，同时在第一翅片内部设置流体通道，使得流体进入第一翅片内，直接的与第一翅片相连的第二翅片进行换热，增加了散热能力。

所述第一流体通道和第二流体通道的流体优选为水。

一般翅片管都是四周或者两边设置翅片，但是在工程中发现，与墙壁接触的一侧的翅片一般情况下对流换热效果不好，因为空气在墙壁侧流动的相对较差，因此本发明将圆弧形底边23设置为平面，因此安装翅片的时候，可以直接将平面与墙壁紧密接触，与其它散热器相比，可以大大的节省安装空间，避免空间的浪费，同时采取特殊的翅片形式，保证满足最佳的散热效果。

作为优选，所述第二翅片19、20相对于第一翅片18中线所在的面镜像对称，即相对于圆弧的中点和底边所在的中点的连线所在的面镜像对称，或者说相对于圆弧的中点和圆弧所在的圆心的连线所在的面镜像对称。

作为优选，第二翅片垂直于等腰三角形的两条腰延伸。

圆弧形的中点与弧的端点的连线性形成的夹角a以及弧的长度一定的情况下，第一翅片18和第二翅片19、20越长，则理论上换热效果越好，在试验过程中发现，当第一翅片和第二翅片达到一定长度的时候，则换热效果就增长非常不明显，主要因为随着第一翅片和第二翅片长度增加，在翅片末端的温度也越来越低，随着温度降低到一定程度，则会导致换热效果不明显，相反还增加了材料的成本以及大大增加了散热器的占据的空间，同时，换热过程中，如果第二翅片之间的间距太小，也容易造成换热效果的恶化，因为随着翅片管长度的增加，空气上升过程中边界层变厚，造成相邻翅片之间边界层互相重合，恶化传热，翅片管长度太低或者第二翅片之间的间距太大造成换热面积减少，影响了热量的传递，因此在相邻的第二翅片的距离、圆弧形的边长、第一翅片和第二翅片的长度以及散热器基体长度之间满足一个最优化的尺寸关系。

因此，本发明是通过多个不同尺寸的散热器的上千次试验数据总结出的最佳的散热器的尺寸优化关系。

相邻的所述的第二翅片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100=A*Ln(L1/W*100)+B* (L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10；

3mm<L1<5mm；

40mm <S<75mm；

30mm <W<50mm；

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a， 100°<a<160°。

作为优选，基管长度为L，0.02<W/L<0.04，800mm<L<2500mm。

作为优选， A=0.68，B=22.6,C=4.3。

需要说明的是，相邻第二翅片的距离L1是从第二翅片的中心开始算起的距离，如图5所示的那样。

通过计算结果后再进行试验，通过计算边界以及中间值的数值，所得的结果基本上与公式相吻合，误差基本上在3.44%以内，最大的相对误差不超过3.78%，平均误差是2.32%。

优选的，所述的相邻的第二翅片的距离相同。

作为优选，第一翅片的宽度要大于第二翅片的宽度。

优选的，第一翅片的宽度为b1，第二翅片的宽度为b2，其中2.2*b2<b1<3.1*b2;

作为优选，0.9mm<b2<1mm,2.0mm<b1<3.2mm。

作为优选，第二流体通道的宽度为第二翅片的宽度的0.85-0.95倍，优选为0.90-0.92倍。

此处的宽度b1、b2是指翅片的平均宽度。

通过实验发现采取上述的优化的翅片宽度、通道宽度等效果，能够达到最佳的换热效果。

优选的，对于第二翅片之间的距离是按照一定的规律进行变化，具体规律是从圆弧的端点到圆弧的中点，从圆弧的两条边21、22延伸的第二翅片19之间的距离越来越小，从圆弧的中点到第一翅片18的端部，从第一翅片18延伸的第二翅片20之间的距离越来越大。主要原因是在圆弧上设置的第二翅片，散热量从圆弧端点到圆弧中点逐渐增加，因此需要增加翅片的数量，因此通过减少翅片的间距来增加翅片的数量。同理，沿着第一翅片18，从圆弧中部到端部，散热的数量越来越少，因此相应的减少翅片的数量。通过如此设置，可以极大的提高散热效率，同时极大的节省材料。

作为优选，从圆弧的端点到圆弧的中点，从圆弧的两条边延伸的第二翅片19之间的距离减少的幅度越来越小，从圆弧的中点到第一翅片18的端部，从第一翅片18延伸的第二翅片20之间的距离增加的幅度越来越大。通过实验发现，通过上述设置，与增加或者减少幅度相同相比，能够提高大约15％的散热效果。因此具有很好的散热效果。

作为优选，虽然第二翅片的宽度或者距离发生变化，但是优选的是，依然符合上述最佳公式的规定。

优选的，如图8所示，在第一和/或第二翅片上设置孔24，用于破坏层流底层。主要原因是第二翅片主要通过空气的对流进行换热，空气从第二翅片的底部向上进行自然对流的流动，在空气向上流动的过程中，边界层的厚度不断的变大，甚至最后导致相邻第二翅片之间的边界层进行了重合，此种情况会导致换热的恶化。因此通过设置孔24可以破坏边界层，从而强化传热。

优选的，孔24的形状是半圆形或者圆形。

优选的，孔24贯通整个翅片的厚度，如图8所示。

作为一个优选，沿着空气的流动的方向，即从翅片的底部到散热器的顶部，孔9的密度（或数量）不断的增加。主要原因是沿着空气的流动的方向，边界层的厚度不断的增大，因此通过设置不断增加的孔9的密度，可以使得对边界层的破坏程度不断的增大，从而强化传热。

优选的，孔9最密的地方的密度是最疏的地方的密度的1.26-1.34倍，优选是1.28倍。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种电站锅炉余热利用系统，所述系统包括锅炉、主烟道、旁路烟道和换热器，所述锅炉产生的烟气通过旁路烟道入口进入换热器，换热后的烟气通过旁路烟道的出口流入入主烟道后进行排放；

在主烟道设置主烟道调节阀，用于调节主烟道的烟气量，同时在旁路烟道上设置旁路烟道调节阀，调节旁路烟道的烟气量；

所述系统进一步包括烟道温度传感器，所述烟道温度传感器测量排放烟气的温度，所述系统包括中央控制器，中央控制器与温度传感器、主烟道调节阀和旁路烟道调节阀进行数据连接，中央控制器根据温度传感器测量的排烟温度来自动调整主烟道调节阀和旁路烟道调节阀的开度；

所述换热器连接散热器，所述散热器为供暖散热器，所述换热器中的烟气将热量传递给散热器的水，从而实现利用余热进行供热；

所述散热器包括上集管和下集管及其位于上集管和下集管之间的圆弧形截面的翅片管，所述翅片管包括基管以及位于基体外围的翅片，所述基管的横截面是圆弧形，所述翅片包括第一翅片和第二翅片，所述第一翅片是从圆弧的中点向外延伸，所述第二翅片包括从圆弧形的圆弧所在的面向外延伸的多个翅片以及从第一翅片向外延伸的多个翅片，向同一方向延伸的第二翅片互相平行,所述圆弧形的底边、第一翅片、第二翅片延伸的端部形成等腰三角形；所述基管内部设置第一流体通道，所述第一翅片内部设置第二流体通道，所述第一流体通道和第二流体通道连通；

所述第二翅片相对于第一翅片中线所在的面镜像对称，相邻的所述的第二翅片的距离为L1，所述圆弧形的底边长度为W，所述等腰三角形的腰的长度为S，满足如下公式：

L1/S*100=A*Ln(L1/W*100)+B* (L1/W)+C，其中Ln是对数函数，A、B、C是系数，0.66<A<0.70，21<B<24，3.3<C<5.2；

0.06<L1/S<0.07,0.08<L1/W<0.10；

3mm<L1<5mm；

40mm <S<75mm；

30mm <W<50mm；

圆弧形的中点与圆弧形的两端点的连线形成的顶角为a， 100°<a<160°。

2.如权利要求1所述的电站锅炉余热利用系统，如果测量的排烟温度过低，则中央控制器通过调大主烟道调节阀的开度，同时减少旁路烟道调节阀的开度。