CN117515534A - 一种锅炉余热回收器及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锅炉余热回收器及回收方法，通过在锅炉输出连接传感器、热能电机和电池，能够根据蒸汽的温度和气压控制热能电机的启停，利用高温高压蒸汽的热能转化为热能电机的机械能后转化为电池的电能储存，从而达到锅炉余热回收转化为电能的效果，即使在只有少量蒸汽的情况下也能利用热能电机将其进行管道传输，提高余热回收的效果，通过在不改变原锅炉控制系统的基础上，在PLC控制器中增加自适应PID控制程序，能够对除氧泵和高温回水泵进行自适应调控，从而使得锅炉除氧器和换热器能够进行自动水位控制，锅炉除氧器和换热器获得稳定的水位，保证水位稳定在合理的范围内，保证燃气锅炉与余热回收系统连续稳定运行，发挥余热回收系统的最佳效能。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉余热回收技术领域，尤其是一种锅炉余热回收器及回收方法。
背景技术
锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业，锅炉管桩养护需要对锅炉水进行余热回收处理，同时对循环锅炉水进行除氧处理，保障正常工作。
但现有的余热回收系统效果不佳，锅炉中产生的蒸汽较少时无法流通进入后续的余热回收流程，从而容易对蒸汽造成浪费，无法达到余热回收循环利用的最佳效果；且目前余热回收系统投入后除氧器水位与换热器水位的运行承受范围无法进行控制，容易造成燃气锅炉系统运行不稳定的情况，从而降低余热回收的效果。
发明内容
本发明为了解决上述存在的技术问题，提供一种锅炉余热回收器及回收方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锅炉余热回收器，包括锅炉和软水箱，所述锅炉输出端管道连接热能电机，所述锅炉与热能电机的连接管道内安装有温度传感器和气压传感器，所述热能电机输出端通过减压阀管道连接锅炉除氧器，所述热能电机输出端通过能量回收电路连接电池的输入端，所述电池的输出端通过驱动电路连接热能电机驱动器的输入端，所述热能电机驱动器的输出端通过驱动电路连接热能电机的输入端，所述锅炉除氧器输出端通过除氧泵管道连接锅炉节能器，所述锅炉节能器输出端与锅炉输入端管道连接；所述软水箱输入端通入软水，输出端通过锅炉给水泵管道连接锅炉冷凝器，所述锅炉冷凝器输出端管道连接换热器一，所述换热器一输出端管道连接换热器二，所述换热器二输出端通过高温回水泵与锅炉除氧器管道连接。
作为优选，所述热能电机输出端还管道连接分汽缸，所述分汽缸输出端通过电磁阀管道连接抽吸器，所述抽吸器输出端通过减压阀和电磁阀与换热器二的输入端管道连接。
作为优选，所述分汽缸输出端还管道连接蒸压釜，所述蒸压釜输出端均通过恒压阀和电磁阀分别管道连接抽吸器和扩容器，所述扩容器输出端管道连接冷凝水池，还通过电磁阀与抽吸器管道连接，所述冷凝水池输出端通过热水泵与换热器一管道连接，所述换热器一输出端还管道连接废水回收池。
作为优选，所述除氧泵输入端电性连接除氧泵变频器，所述高温回水泵输入端电性连接高温回水泵变频器，所述热能电机驱动器、除氧泵变频器和高温回水泵变频器的输入端均电性连接PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与温度传感器和气压传感器的输出端均电性连接。
作为优选，所述锅炉除氧器和换热器二内均安装有水位传感器，所述水位传感器的输出端和PLC控制器的输入端电性连接。
一种锅炉余热回收方法，包括第一线路，所述第一线路包括以下步骤：
A1.锅炉中排出高温高压蒸汽，经过管道进入热能电机；
A2.热能电机根据温度传感器和气压传感器所检测数据控制启停；
A3.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差低于阈值，则热能电机启动，内部叶轮转动带动所述高温高压蒸汽在管道内部流通；
A4.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差高于阈值，则热能电机无需启动，所述高温高压蒸汽带动热能电机内部叶轮转动从而在管道内部流通，同时转化为电能存储在电池内，即所述高温高压蒸汽的热能转化为热能电机的机械能后转化为电池的电能储存，电池所存储的电能用于作为热能电机启动的电源支持；
A5.所述高温高压蒸汽流出热能电机后流经减压阀，降低压强，随后流入锅炉除氧器进行除氧；
A6.除氧结束后，高温蒸汽通过锅炉给水泵流入锅炉节能器中，形成高温水流回收进入锅炉中。
作为优选，所述回收方法还包括第二线路，所述第二线路包括以下步骤：
B1.软水进入软水箱中，通过锅炉给水泵流入锅炉冷凝器中；
B2.锅炉冷凝器接收烟囱所排烟气，结合除氧后的软水，形成低温冷凝水流入换热器一中进行第一次换热，随后流入换热器二进行第二次换热，形成高温水；
B3.高温水从换热器二中流出经高温回水泵流入锅炉除氧器中除氧，随后通过除氧泵流入锅炉节能器中，形成高温水流回收进入锅炉中。
作为优选，所述回收方法还包括第三线路，所述第三线路包括以下步骤：
C1.锅炉中排出高温高压蒸汽，通过热能电机后，部分高温高压蒸汽流向用汽工段，另一部分高温高压蒸汽流入分汽缸中进行分汽流通；
C2.分汽后部分高温高压蒸汽通过电磁阀直接流向抽吸器进行抽吸，而另一部分高温高压蒸汽流入蒸压釜中进行蒸压；
C3.蒸压结束后，蒸压釜排水通过恒压阀和电磁阀流入扩容器中进行扩容，而蒸压釜余气通过恒压阀和电磁阀进入抽吸器中进行抽吸；
C4.扩容结束后，形成的冷凝水流向冷凝水池进行冷凝，而形成的闪蒸气通过电磁阀进入抽吸器中进行抽吸；
C5.冷凝结束后，冷凝水经过热水泵流向换热器一中，并最终形成废水流入废水回收池中；
C6.进入抽吸器中的气流抽吸结束后，部分通过电磁阀直接进入换热器二中，而另一部分则先通过减压阀后通过电磁阀进入换热器二中，形成高温水输出，随后与B3一致，最终形成高温水流回收进入锅炉中。
作为优选，所述B3和C6中，换热器二和锅炉除氧器中的水位传感器分别检测其水位，并将水位数据传输至PLC控制器中，通过PLC控制器内置的自适应PID程序分析当前水位数据与预设水位数据的差值，输出执行量，即为除氧泵和锅炉给水泵的转速，传输至对应的除氧泵变频器和高温回水泵变频器中，除氧泵变频器和高温回水泵变频器自动闭环执行驱动，调节除氧泵和锅炉给水泵的转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在锅炉输出端连接传感器、热能电机和电池，从而能够根据高温高压蒸汽的温度和气压来控制热能电机的启停，从而利用高温高压蒸汽的热能转化为热能电机的机械能后转化为电池的电能储存，利用电池的电能能够提供热能电机的电源支持，从而达到锅炉余热回收转化为电能的效果，即使在只有少量蒸汽的情况下也能利用热能电机将其进行管道传输，降低对蒸汽的浪费，提高余热回收的效果；
(2)本发明通过在不改变原锅炉控制系统的基础上，在PLC控制器中增加自适应PID控制程序，能够对除氧泵和高温回水泵进行自适应调控，从而使得锅炉除氧器和换热器二能够进行自动水位控制，使得锅炉除氧器和换热器二获得稳定的水位，保证水位稳定在合理的范围内，保证燃气锅炉与余热回收系统连续稳定运行，发挥余热回收系统的最佳效能。
附图说明
图1是本发明一种锅炉余热回收器的结构示意图；
图2是本发明一种锅炉余热回收方法的流程图之一；
图3是本发明一种锅炉余热回收方法的流程图之二；
图4是本发明一种锅炉余热回收方法的流程图之三。
锅炉1；软水箱2；热能电机3；减压阀4；锅炉除氧器5；除氧泵6；锅炉节能器7；锅炉给水泵8；锅炉冷凝器9；换热器一10；换热器二11；高温回水泵12；分汽缸13；电磁阀14；抽吸器15；蒸压釜16；恒压阀17；扩容器18；冷凝水池19；热水泵20；废水回收池21。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种锅炉余热回收器，包括锅炉1和软水箱2，所述锅炉1输出端管道连接热能电机3，所述锅炉1与热能电机3的连接管道内安装有温度传感器和气压传感器，分别用于检测锅炉1所产生的高温高压蒸汽的温度和气压，所述热能电机3输出端通过减压阀4管道连接锅炉除氧器5，对高温高压蒸汽进行减压后再进行除氧处理。
所述热能电机3输出端通过能量回收电路连接电池的输入端，能量回收电路用于将热能电机3产生的交流电转化为电池所接收的直流电，从而实现利用热能电机3对电池进行充电，所述电池的输出端通过驱动电路连接热能电机驱动器的输入端，所述热能电机驱动器的输出端通过驱动电路连接热能电机3的输入端，实现电池对热能电机3进行供电，电池还可以作为UPS紧急备用电源，用于在意外停电情况下的紧急备用电源，热能电机驱动器接收PLC控制器所传达的运动指令，根据FOC算法控制驱动热能电机3的转速，从而能够根据高温高压蒸汽的温度和气压控制热能电机3的转速，使其能够顺利通过管道传输至后续余热回收流程。
所述锅炉除氧器5输出端通过除氧泵6管道连接锅炉节能器7，所述锅炉节能器7输出端与锅炉1输入端管道连接；所述软水箱2输入端通入软水，输出端通过锅炉给水泵8管道连接锅炉冷凝器9，所述锅炉冷凝器9输出端管道连接换热器一10，所述换热器一10输出端管道连接换热器二11，所述换热器二11输出端通过高温回水泵12与锅炉除氧器5管道连接。
进一步地，所述热能电机3输出端还管道连接分汽缸13，所述分汽缸13输出端通过电磁阀14管道连接抽吸器15，所述抽吸器15输出端通过减压阀4和电磁阀14与换热器二11的输入端管道连接；所述分汽缸13输出端还管道连接蒸压釜16，所述蒸压釜16输出端均通过恒压阀17和电磁阀14分别管道连接抽吸器15和扩容器18，所述扩容器18输出端管道连接冷凝水池19，还通过电磁阀14与抽吸器15管道连接，所述冷凝水池19输出端通过热水泵20与换热器一10管道连接，所述换热器一10输出端还管道连接废水回收池21。
进一步地，所述除氧泵6输入端电性连接除氧泵变频器，所述高温回水泵12输入端电性连接高温回水泵变频器，所述热能电机驱动器、除氧泵变频器和高温回水泵变频器的输入端均电性连接PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与温度传感器和气压传感器的输出端均电性连接。
PLC控制器接收并分析温度传感器和气压传感器的检测数据，发送转速指令至热能电机驱动器，热能电机驱动器驱动热能电机3启停以及转速，从而实现根据高温高压蒸汽状态控制热能电机3状态。
进一步地，所述锅炉除氧器5和换热器二11内均安装有水位传感器，所述水位传感器的输出端和PLC控制器的输入端电性连接。
本发明实施例通过在锅炉1输出端连接传感器、热能电机3和电池，从而能够根据高温高压蒸汽的温度和气压来控制热能电机3的启停，从而利用高温高压蒸汽的热能转化为热能电机3的机械能后转化为电池的电能储存，利用电池的电能能够提供热能电机3的电源支持，从而达到锅炉1余热回收转化为电能的效果，即使在只有少量蒸汽的情况下也能利用热能电机3将其进行管道传输，降低对蒸汽的浪费，提高余热回收的效果。
实施例2：
如图2-4所示，本实施例基于实施例1提供一种锅炉1余热回收方法，包括第一线路，所述第一线路包括以下步骤：
A1.锅炉1中排出高温高压蒸汽，经过管道进入热能电机3；
A2.热能电机3根据温度传感器和气压传感器所检测数据控制启停；
A3.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差低于阈值，则热能电机3启动，内部叶轮转动带动所述高温高压蒸汽在管道内部流通；
A4.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差高于阈值，则热能电机3无需启动，所述高温高压蒸汽带动热能电机3内部叶轮转动从而在管道内部流通，同时转化为电能存储在电池内，即所述高温高压蒸汽的热能转化为热能电机3的机械能后转化为电池的电能储存，电池所存储的电能用于作为热能电机3启动的电源支持；
A5.所述高温高压蒸汽流出热能电机3后流经减压阀4，降低压强，随后流入锅炉除氧器5进行除氧；
A6.除氧结束后，高温蒸汽通过锅炉给水泵8流入锅炉节能器7中，形成高温水流回收进入锅炉1中。
进一步地，所述回收方法还包括第二线路，所述第二线路包括以下步骤：
B1.软水进入软水箱2中，通过锅炉给水泵8流入锅炉冷凝器9中；
B2.锅炉冷凝器9接收烟囱所排烟气，结合除氧后的软水，形成低温冷凝水流入换热器一10中进行第一次换热，随后流入换热器二11进行第二次换热，形成高温水；
B3.高温水从换热器二11中流出经高温回水泵12流入锅炉除氧器5中除氧，随后通过除氧泵6流入锅炉节能器7中，形成高温水流回收进入锅炉1中。
进一步地，所述回收方法还包括第三线路，所述第三线路包括以下步骤：
C1.锅炉1中排出高温高压蒸汽，通过热能电机3后，部分高温高压蒸汽流向用汽工段，另一部分高温高压蒸汽流入分汽缸13中进行分汽流通；
C2.分汽后部分高温高压蒸汽通过电磁阀14直接流向抽吸器15进行抽吸，而另一部分高温高压蒸汽流入蒸压釜16中进行蒸压；
C3.蒸压结束后，蒸压釜16排水通过恒压阀17和电磁阀14流入扩容器18中进行扩容，而蒸压釜16余气通过恒压阀17和电磁阀14进入抽吸器15中进行抽吸；
C4.扩容结束后，形成的冷凝水流向冷凝水池19进行冷凝，而形成的闪蒸气通过电磁阀14进入抽吸器15中进行抽吸；
C5.冷凝结束后，冷凝水经过热水泵20流向换热器一10中，并最终形成废水流入废水回收池21中；
C6.进入抽吸器15中的气流抽吸结束后，部分通过电磁阀14直接进入换热器二11中，而另一部分则先通过减压阀4后通过电磁阀14进入换热器二11中，形成高温水输出，随后与B3一致，最终形成高温水流回收进入锅炉1中。
本发明实施例通过上述三条线路均可以实现锅炉1余热回收，使得锅炉1输出高温高压蒸汽，回收高温热水进入锅炉1中，达到回收循环的效果。
进一步地，所述B3和C6中，换热器二11和锅炉除氧器5中的水位传感器分别检测其水位，并将水位数据传输至PLC控制器中，通过PLC控制器内置的自适应PID程序分析当前水位数据与预设水位数据的差值，输出执行量，即为除氧泵6和锅炉给水泵8的转速，传输至对应的除氧泵变频器和高温回水泵变频器中，除氧泵变频器和高温回水泵变频器自动闭环执行驱动，调节除氧泵6和锅炉给水泵8的转速，自适应PID算法主要有模糊控制器和PID控制器结合而成，模糊控制器以误差e和误差变化率ec作为输入，利用模糊规则对PID控制器的参数Kp、Ki和Kd进行自适应整定，使得被控对象，即除氧泵6和锅炉给水泵8能够保持在良好的动静态稳定状态，相比传统的PID控制，自适应PID对于时变性和非线性较大的被控对象会显得更为灵活稳定，从而能够适应实时水位状态，适当调整水位的合理范围。
本发明实施例通过在不改变原锅炉控制系统的基础上，在PLC控制器中增加自适应PID控制程序，能够对除氧泵6和高温回水泵12进行自适应调控，从而使得锅炉除氧器5和换热器二11能够进行自动水位控制，使得锅炉除氧器5和换热器二11获得稳定的水位，保证水位稳定在合理的范围内，保证燃气锅炉1与余热回收系统连续稳定运行，发挥余热回收系统的最佳效能。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。
Claims (9)
1.一种锅炉余热回收器，其特征在于：包括锅炉(1)和软水箱(2)，所述锅炉(1)输出端管道连接热能电机(3)，所述锅炉(1)与热能电机(3)的连接管道内安装有温度传感器和气压传感器，所述热能电机(3)输出端通过减压阀(4)管道连接锅炉除氧器(5)，所述热能电机(3)输出端通过能量回收电路连接电池的输入端，所述电池的输出端通过驱动电路连接热能电机驱动器的输入端，所述热能电机驱动器的输出端通过驱动电路连接热能电机(3)的输入端，所述锅炉除氧器(5)输出端通过除氧泵(6)管道连接锅炉节能器(7)，所述锅炉节能器(7)输出端与锅炉(1)输入端管道连接；所述软水箱(2)输入端通入软水，输出端通过锅炉给水泵(8)管道连接锅炉冷凝器(9)，所述锅炉冷凝器(9)输出端管道连接换热器一(10)，所述换热器一(10)输出端管道连接换热器二(11)，所述换热器二(11)输出端通过高温回水泵(12)与锅炉除氧器(5)管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉余热回收器，其特征在于：所述热能电机(3)输出端还管道连接分汽缸(13)，所述分汽缸(13)输出端通过电磁阀(14)管道连接抽吸器(15)，所述抽吸器(15)输出端通过减压阀(4)和电磁阀(14)与换热器二(11)的输入端管道连接。
3.根据权利要求2所述的一种锅炉余热回收器，其特征在于：所述分汽缸(13)输出端还管道连接蒸压釜(16)，所述蒸压釜(16)输出端均通过恒压阀(17)和电磁阀(14)分别管道连接抽吸器(15)和扩容器(18)，所述扩容器(18)输出端管道连接冷凝水池(19)，还通过电磁阀(14)与抽吸器(15)管道连接，所述冷凝水池(19)输出端通过热水泵(20)与换热器一(10)管道连接，所述换热器一(10)输出端还管道连接废水回收池(21)。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉余热回收器，其特征在于：所述除氧泵(6)输入端电性连接除氧泵变频器，所述高温回水泵(12)输入端电性连接高温回水泵变频器，所述热能电机驱动器、除氧泵变频器和高温回水泵变频器的输入端均电性连接PLC控制器，所述PLC控制器的输入端与温度传感器和气压传感器的输出端均电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉余热回收器，其特征在于：所述锅炉除氧器(5)和换热器二(11)内均安装有水位传感器，所述水位传感器的输出端和PLC控制器的输入端电性连接。
6.一种锅炉余热回收方法，其特征在于：包括第一线路，所述第一线路包括以下步骤：
A1.锅炉中排出高温高压蒸汽，经过管道进入热能电机；
A2.热能电机根据温度传感器和气压传感器所检测数据控制启停；
A3.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差低于阈值，则热能电机启动，内部叶轮转动带动所述高温高压蒸汽在管道内部流通；
A4.若温度传感器和气压传感器检测管道压差和温差高于阈值，则热能电机无需启动，所述高温高压蒸汽带动热能电机内部叶轮转动从而在管道内部流通，同时转化为电能存储在电池内，即所述高温高压蒸汽的热能转化为热能电机的机械能后转化为电池的电能储存，电池所存储的电能用于作为热能电机启动的电源支持；
A5.所述高温高压蒸汽流出热能电机后流经减压阀，降低压强，随后流入锅炉除氧器进行除氧；
A6.除氧结束后，高温蒸汽通过锅炉给水泵流入锅炉节能器中，形成高温水流回收进入锅炉中。
7.根据权利要求6所述的一种锅炉余热回收方法，其特征在于：所述回收方法还包括第二线路，所述第二线路包括以下步骤：
B1.软水进入软水箱中，通过锅炉给水泵流入锅炉冷凝器中；
B2.锅炉冷凝器接收烟囱所排烟气，结合除氧后的软水，形成低温冷凝水流入换热器一中进行第一次换热，随后流入换热器二进行第二次换热，形成高温水；
B3.高温水从换热器二中流出经高温回水泵流入锅炉除氧器中除氧，随后通过除氧泵流入锅炉节能器中，形成高温水流回收进入锅炉中。
8.根据权利要求7所述的一种锅炉余热回收方法，其特征在于：所述回收方法还包括第三线路，所述第三线路包括以下步骤：
C1.锅炉中排出高温高压蒸汽，通过热能电机后，部分高温高压蒸汽流向用汽工段，另一部分高温高压蒸汽流入分汽缸中进行分汽流通；
C2.分汽后部分高温高压蒸汽通过电磁阀直接流向抽吸器进行抽吸，而另一部分高温高压蒸汽流入蒸压釜中进行蒸压；
C3.蒸压结束后，蒸压釜排水通过恒压阀和电磁阀流入扩容器中进行扩容，而蒸压釜余气通过恒压阀和电磁阀进入抽吸器中进行抽吸；
C4.扩容结束后，形成的冷凝水流向冷凝水池进行冷凝，而形成的闪蒸气通过电磁阀进入抽吸器中进行抽吸；
C5.冷凝结束后，冷凝水经过热水泵流向换热器一中，并最终形成废水流入废水回收池中；
C6.进入抽吸器中的气流抽吸结束后，部分通过电磁阀直接进入换热器二中，而另一部分则先通过减压阀后通过电磁阀进入换热器二中，形成高温水输出，随后与B3一致，最终形成高温水流回收进入锅炉中。
9.根据权利要求7或8所述的一种锅炉余热回收方法，其特征在于：所述B3和C6中，换热器二和锅炉除氧器中的水位传感器分别检测其水位，并将水位数据传输至PLC控制器中，通过PLC控制器内置的自适应PID程序分析当前水位数据与预设水位数据的差值，输出执行量，即为除氧泵和锅炉给水泵的转速，传输至对应的除氧泵变频器和高温回水泵变频器中，除氧泵变频器和高温回水泵变频器自动闭环执行驱动，调节除氧泵和锅炉给水泵的转速。
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