CN1294379C - 给水加热器 - Google Patents

Abstract

用于蒸汽锅炉(A)，发热锅炉或废热锅炉的热气从其中穿过的给水加热器，其包括两部分(26、28)。这两部分并排定位，使得每个部分上游表面(30)的热气的温度基本上相同。给水在进入第一部分之前流过换热器(34)，且在此，它由从第一步部分的上游表面流到第二部分的下游表面(32)的水加热。这样的安排使得两部分中的所有管子保持在热气的露点之上，这样水不会在管子上凝结从而与硫的氧化物化合形成腐蚀管子的硫酸，而且，在气体穿过这些部分时，在这些部分中的水和热气之间存在较大的温度差。

Description

给水加热器

技术领域

本发明总体上涉及蒸汽锅炉或锅炉，更具体地涉及一种给水加热器和用于蒸汽锅炉的给水加热处理。

背景技术

在美国天然气代表一种电能的重要来源。它燃烧时具有很少的放射，并且它在全国多数地方都能得到。此外，将它转换为电能的工厂是效率高的，而且与水电站项目和燃煤厂相比，在建造上它们相对容易和低廉。在典型的工厂中，天然气在燃气轮机中燃烧，使得燃气轮机的转子旋转并为与转子连接的发电机供给能量。废气——基本上是二氧化碳和蒸汽——以大约1200(649℃)离开燃气轮机，且它们自己也是能量的重要来源。为了利用该能量，典型的联合循环的、燃气的发电厂也具有一个回热蒸汽锅炉(HRSG)。热废气通过该锅炉产生蒸汽，该蒸汽为蒸汽轮机供给能量，而该蒸汽轮机反过来将能量供给另一个发电机。废气以150(66℃)的低温离开HRSG。

蒸汽轮机和HRSG在一个循环中工作。该循环也包括冷凝器和给水泵。由HRSG产生的蒸汽通过汽轮机，然后进入冷凝器，在此，它被冷凝回液态水。该泵将水在大约100(38℃)或者更低的温度输送到HRSG。水进入到HRSG的给水加热器或节热器，提高其温度，用于随后在蒸发器和过热器中转变为蒸汽。蒸发器和过热器也是HRSG的一部分。

天然气包括微量硫磺，并且在燃烧期间，硫与氧气结合产生硫的氧化物。此外，燃烧产生大量的蒸汽形式的水。如果废气保持在气体的大约为140(60℃)的露点以上，硫的氧化物穿出HRSG并进入烟道。然而，低温给水具有使给水加热器的下游端的管子低于废气中水的露点的能力，这种情况下，水在管子上冷凝。废气中硫的氧化物与该水化合形成硫酸，其具有高度腐蚀性。为了阻止硫酸的形成，HRSG的制造商试图构造这样的HRSG，使得给水在废气露点之上的温度进入它们。

在得到该末端的一种结构中(图1)，一个泵在给水加热器的出口抽出一些加热的给水，同时将它返回到给水加热器的入口，在此，它与自冷凝器得到的较冷的给水混合。混合给水的温度提升到大约140(60℃)。该结构需要一个附加的泵，其连续工作并消耗电能。除此以外，该泵需要时常保养。

在更复杂的结构中(图2)，给水加热器在涉及废气流的范围内具有串联定位的两个部分，其为上游部分和下游部分。水以相反方向流动，即首先通过下游部分然后通过上游部分。在两部分之间，水流过一个气流外部的换热器。来自冷凝器的给水在进入加热器第一部分前也穿过外部换热器。在水进入给水加热器的下游部分之前，换热器将来自冷凝器的给水的温度提升到至少140(60℃)，这样在该部分的管子上没有凝结出现。由于经过换热器后进入上游部分的给水必须至少为140(60℃)来避免产生凝结，下游部分的出口处的管子和废气之间的温度差相对较小，或者，换句话说，下游部分“紧紧收缩”在它的出口上。这要求更大表面以得到所需的热传导。

在给水加热器或节热器中的凝结问题不仅仅限于燃气轮机下游安装的HRSG。实际上，它可以出现在从流过管道的热气中提取能量以加热用于锅炉的给水的几乎任何地方。例如，许多发电厂将得自诸如煤或石油的矿物燃料燃烧的热气直接转换为蒸汽，并且为了使转换所需的锅炉有效地工作，需要具有给水加热器——不会产生凝结的加热器。同时，还有从焚烧废物得到的热气产生蒸汽的系统，它们同样具有包括给水加热器的锅炉，该给水加热器应该不易发生凝结。

发明内容

本发明在于具有两个部分的给水加热器，其中每个部分在它的上游表面以基本上相同的温度与气体相遇。给水通过一个换热器进入第一部分。它在换热器处由从第一部分流到第二部分的水加热。本发明也在于一种表现在给水加热器和包含该给水加热器的蒸汽锅炉中的工作的处理。

附图说明

图1是已有技术的一个基本给水加热器的示意图；

图2是已有技术的较复杂的给水加热器的示意图；

图3是使用一个HRSG的电力系统的示意图，该HRSG提供有根据并体现本发明而构建的给水加热器。

图4是一个具有根据并体现本发明而构建的给水加热器的HRSG的剖视图。

图5是本发明的给水加热器的示意图。

具体实施方式

现在参考附图(图3)，燃汽轮机G将热废气释放到回热蒸汽锅炉(HRSG)A。该回热蒸汽锅炉从这些气体中提取热量来产生向蒸汽轮机S供给能量的蒸汽。燃气轮机G和蒸汽轮机S将能量供给能够产生电能的发电机E。蒸汽轮机S以低温释放蒸汽，蒸汽压入冷凝器2，并在此凝结为液态水。冷凝器2连接到凝水泵4，其将水引导回HRSG A作为给水，同时HRSG A将该给水转换为流到蒸汽轮机S的过热蒸汽。

HRSG A包括(图4)具有一个上游端12和一个下游端14的管道10。前者连接到燃气轮机G，使得由燃气轮机G释放的废气流入并穿过HRSG A。排放端14连接到引导废气进入大气的烟道。HRSG A也包括过热器16、至少一个蒸发器18和给水加热器20，它们基本上以该顺序从管道10的上游端12到下游端14排列在管道10中。给水加热器20将给水的温度从接近100(38℃)提升到180(82℃)以上。高温给水流到蒸发器18中。蒸发器18将给水转换为饱和蒸汽。过热器16将饱和的蒸汽转换为过热的蒸汽，其流到蒸汽轮机S来为其提供能量。

现在转到给水加热器20，它具有(图5)由通常的管子和集流管形成的两个部分26和28，其中，管子根据废气的流动横向地延伸穿过管道10，并且集流管沿着管道10的壁。两个部分26和28并排放置在管道10中，或者至少这样使废气以基本相同温度进入每一个。实际上，每个部分26和28具有上游表面30，气体由此处流进，并具有气体从其离开的下游表面32。用于部分26和28的管子在表面30和32两者之上。从效果上看，部分26和28的每个是逆流的气体到液体(gas-to-liquid)的换热器，但是也可以是交叉流式换热器。此外，给水加热器20具有水到水(water-to-water)换热器34，其位于管道10的外部。它有两个水从其流过的通道——低温通道和高温通道38——且每一个具有入口和出口。用于低温通道的入口连接到凝水泵4，同时出口在第一部分26的下游表面32与其连接。高温通道38的入口在第一部分26的上游表面30与其连接，同时出口在第二部分28的下游表面32与其连接。

凝水泵4将给水释放到输送管40。输送管40将水送到换热器34的低温通道的入口。给水在低温通道的出口从其离开，并流入连接管42。连接管42将水送到第一部分26的下游表面32的管子。水在部分26的上游表面流出并流到换热器34的与高温通道38的入口连接的传递管44中。因为在高温通道38中的水将热量流失给低温通道中的水，所以，高温通道38中的水温下降。在高温通道38的出口，水进入另一个传递管46。传递管46将水从第二部分28的下游表面32传送到该部分。水在部分28经历了温度的升高，并且在其上游表面30离开该部分，穿过通向并连接蒸发器18的排水管48。

作为实例，给水可以在大约100(38℃)离开冷凝器2。凝水泵4引导给水通过输送管40。输送管40将水排放到换热器34的低温通道中，而在温度上没有任何明显下降。在换热器34中，流过两部分26和28之间的高温通道38的水在低温通道中提高给水的温度。水在大约140(60°)离开换热器34的低温通道，并且流进管子42流向部分26。水在部分26的下游表面32进入该部分，在此，它的温度大约是140(60℃)。

来自燃气轮机G的废气，在穿过过热器16和蒸发器18以及在每个中经历了温度降低后，以大约250(121℃)冲击到两个部分26和28的上游表面30上。它们穿过两个部分26和28并且在它们的下游表面32离开，在此，气体温度约为155(68℃)。这一降低是两部分26和28中的水从废气中提取热量的结果。当然，当水从部分26的下游表面32到其上游表面30流过该部分时，它的温度升高。水在上游表面30离开部分26，在此它的温度大约是180(82℃)。在部分26的上游表面30与部分26连接的传递管44将接近180(82℃)的水传送到换热器34的高温通道38，在此，水将热量散失给低温通道中的给水。从传递管44流进换热器34的水在类似约140(60℃)的较低温度下通过传递管46离开高温通道38。

传递管46将接近140(60℃)的水传送到另一个部分28的下游表面32。水穿过部分28并由此从废气提取热量。水温在部分28中升高，在上游表面30到达近似182(83℃)。在此，它离开部分28穿过排水管48并在近似182(83℃)流到蒸发器18上，在此它转换为饱和蒸汽。

给水加热器20的两个部分26和28的所有表面保持在140(60℃)或更高，这高于管道10中废气的露点。然而，相比串联排列的部分，一方面相当大的温度差存在于废气之间，另一方面存在于两个部分26和28中的水之间，并且在部分26和28的上游表面30和下游表面32之间也有相当大的温度差。因此，在废气和水之间具有良好和有效的热传导。其从而减少给水加热器20的尺寸，即给水加热器20的部分26和28更有效且更小，并且比串联加热器中的相应部件包含更少的管子。

在一些蒸汽锅炉中，给水加热器被称为“节热器”或“给水预热器”，且在一些情况中，使用“给水加热器”或“给水预热器”或“节热器”取决于设备相对泵4的位置。在此，措辞“给水加热器”不仅指代该名字的设备，也指位于来自蒸汽锅炉中最后的锅炉或蒸发器的气流方向中下游处的给水预热器和节热器。

给水加热器20的用途不仅限于用于从燃气轮机释放的气体中抽取热量的HRSG。实际上，它可以在广泛的各种应用中与蒸汽锅炉一起使用，包括从任何类型的矿物燃料的燃烧中提取热量和从来自废物焚化的气体提取热量的那些装置。

Claims (8)

1.一种给水加热器包括：各自位于热气流中的第一和第二部分，且每个具有一个上游表面和一个下游表面，每个部分可以将水从其中传送并允许热气从其中流过，所述第一和第二部分并行位于气流中，且一个换热器与要加热的给水水源连通，所述换热器也在第一部分的上游和下游表面处与第一部分连通，并且在第二部分的下游表面处与第二部分连通，设置换热器将给水引导到第一部分的下游表面并使用从第一部分的上游表面接收到的水米提高给水的温度，由此给水以提高的温度进入第一部分，进一步设置所述换热器，在水提高给水温度之后，将从第一部分的上游表面接收的水引导到第二步部分的下游表面。

2.根据权利要求1所述的给水加热器，其中，安排第一和第二部分的位置使得热气以基本上相同的温度与上游表面相遇。

3.根据权利要求2所述的给水加热器，其中，所述换热器具有第一和第二通道，每个提供有入口和出口，并且其安排使得热量将从第二通道中的水传送到第一通道中的水；并且其中，第一通道的入口连接到给水的水源，第一通道的出口在第一部分的下游表面连接到第一部分，第二通道的入口在第一部分的上游表面连接到第一部分，和第二通道的出口在第二部分的下游表面连接到第二部分。

4.根据权利要求2所述的给水加热器，其中，第二部分在其上游表面将来自给水加热器的水温升高的给水放出。

5.根据权利要求2所述的给水加热器，其中，给水加热器的部分并排位于热气流中。

6.根据权利要求2所述的给水加热器，与一个过热器和一个蒸发器连通来形成一个蒸汽锅炉，其位于一个管道中，热气流过该管道，所述管道具有一个入口和一个出口，同时过热器、蒸发器和给水加热器以该顺序位于管道中其入口和出口之间，蒸发器与过热器连通用于将基本饱和的蒸汽供应到过热器，同时给水加热器的第二部分在其上游表面与蒸发器连通用来将温度升高的水提供给蒸发器。

7.一种用来加热用于蒸汽锅炉的冷给水的处理方法，该蒸汽锅炉从包含水蒸气的热气流提取热量，并且将给水转换为蒸汽，该给水的温度起初低于气流的露点，所述处理包括：将冷给水引导到换热器来将给水的温度提高到热气中水蒸气的露点以上；其后，将水引导到位于气流中的第一部分中，该第一部分具有一个上游和一个下游端，水被引导到下游端中；其后，从第一部分的上游端将水抽出并使其穿过换热器来加热供应到换热器的冷给水，由此加热的水在换热器中冷却；其后，将冷却的水从换热器引导到位于气流中的第二部分之中，且第二部分包括一个上游端和一个下游端，该上游端与和第一部分的上游端温度基本相同的热气相遇，冷水在下游端进入；和从第二部分的上游端抽取温度升高的水。

8.根据权利要求7的处理方法，其中，第一和第二部分并排位于气流中。

Images