CN203963906U - 一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及蒸汽锅炉烟气余热回收利用，尤其是针对负荷变动频繁的一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置。包括至少一个缓冲水箱（1），缓冲水箱（1）底部一侧设有间断性给水入口（11），缓冲水箱（1）底部另一侧设有与循环水泵（2）一侧连接的连续循环冷水出口（13），循环水泵（2）的另一侧连接换热器（3）进口，换热器（3）出口连接缓冲水箱（1）顶部另一侧的连续循环热水入口（14），缓冲水箱（1）顶部一侧设有间断性给水出口（12）。本实用新型余热回收利用装置对原有系统整体节能效率可达到9%以上。

Description

一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置

技术领域

本发明涉及蒸汽锅炉烟气余热回收利用，尤其是针对负荷变动频繁的蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置。

背景技术

生产企业中大量采用工业燃气锅炉来提供蒸汽热源，由于其运行灵活，操作简单及适应性强等特点，这些工业燃气锅炉在实际应用中会根据生产工艺的需要，造成启停及负荷变化较为频繁的情况，而运行工况的不稳定会影响到尾部排烟量的变化，同时也造成锅炉给水速率的变化。热源流量的不稳定性，对烟气余热回收系统的控制方法、以及回收装置的设计提出了更高的要求。

作为一种以改造为主的余热回收技术，需保证在设备投运前后不会对原有的设备和工艺造成明显的影响，且能在设备出现故障后及时的切换或还原到原有的系统，保证原有系统的正常运行，因此，改造工艺最好在以原有的烟道中接支管旁通的方法引出锅炉烟气，同时保证烟气在换热设备及管道中所受到的阻力不至于比原有的烟道及管道阻力更大，这要求对换热器阻力设计上有严格要求，否则出现“阻滞”作用，甚至引起炉膛在停止燃烧时，炉内残留的高温烟气经由燃烧器入口，严重影响到燃烧器设备的安全运行，即合理设计换热器烟气侧阻力也是其中的关键参数之一，这样不仅可以省去额外的增加引风机等设备的投资，还可以简化系统组成，提高系统的整体可靠性。

基于成本因素及便利性方面的考虑，对于很多小型的燃气锅炉，其除氧器给水的加热经常采用锅炉蒸汽，这从能量的利用效率来看是不符合能量的梯级利用原则，存在着高品位能源的浪费，如果采用热能品位更低的烟气余热来加热除氧器给水，将给水由常温提升到尽可能高的温度（这视排烟温度而定，通常控制在不超过100℃），这就可以大大减少甚至完全取代原有的锅炉蒸汽加热工艺，通过节省下来的加热蒸汽实现系统整体能源利用率的提高，针对现有技术中对象的烟气温度通常在200℃左右，而给水温度入口在5~25℃左右（视季节而定），加热后升温到95℃左右，当入口水温较低时可能出现烟气中的水蒸汽冷凝，可充分挖掘烟气中的潜热，实现能量利用效率的最大化。

蒸汽锅炉负荷的调整，会产生烟气温度、流量的波动，以及给水流率的变化，由于烟气排出时间与给水时间不是完全同步，如何更好的化解能量在释放及吸收时间上的矛盾，在很大程度上决定了该余热回收系统能否实现其能量回收效率的最大化。针对系统运行负荷有一定波动的特点，需研发一种针对负荷变动频繁的蒸汽锅炉烟气余热回收的利用方法及装置，以实现该类型系统余热的高效回收。

综上，现有技术中存在如下需解决的几个技术问题：1、余热回收系统能解决烟气热流量与给水需热量在时间上的不同步问题；2、换热器的烟道阻力小于原有烟囱及烟道的总阻力；3、通过烟气余热回收来加热给水温度，提高锅炉系统能量利用率；4、运行时不影响原有设备及工艺流程；5、余热回收系统与原有系统可以顺畅切换；6、余热回收系统结构及控制逻辑简单可靠，且设备易维护检修等。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，结合实际工程及工艺的要求，本发明提出一种针对在负荷变动频繁情况下的蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其目的是当锅炉运行负荷经常受工艺需求而变化时，如何将其排出的烟气余热回收并提供给同样存在流量波动、且时间上不同步的给水，通过提高加热给水温度，减少加热给水的蒸汽消耗量，进而提高锅炉系统的能源利用效率，提高用户的经济效益，达到节约成本，降低能耗的目的。

为了实现上述目的，本发明提出一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，采取了如下的技术方案：

一种燃气锅炉烟气余热回收利用装置，包括至少一个缓冲水箱1，缓冲水箱1底部一侧设有间断性给水入口11，缓冲水箱1底部另一侧设有与循环水泵2一侧连接的连续循环冷水出口13，循环水泵2的另一侧连接换热器3进口，换热器3出口连接缓冲水箱1顶部另一侧的连续循环热水入口14，缓冲水箱1顶部一侧设有间断性给水出口12。

进一步的，所述缓冲水箱1箱体内部采用横隔板错位式层片结构。缓冲水箱1的内部结构是由：平行隔板10，间断性给水入口11，间断性给水出口12，连续循环冷水出口13，连续循环热水入口14，箱体15，箱支撑脚16，排污口17，箱支撑脚底板18，安全阀接口19组成，其中平行隔板10是以错位的结构形式设置。以确保缓冲水箱内水在流动过程中维持明显的冷热水界面，减少冷热水之间的对流及混合。

进一步的，所述的换热器3是翅片式换热器。

进一步的，所述的换热器3一端连接原有设备的锅炉尾部烟道41，另一端连接旁通烟道31。

进一步的，在上述锅炉尾部烟道41中设有控制烟气流通的烟道挡板42。

本发明同时提出一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用方法，采用在余热回收管路系统及原有给水管网中设置缓冲水箱1，解决烟气热量与给水加热量在时间上的不同步技术问题。

进一步的，采用上述燃气锅炉烟气余热回收利用装置，常温给水经缓冲水箱1底部一侧设有间断性给水入口11进入缓冲水箱底层，从缓冲水箱1底部另一侧的连续循环冷水出口13通过循环水泵2进入换热器3换热，换热器出口高温回水通过缓冲水箱1顶部另一侧的连续循环热水入口14进入缓冲水箱1，高温水通过缓冲水箱1顶部一侧设有的间断性给水出口12流出。所述的换热器3一端连接锅炉尾部烟道41，根据实际循环水出口温度的变化，调整循环水泵2的频率参数，实现吸放热工质能量在时间上的同步控制。

进一步的，所述常温给水从补给来水箱6经补给水泵62、通过缓冲水箱1底部一侧设有间断性给水入口11进入缓冲水箱底层。

本发明通过缓冲水箱1可减少冷热水混合，实现冷热流体交界面的相对稳定，冷热工质分界面的相对移动位置受循环水泵2与补给水泵62的流量差控制。

循环水泵2转动频率由换热器3出口水温反馈控制。

进一步的，所述通过缓冲水箱1顶部一侧设有的间断性给水出口12流出的高温水经管道通入原有燃气锅炉设备中的除氧器5，通过管道开口外接大气压。补给水泵62给水受除氧器5液面高度控制。进除氧器蒸汽管路51中加热蒸汽流量受除氧器5水温反馈控制。

本发明可根据换热器出口水温调整循环水泵频率，以充分利用烟气余热并提高回水温度，采用横隔板错位式层片结构的缓冲水箱来实现冷热流体工质的有效分层，并通过冷热交界面的移动来实现冷热工质在缓冲水箱内所占比例，最终解决冷热工质吸放热的不同步问题。通过该控制系统，不仅可以很好的平衡冷热工质能量流率的波动，而且经济高效的回收烟气中的余热，达到节约燃料，降低能耗的目的。 

对于给水系统回路，当给水泵工作时，泵出的冷水通过底部进入缓冲水箱内，挤压缓冲水箱顶部热水进入除氧器，由于冷热水分层明显，故进入除氧器的水温通常可稳定在较高温度，具体视给水量大小及燃烧负荷而定（通常在75~98℃范围内波动），比不采用余热回收时的常温给水有了明显的温升，有效的降低了锅炉蒸汽在除氧器中的消耗量，提高了蒸汽资源的利用率，节约了能源资源。

本发明将换热器循环水温度的高低作为反馈信号，采用变频器控制水泵运行速率，调节循环水量，保证能量及时而充分的回收。当烟气量较大时，提高循环水泵的频率，即增大循环水量，将烟气中的能量尽可能多的通过换热器热交换而存储在返回缓冲水箱的回水中；而当烟气量较小时，则通过变频器控制降低水泵运转频率，减少进入换热器内的冷却工质，一方面保证换热器出口回水温度尽可能提高（原则上不超过沸点），同时保证排烟温度尽可能低，即在循环水回路中，始终尽可能多的回收烟气中的余热。

本发明为了不额外增加系统的引风机或鼓风机设备，充分考虑换热器的烟气阻力，以使新设备的运行不会对原有设备产生明显的烟气排出阻力，减少对原有燃烧参数及运行工艺的影响，简化了热回收系统的结构，提高了系统的安全性和经济性。

本发明采用开支路并结合烟道挡板的开关来实现烟气流的控制，采用翅片管式强化换热技术来提高气-液换热效率。

 本发明具有如下有益效果：

（1）   系统通过尽量降低排烟出口温度来满足烟气余热最大程度的回收，提高进入除氧器中的给水温度，有利于提高锅炉系统的整体热经济性和能源使用效率；

（2）    系统采用带缓冲储存能力的缓冲水箱，解决了热工质与冷工质在吸放热时间上的不同步问题，系统适应变负荷和抗扰动的能力大大增强，运行参数更加平稳；

（3）    用换热器出口水温作为反馈信号来控制循环水泵的频率，以保证在系统安全运行的前提下尽可能多的回收烟气余热。

附图说明

图1为本发明一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用方法的示意图。

图2为本发明一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置的示意图。

图3为本发明一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置的缓冲水箱示意图。

图中：1为缓冲水箱，10为平行隔板，11为间断性给水入口，12为间断性给水出口，13为连续循环冷水出口，14为连续循环热水入口， 15箱体， 16箱支撑脚， 17排污口， 18箱支撑脚底板， 19安全阀接口，2为循环水泵，3为换热器，31为旁通烟道，4为燃气锅炉，41为锅炉尾部烟道， 42为烟道挡板，5为除氧器，51为进除氧器蒸汽管路，52为进除氧器热水管道，53为锅炉给水泵，6为补给水水箱，61为补给来水管道， 62为补给水泵。

具体实施方式

结合图1和图2对本发明的技术方案作进一步描述。

原先的系统包括燃气锅炉4、连通的锅炉尾部烟道41，除氧器5和锅炉给水泵53，补给水水箱6，补给水泵62。本发明一种负荷变动频繁的蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置的示意图如图2所示，包括一个缓冲水箱1，缓冲水箱1底部一侧设有间断性给水入口11，缓冲水箱1底部另一侧设有与循环水泵2一侧连接的连续循环冷水出口13，循环水泵2的另一侧连接换热器3进口，换热器3出口连接缓冲水箱1顶部另一侧的连续循环热水入口14，缓冲水箱1顶部一侧设有间断性给水出口12。

所述的换热器3是翅片式换热器,一端连接原有设备的锅炉尾部烟道41，另一端连接旁通烟道31。在锅炉尾部烟道41中设有控制烟气流通的烟道挡板42。

所述常温给水从补给来水箱6经补给水泵62、通过缓冲水箱1底部一侧设有间断性给水入口11进入缓冲水箱底层。

本发明通过缓冲水箱1可减少冷热水混合，实现冷热流体交界面的相对稳定，冷热工质分界面的相对移动位置受循环水泵2与补给水泵62的流量差控制。根据实际烟气热流量的变化，调整循环水泵2的频率参数，实现吸放热工质能量在时间上的不同步控制。

新增加的旁通烟道31为原有烟道41的支路，结合烟道挡板42可将烟气引入含有换热器的旁通烟道进行热交换，而当现有设备出现故障时，则将烟道挡板42打开，则可实现平稳切换到原有的排烟系统，不会造成额外的影响。换热器由翅片管式气水换热单元组成，为了实现对烟气余热的充分利用，本系统通过换热器出口水的温度作为反馈信号，并通过变频器来调节循环水泵2的转动频率来控制循环回路的水流量，经换热器出来的高温热水通入缓冲水箱1的上端，水箱上端另一侧通过管道与除氧器5入口相连，而锅炉蒸汽耗量则经由除氧器水温的反馈信号来控制，经除氧后的水再通过给水泵53进入锅炉产生蒸汽。

对于循环水泵2来说，其运行主要由两个反馈参数来进行控制，即换热器出口水温以及烟气出口温度。当水温升高或者超过高位报警值时，控制系统可通过变频器提高循环水泵的转动频率来增加循环水量的供应，从而避免出口水温过高，当出口水温偏低时，则通过调低循环水泵2转动频率来降低循环水量；同样，当烟气温度偏高时，在保证换热器出口水温不超过限定值时，通过提高循环水量来实现排烟温度的下降，以实现余热回收能量的最大化。在这两种控制参数中，优先选用换热器出口水温参数控制，以确保回收系统的安全稳定运行，在此基础上，充分利用余热，降低出口烟温，提高烟气余热的整体回收效率，且保证出口水温能稳定在一个相对较小的范围内。

对缓冲水箱1来说，当补给水泵62开启补水时，常温冷水会通过缓冲水箱1底部进入，并挤压水箱上端热水向除氧器5流动，该过程表现为冷水进缓冲水箱1，而储存在水箱上端中的热水进入除氧器5；而无论是否发生补水，进入缓冲水箱1中的冷水都会经由循环水泵2导入换热器3进行加热，产生热水并储存在缓冲水箱1上端，实际上通过缓冲水箱1中冷热水分界面的上下移动来实现输入与输出过程中能量的平衡。

本发明的烟气余热回收系统装置已应用于某不锈钢生产企业，该公司有两台容量分别为4吨/小时和6吨/小时的燃气锅炉，改造前其烟气排放温度为200~220℃，进除氧器给水温度为常温，每天为了加热除氧器给水所消耗的蒸汽量约为8吨/天。改造后，换热器烟气出口排烟温度约40℃，除氧器给水温度升高到80℃左右，并完全关闭了蒸汽加热的电动阀门，余热回收系统对整体节能效率达到了9.3%，取得了明显的经济效益。

本发明主要应用于燃气锅炉中烟气余热的深度回收，以及负荷变动频繁及间断性给水的相关技术领域。

Claims (5)

1.一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其特征在于，包括至少一个缓冲水箱（1），缓冲水箱（1）底部一侧设有间断性给水入口（11），缓冲水箱（1）底部另一侧设有与循环水泵（2）一侧连接的连续循环冷水出口（13），循环水泵（2）的另一侧连接换热器（3）进口，换热器（3）出口连接缓冲水箱（1）顶部另一侧的连续循环热水入口（14），缓冲水箱（1）顶部一侧设有间断性给水出口（12）。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其特征在于，所述缓冲水箱（1）箱体内部采用横隔板错位式层片结构。

3.根据权利要求1所述的一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其特征在于，所述的换热器（3）是翅片式换热器。

4.根据权利要求1所述的一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其特征在于，所述的换热器（3）一端连接原有设备的锅炉尾部烟道（41），另一端连接旁通烟道（31）。

5.根据权利要求4所述的一种蒸汽锅炉烟气余热回收利用装置，其特征在于，在所述锅炉尾部烟道（41）中设有控制烟气流通的烟道挡板（42）。