TW201043877A - Economical use of air preheat - Google Patents

Description

201043877 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係針對一種用於自一鍋爐之一輸出煙道氣有效率 地捕獲廢熱之系統。更特定言之，本發明係針對一種用於 自一鍋爐之一輸出煙道氣捕獲廢熱以預熱至該鍋爐之給水 的糸統。 本申請案係關於Kevin O'Boyle所著之美國專利申請案 「經由過量預熱空氣而乾燥試劑（Reagem Excess Air Preheat)」且以宛如全文闡述之引用方式將此專 利申請案併人本文中。該〇，BGyle專利中請案與:發明同 曰申请且兩申請案為同一人所擁有。 【先前技術】 由燃煤或燃油銷爐產生之蒸氣給許多發電系統供應動 力。此等發電系統通常會併入排氣處理及熱回收系統 (刪RS)以減少煙道氣排放及/或回收來自鋼爐之煙道氣流 所排出之熱能。 圖1所示之簡圖總體描繪一典型發電系統。^顯示一發 電系統10 ’其包含一蒸氣產生李统 示玩25 排氣處理及熱回 收糸統（EPHRS)l 5及一排氣竪管9〇 含一鍋爐26。 該蒸氣產生系統25包 EPHRS 15包含一空氣預教哭$ 貝…、°° 5〇、一铽粒去除系統70及 —煙道氣洗滌器系統（此處顯示. 免，貝不為一濕式洗滌器系統80)。 該微粒去除系統70可為（例如 如）静電集塵器（Esp)、一織物 過濾器系統（袋式集塵器）哎麵加& ^ 厂飞頰似物。提供一強制通風（FD) I466l5.doc 201043877 風扇60以將空氣導入該空氣預熱器50之冷側中。 空氣預熱器50係一裝置，其經設計以在將空氣導至另一 程序（諸如（例如）在一鍋爐26之燃燒室内燃燒）前加熱空 氣。該空氣預熱器50加熱至鋼爐26之輸入空氣流A2以經由 來自鍋爐之煙道氣流而捕獲/回收自鍋爐26排出之熱量。 可藉由自鍋爐26之燃燒室排放之煙道氣FG1回收熱量而增 加鍋爐26之熱效率並減少通過煙道氣FG4而排出竪管90的 q 損耗熱量。 一般而言，可期望的是使離開空氣預熱器50且尚未被導 至處理裝置（諸如（例如）一靜電集塵器（ESP)，其作為微粒 去除系統70)之煙道氣FG2降低溫度。可藉由增加通入空氣 預熱器50之空氣流A1而自煙道氣流FG1提取更多熱量且藉 此進一步降低到達ESP 70的煙道氣流FG2之溫度。 然而，此處理亦導致可得加熱空氣量之增加。在一典型 發電系統中，通常不可行的是：在不負面影響鍋爐26之效 〇 率 之情況下將所有加熱空氣流引入銷爐26之燃燒室中。 已有之增加鍋爐26效率之一替代方案為於鍋爐26與空氣 預熱器50之間導入一「節熱器」部分55。此節熱器部分55 •係一種用以自一空氣流捕獲熱量並將熱量轉移至一流體流 <(諸如（例如）水）中的熱交換器。此外，節熱器係通常設計 以具有改良熱轉移之籍片管。在锅爐中，節熱器係熱交換 裝置，其等將流體（通常為水）加熱至（但正常情況下不超 過）沸點。之所以命名為節熱器是因為其等可利用熱流體 流（但不足以使該等熱流體流用在一鍋爐中）中之熱函，藉 146615.doc 201043877 此回收更多有用熱函並改良鍋爐之效率。節熱器係耗合至 鍋爐26之一裝置，該裝置藉由使來自鍋爐26之煙道氣用 以預熱/加熱來自一供水器65之給水WF而節能。 圖1顯示節熱器5 5係經組態以自鍋爐26接收煙道氣流FG 並將煙道氣流FG1傳送至空氣預熱器50。在此實例中，節 熱器55之作用為將來自煙道氣流FG之熱量轉移至提供給鋼 爐2 6之給水WF。此允許將「預熱」水導入銷爐％中，藉 此減少對將鍋爐水加熱至一期望溫度的額外熱能之需求。 煙道氣流FG/FG1總體上將含有某種程度之微粒物質。 在煙道氣流FG2通過微粒去除系統70後，通常已自煙道氣 流去除此微粒物質。然而，在煙道氣流經歷微粒去除操作 之前’煙道氣流中之微粒物質之存在率通常較高。因為節 熱器5 5接收之煙道氣流未經歷塵去除操作，所以若熱交換 元件之間之間隔不夠大，則可能使微粒物質困於節熱器55 之熱父換元件之間。為避免使微粒困於熱交換元件之間， 重要的是節熱器之熱交換元件之間之間隔應足夠大以允許 大部分（右非全部）微粒物質自由通過節熱器55。此大門p 導致效率欠佳。 右熱父換元件之間之間隔較小’則太大而無法於節熱写 之熱交換元件之間通過的微粒物質將受困並開始在節熱器 5 5内堆積。若不採取措施以去除/清除堆積物，則微粒之 此堆積物通常會增加並最終阻止煙道氣流流過節熱器55。 煙道氣流之流動受阻降低節熱器55之有效性。此外， I 必須 採取措施以自節熱1§ 5 5清除堆積物以維持正常操作。此導 146615.doc 201043877 致維修時間及成本之增加。 备刖，在一鍋爐系統中需要一種有效率之熱交換器，其 利用廢熱並比先前技術系統更少需要維修。 【發明内容】 本發明可具體表現為一種用於與一鍋爐[26] —起使用之 、、二濟熱回收系統Π 〇〇]，該鍋爐煮彿自該一供水器[125]供 應給該鍋爐之給水。 〇 本發明包含一空氣預熱器[150]，其用於接收由鍋爐[26] 產生之加熱煙道氣[FG1]、用於接收進氣[A1]及用於產生 增量空氣流[A2']。 本發明亦包含一蓄熱式熱捕獲及轉移（RHct)系統 [300]，其經調適以接收該增量空氣流[A2,]、該給水 [WF1] ’接著將來自該增量空氣流[A2i]之熱量轉移至該給 水[WF1] ’產生預熱給水[WF2]及將預熱給水[WF2]供應給 鍋爐[26]。 〇 RHCT^用一熱交換器[3 10]以自空氣預熱器接收增量空 氣流[A2']、接收給水[WF1]及將來自增量空氣流[A2，]之熱 量轉移至給水[WF1]以產生預熱給水[WF2]。耦合至該供 • 水器[125]及該熱交換器[310]之一泵[330]將來自供水器 . [125]之給水[WF1]抽運通過熱交換器[310]並將預熱給水 [WF2]抽運至鍋爐[26]。 在空氣預熱器[150]後放置RHCT允許以一更有效率之方 式設計RHCT且使其更少需要維修。 【實施方式】 146615.doc 201043877 參考隨附圖式可較好地理解本發明且熟習此項技術者將 明白本發明之許多目的及優點。 圖2係描繪根據本發明之一發電系統ι〇〇(其併入一蓄熱 式熱捕獲及轉移（RHCT)系統300)之一實施例的一簡化方塊 圖。在此實施例中，提供一發電系統100，其包含一蒸氣 產生系統25、一排氣處理及熱回收系統（EPHRS) 15、一蓄 熱式熱捕獲及轉移（RHCT)系統3〇〇、一供水器125及一排 氣竪管90。 洛氣再生系統25包含一鍋爐26。EPHRS 15包含一蓄熱 式空氣預熱器50、一微粒去除系統7〇及一濕式洗滌器系統 8〇 °提供一強制通風（FD)風扇6〇以將空氣流幻導入空氣預 熱态50之輸入冷側中。接著’空氣預熱器5〇加熱空氣流ai 並將其作為一加熱空氣流A2而輸出，將該加熱空氣流A2 供給至銷爐26之燃燒室（圖中未顯示）之—進氣口用於燃 燒。 自鋼爐26之燃燒室（圖中未顯示）排出之煙道氣fgi由空 氣預熱器50之一輸入熱側接收。此等煙道氣FG1經由空氣 預熱器50而冷卻並輸出作為一較低溫煙道氣流。先 前，離開空氣預熱器150之氣體必須保持足夠熱以防止煙 道氣中之化合物凝結。此使自預熱器50起之下游設備少受 腐姓。 隨著減少腐蝕之設備及程序的出現，腐蝕已不是問題。 因此’可回收更多的回饋至系統中之熱量。此導致鍋爐效 率更高。 146615.doc 201043877 接著，處理煙道氣流FG2以經由微粒去除系統70而去除 微粒物質。該微粒去除系統70可為（例如）一靜電集塵器 (ESP)、一織物過濾器系統（袋式集塵器）或類似物。 可經由（例如）一濕式洗滌器80而進一步處理經處理之煙 道氣流FG3以去除（例如）硫氧化物（S〇2)。接著輸出此經處 理氣流FG4用於導至排氣竪管90。 蓄熱式熱捕獲及轉移（RHCT)系統300係經組態以接收一 空氣流A21並自其中提取熱能。空氣流A2’係自空氣預熱器 50排出之空氣流A2之一部分。接著，將自空氣流A2'提取 之熱能轉移至一給水WF1，接著輸出給水WF1作為加熱給 水^\^2並將加熱給水'\\^2導至鍋爐26。1111(：丁 3 00係經組態 及定位以將來自輸入空氣流A2'之熱能轉移至給水WF1且 不接收污染物。空氣流A2/A21係未與具有大量微粒物質之 煙道氣流混合的清潔空氣流。此外，因為RHCT 300未使 用煙道氣以加熱給水WF1，所以RHCT 300不會遇到通常發 現於煙道氣流FG中之微粒物質。 空氣預熱器150現可經設計以成為轉移更多熱量之一高 效率空氣預熱器。空氣預熱器150亦可經設計以輸出比蒸 氣產生系統25可有效率地使用之加熱空氣更多的加熱空 氣，此產生過量加熱空氣。 圖3係描繪根據本發明之一發電系統100(其併入一 RHCT 系統300)之另一實施例的一簡化方塊圖。在此實施例中， 空氣預熱器150具有一個煙道氣管道及兩個加熱輸入空氣 管道。一加熱空氣管道之輸出端釋放加熱空氣流A2。將此 146615.doc 201043877 提供給鍋爐26。第二加熱空氣管道提供傳送至RHCT 300 之增量空氣流A2'。 圖3之剩餘部件執行與其他圖之具有相同元件符號之部 件相同之功能。 圖4係描繪圖2及圖3之RHCT系統300之一實施例的一放 大方塊圖。在此實施例中，RHCT 300包含熱交換器3 10及 泵3 30。熱交換器310係經較佳組態以自空氣預熱器150接 收加熱空氣流A2之一部分A2’。 因為RHCT 300不會遇到通常發現於煙道氣流FG中之微 粒物質，所以可彼此更靠近地放置節熱器中所用之熱交換 元件（圖中未顯示）且藉此可提供更多可得表面積以接觸空 氣流A2/A2'。以此方式，可極大提高熱交換器3 10之效 率，因為在體積給定之情況下，提供的熱交換元件之表面 積越大，可捕獲之熱量就越多。此外，因為熱交換元件不 會遇到許多微粒物質，所以大大降低（若不可完全避免）由 於節熱器中微粒物質堆積所致之堵塞威脅。 在此特定案例中，不會將鰭片管曝露於煤塵（僅為預熱 空氣）；因此，可自經設計以曝露於飛塵之一典型節熱器 管之鰭片極大減小鰭片密度間隔。因此，節熱器之尺寸應 更具效率且更小。 相比於先前技術之可能系統，藉由將RHCT 300麵合至 空氣預熱器150而非锅爐輸出煙道氣，使自煙道氣FG1去除 熱量、將熱量轉移至一空氣流A2’及將熱量導至供應鍋爐 26之給水WF1/WF2中更具效率。 146615.doc 10· 201043877 圖5係描綠根據本發明之一發電系統1 〇〇(其併入一 rhct 系統300)之另一實施例的一方塊圖。 此處’將增量空氣流A2,及/或來自排氣導管361、363之 汽漏氣體360提供給RHCT。風扇367促進洩漏氣體36〇之流 動0 圖6係描繪自一旋轉空氣預熱器15〇捕獲加熱洩漏氣體 360的一放大方塊示意圖。 ❹ Ο 使熱煙道氣FG1通入一空氣預熱器150之一熱側中。一 輪子151在一軸152上旋轉。一馬達導致輪子151之旋轉。 輪子151具有複數個穿過該輪子之空氣導管。各空氣導 管均具有隨煙道氣FG1通過該等導管而被加熱的加熱元 件。此等加熱元件旋轉至其中接收進氣八丨的輪子之冷側。 進氣接觸熱加熱元件並被加熱成排出空氣預熱器之預 熱空氣A2。加熱元件隨進氣A1通過導管而冷卻。 輪子15 1繼續旋轉而使加熱元件再次接觸熱煙道氣ρ⑴ 以吸收熱量。接著，此程序繼續。 存在阻止洩漏的熱煙道氣之大部分通過輪子ΐ5ι之外部 邊緣的外部密封件157、158。 亦存在阻止煙道氣之大部分朝輪子151之内輪轂部分洩 漏的内部密封件。然而，某些煙道氣通過密封件並進入妗 子與外殼154之間之氣室中而洩漏。 在此實施例中，提供一洩漏出口 325。此出口可實施為 允許接達氣室159的外殼154中之—開口。提供—排氣導管 361以排出可積聚在内部氣室159中的氣體/空氣。可提= 146615.doc -11· 201043877 一風扇裝置367以允許自内部氣室159更容易地排放洩漏氣 體 360 〇 亦可提供另一洩漏出口使得可通過另一排氣導管361而 輕鬆排放積聚在内部氣室365内的洩漏氣體。 風扇367亦自排氣導管363抽出洩漏氣體36〇。將洩漏氣 體360及/或增量空氣流A2，提供給rhct 300以進一步加熱 給水WF1。此廢熱之使用增加鍋爐之效率。 若需要，各排氣導管可採用一單獨風扇。 應強調的是本發明之上述實施例（尤其是任何「較佳 實施例）僅為實施方案之可能實例，僅為清晰理解本發明 之原理而加以闡述。可在不實質背離本發明之精神及原理 =情況下對本發明之上述實施例作出許多變動及修飾。意 指在此揭示内容及本發明之範圍内所有此等修飾及變動被 包含在本文中且受以下請求項保護。 【圖式簡單說明】 圖1係描繪根據先前技術之一發電系統1〇之一部分的 方塊圖。 之一發電系統100(其併入一蓄熱 統300)之—實施例的一簡化方塊 圖2係描續'根據本發明 式熱捕獲及轉移（RHCT)系 圖。 圖3係描纷根據本發明之 系統300)之另一實施例的一 一發電系統100(其併 簡化方塊圖。

入一 RHCT 圖4係描繪圖2及 大方塊圖。 圖3之RHCT系統300之 —實施例的一放 146615.doc -12- 201043877 -RHCT 氣的一 圖5係描繪根據本發明之一發電系統丨〇 〇 (其併入 系統300)之另一實施例的一簡化方塊圖。 圖6係描繪自一旋轉空氣預熱器捕獲加熱洩漏空 放大方塊示意圖》 【主要元件符號說明】 10 發電系統 15 排氣處理及熱回收系統（EPHRS) 25 蒸氣產生系統 26 鋼爐 50 空氣預熱器 55 節熱器 60 強制通風（FD)風扇 65 供水器 70 微粒去除系統 80 濕式洗滌器系統 90 排氣竪管 100 熱回收系統 125 供水器 150 空氣預熱器 152 軸 153 馬達 154 外殼 157 外部密封件 158 外部密封件 Ο Ο 146615.doc 201043877 159 300 310 325 330 360 361 363 365 367 A1 A2 A2' FG1 FG2 FG3 FG4 WF WF1 WF2 氣室 蓄熱式熱捕獲及轉移系統 熱交換器 洩漏出口 泵 泡漏氣體 排氣導管 排氣導管 氣室 風扇 空氣流 加熱空氣流 增量空氣流 煙道氣 預熱煙道氣 經處理煙道氣 經處理煙道氣 給水 給水 預熱給水 146615.doc -14-

Claims (1)

1. 201043877 七、申請專利範圍： 1 · 一種用於與一銷爐[26] —起使用之經濟煙道氣熱回收系 統，其包括： 一蓄熱式熱捕獲及轉移（RHCT)系統，其經組態以自一 空氣預熱器接收一加熱空氣流、自一供水器接收一給水 [WFl]、將來自該加熱空氣流之熱量轉移至該給水以產 生一加熱給水、及將一加熱給水輸出至一鋼爐。 2. 如請求項1之系統，其中該RHCT系統包括一熱交換器， 其經組態以接收該給水及該加熱空氣流。 3. 如請求項2之系統，其中該熱交換器係經進一步組態以 將來自該增量空氣流之熱量轉移至該給水。 4. 如請求項2之系統，其進一步包括一空氣預熱器150，該 空氣預熱器經組態以將該增量空氣流提供給該RHCT系 統。 5. 如請求項4之系統，其中該空氣預熱器係經組態以自該 鍋爐接收煙道氣並將來自該等煙道氣之熱量轉移至一輸 入空氣流。 6. 如請求項3之系統，其中該加熱空氣流大致沒有燃燒後 之微粒物質。 7. 如請求項4之系統，其中該RHCT系統係經組態以自該空 氣預熱器接收一輸入空氣流之一部分作為增量空氣並將 來自該增量空氣之熱量轉移至用於該鍋爐之給水。 8. 如請求項7之系統，其進一步包括一泵，該泵用於將給 水抽運通過該熱交換器。 146615.doc 201043877 9. 種用於與—鍋爐一起使用之經濟熱回收系統，該鍋爐 煮沸自一供水器供應給該鍋爐之給水，該系統包括： 一空氣預熱器，其用於接收由鍋爐產生之加熱煙道 氣、用於接收輸入空氣及用於產生增量空氣； 一蓄熱式熱捕獲及轉移（RHCT)系統，其經調適以接收 β亥增量空氣、該給水，接著將來自該增量空氣之熱量轉 移至該給水，產生預熱給水及將預熱給水供應給鍋爐。 10. 如請求項9之經濟熱回收系統，其中該RHCT系統包括： 一熱交換器’其經調適以自該空氣預熱器接收該增量 空氣、接收該給水及將來自該增量空氣之熱量轉移至給 水以產生預熱給水；及 一系’其輕合至該供水器及該熱交換器以用於將來自 供水器之該給水抽運通過該熱交換器並將該預熱給水抽 運至該鍋爐。 11. 如請求項9之經濟熱回收系統，其中將來自空氣預熱器 之至少一些增量空氣提供給該RHCT 。 12. 如請求項9之經濟熱回收系統，其中將來自該空氣預熱 器之洩漏氣體提供給該RHCT。 13 .如晴求項1 〇之經濟熱回收系統，其中： 該熱交換器係經設計以具有不含用於微粒累積之額外 内部空間的容差。 146615.doc