TWI564514B - 改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統及改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法 - Google Patents

改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統及改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法 Download PDF

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Description

改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統及改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法 [相關申請案的交互參照]
本發明係為一正式申請案，並由臨時申請案之申請號61/379204，申請日：2010年9月1日，據以主張優先權。
本發明係有關於發電領域，及工業鍋爐的設計，特別是指本發明提供一新的及有用的系統及方法，其可利用一預節熱器，藉以增加一紙漿廠的發電能力。
紙漿及造紙廠不斷尋求增加電力輸出及蒸汽量的效率。賴可拉等人(Raukola et al.)在2002年紙漿及造紙工業技術協會所舉辦的秋季研討會暨貿易洽談會中，曾發表“以黑液鹼回收鍋爐來增加發電量”，並描述數個可達成該增加發電量的方法。這些方法包括：增加黑液鹼的乾燥固體含量；以蒸汽渦輪機的抽氣蒸汽作空氣預熱；從蒸汽渦輪機的抽氣蒸汽中取出低壓吹灰蒸汽，而不是在一級過熱器後才取出低壓吹灰蒸汽，以便從蒸汽中抽出更多有用的蒸汽；在背壓式汽輪機之安裝中，不要節流該背壓蒸汽，以便增加供水溫度；利用數個高壓供水預熱器，該高壓供水預熱器可用以抽取蒸汽渦輪機的抽氣蒸汽；增加主要蒸汽溫度及壓力(請注意，該爐壁及在該過熱器區域內 之腐蝕，係為該方法的最大憂慮)；提供一預加熱器裝置內之主蒸汽，在擴散流經渦輪機後，該主蒸汽會被輸送回該鍋爐內，以便在下一渦輪機階段之前，再度被過熱；使用一冷凝蒸汽渦輪機，而非一背壓式汽輪機；在靜電沉降器取代背壓蒸汽，以便預加熱並釋放蒸汽，藉以配合冷凝汽輪機作發電使用之後，進行熱回收作業。
傳統上，紙漿廠使用40磅/平方英吋到70磅/平方英吋的蒸汽，來加熱在其除氣槽內之供水。該供水會被加熱至290華氏到315華氏。該被用來加熱除氣槽之蒸汽係由一渦輪機中抽取出來，並可藉帶走渦輪機蒸汽，降低冷凝器的發電。由於紙漿廠具有一相當的容積來容置除氣後的供水，故其亦可提供一實質的蒸汽負荷。
利用增加除氣壓力或增設一給水加熱器的方式，可增加該供水溫度，藉以增加該鍋爐蒸汽量，但也會因此增加鍋爐內存在氣體的溫度，並降低鍋爐的效率。而增加供水的加熱，將會提升渦輪的抽氣並降低其發電量。
請參閱第1圖，紙漿廠傳統上係依據供水溫度，來承受350華氏到420華氏的存在氣體之溫度。
請參閱第2圖，一建議的解決方法，係為在被輸送至除氣槽之前，先對在一預加熱器內之供水作加熱，但是，該供水仍存有空氣，其它腐蝕性氣體，及揮發性化合物。而除氣槽會驅散用來控制酸鹼值的揮發性化合物，故在該除氣槽之後，必須再進行酸鹼值的控制作業。此外，除氣後供水的低溫，將使該預節熱器內之輸送管外側表面產生 冷凝濕氣，並因此產生腐蝕。該裝置已顯示於2003年10月8日，由勞森(Larson)所提出之“紙漿及造紙工業之生物質氣化發電的成本效益評估”報告中。但是，該報告未能揭示如何克服在除氣槽之前的節熱器內所產生的腐蝕問題。
本發明之目的一，係提供一種節省成本的方法，藉以增加低壓蒸汽。
本發明之目的二，係提供一種節省成本的方法，藉以增加發電量。
本發明之實施例可部份應用於一新的鍋爐或單獨用以提升一既有鍋爐之效率。
為使審查委員能對本發明之特徵有更進一步之了解，茲列舉以下較佳實施例並配合圖式說明如后。
請參閱圖式，其中，圖式中的元件符號係用以標示相同或功能近似之元件，特別是第3圖所示，本發明第一實施例之一利用預節熱器的蒸汽循環效率改良，包括，一預熱器，其係應用於一蒸汽循環之蒸汽渦輪機裝置部份，且該利用預節熱器的蒸汽循環效率改良標號為300。在第3圖及隨後之圖式中，為方便讀者了解，“300”系列的元件標號將用於表示第3圖所示之元件，而“400”系列的元件 標號將用於表示第4圖所示之元件等，以此類推。在各元件標號中，最後兩個標號係用以標示圖式中的相同或功能近似之元件；亦即，310，410，510等，係分別代表第3，4，5圖的預節熱器，以此類推。而溫度(華氏-℉)，壓力(磅/平方英吋(表壓)或磅/平方英吋(絕對壓力)-psig,psia)及流速(千磅/小時-kpph)係僅提供作為說明目的使用，但不限制本發明之範圍。
一除氣器，在本發明中係指除氣槽304，可有效去除在壓力接近於大氣壓力下之空氣及其它腐蝕性氣體。藉由降低壓力至該除氣槽304，使其接近大氣壓力，可使給水溫度被降低至200華氏到250華氏之間。該利用降低壓力至除氣槽304，使其接近大氣壓力，藉以使給水溫度被降低至200華氏到250華氏之間的方式，可利用一減壓閥336或在一極低壓下，從渦輪機308中進行抽氣作業獲得實現。因此，給水320會被輸送至裝設於鍋爐312內之一預節熱器310中。藉此，即可將存在的氣體溫度降低至300華氏。而後，在預節熱器內310內，該供水會被加熱，並從鍋爐312輸送至一給水加熱器(或加熱器)332作加熱。該供水會被更進一步輸送至一位於該鍋爐312內之節熱器314中。藉此，可在維持鍋爐效率且使除氣器的渦輪機之抽氣及供水加熱極小化的情況下，提升鍋爐蒸汽率。
下列表一，係表示藉由降低除氣壓力，依據本發明安裝預節熱器310，並維持相同的供水溫度至該節熱器，可 達成發電上的改良。
本發明之實施例可使紙漿廠透過其它事物獲致更多效率，獲得更多處理蒸汽並改進工廠的電力生產能力。
本發明之實施例亦可藉由單獨調整蒸汽至給水加熱器332，或單獨調整壓力至除氣槽304，或合併調整蒸汽至給水加熱器332及調整壓力至除氣槽304方式，控制存在氣體的溫度。此方式可確保氣體溫度不至於太低，並防止因露點腐蝕所造成的損害。
本發明之實施例亦可降低存在氣體的溫度。將氣體的 體積降低至該引風機316及沉澱器318。被降低的氣體體積可改進沉澱器318的效率，並降低現存引風機316內之負荷。藉此，可改進現存沉澱器318的性能。在新裝置之實施例中，本發明與既有的裝置實施例相比較，可降低裝置尺寸，成本及引風機316與沉澱器318的電力消耗。
於第3圖所示之實施例及下述圖式及其圖式說明中，同樣可明顯降低裝置尺寸，成本及引風機與沉澱器的電力消耗。
請參閱第4圖，本發明第二實施例之一利用預節熱器的蒸汽循環效率改良400，包括，一熱交換器422，其係用以帶走除氣槽404內的供水熱量，並將該熱量加入於除氣後之供水420。藉此，除氣槽404的壓力即可維持在該工廠的低壓蒸汽抽氣狀態下。
請參閱第5圖，本發明第三實施例之一利用預節熱器的蒸汽循環效率改良500，該除氣後之供水會被直接輸送至除氣槽504，藉以在壓力接近於大氣壓力狀態下，有效地去除空氣及其它腐蝕性氣體。一降壓閥536，其係用以配合該除氣槽504，降低除氣槽504內之壓力至接近於大氣壓力的程度。而後，除氣後之供水520可藉由一泵浦534，被輸送至預節熱器510。在供水於預節熱器510內被加熱後，其會被輸送離開鍋爐512，回到該除氣槽504，並由一給水加熱器(或加熱器)532作加熱。最後，該被加熱之供水會被輸送至節熱器514。
請參閱第6圖，本發明第四實施例之一利用預節熱器 的蒸汽循環效率改良600，該除氣後之供水會被輸送至熱交換器622，再由熱交換器622被輸送至除氣槽604。如第4圖所示，在供水被輸送至熱交換器422之前，其會被先輸入除氣槽404。但本實施例與第4圖所示相反，在壓力非常接近於大氣壓力下，除氣槽604將可有效去除空氣及其它腐蝕性氣體。利用一泵浦634，該供水會被輸送回到熱交換器622，再由熱交換器622被輸送至預節熱器610。在供水於預節熱器610內被加熱後，其會被輸送離開鍋爐612，並回到該除氣槽604。最後，再從除氣槽604被輸送至節熱器614。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
104‧‧‧除氣槽
108‧‧‧渦輪機
112‧‧‧鍋爐
114‧‧‧節熱器
116‧‧‧引風機
118‧‧‧沉澱器
120‧‧‧給水
124‧‧‧鼓筒
128‧‧‧冷凝器
130‧‧‧煙囪
204‧‧‧除氣槽
208‧‧‧渦輪機
210‧‧‧預節熱器
214‧‧‧節熱器
216‧‧‧引風機
218‧‧‧沉澱器
220‧‧‧給水
224‧‧‧鼓筒
228‧‧‧冷凝器
230‧‧‧煙囪
304‧‧‧除氣槽
308‧‧‧渦輪機
310‧‧‧預節熱器
312‧‧‧鍋爐
314‧‧‧節熱器
316‧‧‧引風機
318‧‧‧沉澱器
320‧‧‧給水
324‧‧‧鼓筒
328‧‧‧冷凝器
330‧‧‧煙囪
332‧‧‧給水加熱器
336‧‧‧降壓閥
404‧‧‧除氣槽
408‧‧‧渦輪機
410‧‧‧預節熱器
414‧‧‧節熱器
416‧‧‧引風機
418‧‧‧沉澱器
420‧‧‧給水
422‧‧‧熱交換器
424‧‧‧鼓筒
428‧‧‧冷凝器
430‧‧‧煙囪
432‧‧‧給水加熱器
504‧‧‧除氣槽
508‧‧‧渦輪機
510‧‧‧預節熱器
514‧‧‧節熱器
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528‧‧‧冷凝器
530‧‧‧煙囪
532‧‧‧給水加熱器
536‧‧‧降壓閥
604‧‧‧除氣槽
608‧‧‧渦輪機
610‧‧‧預節熱器
614‧‧‧節熱器
616‧‧‧引風機
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620‧‧‧給水
622‧‧‧熱交換器
624‧‧‧鼓筒
628‧‧‧冷凝器
630‧‧‧煙囪
第1圖：傳統裝置之示意圖；第2圖：傳統裝置之示意圖，在該裝置內，於供水進入除氣槽前，該供水會被輸送至該預節熱器；第3圖：本發明一實施例之利用預節熱器的蒸汽循環效率改良，其具有一預節熱器之示意圖；第4圖：本發明一實施例之利用預節熱器的蒸汽循環效率改良，使用一給水加熱器，對除氣器除氣後的供水作預先加熱之示意圖； 第5圖：本發明一實施例之利用預節熱器的蒸汽循環效率改良，其具有裝設一循環泵浦之預節熱器的示意圖；及第6圖：本發明一實施例之利用預節熱器的蒸汽循環效率改良，不使用一給水加熱器，而對除氣器除氣後的供水作預先加熱之示意圖。
304‧‧‧除氣槽
308‧‧‧渦輪機
310‧‧‧預節熱器
312‧‧‧鍋爐
314‧‧‧節熱器
316‧‧‧引風機
318‧‧‧沉澱器
320‧‧‧給水
324‧‧‧鼓筒
328‧‧‧冷凝器
330‧‧‧煙囪
332‧‧‧給水加熱器
336‧‧‧降壓閥

Claims (19)

  1. 一種改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，包含：一除氣槽，其係用以容置供水，該除氣槽係於第一壓力下運轉；一預節熱器，其係流體連接至該除氣槽，該預節熱器係固定於一鍋爐內，且用以容置來自於該除氣槽之供水，該預節熱器亦可用以加熱該供水；一給水加熱器，其係流體連接至該預節熱器，且用以容置來自該預節熱器之該供水，並用以加熱該供水；及一節熱器，其係流體連接至該給水加熱器，且該節熱器係用以容置來自於該給水加熱器之該供水。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，更包括一渦輪機，用以降低該除氣槽之壓力至第二壓力。
  3. 依申請專利範圍第2項所述之改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，更包括一降壓閥，用以降低該除氣槽之壓力至該第二壓力；其中該除氣槽形成流體連接以容置補充給水、容置來自該給水加熱器的該供水，並容置來自該渦輪機的蒸汽；且其中該降壓閥位在該渦輪機和該除氣槽之間的流體路徑上。
  4. 依申請專利範圍第2項所述之改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，其中，該第二壓力約為或高於大氣壓力。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之改進紙漿廠蒸汽循 環作業之系統，更包括一熱交換器，其係連通至該除氣槽，該熱交換器係用以加入從該供水帶走的熱量。
  6. 依申請專利範圍第1項所述之改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，更包括一第二熱交換器，其流體連接至補充供水，該第二熱交換器係用以將熱量加入至該補充供水。
  7. 依申請專利範圍第2項所述之改進紙漿廠蒸汽循環作業之系統，其中，該給水加熱器位於該鍋爐之外，並流體連接至該預節熱器以容置來自該預節熱器的該供水，其中，該給水加熱器分離地形成流體連接以容置來自該渦輪機的蒸汽，且其中，該給水加熱器用以利用來自該渦輪機的該蒸汽加熱由該預節熱器所容置的該供水。
  8. 一種改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，包含：提供至少一除氣槽，且該除氣槽具有第一壓力；降低該除氣槽之壓力至第二壓力；提供一供水；輸送該供水至一預節熱器，該預節熱器係位於一鍋爐內；對在該預節熱器中之該供水作加熱；將遠離該鍋爐之該供水輸送至至少一給水加熱器，該給水加熱器係流體連接至該鍋爐；藉該至少一給水加熱器，對該供水作加熱；且 將該供水輸送至一位於該鍋爐內之節熱器；藉此，可在維持鍋爐效率且使除氣器的渦輪機之抽氣及供水加熱極小化的情況下，提升鍋爐蒸汽率。
  9. 依申請專利範圍第8項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，該除氣槽之壓力可利用一降壓閥被降低。
  10. 依申請專利範圍第9項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，該第二壓力約為或高於大氣壓力。
  11. 依申請專利範圍第8項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，在低於該第一壓力的壓力下，藉由從一渦輪機作抽氣，以降低該除氣槽之壓力。
  12. 依申請專利範圍第11項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，該第二壓力係約為或高於大氣壓力。
  13. 依申請專利範圍第8項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，更包括提供一熱交換器，其係連通至該除氣槽，該熱交換器係用以加入熱量至該供水，並從該除氣槽帶走熱量。
  14. 一種改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，包含：提供至少一除氣槽，且該除氣槽具有第一壓力；降低該除氣槽之壓力至第二壓力；提供供水；輸送該供水至該除氣器；利用一泵浦機構，將來自該除氣器之該供水輸送至一 預節熱器；對一預節熱器中之該供水作加熱；將該供水輸送至該除氣器；以一給水加熱器對該供水作加熱；及將該供水輸送至一節熱器。
  15. 依申請專利範圍第14項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，利用一降壓閥降低該除氣器之溫度。
  16. 依申請專利範圍第14項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，該第二壓力實質上為大氣壓力。
  17. 一種改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，包含：提供供水；輸送該供水至一熱交換器；輸送該供水至一除氣槽，該除氣槽係連通至該熱交換器；輸送該供水回到該熱交換器；輸送該供水至一預節熱器；對在該預節熱器中之該供水作加熱；輸送該供水至該除氣器；及輸送該供水至一節熱器。
  18. 依申請專利範圍第17項所述之改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，其中，一泵浦係用以達成將該供水輸送回到該熱交換器的該步驟。
  19. 一種改進紙漿廠蒸汽循環效率之方法，包含： 提供至少一除氣槽；提供供水；輸送該供水至一熱交換器，該熱交換器係連通至該除氣槽；輸送該供水至一預節熱器，該預節熱器係位於一鍋爐內；對在該預節熱器中之該供水作加熱；將遠離該鍋爐中之該供水輸送至至少一給水加熱器，該給水加熱器係流體連接至該鍋爐；藉由該至少一給水加熱器對該供水作加熱；及輸送該供水至一節熱器，該節熱器係位於該鍋爐中；藉此，可在維持鍋爐效率的情況下，提升鍋爐蒸汽率。
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