專利名稱：一種用于選擇性催化反應(yīng)器溫度控制的多通道省煤器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及選擇性催化反應(yīng)器(SCR)的溫度控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法用于將進(jìn)入選擇性催化反應(yīng)器系統(tǒng)的燃燒氣體或煙氣的溫度保持在或使其高于一個最佳的催化反應(yīng)溫度，即使鍋爐運行在負(fù)荷減小的情況下。
背景技術(shù)：
在操作具有選擇性催化反應(yīng)器(SCR)系統(tǒng)的鍋爐的過程中，該選擇性催化反應(yīng)器的有效性依賴于進(jìn)入催化反應(yīng)器的煙氣溫度。大多數(shù)可以運行在大約450到大約840的范圍內(nèi)。最佳性能典型地發(fā)生在大約570和大約750之間。典型地，進(jìn)入選擇性催化反應(yīng)器的期望氣體溫度大約為580或更高。當(dāng)溫度大約為580時，氨和氮的氧化物(NOx)的反應(yīng)是最佳的，催化反應(yīng)所需的氨的量也是最少的。因此，由于經(jīng)濟(jì)上的原因，進(jìn)入催化反應(yīng)器的期望氣體溫度在所有的負(fù)荷下都應(yīng)當(dāng)保持在大約570到大約750的最佳溫度范圍內(nèi)。
然而，隨著鍋爐負(fù)荷的變化，鍋爐排出氣體的溫度會降低至大約580的最佳溫度以下。為了使氣體溫度增加至大約580，現(xiàn)有的實踐中是使用省煤器(economizer)氣體旁路。該省煤器氣體旁路用于將省煤器上游的較熱氣體和離開省煤器的較冷氣體混合。通過控制通過旁路系統(tǒng)的氣體量，可以在鍋爐負(fù)荷較低時將鍋爐出口的煙氣溫度保持在大約580。
使用這種方法，需要用到靜態(tài)的混合裝置，減壓葉片/板以及熱混合裝置，使得不同溫度的煙氣在氣體混合物到達(dá)催化反應(yīng)器的入口之前混合。在大多數(shù)應(yīng)用中，在催化反應(yīng)器之前要獲得對流量、溫度的嚴(yán)格混合要求以及獲得氨的混合通常是很困難的。
在鍋爐負(fù)荷降低的情況下，進(jìn)入選擇性催化反應(yīng)器的煙氣溫度會降低，在對于這一問題的另一處理方法中，省煤器配備有給水旁路，用于將給水部分地分流出省煤器以保持煙氣溫度。
用于去除氮的氧化物的選擇性催化反應(yīng)器系統(tǒng)的另外的細(xì)節(jié)可以參見Babcock&Wilcox公司于2005年出版的《蒸汽/它的產(chǎn)生和應(yīng)用》一書第41版的第34章節(jié)，作者為Kitto和Stultz，在此將其中的內(nèi)容引入作為參考，就像是完全地在此陳述一般。使用傳統(tǒng)省煤器的煙氣溫度控制在授予McNertney，Jr等人的專利號為7,021,248的美國專利和授予Albrecht等人的專利號為6,609,483的美國專利中有所記載，在此將其中的內(nèi)容引入作為參考，就像是完全地在此陳述一般。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一個系統(tǒng)和一種方法，用于在無需將給水從省煤器分流的情況下，通過減小省煤器中選定管道和/或區(qū)域的水流來增加經(jīng)過省煤器的煙氣的出口溫度。當(dāng)這些選定的管道或區(qū)域中的流動被減小時，使省煤器中剩余的部分或管道溢流(overflowed)，使得流過省煤器的總流量保持不變。為了增加省煤器氣體出口溫度，通過減小經(jīng)過這些管道的流量，省煤器中特定百分比的管道的傳熱將被減小。在剩余管道中的水流量的增加對于剩余管道的傳熱影響很小，從而導(dǎo)致省煤器整個氣體側(cè)傳熱的全面的下降，結(jié)果增加了來自省煤器的氣體的出口溫度。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一個系統(tǒng)和一種方法，用于在鍋爐負(fù)荷范圍內(nèi)保持期望的省煤器出口氣體溫度，這種系統(tǒng)和方法是通過以下方式實現(xiàn)的在煙氣的流路上提供液體冷卻傳熱表面或管道的兩個或多個分段或分隔室，其中每個分段或分隔室的流速(flowrate)相對于其余分段或分隔室獨立地進(jìn)行控制，確定產(chǎn)生足夠保持所期望的省煤器出口氣體溫度的復(fù)合/總的傳熱能力所需的各分段或分隔室中的流速，以及調(diào)節(jié)省煤器每個分段或分隔室的流速。
在一個方面，系統(tǒng)配置成將進(jìn)入催化反應(yīng)器的煙氣溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，該期望的溫度范圍將會促進(jìn)最佳的催化反應(yīng)，而不用管鍋爐的負(fù)荷。優(yōu)選地，煙氣溫度被保持在570至750的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在580。在通常的鍋爐裝置中，省煤器的水側(cè)被用于冷卻流過安裝在鍋爐內(nèi)部的表面的煙氣。本發(fā)明的系統(tǒng)將省煤器的傳熱表面分離，以將較低的鍋爐負(fù)荷條件下煙氣的出口溫度提高到所期望的大約570至大約750，優(yōu)選為大約580。這一目的的實現(xiàn)是通過選擇性地改變經(jīng)過省煤器不同部分的流速。通過確定加熱表面合適的量以及合適的位置，可以通過控制經(jīng)過省煤器不同部分的水的流速將期望的省煤器出口氣體溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，或保持在期望的蒸汽發(fā)生器負(fù)荷范圍內(nèi)的期望的溫度上。
本發(fā)明另一個的目的在于提供一種系統(tǒng)，用于將被引導(dǎo)進(jìn)入下游裝置例如選擇性催化反應(yīng)器裝置的煙道或燃燒氣流的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)或保持在期望的(例如，最佳)溫度，該系統(tǒng)包括省煤器，所述的省煤器位于選擇性催化反應(yīng)器裝置的上游，并且與所述選擇性催化反應(yīng)器裝置流體連通，其中省煤器包括至少兩個具有不同傳熱特性的管狀結(jié)構(gòu)，其與鍋爐產(chǎn)生的氣流的流路以交叉和/或逆流換熱的關(guān)系布置，并具有煙道入口和煙道出口，鍋爐位于所述省煤器的上游，并與所述省煤器流體連通，每個管狀結(jié)構(gòu)都包括給水入口和給水出口，兩個管狀結(jié)構(gòu)的出口都與出口集管(header)連接，每個管狀結(jié)構(gòu)的入口都與獨立的入口集管連接，并且還具有控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)配置成獨立地控制通過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，同時使流經(jīng)省煤器的給水的總流量基本保持穩(wěn)定，經(jīng)過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量通過一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得從氣流中傳遞適當(dāng)量的熱量以將氣流溫度保持在期望的最佳溫度。
本發(fā)明另一個的目的在于提供一種方法，用于將被引導(dǎo)進(jìn)入下游裝置例如選擇性催化反應(yīng)器裝置的氣流溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，或保持在期望的(例如，最佳)溫度，該選擇性催化反應(yīng)器裝置位于省煤器的下游，并且與省煤器流體連通，該方法包括在省煤器中設(shè)置至少兩個管狀結(jié)構(gòu)，所述的管狀結(jié)構(gòu)與氣流流路呈交叉或逆流換熱的關(guān)系，省煤器具有煙道入口和煙道出口，每個管狀結(jié)構(gòu)具有給水入口和給水出口，兩個管狀結(jié)構(gòu)的出口都與出口集管連接，每個管狀結(jié)構(gòu)的入口都與獨立的入口集管連接，監(jiān)控?zé)煹廊肟诨驘煹莱隹诘臍怏w溫度、給水入口和出口的給水溫度和經(jīng)過省煤器的給水流量，以及控制傳輸經(jīng)過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，基于測量得到的溫度和流量，提供具有可有效地使氣體溫度保持在期望水平的復(fù)合傳熱能力的管狀結(jié)構(gòu)，其中通過增加流過至少一個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量和減小通過其余管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，來減小管狀結(jié)構(gòu)的傳熱能力。
盡管本發(fā)明特別適用于保持進(jìn)入下游的選擇性催化反應(yīng)裝置的期望煙氣溫度，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以用于保持其它類型的下游裝置所需的期望氣體溫度，也可以用于其它目的。一種形式的下游裝置可以是空氣加熱器，其通常是利用離開蒸汽發(fā)生器的煙氣的熱量來加熱用于燃燒的進(jìn)入空氣。在一些情況下，期望的是將進(jìn)入空氣加熱器的煙氣溫度控制在期望的范圍內(nèi)或在期望的高于酸性露點溫度的溫度，例如在較低負(fù)荷運行的過程中，以減小凝結(jié)發(fā)生的可能性，凝結(jié)的發(fā)生可能會形成酸性化合物，這將會導(dǎo)致空氣加熱器的腐蝕。其它形式的下游裝置包括各種形式的污染控制設(shè)備；例如，微粒去除裝置，例如靜電集塵器或纖維過濾器，以及煙氣脫硫裝置，例如濕式或干式的煙氣脫硫設(shè)備。
本發(fā)明特有的具有新穎性的各技術(shù)特征在附加的權(quán)利要求中被特別地指出，所述的權(quán)利要求構(gòu)成公開的一部分。為了更好地理解本發(fā)明、本發(fā)明的工作優(yōu)點以及通過其用途獲得的特定目的，可以參考附圖以及描述性內(nèi)容，其中說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。


在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的氣體溫度控制系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，它示出了兩個彼此相鄰、以不重疊關(guān)系布置的管狀結(jié)構(gòu)；圖3是本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，它示出了三個彼此相鄰、以不重疊關(guān)系布置的管狀結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，它示出了將本發(fā)明應(yīng)用于平行氣體路徑對流通道的設(shè)計；圖5是本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，它示出了將本發(fā)明應(yīng)用于縱向流動的省煤器，其中這一構(gòu)思用于控制朝向形成省煤器的管道的獨立面板(panel)的流動；圖6是如圖5所示的對流通道的后視圖；圖7是示出了圖1中的蛇形管的部分后視圖的示意圖，它示出了由此導(dǎo)致的流體流和煙氣溫度的差異；圖8和9是示出了與如圖1中所示相似的蛇形管的部分后視圖的示意圖，其示出了在省煤器的出口集管和支撐縱管(stringer)上能夠容許多大的由于流體流和煙氣溫度的差異造成的省煤器出口流體溫度差異；以及圖10和11是應(yīng)用于本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖，其中相似的附圖標(biāo)記被用于指代同樣的或功能上類似的部件。圖1中示出的省煤器3用來接收從鍋爐(未示出)中產(chǎn)生的煙氣，該鍋爐位于省煤器3的上游，并與省煤器3流體連通。如本申請所用，以及如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，這里使用的術(shù)語鍋爐泛指用于產(chǎn)生蒸汽的裝置，可包括鍋筒(drum-type)鍋爐和那些直通(once-through type)鍋爐。對于這種鍋爐或蒸汽發(fā)生器的一般描述，讀者可以參考如前所述的《蒸汽》(STEAM)一書的第41版，特別是引言和選擇比色盤以及第19、20和26章，在此將其中的內(nèi)容引入作為參考，就像是完全地在此陳述一般。省煤器3包括煙道入口和煙道出口，省煤器3位于對流通道13中，處于選擇性催化反應(yīng)器(SCR)裝置(未示出)上游并與其流體連通。在省煤器3中布置有兩個或多個管狀結(jié)構(gòu)1和2，用于提供模塊化傳熱表面以從煙氣中回收或提取熱量。管狀結(jié)構(gòu)1和2優(yōu)選地被布置成與煙氣流路14呈交叉和/或逆流的換熱關(guān)系。也可以設(shè)想管狀結(jié)構(gòu)被布置成與煙氣流路14呈交叉或順流的換熱關(guān)系。
每個管狀結(jié)構(gòu)1和2的一個末端都與入口集管11連接，而管狀結(jié)構(gòu)1和2的另一末端分別與獨立的出口集管(未示出)或共同的出口集管12連接，所述的出口集管12由一縱管S支撐。給水管15與每個入口集管11相連，優(yōu)選地在每個給水管15上設(shè)置控制閥5。每個給水管15還具有圍繞控制閥5安裝的旁通管7，用于清潔或沖洗給水管15或管狀結(jié)構(gòu)1和2，或者用于控制閥5的維護(hù)。給水管15通過分配器8與主給水管16連接。盡管可以將獨立的一組控制閥5和旁通管7安裝于每一個給水管道15上，但是應(yīng)該理解也許需要將單獨一“對”控制閥5和旁通管7僅僅安裝在一個給水管15上。在所有給水管15上都設(shè)置一對控制閥5、旁通管7保證了對通過每一個管狀結(jié)構(gòu)1和2的流動的最佳控制，而且在鍋爐負(fù)荷較低時更為有用，但是這種程度的混合和控制可能并不是在所有的應(yīng)用中都需要。
在一個實施例中，每個管狀結(jié)構(gòu)1和2都包括多個水平或垂直布置的、在省煤器3內(nèi)部來回折返的蛇形管或縱管。在一個管狀結(jié)構(gòu)中的管道可以設(shè)置成與另一個管狀結(jié)構(gòu)中的管道成偏置的關(guān)系。管道可以是垂直偏置、水平偏置、對角偏置、縱向偏置或以兩種或多種這樣的定向方式的組合而偏置。優(yōu)選地，管狀結(jié)構(gòu)1和2定位成在對流通道13內(nèi)以重疊或不重疊的方式彼此相鄰地布置，并且大體上沿著穿過省煤器3的煙氣流路14延伸或伸展。在另一可選的實施方式中，每個管狀結(jié)構(gòu)的傳熱能力各不相同。還應(yīng)該理解，形成管狀結(jié)構(gòu)1和2的管道可以包括或不包括延伸表面，例如肋片(fin)，以達(dá)到向流經(jīng)省煤器3的給水傳遞期望量的熱量。
現(xiàn)有的省煤器3可以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)或者轉(zhuǎn)換樣式，例如一個選定的管狀結(jié)構(gòu)被供給以足夠的給水以有效地減小省煤器3的總體傳熱能力。使剩余的給水循環(huán)至另一管狀結(jié)構(gòu)中的剩余管道。該選定的管狀結(jié)構(gòu)中的管道將接收多于正常的水流使得該管狀結(jié)構(gòu)的傳熱有微小的提升。同時，通過確定每一個管狀結(jié)構(gòu)或預(yù)熱器(economizer bank)中管道的合適數(shù)量，可以減小省煤器3的有效傳熱以獲得期望的省煤器出口氣體溫度。在圖1中，示出了用于支撐對流過熱傳熱表面(未示出；位于省煤器3上方)的縱管S。在大多數(shù)情況下，這些縱管S需要來自于省煤器3的全部流體，因為在對流通道上部區(qū)域的氣體溫度增加，為了滿足支撐這些附加傳熱表面的強(qiáng)度要求，對于這些縱管S來說，冷卻的需要將會更大。
調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比例值所需的溫度監(jiān)控可以通過獲得出口氣體溫度來監(jiān)控，或者通過獲得入口氣體溫度和水側(cè)的入口和出口溫度，以及水側(cè)流體流過系統(tǒng)的流量來監(jiān)控。優(yōu)選地，通過控制器9執(zhí)行溫度和流速(flow rate)監(jiān)控，并調(diào)節(jié)每個管狀結(jié)構(gòu)或預(yù)熱器中的流速。
在操作中，溫度傳感器設(shè)置在煙道入口和/或煙道出口4，以及給水入口和給水出口。流量計(未示出)也設(shè)置在主給水管上，用來測量省煤器3系統(tǒng)中流過的流體流量。溫度傳感器和流量計與控制器9處于信號連通10，并經(jīng)校準(zhǔn)將測量值傳遞給控制器9，以對流過每個管狀結(jié)構(gòu)1和2的給水流動進(jìn)行反饋控制。
例如，當(dāng)控制器9檢測到鍋爐負(fù)荷的下降或者省煤器煙道入口或出口的氣體溫度的下降時，調(diào)整流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水的流動以減小省煤器的綜合傳熱能力。這可以通過增大經(jīng)過一個管狀結(jié)構(gòu)的給水的流量以減小另一管狀結(jié)構(gòu)中的流量和傳熱來實現(xiàn)。
圖2示出了省煤器中彼此相鄰布置且互不重疊的管狀結(jié)構(gòu)?？傮w省煤器系統(tǒng)的傳熱可有所下降，可以通過改變在相鄰的管狀結(jié)構(gòu)1′和2′中的流速來獲得期望的出口氣體溫度。在這兩個實施方式中，經(jīng)過省煤器的兩種不同的水流通路具有兩種不同的傳熱性能。例如，圖2中的管道或通路1′比管道2′短。在圖1中的實施方式中，管道可能由于具有不同的表面處理、不同的管徑、在氣體流動通道中具有不同的布置或不同的長度而具有不同的傳熱性能。
圖3是本發(fā)明的一個實施方式的示意圖，它示出了三個彼此相鄰布置且相互不重疊的管狀結(jié)構(gòu)，這一構(gòu)思不同于圖2中所示實施例的構(gòu)思和操作。這種構(gòu)思尤其有利于控制氣體溫度，從而防止氣體溫度降低到酸性露點溫度以下(在這一溫度可能開始發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象)，有利于減小凝結(jié)發(fā)生的可能性，發(fā)生凝結(jié)可能形成酸性化合物，這些酸性化合物將會腐蝕下游裝置，例如空氣加熱器。此外，盡管每個給水管15也可包括旁通管7，該旁通管7圍繞與其連接的控制閥5設(shè)置，用于清潔或沖洗給水管15或管狀結(jié)構(gòu)1和2，或者為了在控制閥5上進(jìn)行維護(hù)，但是應(yīng)該理解，不需要在每個給水管15上都安裝一對控制閥5和旁通管7；在三個管狀結(jié)構(gòu)的布置中，只需要在三個管狀結(jié)構(gòu)中的兩個上設(shè)置一對控制閥5和旁通管7。根據(jù)期望的控制程度，這種布置還在鍋爐負(fù)荷較低時特別有利。
此外，在某些低流量的情況下，可能需要在給定的管道結(jié)構(gòu)中的單個管道的入口和出口的一個或兩個上設(shè)置噴嘴裝置，用來為這些管道內(nèi)的流動穩(wěn)定性提供附加的壓降。為這些管道尤其是低速流動的路徑設(shè)置噴嘴，提供附加的壓降，這一附加的壓降將有助于均衡那些管狀結(jié)構(gòu)中每個管道之間的流量分配。
圖4示出了本發(fā)明的原理應(yīng)用于平行的氣體路徑對流通道的設(shè)計。位于對流通道20中的平行氣體路徑可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的擋板22形成。如這里示出的，省煤器3可具有在兩個平行氣體路徑上延伸的較低部分，而較高部分可僅僅位于平行的氣體路徑中的一個中。與省煤器3的較高部分相對，在另一氣體路徑中可以設(shè)有蒸汽冷卻表面，例如過熱器或再熱器表面24。擋板22可以延伸或不延伸進(jìn)入省煤器3的較低部分，并根據(jù)煙氣的溫度可以是蒸汽或水冷卻的表面。
圖5和6示出了本發(fā)明的一個實施方式被應(yīng)用于一個縱向流動的省煤器，其中本發(fā)明的構(gòu)思被應(yīng)用于控制朝向構(gòu)成省煤器3的管道的單獨面板26的流動。管道的單獨面板26具有面板入口集管28和面板出口集管30。來自省煤器入口集管11的給水通過供給管道32供給到面板入口集管28。給水流經(jīng)面板26，并且在面板出口集管30被收集。然后給水通過上升管34從面板出口集管30傳輸?shù)绞∶浩鞒隹诩?2。
圖6是從圖5中的箭頭6-6的方向來看圖5中的對流通道內(nèi)部的后視圖。應(yīng)當(dāng)理解，盡管這里示出了兩個管狀面板結(jié)構(gòu)1和2，還可以使用附加的第三管狀面板結(jié)構(gòu)流路。
圖7是示出了圖1的蛇形管的部分后視圖的示意圖，它示出了由此導(dǎo)致的流體流和煙氣溫度的差異。包括有流路1(速度較高的省煤器流體)的管道以實心的圓表示，而包括有流路2(速度較低的省煤器流體)的管道以空心圓表示。速度較高的省煤器流體管道從經(jīng)過這些管道的煙氣中提取更多的熱量，結(jié)果離開這些成排的管道的煙氣溫度比離開那些具有較低的省煤器流體流動的成排管道的煙氣溫度要低。
圖8和9是示出了與圖1中所示的蛇形管相似的管道的部分后視圖的示意圖，它示出了在出口集管12、12′和支撐縱管S上能眵容許多大的由于流體流和煙氣溫度的差異而造成的省煤器3的出口流體溫度差異。如前所述，包括有流路1(速度較高的省煤器流體)的管道以實心的圓表示，而包括有流路2(速度較低的省煤器流體)的通道以空心圓表示。在一些省煤器布置中，省煤器的出口集管可以是連續(xù)的集管12，其具有單獨的共同的內(nèi)部，在該內(nèi)部中，由省煤器3中的各個管狀結(jié)構(gòu)加熱的給水被收集起來，然后通過縱管S分散開來。雖然從理論上講，省煤器給水可以沿著出口集管12的長度流到任意位置，但實際上，給水從供給出口集管12的管狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過最短的路徑進(jìn)入相鄰的、最接近的縱管S。這種類型的省煤器出口集管如圖8示意性所示。在其它類型的省煤器布置中，省煤器出口集管由多個分離的、較短的集管構(gòu)成，這些集管在其末端E被區(qū)域環(huán)形電焊連接在一起構(gòu)成一個完整的省煤器出口集管。在這種類型的省煤器出口集管中，其在圖9中示意性示出并標(biāo)記為12′，給水只能被傳輸進(jìn)入和流出各單獨集管的內(nèi)部，每個集管的末端E可防止流體流入相鄰的獨立集管中。應(yīng)當(dāng)理解，將給水供應(yīng)到這些獨立集管的管狀結(jié)構(gòu)越少，從這些獨立集管傳輸給水的支撐縱管S就越少。應(yīng)當(dāng)避免在縱管S內(nèi)的流體形成顯著的溫度差異，因為這種溫度差異會導(dǎo)致縱管S的不同的熱膨脹。為了促進(jìn)進(jìn)入任一省煤器集管12或12′中的較熱給水流體和較冷給水流體的混合，可以利用擋板裝置B在給水排出到支撐縱管S之前，促進(jìn)集管12和12′內(nèi)較熱給水流和較冷給水流的混合，由此均衡縱管S內(nèi)的溫度。擋板裝置B可以是簡單的板，其設(shè)置成使給水流根據(jù)需要轉(zhuǎn)向，或者它可以是更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如具有多個孔的多孔板，其中以特定的結(jié)構(gòu)形成孔的尺寸和/或使其隔開地布置。
雖然在圖8和9中示出了兩種類型的省煤器出口集管12和12′，但是應(yīng)該理解，對于給定蒸汽發(fā)生器中的省煤器通常僅使用省煤器出口集管12或12′中的一種。類似地，盡管前面的圖中使用了參考數(shù)字12表示出口集管，但是應(yīng)當(dāng)理解，每一種集管12或12′都可以應(yīng)用于所有這些實施方式中。
如前所述，本發(fā)明特別適用于保持進(jìn)入下游選擇性催化反應(yīng)器的期望煙氣溫度。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可用于保持其它形式的下游裝置和其它用途要求的期望氣體溫度。一種形式的下游裝置可以是空氣加熱器，其通常是利用離開蒸汽發(fā)生器的煙氣中的熱量來加熱用于燃燒的進(jìn)入空氣。在一些情況下，期望的是例如在低負(fù)載運行階段，將進(jìn)入空氣加熱器的煙氣溫度控制在期望的范圍內(nèi)，或者控制在期望的酸性露點溫度以上，以減小凝結(jié)發(fā)生的可能性，該凝結(jié)可能產(chǎn)生酸性化合物，該酸性化合物可能導(dǎo)致空氣加熱器的腐蝕。其它類型的下游裝置包括各種類型的污染控制裝置；例如，微粒去除裝置，如靜電集塵器或纖維過濾器，以及煙氣脫硫裝置，如濕式或干式煙氣脫硫裝置。
就本發(fā)明來說，特別是被應(yīng)用于控制離開省煤器的煙氣溫度的裝置和方法，應(yīng)當(dāng)理解，省煤器氣體出口和/或氣體入口溫度可用于控制流過部分換熱器的水的流速，從而在煙氣流過換熱器或省煤器后影響煙氣的溫度。然而，由于為了獲得所期望的出口煙氣溫度而所需的低流速，這種煙氣溫度控制系統(tǒng)可能不能相對鍋爐能力提供快速的響應(yīng)進(jìn)而用于負(fù)荷控制和操作，特別是當(dāng)流過省煤器或換熱器的不同通道的給水率相差較大時。
因此，本發(fā)明的另一個方面涉及適應(yīng)這種工作狀態(tài)的控制系統(tǒng)和操作方法。這種系統(tǒng)和方法不僅僅適用于本發(fā)明，也適用于控制流過換熱器不同部分的流動以獲得離開換熱器的期望煙氣溫度的其它換熱器系統(tǒng)。
圖10和11中說明了將這種構(gòu)思應(yīng)用于兩個不同的水比例或偏置系統(tǒng)。如圖10和11中所示的，本發(fā)明使用進(jìn)入省煤器的給水流速來加入/分離(engage/disengage)省煤器水流內(nèi)部的比例或偏置(proportion or bias)系統(tǒng)。在加入時，測量出的朝向省煤器的給水流動可用于產(chǎn)生比例或偏置流速指令信號。然后將該指令信號與測量到的低流(underflow)比例或偏置流速比較。如果在指令信號流速和測量到的流速之間存在差別，則調(diào)節(jié)用于調(diào)制比例或偏置流的一個或多個控制閥。
更具體地，參考圖10，它示出了將本發(fā)明的原理應(yīng)用于本發(fā)明的一個實施方式。在這種情況下，給水通過主給水管16提供給通過給水管15構(gòu)成省煤器3的獨立的管狀結(jié)構(gòu)1和2。設(shè)置在管道16中的流量元件FE50產(chǎn)生測量的給水流動信號，然后將該信號傳輸?shù)礁?低限制器單元52和指令信號發(fā)生器單元54。根據(jù)測量到的進(jìn)入省煤器3的給水流，指令信號發(fā)生器單元54產(chǎn)生比例或偏置(proportioned or biased)流速指令信號，在此是低流流速指令信號。該低流流速指令信號進(jìn)而被傳輸至具有偏置單元56的流動控制器。具有偏置單元56的流動控制器還接收由流量元件FE58實際測量的低流流速，其表示流過管狀結(jié)構(gòu)1的流速。具有偏置單元56的流動控制器將來自單元54的低流流速指令信號與從流量元件FE58實際測量的低流流速相比較，并產(chǎn)生控制閥信號，該控制閥信號被傳輸給控制閥5以調(diào)整流過管狀結(jié)構(gòu)1的給水流量。從單元56產(chǎn)生的控制閥信號還被傳輸給信號轉(zhuǎn)換單元60，經(jīng)轉(zhuǎn)換的控制閥信號被傳輸給其余的控制閥5以調(diào)整流過管狀結(jié)構(gòu)2的給水流量。由于單元56是具有偏置能力的流量控制器，為了適應(yīng)實際的場性能，可以容易地作出改變以調(diào)節(jié)低流流速指令信號；例如，調(diào)節(jié)管狀結(jié)構(gòu)1和2之間的流動分離，從而達(dá)到期望的離開省煤器和進(jìn)入下游裝置例如選擇性催化反應(yīng)器的煙氣溫度。
指令信號發(fā)生器單元54可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的任何方式產(chǎn)生低流流速指令信號；查找表，根據(jù)作為鍋爐負(fù)荷的函數(shù)的低流流速指令的預(yù)定等式計算等。指令信號發(fā)生器單元54還包括多個對應(yīng)于在鍋爐中燃燒的不同燃料類型的這種表或等式。
高/低限制器單元52接收從流量元件FE50測量到的給水流量信號，并產(chǎn)生提供給隔斷閥62的高/低限制信號，所述的隔斷閥62位于給水管15向管狀結(jié)構(gòu)1供應(yīng)給水的流路上。高/低限制器設(shè)計成將隔斷閥62置于一個特定的開啟位置，該位置取決于由鍋爐測量得到的給水流量信號而指示出的鍋爐的負(fù)荷。例如，假定鍋爐具有600MW的額定兆瓦(MW)容量。鍋爐的運行可能落入三個運行范圍之一0-200MW，200-400MW，400-600MW，這些范圍將會確定根據(jù)本發(fā)明的多通道省煤器的控制系統(tǒng)的運行方式。
在0-200MW的運行范圍內(nèi)，在管狀部件1的供應(yīng)流路中的隔斷閥62和控制閥5都是常開的。在200-400MW運行范圍內(nèi)，離開省煤器3的煙氣溫度上升至超過0-200MW范圍內(nèi)所經(jīng)歷的溫度，但是通常不會升高至允許合適的選擇性催化反應(yīng)器運行的程度。因此，可以利用本發(fā)明的原理；在這種情況下，將隔斷閥62關(guān)閉至一個特定的位置，以便為管狀結(jié)構(gòu)1提供附加的流阻，由此允許控制閥5的運行具有更大的靈活性，進(jìn)而調(diào)整流過管狀部件1和2的給水流量，并且離開省煤器3的煙氣溫度上升至期望值。當(dāng)鍋爐的兆瓦負(fù)荷持續(xù)上升，到達(dá)了400-600MW的運行范圍時，由于從省煤器3排出的煙氣溫度高于所期望的最小值，因此本發(fā)明的給水調(diào)整原理可以漸漸地“逐步停止”，控制閥5可以被開的很大，并以一種方式開啟隔斷閥62使得獲得管狀結(jié)構(gòu)1和2中的平衡流動狀況。盡管這里描述了三種同樣大小的運行“范圍”，但是也可以利用不相等的運行范圍。通常的想法是，在較低的鍋爐運行范圍內(nèi)一般不應(yīng)用本發(fā)明的原理，在中間的運行范圍內(nèi)主要應(yīng)用本發(fā)明，以及在較高的鍋爐運行范圍內(nèi)不需要應(yīng)用本發(fā)明的原理，因此控制閥的調(diào)整就被漸漸地逐步停止，這是因為煙氣的溫度高于期望的最低水平。
現(xiàn)在參考圖11，其中示出了將本發(fā)明的原理應(yīng)用到另一個實施方式中，該實施方式與圖10中公開的實施方式非常類似。在這種情況下，一個根本性的區(qū)別在于取代了位于將給水供應(yīng)到管狀部件1和2的給水流路徑15中的兩個控制閥5，在這里僅設(shè)有一個單獨的控制閥5，而且該控制閥5被調(diào)整以控制流過單獨一個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量；在這里是管狀結(jié)構(gòu)2(但是如果需要，可替換地也可以是管狀結(jié)構(gòu)1)。另一個區(qū)別涉及這樣一種事實，即單獨的控制閥5和隔斷閥62位于平行的流路上，而不是像圖10中的那樣彼此串聯(lián)連接。此外，由于控制閥5提供了環(huán)繞隔斷閥62的一條流路，因此圖11中的隔斷閥62可以在各種情況下運行，全開、部分開啟或全關(guān)。另外，操作的原理與圖10中的相同。測量得到的流向省煤器3的給水流量可用于在單元54產(chǎn)生成比例的或偏置的流速指令信號。然后將該指令信號傳輸給具有偏置單元56的流動控制器，在流動控制器中將指令信號與流量元件FE58測量得到的低流比例或偏置流速進(jìn)行比較。如果在指令信號流速和測量得到的流速之間存在差異，則調(diào)節(jié)用于調(diào)整比例或偏置流動的控制閥5。根據(jù)需要應(yīng)用偏置以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。
盡管在上面特別地參考圖10和11描述的控制系統(tǒng)可以在不參考任何測量到的煙氣溫度的情況下使用，但是可以預(yù)想到將兩種方法結(jié)合使用。也就是說，測量的省煤器3的給水流量可以用于在單元54中產(chǎn)生比例或偏置流速指令信號，并且建立一個初始流速。然后，使用溫度測量，例如離開省煤器的煙氣溫度，作為檢驗值或修正值以對控制閥5的位置進(jìn)行“微調(diào)”。
因此應(yīng)當(dāng)理解，所述控制系統(tǒng)和操作方法特別適用于這些運行狀況，例如當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低的情況下，這時省煤器水流的主要部分必須被比例調(diào)節(jié)或偏置以達(dá)到期望的或目標(biāo)煙氣出口溫度。使用出口氣體溫度控制水流量的常規(guī)方法在水流的主要部分被比例調(diào)節(jié)或偏置時不是十分有效，因為流經(jīng)省煤器(的低流部分的)加熱表面的水的停留時間不能按秒或幾分鐘來計量，而是延長到幾乎一個小時。過長的停留時間反過來又延長了有效地改變氣體溫度所需的時間，從而使得氣體溫度不再能夠被用于控制比例或偏置水流速。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，它允許系統(tǒng)在省煤器部分中進(jìn)行比例調(diào)節(jié)或偏置水流速，以增加排出的氣體溫度，從而使得在鍋爐負(fù)荷較低時，相對于使用出口氣體溫度來控制給水比例或偏置水流速的系統(tǒng)更有效。如果鍋爐是這樣裝備的，就允許位于鍋爐下游的選擇性催化反應(yīng)器在比以前使用這種類型系統(tǒng)的鍋爐時可能的負(fù)荷低的鍋爐負(fù)荷情況下繼續(xù)運行。
盡管已經(jīng)示出和詳細(xì)地描述了本發(fā)明具體的實施方式以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離這一原理的條件下可以將本發(fā)明具體化為其他形式。例如，本發(fā)明可以被應(yīng)用于具有選擇性催化反應(yīng)器或其它形式的下游裝置的新的鍋爐或蒸汽發(fā)生器，或者被應(yīng)用于現(xiàn)有的鍋爐或蒸汽發(fā)生器的更換、維修或改型，其中選擇性催化反應(yīng)器或其它形式的下游裝置以及相關(guān)的設(shè)備被或已經(jīng)被改型安裝。在本發(fā)明的一些實施方式中，有時可以利用本發(fā)明的一些技術(shù)特征的優(yōu)點，而不必相應(yīng)地應(yīng)用其它的技術(shù)特征。因此，所有這些改變和實施方式都適當(dāng)?shù)芈淙胂旅娴臋?quán)利要求限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用于將被引導(dǎo)進(jìn)入下游裝置的煙道或燃燒氣流的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，或保持在期望的溫度，其包括省煤器，所述省煤器位于所述下游裝置的上游，并且與所述下游裝置流體連通，其中所述省煤器包括至少兩個管狀結(jié)構(gòu)，這兩個管狀結(jié)構(gòu)與鍋爐產(chǎn)生的氣流的流路以交叉和/或逆流換熱的關(guān)系布置，還具有煙道入口和煙道出口，鍋爐，所述鍋爐位于所述省煤器的上游，并與所述省煤器流體連通，每個管狀結(jié)構(gòu)都具有給水入口和給水出口，所述管狀結(jié)構(gòu)的出口都與出口集管連接，每個管狀結(jié)構(gòu)的入口都與獨立的入口集管連接，并且還具有控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)配置成獨立地控制流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，同時使流經(jīng)省煤器的給水的總流量基本保持穩(wěn)定，并且流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量通過一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方式是從氣流中傳遞適當(dāng)量的熱量以將氣流溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)或保持在期望的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個管狀結(jié)構(gòu)都包括多個水平或垂直布置的、在省煤器中來回折返的蛇形管。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管道的來回折返的布置在省煤器的縱向、垂直、對角或水平的軸或方向上偏置，或者所述的布置以這些定向方式的組合方式偏置。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過增大流過至少一個管狀結(jié)構(gòu)中的給水流量，和通過減小流過剩余管狀結(jié)構(gòu)中的給水流量來減小從氣流中傳遞的熱量，其中流過省煤器的給水的總流量保持基本不變。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，氣流的流路與給水流是交叉的和/或順流的。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，管道的來回折返的布置在省煤器的縱向軸或方向上延伸或伸展。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第一溫度傳感器，其安裝在省煤器氣體入口和/或出口，用于測量入口和出口氣體溫度；流量計，用于測量流過管狀結(jié)構(gòu)的給水流量；第二溫度傳感器，用于測量管狀結(jié)構(gòu)入口和出口的給水溫度；以及多個控制閥，用于調(diào)節(jié)流過管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，其中所述第一和第二溫度傳感器、流量計和控制閥與所述的控制系統(tǒng)信號連通。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一和第二溫度傳感器和流量計被定位和校準(zhǔn)以將適當(dāng)?shù)臏y量值提供給控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)省煤器的傳熱率。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，省煤器的傳熱率通過一種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，該方法包括步驟選擇適當(dāng)?shù)墓軤罱Y(jié)構(gòu)；以及控制流過選定的管狀結(jié)構(gòu)的給水流速。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，控制系統(tǒng)配置成保持期望的最佳溫度，而不管鍋爐負(fù)荷或氣流溫度的變化。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，保持期望的最佳溫度不需要將鍋爐產(chǎn)生的氣流旁通。
12.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，管狀結(jié)構(gòu)定位成彼此相鄰、并排但不重疊的關(guān)系。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個管狀結(jié)構(gòu)具有不同的傳熱能力。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，管狀結(jié)構(gòu)具有各不相同的傳熱特性。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，出口集管具有擋板部件，所述擋板部件用于在給水從出口集管離開之前促進(jìn)來自管狀結(jié)構(gòu)的給水的混合。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，至少一個管狀結(jié)構(gòu)在單個管道的入口和出口中的一個或兩個位置設(shè)置有噴嘴部件，用于提供附加的壓降以均衡所述的管狀結(jié)構(gòu)中每個管道之間的流量分配。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，下游裝置包括選擇性催化反應(yīng)器部件、空氣加熱器、微粒去除裝置和煙氣脫硫裝置中的至少一種。
18.一種方法，用于將被引導(dǎo)進(jìn)入下游裝置的氣流溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，或保持在期望的溫度，所述的下游裝置位于省煤器的下游，并且與省煤器流體連通，該方法包括在省煤器中設(shè)置至少兩個管狀結(jié)構(gòu)，所述的管狀結(jié)構(gòu)與氣流流路呈交叉和/或逆流換熱的關(guān)系，省煤器具有煙道入口和煙道出口，每個管狀結(jié)構(gòu)具有給水入口和給水出口，兩個管狀結(jié)構(gòu)的出口都與出口集管連接，每個管狀結(jié)構(gòu)的入口都與獨立的入口集管連接，監(jiān)控?zé)煹廊肟诨驘煹莱隹诘臍怏w溫度、給水入口和給水出口的給水溫度、以及流過省煤器的給水流量；并且基于測量得到的溫度和流量，控制通過每個管狀結(jié)構(gòu)傳輸?shù)慕o水流量，以提供具有復(fù)合傳熱能力的管狀結(jié)構(gòu)，該復(fù)合傳熱能力將有效地使氣體溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)或保持在期望的溫度，其中通過增大流過至少一個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量和減小經(jīng)過其余管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，來減小管狀結(jié)構(gòu)的傳熱能力。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，每個管狀結(jié)構(gòu)都包括多個水平或垂直布置的、在省煤器中來回折返的蛇形管。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述管道的來回折返的布置在省煤器的縱向、垂直、對角或水平的軸或方向上偏置，或者所述布置以這些定向方式的組合方式偏置。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，氣流的流路與給水流是交叉的和/或順流的。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，管道的來回折返的布置在省煤器的縱向軸或方向上延伸或伸展。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，管狀結(jié)構(gòu)定位成彼此相鄰、并排且不重疊的關(guān)系。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，每個管狀結(jié)構(gòu)具有不同的傳熱能力。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，管狀結(jié)構(gòu)具有各不相同的傳熱特性。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，包括引導(dǎo)煙氣流進(jìn)入下游裝置，所述下游裝置包括選擇性催化反應(yīng)器部件、空氣加熱器、微粒去除裝置和煙氣脫硫裝置中的至少一種。
27.一種系統(tǒng)，用于將被引導(dǎo)進(jìn)入下游裝置的煙道或燃燒氣流的溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)，或保持在期望的溫度，該系統(tǒng)包括省煤器，所述省煤器位于所述下游裝置的上游，并且與所述下游裝置流體連通，其中所述省煤器包括至少兩個管狀結(jié)構(gòu)，所述的兩個管狀結(jié)構(gòu)與鍋爐產(chǎn)生的氣流的流路以交叉和/或逆流換熱的關(guān)系布置，還具有煙道入口和煙道出口，鍋爐，所述鍋爐位于所述省煤器的上游，并與所述省煤器流體連通，每個管狀結(jié)構(gòu)都具有給水入口和給水出口，兩個管狀結(jié)構(gòu)的出口都與出口集管連接，每個管狀結(jié)構(gòu)的入口都與獨立的入口集管連接，并且還具有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置成獨立地控制流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，同時使流經(jīng)省煤器的給水的總流量基本保持穩(wěn)定，以及流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量通過一種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方式是基于比例或偏置流速指令信號，從氣流中傳遞適當(dāng)量的熱量以將氣流溫度保持在期望的溫度范圍內(nèi)或保持在期望的溫度，所述的指令信號是作為測量到的省煤器給水流量的函數(shù)產(chǎn)生的。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，包括用于將測量到的至少一個管狀結(jié)構(gòu)中的流速與比例或偏置流速指令信號進(jìn)行比較的裝置，用于確定在指令信號流速和測量到的流速之間是否存在差異的裝置，以及控制閥裝置，所述的控制閥裝置響應(yīng)所述的差異以調(diào)整流過至少一個管狀結(jié)構(gòu)的給水流動。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，包括指令信號發(fā)生器裝置，用于產(chǎn)生比例或偏置流速指令信號，該流速指令信號是測量到的省煤器給水流量以及鍋爐中被燃燒的燃料類型的函數(shù)。
30.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)鍋爐是否處于較低、中等或較高的運行范圍內(nèi)，所述控制系統(tǒng)確定是否控制流過每個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量，同時使流過省煤器的給水總流量基本保持不變，以便從氣流中傳遞適當(dāng)量的熱量從而使氣流保持在期望的溫度范圍內(nèi)或保持在期望的溫度。
全文摘要
一種氣體溫度控制系統(tǒng)，其用于在鍋爐負(fù)荷的一定范圍內(nèi)保持期望的省煤器出口氣體溫度，該系統(tǒng)包括多個具有與煙氣接觸的表面的管狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，每個管狀結(jié)構(gòu)具有多個水平或垂直布置的、在省煤器中來回折返的蛇形管或縱管，并且每個管狀結(jié)構(gòu)具有獨立的給水入口。通過控制流過管狀結(jié)構(gòu)的給水流速實現(xiàn)從煙氣中傳遞熱量。在具有兩個管狀結(jié)構(gòu)的溫度控制系統(tǒng)中，可以通過減小流過一個管狀結(jié)構(gòu)的給水流量同時使另一個管狀結(jié)構(gòu)溢流，從而經(jīng)過省煤器的給水總流量大體上保持不變，如此來減小省煤器的總體傳熱能力，從而在鍋爐負(fù)荷較低時保持期望的省煤器出口氣體溫度。進(jìn)入省煤器的給水流速可以用于加入/分離省煤器水流內(nèi)部的比例或偏置系統(tǒng)。
文檔編號F22D1/12GK101074771SQ20071012666
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者M·J·阿爾布雷克特, J·S·布洛斯, S·V·弗蘭斯塞羅, M·J·麥格雷戈 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司