一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用，尤其是針對負荷變動頻繁的一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置。包括至少一個緩沖水箱（1），緩沖水箱（1）底部一側設有間斷性給水入口（11），緩沖水箱（1）底部另一側設有與循環(huán)水泵（2）一側連接的連續(xù)循環(huán)冷水出口（13），循環(huán)水泵（2）的另一側連接換熱器（3）進口，換熱器（3）出口連接緩沖水箱（1）頂部另一側的連續(xù)循環(huán)熱水入口（14），緩沖水箱（1）頂部一側設有間斷性給水出口（12）。本實用新型余熱回收利用裝置對原有系統(tǒng)整體節(jié)能效率可達到9%以上。
【專利說明】一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用，尤其是針對負荷變動頻繁的蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置。

【背景技術】
[0002]生產企業(yè)中大量采用工業(yè)燃氣鍋爐來提供蒸汽熱源，由于其運行靈活，操作簡單及適應性強等特點，這些工業(yè)燃氣鍋爐在實際應用中會根據(jù)生產工藝的需要，造成啟停及負荷變化較為頻繁的情況，而運行工況的不穩(wěn)定會影響到尾部排煙量的變化，同時也造成鍋爐給水速率的變化。熱源流量的不穩(wěn)定性，對煙氣余熱回收系統(tǒng)的控制方法、以及回收裝置的設計提出了更高的要求。
[0003]作為一種以改造為主的余熱回收技術，需保證在設備投運前后不會對原有的設備和工藝造成明顯的影響，且能在設備出現(xiàn)故障后及時的切換或還原到原有的系統(tǒng)，保證原有系統(tǒng)的正常運行，因此，改造工藝最好在以原有的煙道中接支管旁通的方法引出鍋爐煙氣，同時保證煙氣在換熱設備及管道中所受到的阻力不至于比原有的煙道及管道阻力更大，這要求對換熱器阻力設計上有嚴格要求，否則出現(xiàn)“阻滯”作用，甚至引起爐膛在停止燃燒時，爐內殘留的高溫煙氣經由燃燒器入口，嚴重影響到燃燒器設備的安全運行，即合理設計換熱器煙氣側阻力也是其中的關鍵參數(shù)之一，這樣不僅可以省去額外的增加引風機等設備的投資，還可以簡化系統(tǒng)組成，提高系統(tǒng)的整體可靠性。
[0004]基于成本因素及便利性方面的考慮，對于很多小型的燃氣鍋爐，其除氧器給水的加熱經常采用鍋爐蒸汽，這從能量的利用效率來看是不符合能量的梯級利用原則，存在著高品位能源的浪費，如果采用熱能品位更低的煙氣余熱來加熱除氧器給水，將給水由常溫提升到盡可能高的溫度(這視排煙溫度而定，通?？刂圃诓怀^100°c)，這就可以大大減少甚至完全取代原有的鍋爐蒸汽加熱工藝，通過節(jié)省下來的加熱蒸汽實現(xiàn)系統(tǒng)整體能源利用率的提高，針對現(xiàn)有技術中對象的煙氣溫度通常在200°c左右，而給水溫度入口在5?25°C左右(視季節(jié)而定)，加熱后升溫到95°C左右，當入口水溫較低時可能出現(xiàn)煙氣中的水蒸汽冷凝，可充分挖掘煙氣中的潛熱，實現(xiàn)能量利用效率的最大化。
[0005]蒸汽鍋爐負荷的調整，會產生煙氣溫度、流量的波動，以及給水流率的變化，由于煙氣排出時間與給水時間不是完全同步，如何更好的化解能量在釋放及吸收時間上的矛盾，在很大程度上決定了該余熱回收系統(tǒng)能否實現(xiàn)其能量回收效率的最大化。針對系統(tǒng)運行負荷有一定波動的特點，需研發(fā)一種針對負荷變動頻繁的蒸汽鍋爐煙氣余熱回收的利用方法及裝置，以實現(xiàn)該類型系統(tǒng)余熱的高效回收。
[0006]綜上，現(xiàn)有技術中存在如下需解決的幾個技術問題:1、余熱回收系統(tǒng)能解決煙氣熱流量與給水需熱量在時間上的不同步問題；2、換熱器的煙道阻力小于原有煙囪及煙道的總阻力；3、通過煙氣余熱回收來加熱給水溫度，提高鍋爐系統(tǒng)能量利用率；4、運行時不影響原有設備及工藝流程；5、余熱回收系統(tǒng)與原有系統(tǒng)可以順暢切換；6、余熱回收系統(tǒng)結構及控制邏輯簡單可靠，且設備易維護檢修等。


【發(fā)明內容】

[0007]針對上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題，結合實際工程及工藝的要求，本發(fā)明提出一種針對在負荷變動頻繁情況下的蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其目的是當鍋爐運行負荷經常受工藝需求而變化時，如何將其排出的煙氣余熱回收并提供給同樣存在流量波動、且時間上不同步的給水，通過提高加熱給水溫度，減少加熱給水的蒸汽消耗量，進而提高鍋爐系統(tǒng)的能源利用效率，提高用戶的經濟效益，達到節(jié)約成本，降低能耗的目的。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，采取了如下的技術方案:
[0009]一種燃氣鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，包括至少一個緩沖水箱1，緩沖水箱I底部一側設有間斷性給水入口 11，緩沖水箱I底部另一側設有與循環(huán)水泵2 —側連接的連續(xù)循環(huán)冷水出口 13，循環(huán)水泵2的另一側連接換熱器3進口，換熱器3出口連接緩沖水箱I頂部另一側的連續(xù)循環(huán)熱水入口 14，緩沖水箱I頂部一側設有間斷性給水出口 12。
[0010]進一步的，所述緩沖水箱I箱體內部采用橫隔板錯位式層片結構。緩沖水箱I的內部結構是由:平行隔板10，間斷性給水入口 11，間斷性給水出口 12，連續(xù)循環(huán)冷水出口 13，連續(xù)循環(huán)熱水入口 14，箱體15，箱支撐腳16，排污口 17，箱支撐腳底板18，安全閥接口 19組成，其中平行隔板10是以錯位的結構形式設置。以確保緩沖水箱內水在流動過程中維持明顯的冷熱水界面，減少冷熱水之間的對流及混合。
[0011]進一步的，所述的換熱器3是翅片式換熱器。
[0012]進一步的，所述的換熱器3—端連接原有設備的鍋爐尾部煙道41，另一端連接旁通煙道31。
[0013]進一步的，在上述鍋爐尾部煙道41中設有控制煙氣流通的煙道擋板42。
[0014]本發(fā)明同時提出一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用方法，采用在余熱回收管路系統(tǒng)及原有給水管網中設置緩沖水箱1，解決煙氣熱量與給水加熱量在時間上的不同步技術問題。
[0015]進一步的，采用上述燃氣鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，常溫給水經緩沖水箱I底部一側設有間斷性給水入口 11進入緩沖水箱底層，從緩沖水箱I底部另一側的連續(xù)循環(huán)冷水出口 13通過循環(huán)水泵2進入換熱器3換熱，換熱器出口高溫回水通過緩沖水箱I頂部另一側的連續(xù)循環(huán)熱水入口 14進入緩沖水箱1，高溫水通過緩沖水箱I頂部一側設有的間斷性給水出口 12流出。所述的換熱器3 —端連接鍋爐尾部煙道41，根據(jù)實際循環(huán)水出口溫度的變化，調整循環(huán)水泵2的頻率參數(shù)，實現(xiàn)吸放熱工質能量在時間上的同步控制。
[0016]進一步的，所述常溫給水從補給來水箱6經補給水泵62、通過緩沖水箱I底部一側設有間斷性給水入口 11進入緩沖水箱底層。
[0017]本發(fā)明通過緩沖水箱I可減少冷熱水混合，實現(xiàn)冷熱流體交界面的相對穩(wěn)定，冷熱工質分界面的相對移動位置受循環(huán)水泵2與補給水泵62的流量差控制。
[0018]循環(huán)水栗2轉動頻率由換熱器3出口水溫反饋控制。
[0019]進一步的，所述通過緩沖水箱I頂部一側設有的間斷性給水出口 12流出的高溫水經管道通入原有燃氣鍋爐設備中的除氧器5，通過管道開口外接大氣壓。補給水泵62給水受除氧器5液面高度控制。進除氧器蒸汽管路51中加熱蒸汽流量受除氧器5水溫反饋控制。
[0020]本發(fā)明可根據(jù)換熱器出口水溫調整循環(huán)水泵頻率，以充分利用煙氣余熱并提高回水溫度，采用橫隔板錯位式層片結構的緩沖水箱來實現(xiàn)冷熱流體工質的有效分層，并通過冷熱交界面的移動來實現(xiàn)冷熱工質在緩沖水箱內所占比例，最終解決冷熱工質吸放熱的不同步問題。通過該控制系統(tǒng)，不僅可以很好的平衡冷熱工質能量流率的波動，而且經濟高效的回收煙氣中的余熱，達到節(jié)約燃料，降低能耗的目的。
[0021]對于給水系統(tǒng)回路，當給水泵工作時，泵出的冷水通過底部進入緩沖水箱內，擠壓緩沖水箱頂部熱水進入除氧器，由于冷熱水分層明顯，故進入除氧器的水溫通?？煞€(wěn)定在較高溫度，具體視給水量大小及燃燒負荷而定(通常在75、8°C范圍內波動)，比不采用余熱回收時的常溫給水有了明顯的溫升，有效的降低了鍋爐蒸汽在除氧器中的消耗量，提高了蒸汽資源的利用率，節(jié)約了能源資源。
[0022]本發(fā)明將換熱器循環(huán)水溫度的高低作為反饋信號，采用變頻器控制水泵運行速率，調節(jié)循環(huán)水量，保證能量及時而充分的回收。當煙氣量較大時，提高循環(huán)水泵的頻率，即增大循環(huán)水量，將煙氣中的能量盡可能多的通過換熱器熱交換而存儲在返回緩沖水箱的回水中；而當煙氣量較小時，則通過變頻器控制降低水泵運轉頻率，減少進入換熱器內的冷卻工質，一方面保證換熱器出口回水溫度盡可能提高(原則上不超過沸點)，同時保證排煙溫度盡可能低，即在循環(huán)水回路中，始終盡可能多的回收煙氣中的余熱。
[0023]本發(fā)明為了不額外增加系統(tǒng)的引風機或鼓風機設備，充分考慮換熱器的煙氣阻力，以使新設備的運行不會對原有設備產生明顯的煙氣排出阻力，減少對原有燃燒參數(shù)及運行工藝的影響，簡化了熱回收系統(tǒng)的結構，提高了系統(tǒng)的安全性和經濟性。
[0024]本發(fā)明采用開支路并結合煙道擋板的開關來實現(xiàn)煙氣流的控制，采用翅片管式強化換熱技術來提高氣-液換熱效率。
[0025]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0026](I)系統(tǒng)通過盡量降低排煙出口溫度來滿足煙氣余熱最大程度的回收，提高進入除氧器中的給水溫度，有利于提高鍋爐系統(tǒng)的整體熱經濟性和能源使用效率；
[0027](2)系統(tǒng)采用帶緩沖儲存能力的緩沖水箱，解決了熱工質與冷工質在吸放熱時間上的不同步問題，系統(tǒng)適應變負荷和抗擾動的能力大大增強，運行參數(shù)更加平穩(wěn)；
[0028](3)用換熱器出口水溫作為反饋信號來控制循環(huán)水泵的頻率，以保證在系統(tǒng)安全運行的前提下盡可能多的回收煙氣余熱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用方法的示意圖。
[0030]圖2為本發(fā)明一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置的示意圖。
[0031]圖3為本發(fā)明一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置的緩沖水箱示意圖。
[0032]圖中:I為緩沖水箱，10為平行隔板，11為間斷性給水入口，12為間斷性給水出口，13為連續(xù)循環(huán)冷水出口，14為連續(xù)循環(huán)熱水入口，15箱體，16箱支撐腳，17排污口，18箱支撐腳底板，19安全閥接口，2為循環(huán)水泵，3為換熱器，31為旁通煙道，4為燃氣鍋爐，41為鍋爐尾部煙道，42為煙道擋板，5為除氧器，51為進除氧器蒸汽管路，52為進除氧器熱水管道，53為鍋爐給水泵,6為補給水水箱,61為補給來水管道，62為補給水泵。

【具體實施方式】
[0033]結合圖1和圖2對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。
[0034]原先的系統(tǒng)包括燃氣鍋爐4、連通的鍋爐尾部煙道41，除氧器5和鍋爐給水泵53，補給水水箱6，補給水泵62。本發(fā)明一種負荷變動頻繁的蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置的示意圖如圖2所示，包括一個緩沖水箱1，緩沖水箱I底部一側設有間斷性給水入口 11，緩沖水箱I底部另一側設有與循環(huán)水泵2 —側連接的連續(xù)循環(huán)冷水出口 13，循環(huán)水泵2的另一側連接換熱器3進口，換熱器3出口連接緩沖水箱I頂部另一側的連續(xù)循環(huán)熱水入口14，緩沖水箱I頂部一側設有間斷性給水出口 12。
[0035]所述的換熱器3是翅片式換熱器，一端連接原有設備的鍋爐尾部煙道41，另一端連接旁通煙道31。在鍋爐尾部煙道41中設有控制煙氣流通的煙道擋板42。
[0036]所述常溫給水從補給來水箱6經補給水泵62、通過緩沖水箱I底部一側設有間斷性給水入口 11進入緩沖水箱底層。
[0037]本發(fā)明通過緩沖水箱I可減少冷熱水混合，實現(xiàn)冷熱流體交界面的相對穩(wěn)定，冷熱工質分界面的相對移動位置受循環(huán)水泵2與補給水泵62的流量差控制。根據(jù)實際煙氣熱流量的變化，調整循環(huán)水泵2的頻率參數(shù)，實現(xiàn)吸放熱工質能量在時間上的不同步控制。
[0038]新增加的旁通煙道31為原有煙道41的支路，結合煙道擋板42可將煙氣引入含有換熱器的旁通煙道進行熱交換，而當現(xiàn)有設備出現(xiàn)故障時，則將煙道擋板42打開，則可實現(xiàn)平穩(wěn)切換到原有的排煙系統(tǒng)，不會造成額外的影響。換熱器由翅片管式氣水換熱單元組成，為了實現(xiàn)對煙氣余熱的充分利用，本系統(tǒng)通過換熱器出口水的溫度作為反饋信號，并通過變頻器來調節(jié)循環(huán)水泵2的轉動頻率來控制循環(huán)回路的水流量，經換熱器出來的高溫熱水通入緩沖水箱I的上端，水箱上端另一側通過管道與除氧器5入口相連，而鍋爐蒸汽耗量則經由除氧器水溫的反饋信號來控制，經除氧后的水再通過給水泵53進入鍋爐產生蒸汽。
[0039]對于循環(huán)水泵2來說，其運行主要由兩個反饋參數(shù)來進行控制，即換熱器出口水溫以及煙氣出口溫度。當水溫升高或者超過高位報警值時，控制系統(tǒng)可通過變頻器提高循環(huán)水泵的轉動頻率來增加循環(huán)水量的供應，從而避免出口水溫過高，當出口水溫偏低時，則通過調低循環(huán)水泵2轉動頻率來降低循環(huán)水量；同樣，當煙氣溫度偏高時，在保證換熱器出口水溫不超過限定值時，通過提高循環(huán)水量來實現(xiàn)排煙溫度的下降，以實現(xiàn)余熱回收能量的最大化。在這兩種控制參數(shù)中，優(yōu)先選用換熱器出口水溫參數(shù)控制，以確?；厥障到y(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，在此基礎上，充分利用余熱，降低出口煙溫，提高煙氣余熱的整體回收效率，且保證出口水溫能穩(wěn)定在一個相對較小的范圍內。
[0040]對緩沖水箱I來說，當補給水泵62開啟補水時，常溫冷水會通過緩沖水箱I底部進入，并擠壓水箱上端熱水向除氧器5流動，該過程表現(xiàn)為冷水進緩沖水箱1，而儲存在水箱上端中的熱水進入除氧器5 ;而無論是否發(fā)生補水，進入緩沖水箱I中的冷水都會經由循環(huán)水泵2導入換熱器3進行加熱，產生熱水并儲存在緩沖水箱I上端，實際上通過緩沖水箱I中冷熱水分界面的上下移動來實現(xiàn)輸入與輸出過程中能量的平衡。
[0041]本發(fā)明的煙氣余熱回收系統(tǒng)裝置已應用于某不銹鋼生產企業(yè)，該公司有兩臺容量分別為4噸/小時和6噸/小時的燃氣鍋爐，改造前其煙氣排放溫度為20(T22(rC，進除氧器給水溫度為常溫，每天為了加熱除氧器給水所消耗的蒸汽量約為8噸/天。改造后，換熱器煙氣出口排煙溫度約40 V，除氧器給水溫度升高到80 °C左右，并完全關閉了蒸汽加熱的電動閥門，余熱回收系統(tǒng)對整體節(jié)能效率達到了 9.3%，取得了明顯的經濟效益。
[0042]本發(fā)明主要應用于燃氣鍋爐中煙氣余熱的深度回收，以及負荷變動頻繁及間斷性給水的相關【技術領域】。
【權利要求】
1.一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其特征在于，包括至少一個緩沖水箱(I)，緩沖水箱(I)底部一側設有間斷性給水入口( 11 )，緩沖水箱(I)底部另一側設有與循環(huán)水泵(2)一側連接的連續(xù)循環(huán)冷水出口(13)，循環(huán)水泵(2)的另一側連接換熱器(3)進口，換熱器(3)出口連接緩沖水箱(I)頂部另一側的連續(xù)循環(huán)熱水入口( 14)，緩沖水箱(I)頂部一側設有間斷性給水出口(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其特征在于，所述緩沖水箱(I)箱體內部采用橫隔板錯位式層片結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其特征在于，所述的換熱器(3)是翅片式換熱器。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其特征在于，所述的換熱器(3)—端連接原有設備的鍋爐尾部煙道(41)，另一端連接旁通煙道(31)。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種蒸汽鍋爐煙氣余熱回收利用裝置，其特征在于，在所述鍋爐尾部煙道(41)中設有控制煙氣流通的煙道擋板(42 )。
【文檔編號】F22D1/50GK203963906SQ201420283266
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】陸方, 林鵬云, 吳文廣, 金俊 申請人:上海匯閔能源科技有限公司