用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统.pdf

本发明涉及用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统。一种用于蒸汽发电装置的水再循环系统，包括从下降管接收水的分支管线，以及从该分支管线接收水并且将水输送至节热器的节热器连接部。

1.   一种用于蒸汽发电装置的水再循环系统，所述蒸汽发电装置产生燃烧废气，所述蒸汽发电装置还采用布置在所述燃烧废气内的节热器，所述水再循环系统包括：
分支管线，其从下降管接收被加热的水；以及
节热器连接部，其当需要时从所述分支管线接收被加热的水，并且将所述被加热的水仅仅输送至节热器入口，在所述节热器入口处，所述被加热的水与冷的节热器给水混合；
连接至所述节热器连接部的再循环泵，其适于当需要增加所述燃烧废气的温度时泵送所述被加热的水通过所述节热器连接部至所述节热器；
其中，当不需要增加所述燃烧废气的温度时，所述再循环系统被关闭以停止所述被加热的水流动通过所述节热器连接部。

2.   如权利要求1所述的水再循环系统，其中，当所述蒸汽发电装置运作在最大连续出力(MCR)情形下时，所述水再循环系统被关闭。

3.   如权利要求1所述的水再循环系统，进一步包括：
设置在所述分支管线与所述节热器连接部之间的收集歧管。

4.   如权利要求1所述的水再循环系统，其中：
所述再循环泵设置在所述分支管线与所述节热器连接部之间。

5.   如权利要求4所述的水再循环系统，其中，所述节热器连接部包括设置在所述再循环泵与所述节热器之间的控制阀。

6.   如权利要求5所述的水再循环系统，其中，所述节热器连接部包括设置在所述控制阀与所述节热器之间的止回阀。

7.   如权利要求4所述的水再循环系统，进一步包括：
多个隔离阀，其包括设置在所述分支管线与所述再循环泵之间的第一截止阀和设置在所述再循环泵与所述节热器之间的第二截止阀。

8.   一种蒸汽发电装置，包括：
用于产生燃烧废气的炉，其包括在其中对水进行加热的多个水冷壁；
汽包，其与所述多个水冷壁流体连通；
至少一个下降管，其从所述汽包提供被加热的水至所述炉的水冷壁；
布置在所述燃烧废气内的节热器；
分支管线，其从所述至少一个下降管接收被加热的水；以及
节热器连接部，其从所述分支管线接收被加热的水，并且将所述被加热的水仅仅输送至节热器入口，在所述节热器入口处，所述被加热的水与冷的节热器给水混合；
连接至所述节热器连接部的再循环泵，其适于当需要增加所述燃烧废气的温度时泵送所述被加热的水通过所述节热器连接部至所述节热器；
其中，当不需要增加所述燃烧废气的温度时，所述再循环系统被关闭以停止所述被加热的水流动通过所述节热器连接部。

9.   如权利要求8所述的水再循环系统，其中，当所述蒸汽发电装置在最大连续出力(MCR)情形下运作时，所述水循环系统被关闭。

10.   如权利要求8所述的蒸汽发电装置，进一步包括：
设置在所述分支管线与所述节热器连接部之间的收集歧管。

11.   如权利要求8所述的蒸汽发电装置，其中：
所述再循环泵设置在所述分支管线与所述节热器连接部之间。

12.   如权利要求11所述的蒸汽发电装置，其中，所述节热器连接部包括设置在所述再循环泵与所述节热器之间的控制阀。

13.   如权利要求12所述的蒸汽发电装置，其中，所述节热器连接部包括设置在所述控制阀与所述节热器之间的止回阀。

14.   如权利要求11所述的蒸汽发电装置，进一步包括：
多个隔离阀，其包括设置在所述分支管线与所述再循环泵之间的第一截止阀和设置在所述再循环泵与所述节热器之间的第二截止阀。

15.   一种控制蒸汽发电装置的后端气体温度的方法，所述方法包括：
将被加热的水从下降管转移到分支管线；以及
当需要增加所述后端气体温度时，将所述被加热的水从所述分支管线仅仅输送到节热器；
将来自于所述分支管线的被加热的水与冷的节热器给水合并在一起；以及
当不需要增加所述后端气体温度时，关闭再循环系统以停止所述被加热的水流动通过所述节热器连接部。

16.   如权利要求15所述的方法，其中，关闭再循环系统包括当所述蒸汽发电装置在最大连续出力(MCR)情形下运作时，关闭所述再循环系统。

17.   如权利要求15所述的方法，进一步包括：
在将水从所述分支管线输送到所述节热器之前，对所述水进行收集。

18.   如权利要求15所述的方法，其中，将水从所述分支管线输送到节热器包括通过再循环泵对所述水进行泵送。

19.   如权利要求18所述的方法，进一步包括：
利用控制阀控制从所述再循环泵到所述节热器的水流。

20.   如权利要求15所述的方法，进一步包括：
改变现有节热器的表面积，以形成将所述水从所述分支管线输送到其中的节热器。

用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统
本申请是于2008年3月27日提交的已进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为200880010995.2，国际申请号为PCT/US2008/058389，发明名称“用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统”)的分案申请。
技术领域
本公开主要涉及一种水再循环系统，尤其是涉及一种用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统。
背景技术
管理发电装置排放的日益严格的规范将迫使发电装置经营者全年都要运行选择性催化还原(SCR)系统以减少氮氧化物(NOx)的排放。目前，大多数发电装置仅仅在“臭氧季”期间，即从五月到九月的必须特别小心控制臭氧排放的期间，使用其SCR系统。
臭氧季对应于发电装置以最大生产能力运行的电力需求峰值期。因此，现有的SCR系统被设计成在窄的排气温度范围内运作，该排气温度对应于以最大生产能力，也就是公知的最大连续出力(MCR)运作的发电装置达到的排气温度。例如，SCR系统可具有满负荷下的约700°F的最高运作温度，以及用于催化运作的约620°F的最低运作温度。最高和最低的SCR运作温度的差值限定了发电装置的SCR控制范围。在低负荷下，发电装置产生的废气温度可能只有580°F，明显处于SCR控制范围之外。
当发电装置在低于其MCR下运作(例如，在低负荷下)时，其排气温度相应降低。许多发电装置一年中有6或7个月在低于MCR下运作。这就产生了一个问题，一年中的大多数时间里，发电装置不会产生处于其现有SCR系统所需的相对狭窄的温度范围内的排放气体。
为了符合更加严格的臭氧规范，一种方法是用被设计成在对应于各发电装置输出水平的较宽温度范围内运作的新系统代替现有的SCR系统。然而，安装新系统将意味着大量的资金投入，新系统将远远大于现有系统(达到大于一个数量级)，并且将需要大规模的、通常难实行的改造设计修改。
为了避免必须安装新的SCR系统，提出了各种方法使发电装置即使在负荷减小下运作时，排气温度也保持在现有SCR系统的范围内。这些方法包括节热器(economizer)表面再处理、气体旁通系统、以及分离式节热器，上述所有方法都存在各自的实质性设计限制和资金限制。
日益严格的规范不断给电力企业施加压力以减少发电装置排放。替换现有的具有受限运作条件的SCR系统，对于大多数发电装置来说不具备经济可行性。此外，上文所述的对现有发电装置的改造因为其空间需求和高的维护及安装费用而经常产生问题。因此，需要对现有发电装置的改造更经济和更有空间效率的改进措施。
发明内容
根据本文示出的方面，提供了一种用于蒸汽电厂的水再循环系统，包括：从下降管接收水的分支管线，以及从分支管线接收水并且把水输送至节热器的节热器连接部。
根据本文示出的其它方面，提供了一种蒸汽发电装置，包括；具有多个水冷壁的炉；与该多个水冷壁流体连通的汽包；从汽包延伸的至少一个下降管；从该至少一个下降管接收水的分支管线；以及从该分支管线接收水并且把该水输送至节热器的节热器连接部。
根据本文示出的其它方面，提供了一种控制蒸汽发电装置后端气体温度的方法，该方法包括；将水从下降管转移到分支管线，并且将水从该分支管线输送到节热器。
上文所述的特征和其它特征通过下文的附图和详细描述得以示例。
附图说明
现在参照作为示例性实施例的附图，附图中同样的元件标记相同：
图1是包括了根据本发明的一个示例性实施例的适于使用的水再循环系统的发电装置的示意图；
图2是根据一个示例性实施例所配置的、图1示出的水再循环系统的放大图；
图3是图1示出的水再循环系统的一个可替代实施例的放大图；和
图4是图1示出的水再循环系统的又一可替代实施例的放大图。
具体实施方式
本文公开了水再循环系统的示例性实施例，该水再循环系统使亚临界压力自然循环式锅炉(natural and subcritical pressure boilers)的操作者能控制排气温度，尤其是在负荷小于最大连续出力(MCR)时，从而使后端设备可以运作在使性能最优化的合适的气体温度范围内。
参照图1，其图示了包括根据本发明的一个实施例的适于使用的水再循环系统的发电装置的示意图。特别的，发电装置包括燃烧燃料从而产生被加热的废气的炉100。炉100包括多个沿着其内部延伸的水冷壁(未显示)。炉100将来自燃料燃烧和废气中的热传递给流过水冷壁的水。然后被加热的水流向汽包110，蒸汽在那里被分离。该蒸汽被输送至发电设备(未显示)或进一步加热设备，例如过热器(未显示)。余下的被加热的水向下流入下降管120并且返回到多个水冷壁。在一个示例性实施例中，水被锅炉循环泵130向下泵送至下降管120。可替代的示例性实施例，例如当锅炉是自然循环锅炉时，包括省去锅炉再循环泵130的配置。下降管120可以是将水从汽包110输送至炉100以完成到炉100的循环的任意管道或管子。
被加热的废气从炉100流到对流通道140。然后废气将能量传递至设置在对流通道140中的节热器150。传递至节热器150的能量多少取决于若干因素，这些因素包括，例如，节热器150的表面积和流经节热器150的流体温度。节热器150的主要作用是在将从发电设备返回的水送入汽包110之前加热该水。从发电设备返回的水被称为节热器给水。废气通过向节热器150传递能量而被冷却。为了便于维护或其它目的，节热器150还包括给能够控制流到节热器150的水流的给水截止阀160。节热器150可以是任意的热交换装置，用于在将从发电设备回来的水送回炉100之前加热该水。在一个示例性实施例中，节热器150是沿着对流通道140的边缘设置的紧密缠绕的管束。
被冷却的废气接着流入后端设备，例如选择性催化还原(SCR)系统170，在那里除去氮氧化物(NOx)。如上所述，安装在大多数现有发电装置中的SCR系统170被设计成仅仅在对应于炉100在最大连续出力或者接近最大连续出力(MCR)下运作时的对流通道140的排气温度的温度范围内运作。这就产生了一个问题，即，当炉100在远低于MCR的负荷下运行时也必须除去氮氧化物。
因此，图1中的发电装置可以被改造为包括如下所述的水再循环系统200。然而，包含水再循环水系统200不局限于改造发电装置；新发电装置也可以将水再循环系统200作为其原始设计的一部分进行建造。
现在参照图1和图2，再循环水系统200的示例性实施例包括，把水从下降管120转移至收集歧管220的分支管线210。来自下降管的水处于饱和温度或略低于饱和温度(例如，压力约2850 psig时温度为688°F)。
再循环泵230将水从分支管线210通过节热器连接部240泵送至节热器150的入口180。为了便于维护，再循环泵230可以被一对截止阀250隔离。这使得即使移走再循环泵230，发电装置也能够运作。在一个示例性实施例中，节热器连接部240可以用与下降管120和分支管线210基本一样的材料制成。
来自节热器连接部240的处于饱和温度或接近于饱和温度的水，与从发电设备返回的较冷的节热器给水在进入节热器150的入口180时进行混合。可替换的示例性实施例包括这样的结构，即，该混合发生在节热器150本体内，或者发生在沿着包含节热器给水的管道的任意处。通过混合这两种流体，输入节热器150的水的温度增加，这反过来减少了从周围废气吸收的能量。节热器150根据流经该节热器的水流与外部废气之间的对数平均温差来吸收能量。当节热器150中的水的温度增加时，节热器150从废气中吸收的能量减少。结果节热器的排气温度升高。
当发电装置在低于MCR的负荷下运行时，水再循环系统200防止节热器150将废气冷却到超出SCR系统170的最低运作温度。
控制阀260可以沿节热器连接部240设置，并且可以被打开或关闭到不同程度，以便控制进入到节热器150的入口180的水流。控制阀260能够精确控制沿着节热器连接部240行进的再循环水量，因此也能精确控制节热器的排气温度。因为节热器排气温度可以被精确控制，所以水再循环系统200可以在不同的发电装置运行负荷下运作。在一个示例性实施例中，当发电装置以MCR运作时，水再循环系统200关闭。根据本实施例的水再循环系统200的另一个优点在于几乎不使用移动部件即可完成对废气温度的控制。此外，任何被使用的移动部件可以相对容易的被置换。还有，根据本实施例的水再循环系统200能够控制后端气体温度，而不需要昂贵的管道系统改造来变更废气线路。
止回阀270，又名逆止阀，也可以沿着节热器连接部240设置，以及防止当水再循环系统200关闭时水从节热器150回流到下降管120。止回阀270也可以在一些故障情况下(例如，热水再循环泵230失效时)防止沿节热器连接部240的回流。
总体上参照图3、图4，根据本发明另外的示例性实施例，水再循环系统200可以结合另一后端气体温度控制技术(例如，改变节热器150的表面积)来使用。多种后端气体温度控制方法的使用给发电装置设计者和运营者提供了用以在低负荷下调节后端气体温度的宽广选择范围。
参照图3，在一个这样的示例性实施例中，水再循环系统200与上文所述的基本相同，另外在节热器150上增加了额外的表面积(相对于图2中的节热器150)。可以通过(例如)增加节热器管子，改变表面类型(例如，从光管式节热器变为直列式螺旋翅片表面(SFS)设计)或各种其他公知的方法来给节热器150增加额外的面积。增加的表面积将使改造的节热器153从废气中吸收更多能量，这反过来也提高了发电装置效率，但也降低了到达SCR系统170的后端气体的温度。水再循环系统200能够防止改造的节热器153从如上所述的废气中吸收过多的热，从而使后端气体的温度保持在SCR系统170的运作范围内。
参照图4，在另一个示例性实施例中，水再循环系统200与上文所述的基本相同，但是节热器155的表面积减少(相对于图2中的节热器150)。可以通过(例如)移去节热器管子，改变表面类型(例如，从直列式螺旋翅片表面(SFS)设计变为光管式设计)或各种其他公知的方法来减少表面积。改造后的节热器155从废气中吸收的能量减少，这反过来增加了到达SCR系统170的后端气体的温度。由于通过减少节热器155的表面积增加了后端气体的温度，因此所需要的来自于水再循环系统200的水流大大减少，从而使后端气体的温度保持在SCR系统170的运作范围内。这可以具有很多优点，例如在节热器连接部240中可使用直径较小因此更便宜的管道，使用马力更小和体积更小的再循环泵230，或者控制范围增大，以及各种其他优点。
虽然示例性实施例是关于增加被引入SCR系统的废气温度来描述的，但是本领域的普通技术人员将能理解的是，水再循环系统的示例性实施例可以应用于需要控制发电装置后端气体温度的任何应用中。
尽管本发明是参考各种示例性实施例来描述的，本领域的技术人员将能理解的是，可做出各种改造和对其中的元件进行等同替换而不脱离本发明的范围。此外，根据本发明的教导，为了适应特殊情况或材料可做出许多改造而不脱离本发明的实质范围。因此，这意味着本申请不局限于作为为实施本发明所构思的最佳模式而公开的特定实施例，而是包括所有落入所附权利要求范围内的实施例。