一种火电锅炉加热外来蒸汽的系统及方法与流程

1.本发明属于火电锅炉技术领域，特别涉及一种火电锅炉加热外来蒸汽的系统及方法。


背景技术：

2.随着国内钢铁、化工等非电行业的大力发展，部分炼化基地用电、用汽需求巨大，一般会建设火电锅炉机组以确保其主业工艺的用电用汽需求。同时，还会建设一些余热锅炉，以回收其主业工艺产生的热量。受热源情况影响，余热锅炉出口的蒸汽一般为一定压力的饱和蒸汽或低温的过热蒸汽，这些蒸汽由于温度较低且蒸汽流量波动等原因，能够直接使用的范围较小，直接排放的损失又比较大。如何有效利用这些低品质蒸汽，将其变为利用率高的高品质蒸汽是钢铁、化工等行业一直存在的问题。
3.专利“201320351073.6”提出了一种工业锅炉的蒸汽余热利用装置。在锅炉尾部设置外来蒸汽加热器对外来蒸汽进行加热。同时在引出管上设置喷水减温，进行温度调节。但外来饱和蒸汽经过长距离管道输送后，有一定的压力损失，会导致饱和蒸汽带水，若不处理会对受热面造成严重影响，同时出口喷水减温的调温方式也可能会使出口蒸汽带水，进而损坏下游设备。
4.专利“201920648862.3”提出了一种废汽利用锅炉，通过将外来蒸汽引入锅筒内与锅炉主汽系统合并，进而利用锅炉过热器对外来蒸汽进行加热，提高蒸汽品质，推动发电机发电。但外来蒸汽引入锅筒水空间会影响水动力安全，引入锅筒汽空间，会导致锅筒内汽水分离器出力不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够解决非电行业用电、用汽需求，提高炼化基地余热锅炉产生的低参数饱和蒸汽参数，同时避免外来饱和蒸汽带水造成锅炉受热面损坏的火电锅炉加热外来蒸汽的系统及方法。
6.本发明是通过下述技术方案来实现：一种火电锅炉加热外来蒸汽的系统，包括燃煤锅炉炉膛区域、尾部烟道区域以及锅筒，其特征在于：在锅炉顶部的锅筒上方设置有第一加热机构，和/或在尾部烟道区域处设置有第二加热机构，和/或在锅炉高温蒸汽抽取点处布置的第三加热机构；
7.所述第一加热机构用于在外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力相当情况下，采用外来饱和蒸汽与锅炉主蒸汽耦合；
8.所述第二加热机构用于在外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力差别较大情况下，采用在锅炉尾部烟道区域内设置独立的加热器对外来蒸汽进行加热；
9.所述第三加热机构用于外来饱和蒸汽流量较小且要求出口蒸汽温度低于锅炉系统蒸汽出口温度情况下，采用由锅炉内引部分高温蒸汽，在锅炉外单独设置的换热器中加热外来的蒸汽。
10.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的系统，其所述第一加热机构包括第一外来饱和蒸汽进口管道、第一汽水分离器、第一分离器疏水管道、汽水连接管、锅筒饱和蒸汽引出管、第一分离器引出管、集汽集箱以及混合蒸汽引出管，所述第一外来饱和蒸汽进口管道与第一汽水分离器的顶部进口相连，所述第一汽水分离器布置在高于锅筒的位置，所述第一汽水分离器底部通过第一分离器疏水管道与锅筒水空间相连，所述第一汽水分离器顶部通过第一分离器引出管与集汽集箱相连，所述汽水连接管与锅筒相连，所述锅筒通过锅筒饱和蒸汽引出管与集汽集箱相连，所述集汽集箱通过混合蒸汽引出管将混合后的干饱和蒸汽送至锅炉下一级受热面。
11.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的系统，其在所述第一分离器引出管上设置有止回阀。
12.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的系统，其所述第二加热机构包括第二外来饱和蒸汽进口管道、第二汽水分离器、第二分离器疏水管道、第二分离器引出管、加热器进口集箱、加热器出口集箱、外来蒸汽引出管以及设置在尾部烟道区域内的多级加热组件，所述第二外来饱和蒸汽进口管道与第二汽水分离器的顶部进口相连，所述第二汽水分离器的蒸汽出口位置低于加热器进口集箱，所述第二汽水分离器通过第二分离器引出管与加热器进口集箱相连，所述多级加热组件分别与加热器进口集箱和加热器出口集箱相连，所述加热器出口集箱与外来蒸汽引出管相连。
13.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的系统，其所述多级加热组件包括布置在尾部烟道区域内的多级加热器，相邻两级加热器之间通过加热器连接管相连，在所述加热器连接管上设置有减温器，末级加热器出口不设置减温器。
14.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的系统，其所述第三加热机构包括第三外来饱和蒸汽进口管道、带汽水分离装置的汽汽换热器、换热器疏水管道、外来饱和蒸汽出口管道、锅炉蒸汽引入管道以及锅炉蒸汽引出管道，所述第三外来饱和蒸汽进口管道与汽汽换热器相连，所述锅炉内的锅炉一级高温受热面通过锅炉蒸汽引入管道与汽汽换热器相连，所述锅炉内的锅炉二级高温受热面通过锅炉蒸汽引出管道与汽汽换热器相连，所述外来饱和蒸汽出口管道与汽汽换热器相连。
15.一种火电锅炉加热外来蒸汽的方法，其特征在于：根据外来饱和蒸汽压力的不同，采用不同的加热方式，具体为：
16.当外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力匹配时，采用第一加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，分离后的干饱和蒸汽与来自锅炉锅筒产的饱和蒸汽在单独设置的集汽集箱混合，然后进入锅炉下一级过热器进行过热；
17.当外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力不匹配时，采用第二加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，分离后的干饱和蒸汽进入锅炉尾部烟道设置的独立加热器进行加热；
18.当外来饱和蒸汽流量较小且要求出口蒸汽温度低于锅炉系统蒸汽出口温度时，采用第三加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，从锅炉本体引部分高温蒸汽，在单独设置的汽汽换热器中加热外来的蒸汽。
19.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的方法，其采用第一加热机构进行加热时，外来饱和蒸汽先由第一外来饱和蒸汽进口管道引入第一汽水分离器中，在第一汽水分离器中进行汽液分离，分离出的水通过分离器下方的第一分离器疏水管道排入锅筒水空间，将
分离出的水回收，分离出的干饱和蒸汽从分离器上部的第一分离器引出管引出，进入集汽集箱；
20.来自锅炉水冷受热面的汽水混合物经汽水连接管进入锅筒，在锅筒内进行汽液分离，干燥的饱和蒸汽从锅筒顶部的锅筒饱和蒸汽引出管引出，进入集汽集箱，与来自第一汽水分离器的干饱和蒸汽汇合，混合后的干饱和蒸汽从集汽集箱引出，经混合蒸汽引出管进入锅炉下一级受热面进行加热。
21.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的方法，其采用第二加热机构进行加热时，外来饱和蒸汽先由第二外来饱和蒸汽进口管道引入第二汽水分离器中，在第二汽水分离器中进行汽液分离，分离出的水通过分离器下端的第二分离器疏水管道进入除氧器或扩容器，分离出的干饱和蒸汽从第二分离器引出管引出，进入加热器进口集箱，依次流经一级加热器26和二级加热器29后，离开锅炉，送至用汽设备。
22.本发明所述的火电锅炉加热外来蒸汽的方法，其采用第三加热机构进行加热时，由第三外来饱和蒸汽进口管道来的饱和蒸汽首先进入设置在汽汽换热器中的汽水分离装置，分离出的水通过换热器疏水管道进入除氧器或扩容器，分离后的干饱和蒸汽在换热器的内置管外流动，来自锅炉一级高温受热面的高温蒸汽通过锅炉蒸汽引入管道进入换热器，在换热器的内置管内流动，换热后的高温蒸汽通过锅炉蒸汽引出管道返回锅炉二级高温受热面继续吸热，加热后的外来蒸汽由外来饱和蒸汽出口管道引出，送至用汽设备。
23.本发明可根据外来饱和蒸汽的压力采用对应的加热方式，解决炼化基地用电、用汽需求，以提高外部余热锅炉产的饱和蒸汽参数，进而提高其蒸汽品质，使其可利用范围更广，实现提质增效，并且避免外来饱和蒸汽经长管道运输后带水对锅炉本体造成的损坏。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图。
25.图2是本发明中第一加热机构的结构示意图。
26.图3是本发明中第二加热机构的结构示意图。
27.图4是本发明中第三加热机构的结构示意图。
28.图中：1为燃煤锅炉炉膛区域，2为尾部烟道区域，3为第一外来饱和蒸汽进口管道，4为第一汽水分离器，5为第一分离器疏水管道，6为锅筒，7为汽水连接管，8为锅筒饱和蒸汽引出管，9为第一分离器引出管，10为止回阀，11为集汽集箱，12为混合蒸汽引出管，21为第二外来饱和蒸汽进口管道，22为第二汽水分离器，23为第二分离器疏水管道，24为第二分离器引出管，25为加热器进口集箱，26为一级加热器，27为加热器连接管，28为减温器，29为二级加热器，30为加热器出口集箱，31为外来蒸汽引出管，41为第三外来饱和蒸汽进口管道，42为汽汽换热器，43为换热器疏水管道，44为外来饱和蒸汽出口管道，45为锅炉蒸汽引入管道，46为锅炉一级高温受热面，47为锅炉蒸汽引出管道，48为锅炉二级高温受热面。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.如图1所示，一种火电锅炉加热外来蒸汽的系统，包括燃煤锅炉炉膛区域1、尾部烟道区域2以及锅筒6，所述锅筒布置在锅炉炉膛上方，在锅炉顶部的锅筒6上方设置有第一加热机构，所述第一加热机构用于在外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力相当情况下，采用外来饱和蒸汽与锅炉主蒸汽耦合，即并入锅炉主汽系统，提高锅炉高品质主蒸汽产量；在尾部烟道区域2处附近平台设置有第二加热机构，所述第二加热机构用于在外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力差别较大情况下，如果外来蒸汽流量较大，或要求的出口蒸汽温度较高，采用在锅炉尾部烟道区域2内设置独立的加热器对外来蒸汽进行加热，以提高蒸汽品质，降低排烟温度；在锅炉高温蒸汽抽取点处附近平台布置的第三加热机构，所述第三加热机构用于外来饱和蒸汽流量较小且要求出口蒸汽温度低于锅炉系统蒸汽出口温度情况下，采用由锅炉内引部分高温蒸汽，在锅炉外单独设置的换热器中加热外来的蒸汽。
36.如图2所示，所述第一加热机构包括第一外来饱和蒸汽进口管道3、第一汽水分离器4、第一分离器疏水管道5、汽水连接管7、锅筒饱和蒸汽引出管8、第一分离器引出管9、集汽集箱11以及混合蒸汽引出管12，所述第一外来饱和蒸汽进口管道3与第一汽水分离器4的顶部进口相连，所述第一汽水分离器4布置在高于锅筒6的位置，所述第一汽水分离器4底部通过第一分离器疏水管道5与锅筒6水空间相连，回收其热量，所述第一汽水分离器4顶部通过第一分离器引出管9与集汽集箱11相连，在所述第一分离器引出管9上设置有止回阀10，以防止来自锅筒的饱和蒸汽倒流进入汽水分离器，所述汽水连接管7与锅筒6相连，所述锅
筒6通过锅筒饱和蒸汽引出管8与集汽集箱11相连，所述集汽集箱11通过混合蒸汽引出管12将混合后的干饱和蒸汽送至锅炉下一级受热面。
37.如图3所示，所述第二加热机构包括第二外来饱和蒸汽进口管道21、第二汽水分离器22、第二分离器疏水管道23、第二分离器引出管24、加热器进口集箱25、加热器出口集箱30、外来蒸汽引出管31以及设置在尾部烟道区域2内的多级加热组件，所述第二外来饱和蒸汽进口管道21与第二汽水分离器22的顶部进口相连，所述第二汽水分离器22的蒸汽出口位置低于加热器进口集箱25，所述第二汽水分离器的工作原理和结构设计与第一汽水分离器相同，所述第二汽水分离器22通过第二分离器引出管24与加热器进口集箱25相连，所述多级加热组件分别与加热器进口集箱25和加热器出口集箱30相连，所述加热器出口集箱30与外来蒸汽引出管31相连。
38.其中，所述多级加热组件包括布置在尾部烟道区域2内的多级加热器，在本实施例中，分为两级，即一级加热器26和二级加热器29，一级加热器26和二级加热器29之间通过加热器连接管27相连，在所述加热器连接管27上设置有减温器28，用以控制二级加热器的出口汽温，避免受热面超温，达到控制蒸汽出口温度的目的，在二级加热器29的出口不设置减温器28，避免出口蒸汽带水的风险。当然，根据外来蒸汽升温情况也可以布置三级或三级以上的加热器，各级之间同样设置减温器以控制下一级加热器的出口汽温，避免受热面超温，达到控制蒸汽出口温度的目的。
39.如图4所示，所述第三加热机构包括第三外来饱和蒸汽进口管道41、带汽水分离装置的汽汽换热器42、换热器疏水管道43、外来饱和蒸汽出口管道44、锅炉蒸汽引入管道45以及锅炉蒸汽引出管道47，所述第三外来饱和蒸汽进口管道41与汽汽换热器42相连，所述锅炉内的锅炉一级高温受热面46通过锅炉蒸汽引入管道45与汽汽换热器42相连，所述锅炉内的锅炉二级高温受热面48通过锅炉蒸汽引出管道47与汽汽换热器42相连，所述外来饱和蒸汽出口管道44与汽汽换热器42相连。来自锅炉本体的高温蒸汽温度至少比被加热蒸汽要求的出口温度高10℃，高温蒸汽放热后离开汽汽换热器，返回锅炉本体继续吸热，也可以作为对外的热源或汽源。
40.本发明还提出了一种火电锅炉加热外来蒸汽的方法，根据外来饱和蒸汽压力的不同以及外来蒸汽出口温度的不同，采用不同的加热方式，具体为：
41.当外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力匹配时，采用第一加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，外来饱和蒸汽首先进入一个单独设置的汽水分离器进行汽液分离，分离后的干饱和蒸汽与来自锅炉锅筒产的饱和蒸汽在单独设置的集汽集箱混合，然后进入锅炉下一级过热器进行过热。
42.具体地，来自余热锅炉出口的饱和蒸汽经长距离管道输送后，由于压力的损失等原因，饱和蒸汽干度降低，为防止带水蒸汽对锅炉过热器受热面的损害,采用第一加热机构进行加热，外来饱和蒸汽先由第一外来饱和蒸汽进口管道引入第一汽水分离器中，在第一汽水分离器中进行汽液分离，汽水分离器布置在高于锅筒的位置，采用重力分离原理，汽水分离器内有足够的空间高度进行重力分离，分离出的水通过分离器下方的第一分离器疏水管道排入锅筒水空间，将分离出的水回收，也可引入电厂其他设备，如除氧器、扩容器，分离出的干饱和蒸汽从分离器上部的第一分离器引出管引出，进入集汽集箱；来自锅炉水冷受热面的汽水混合物经汽水连接管进入锅筒，在锅筒内进行汽液分离，干燥的饱和蒸汽从锅
筒顶部的锅筒饱和蒸汽引出管引出，进入集汽集箱，与来自第一汽水分离器的干饱和蒸汽汇合，混合后的干饱和蒸汽从集汽集箱引出，经混合蒸汽引出管进入锅炉下一级受热面进行加热。
43.当外来饱和蒸汽压力与锅炉主蒸汽系统压力不匹配时，且出口蒸汽温度要求较高时，采用第二加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，外来饱和蒸汽首先进入一个单独设置的汽水分离器进行汽液分离，分离后的干饱和蒸汽进入锅炉尾部烟道设置的独立加热器进行加热，达到所需蒸汽温度后引出锅炉。这种加热方式，当外来蒸汽中断时，尾部对流烟道的独立加热器有干烧的风险，需同步设置避免干烧的装置。
44.具体地，余热锅炉产的饱和蒸汽经长距离管道输送后，由于压力的损失等原因，饱和蒸汽干度降低，为防止带水蒸汽对加热器受热面的损害，采用第二加热机构进行加热，外来饱和蒸汽先由第二外来饱和蒸汽进口管道引入第二汽水分离器中，在第二汽水分离器中进行汽液分离，分离出的水通过分离器下端的第二分离器疏水管道进入除氧器或扩容器，分离出的干饱和蒸汽从第二分离器引出管引出，进入加热器进口集箱，依次流经一级加热器26和二级加热器29后，离开锅炉，送至用汽设备。
45.当外来饱和蒸汽流量较小且要求出口蒸汽温度低于锅炉系统蒸汽出口温度时，采用第三加热机构对外来饱和蒸汽进行加热，从锅炉本体引部分高温蒸汽，在单独设置的汽汽换热器中加热外来的蒸汽，以将外来饱和蒸汽加热至所需温度，放热后的蒸汽返回锅炉本体的蒸汽系统继续被加热。本加热方式采用的汽汽换热器，在换热器内外来蒸汽入口段设置汽水分离装置(比如波形板分离器)，以将外来蒸汽进行汽液分离，提高换热器的传热效率。此外，这种加热方式，即使外来蒸汽中断，受热面也没有干烧的风险。
46.具体地，采用第三加热机构进行加热时，由第三外来饱和蒸汽进口管道来的饱和蒸汽首先进入设置在汽汽换热器中的汽水分离装置，分离出的水通过换热器疏水管道进入除氧器或扩容器，分离后的干饱和蒸汽在换热器的内置管外流动，来自锅炉一级高温受热面的高温蒸汽通过锅炉蒸汽引入管道进入换热器，在换热器的内置管内流动，两者流动方向相反，以提高换热温差，强化传热,换热后的高温蒸汽通过锅炉蒸汽引出管道返回锅炉二级高温受热面继续吸热，也可以作为对外的热源或汽源,加热后的外来蒸汽由外来饱和蒸汽出口管道引出，送至用汽设备。
47.需要特别说明的是，本发明提出的锅炉加热外来蒸汽的方法，不仅适用于燃煤锅炉，同样也适用于燃用其他燃料，比如其他固体燃料、气体燃料或液体燃料的锅炉。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。