用于超临界压力锅炉中的锅炉废气温度控制的节约器水再循环系统

摘要

流体再循环系统[30]包括定位成接收来自入口的流体流的流动控制阀配置[50]。系统[30]还包括节约器入口混合装置[54]，其定位成接收来自流动控制阀配置[50]的较热流体流和较冷供给水脉流。位于超临界压力锅炉[10]中的节约器[22]上游的节约器入口混合装置[54]包括喷洒器组件、入口和消波器组件[84]，来自水冷壁[14]出口的流体流接收穿过该喷洒器组件，来自供给脉流的流体流接收穿过该入口，来自节约器入口混合装置[54]的出口脉流引导穿过该消波器组件[84]。增大和控制离开超临界压力锅炉[10]中的节约器[22]的烟气的温度的方法包括：从来自于熔炉[12]水冷壁[14]出口的流体脉流[37]至少接收流体流、使接收的流体流[37]的至少一部分与供给水脉流组合和将组合的接收的流体流和供给水脉流引导到节约器[22]入口以减少节约器[22]热吸收。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月29日提交的美国临时专利申请序列No.61/290,752的优先权，并且进一步要求2009年12月21日提交的共同待决美国临时专利申请序列No.61/288,576的优先权，美国临时专利申请序列No.61/290,752通过引用全部并入本文中。

技术领域

本文中的公开是系统的大概描述，该系统可应用于现有超临界压力锅炉，由此加热锅炉水冷壁出口流体的一部分再循环回到节约器的入口。更特别地，本公开涉及为了在超临界锅炉中的节约器的出口处在较低锅炉载荷下保持较高废气温度的流体再循环系统和操作节约器再循环系统的方法。

背景技术

锅炉典型地为闭合高压系统，其由许多相互连接的集管、管道和管限定并且包含可在受控制状态下加热的流体。当流体加热到某一温度时，流体吸收能量。接着，该流体可用于提供功，或它可用作热源。

用于加热锅炉中的流体的燃料在锅炉的熔炉部分中燃烧。在将水用作包含在其中的流体的锅炉中，水冷壁定位在熔炉周围并且包含流体流动穿过其中的管。典型地脱气的流体首先供给到节约器的管，并且接着供给到水冷壁中的管。节约器接收供给水和补充水，该补充水取代由产生的蒸汽造成的损失。节约器从由燃料在熔炉中的燃烧产生的烟气吸收热，并且将热传送到供给水和补充水。

在超临界熔炉中，来自节约器的流体当它穿过水冷壁中的管时转化成蒸汽。蒸汽可在过程中被直接使用(以产生功或作为热源)。如果在过程中不被直接使用，蒸汽可传递至过热器，其中，蒸汽被进一步加热。过热蒸汽提高过热蒸汽供应到其中的蒸汽涡轮的效率。

典型地，当锅炉以减小的蒸汽流操作时，离开节约器的锅炉烟气的温度是较低的。在锅炉以烟气排气装置(flue gas exhaust)处的选择催化还原(SCR)系统操作的实例中，催化剂的反应性取决于进入催化剂反应器的烟气温度。因此，低于阈值的烟气温度的下降导致催化剂更加不具有反应性。

发明内容

根据本文中描述的一个方面，提供锅炉中的流体再循环系统。系统包括流动控制阀配置，其定位成接收来自系统的入口的流体流。系统还包括节约器入口混合装置，其定位成从流动控制阀配置和供给水脉流接收流体流。在一个实施例中，供给水脉流相对于来自流动控制阀配置的流体的温度在温度方面是较冷的。来自节约器入口混合装置的出口脉流允许进入节约器的流体流的温度被控制。另外，离开节约器的烟气的温度增大到最佳值并保持在最佳值处。

根据本文中的另一个方面，提供位于锅炉中的节约器上游的节约器入口混合装置。该装置包括：喷洒器组件，到过热器的流体流的至少一部分接收穿过该喷洒器组件；入口，来自供给脉流的流体流接收穿过该入口；用于混合流体的出口过滤器；和消波器组件，来自节约器入口混合装置的出口脉流引导穿过该消波器组件。出口脉流包括穿过喷洒器组件的流体流和来自供给水脉流的流体流的组合。

根据又一个方面，使离开锅炉中的节约器的烟气的温度增大的方法包括：接收来自从熔炉到过热器的流体脉流的流体流的至少一部分；使接收的流体流的至少一部分与供给水脉流组合；和将组合的接收的流体流和供给水脉流引导到节约器。到节约器的组合的接收的流体流和供给水脉流的温度控制成减少节约器中的热吸收，由此增大离开节约器的烟气的温度和使烟气流动穿过其中的选择催化反应器能够在最佳设计温度处操作。

附图说明

现在参照附图，其示出示范实施例，并且其中，相似的元件被相似地标记：

图1是节约器水再循环系统可使用在其中的超临界压力锅炉的示意图；

图2是节约器水再循环系统和往返于节约器水再循环系统的供给脉流的示意图；

图3是用于与节约器水再循环系统一起使用的节约器入口混合装置的正视图；和

图4是图3的节约器入口混合装置的俯视图。

具体实施方式

参照图1，节约器水再循环系统使用在其中的锅炉的一个示范实施例大体以附图标记10表示。在一个实施例中，锅炉10是超临界压力锅炉。燃料在锅炉10中燃烧，并且其中的化学能转化成热能并且用于加热锅炉内的液体以产生可用于驱动涡轮等的蒸气。液体在下文中被称为水，并且蒸气在下文中被称为蒸汽。

在锅炉10中，燃料和氧化剂引入到具有水冷壁14的熔炉12中。在燃料的燃烧之后，烟气16被产生并且引导到过热器20，穿过节约器22，并且进入选择催化还原(SCR)系统24(在下文中“SCR24”)。

为了产生以附图标记28表示的蒸汽，供给水经由节约器水再循环系统30(在下文中“再循环系统30”)供给到节约器22。来自再循环系统30的水脉流34引导到节约器22。热从烟气16传送到穿过节约器的水脉流。接着，来自节约器22的水脉流36在作为脉流37引导到过热器20之前穿过水冷壁14。再循环流体流38在穿过水冷壁之后从脉流37获得，并且供给回到再循环系统30。通过这样做，进入节约器22的水的温度以受控制的方式增大。这通过减小节约器中的烟气和水之间的温度差而减少节约器热吸收。这导致离开节约器22的烟气16的温度增大。

现在参照图2，再循环系统30接收两个分开的脉流，即，供给水脉流40和再循环流体流38。在接收供给水脉流40时，供给水脉流通过启动水脉流供给，该启动水脉流从启动阀的出口或从主要供给水阀接收，该启动阀在低供给水流的状态期间供应供给水。离开再循环系统30的水脉流34引导到节约器22。如上所述，接着，水脉流36离开节约器。

来自在止回阀46和锅炉混合室48之间的加温管线44的最小流体流使管道保持在一致温度处。

如所示，再循环系统30包括：再循环止回阀46，再循环流体流38接收穿过再循环止回阀46；流动控制阀配置50，其接收再循环流体流38；节约器入口混合装置54，其接收供给水流和穿过流动控制阀配置50的再循环流；和再循环泵/阀配置56，其接收来自节约器入口混合装置54的出口流体脉流。组合的供给水脉流40和启动脉流经由节约器入口混合装置54接收到再循环系统30中。

在示出的实施例中，流动控制阀配置50包括气动或马达致动温度控制阀60，其可利用位于其上游和下游的闸门阀62隔离。气动或马达致动温度控制阀60和相邻地安置的闸门阀62可经由旁通管线64与旁通球阀65旁通。

穿过流动控制阀配置50的流体流接收到节约器入口混合装置54中。

来自节约器入口混合装置54的流体流接收到再循环泵/阀配置56中，再循环泵/阀配置56包括一个或多个再循环泵70。(多个)泵70的操作使节约器入口混合装置54中的流体的压力降低。然而，再循环系统30在该方面不受限制，因为节约器入口混合装置54中的压力可通过使附加的泵串联地定位在节约器22的入口处而附加地降低。在示出的再循环泵/阀配置56中，闸门阀71隔离流体到泵中的流动，并且截止止回阀73防止穿过泵70的回流。泵70的出口脉流是流体脉流34。旁通管线72可用于绕过再循环泵/阀配置56引导所有流或一部分流。旁通管线72包括旁通截止止回阀74。

在使供给水和来自流动控制阀配置50的再循环流体组合时，进入节约器22的流体混合物的温度被控制(增大)。这通过减小节约器22中的烟气和水之间的温度差而减少节约器热吸收。结果是节约器废气温度(烟气16)的增大。再循环系统30由此允许以减小的锅炉蒸汽流保持与现有技术锅炉相比更高的节约器废气温度(即，节约器出口处的温度)。通过控制再循环流体流38的量，进入SCR24的气体温度在低载荷操作期间增大。这使SCR24能够以较低载荷保持处于运行中。此外，再循环系统30可改装到现有超临界锅炉，由此与现有技术气体旁通系统相比，允许较多可预知SCR入口气体温度分层(stratification)和较少SCR混合装备。

现在参照图3和图4，节约器入口混合装置54包括喷洒器组件82安装在其中的外壳80，喷洒器组件82的上区段通过入口86接收来自流动控制阀配置50的再循环流体流38。因为再循环流体流38来自从水冷壁14和外水冷壁到过热器20的脉流37，所以该脉流中的流体在锅炉11的操作期间处于非常高的温度。

当引导到喷洒器组件82中时，再循环流体喷洒或另外散布在外壳80内以与进入供给水混合。喷洒器组件包括具有在其中的多个孔、狭缝或其他的开口92的柱形部件90。穿过入口86的流的压头(可以是相当大的)通过开口92将来自柱形部件90的内部的流体喷洒到在柱形部件外部且被外壳80的内壁围封的区域。

供给水脉流40(与启动水脉流组合)还经由两个或更多个供给水入口88接收到外壳80中。

喷洒器组件82的下区段是用于混合流体的泵保护过滤器，该混合流体排放到出口94中，出口94包括消波器组件84安装在其下方的下降管喷嘴。消波器组件84包括纵向地配置在导管98中的多个隔板96。隔板96定尺寸和安置成破坏任何流体侧传播波和在平行于导管98延伸的方向的流动管线上引导来自外壳80的流动，由此消除由紧密接近气穴(close proximity cavitation)引起的不稳定振动的可能性。流体从消波器组件84引导到再循环泵/阀配置56。

如可在图3中看到的，支撑腿100安装在外壳80外部以允许节约器入口混合装置54被约束。虽然四个腿示出为支撑外壳80，但是应当理解可使用可适当地约束外壳的任何数量的腿。如可在图4中看到的，供给水入口88从竖直地延伸穿过外壳80的中心轴线Z偏置，并且布置成使得穿过每个供给水入口88的流动脉流相互交叉以用于最佳混合。

通过使供给水和来自流动控制阀配置50的热流体流动穿过节约器入口混合装置54的喷洒器组件和消波器组件，防止或至少最小化由于紧密接近的压力穴破裂而产生的周期振动和大流体温度差。

虽然已经参照本公开的详细实施例示出和描述本公开，但是本领域技术人员将理解，在不背离如在本文中描述的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同物可代替其元件。另外，在不背离本发明的基本范围的情况下，可作出修改以使特别情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是，本公开不受限于以上描述中公开的特别实施例，但是本发明将包括落入在所附权利要求的范围内的所有实施例。