用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统的制作方法
【专利说明】用于发电装置后端气体温度控制的水再循环系统
[0001]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
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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】
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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】
[0013]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】
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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，S卩，当炉100在远低于MCR的负荷下运行时也必须除去氮氧化物。
[0018]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。
[0019]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)。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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