专利名称：一种用于选择性催化反应器温度控制的多通道省煤器和方法
技术领域：
本发明一般涉及选择性催化反应器(SCR)的温度控制领域，尤其是涉及一种系统和方法，该系统和方法用于将进入选择性催化反应器系统的燃烧气体或烟气的温度保持在或使其高于一个最佳的催化反应温度，即使锅炉运行在负荷减小的情况下。
背景技术：
在操作具有选择性催化反应器(SCR)系统的锅炉的过程中，该选择性催化反应器的有效性依赖于进入催化反应器的烟气温度。大多数可以运行在大约450到大约840的范围内。最佳性能典型地发生在大约570和大约750之间。典型地，进入选择性催化反应器的期望气体温度大约为580或更高。当温度大约为580时，氨和氮的氧化物(NOx)的反应是最佳的，催化反应所需的氨的量也是最少的。因此，由于经济上的原因，进入催化反应器的期望气体温度在所有的负荷下都应当保持在大约570到大约750的最佳温度范围内。
然而，随着锅炉负荷的变化，锅炉排出气体的温度会降低至大约580的最佳温度以下。为了使气体温度增加至大约580，现有的实践中是使用省煤器(economizer)气体旁路。该省煤器气体旁路用于将省煤器上游的较热气体和离开省煤器的较冷气体混合。通过控制通过旁路系统的气体量，可以在锅炉负荷较低时将锅炉出口的烟气温度保持在大约580。
使用这种方法，需要用到静态的混合装置，减压叶片/板以及热混合装置，使得不同温度的烟气在气体混合物到达催化反应器的入口之前混合。在大多数应用中，在催化反应器之前要获得对流量、温度的严格混合要求以及获得氨的混合通常是很困难的。
在锅炉负荷降低的情况下，进入选择性催化反应器的烟气温度会降低，在对于这一问题的另一处理方法中，省煤器配备有给水旁路，用于将给水部分地分流出省煤器以保持烟气温度。
用于去除氮的氧化物的选择性催化反应器系统的另外的细节可以参见Babcock&Wilcox公司于2005年出版的《蒸汽/它的产生和应用》一书第41版的第34章节，作者为Kitto和Stultz，在此将其中的内容引入作为参考，就像是完全地在此陈述一般。使用传统省煤器的烟气温度控制在授予McNertney，Jr等人的专利号为7,021,248的美国专利和授予Albrecht等人的专利号为6,609,483的美国专利中有所记载，在此将其中的内容引入作为参考，就像是完全地在此陈述一般。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一个系统和一种方法，用于在无需将给水从省煤器分流的情况下，通过减小省煤器中选定管道和/或区域的水流来增加经过省煤器的烟气的出口温度。当这些选定的管道或区域中的流动被减小时，使省煤器中剩余的部分或管道溢流(overflowed)，使得流过省煤器的总流量保持不变。为了增加省煤器气体出口温度，通过减小经过这些管道的流量，省煤器中特定百分比的管道的传热将被减小。在剩余管道中的水流量的增加对于剩余管道的传热影响很小，从而导致省煤器整个气体侧传热的全面的下降，结果增加了来自省煤器的气体的出口温度。
本发明的另一个目的在于提供一个系统和一种方法，用于在锅炉负荷范围内保持期望的省煤器出口气体温度，这种系统和方法是通过以下方式实现的在烟气的流路上提供液体冷却传热表面或管道的两个或多个分段或分隔室，其中每个分段或分隔室的流速(flowrate)相对于其余分段或分隔室独立地进行控制，确定产生足够保持所期望的省煤器出口气体温度的复合/总的传热能力所需的各分段或分隔室中的流速，以及调节省煤器每个分段或分隔室的流速。
在一个方面，系统配置成将进入催化反应器的烟气温度保持在期望的温度范围内，该期望的温度范围将会促进最佳的催化反应，而不用管锅炉的负荷。优选地，烟气温度被保持在570至750的范围内，更优选地在580。在通常的锅炉装置中，省煤器的水侧被用于冷却流过安装在锅炉内部的表面的烟气。本发明的系统将省煤器的传热表面分离，以将较低的锅炉负荷条件下烟气的出口温度提高到所期望的大约570至大约750，优选为大约580。这一目的的实现是通过选择性地改变经过省煤器不同部分的流速。通过确定加热表面合适的量以及合适的位置，可以通过控制经过省煤器不同部分的水的流速将期望的省煤器出口气体温度保持在期望的温度范围内，或保持在期望的蒸汽发生器负荷范围内的期望的温度上。
本发明另一个的目的在于提供一种系统，用于将被引导进入下游装置例如选择性催化反应器装置的烟道或燃烧气流的温度保持在期望的温度范围内或保持在期望的(例如，最佳)温度，该系统包括省煤器，所述的省煤器位于选择性催化反应器装置的上游，并且与所述选择性催化反应器装置流体连通，其中省煤器包括至少两个具有不同传热特性的管状结构，其与锅炉产生的气流的流路以交叉和/或逆流换热的关系布置，并具有烟道入口和烟道出口，锅炉位于所述省煤器的上游，并与所述省煤器流体连通，每个管状结构都包括给水入口和给水出口，两个管状结构的出口都与出口集管(header)连接，每个管状结构的入口都与独立的入口集管连接，并且还具有控制系统，所述的控制系统配置成独立地控制通过每个管状结构的给水流量，同时使流经省煤器的给水的总流量基本保持稳定，经过每个管状结构的给水流量通过一种方式进行调节，使得从气流中传递适当量的热量以将气流温度保持在期望的最佳温度。
本发明另一个的目的在于提供一种方法，用于将被引导进入下游装置例如选择性催化反应器装置的气流温度保持在期望的温度范围内，或保持在期望的(例如，最佳)温度，该选择性催化反应器装置位于省煤器的下游，并且与省煤器流体连通，该方法包括在省煤器中设置至少两个管状结构，所述的管状结构与气流流路呈交叉或逆流换热的关系，省煤器具有烟道入口和烟道出口，每个管状结构具有给水入口和给水出口，两个管状结构的出口都与出口集管连接，每个管状结构的入口都与独立的入口集管连接，监控烟道入口或烟道出口的气体温度、给水入口和出口的给水温度和经过省煤器的给水流量，以及控制传输经过每个管状结构的给水流量，基于测量得到的温度和流量，提供具有可有效地使气体温度保持在期望水平的复合传热能力的管状结构，其中通过增加流过至少一个管状结构的给水流量和减小通过其余管状结构的给水流量，来减小管状结构的传热能力。
尽管本发明特别适用于保持进入下游的选择性催化反应装置的期望烟气温度，应当理解，本发明可以用于保持其它类型的下游装置所需的期望气体温度，也可以用于其它目的。一种形式的下游装置可以是空气加热器，其通常是利用离开蒸汽发生器的烟气的热量来加热用于燃烧的进入空气。在一些情况下，期望的是将进入空气加热器的烟气温度控制在期望的范围内或在期望的高于酸性露点温度的温度，例如在较低负荷运行的过程中，以减小凝结发生的可能性，凝结的发生可能会形成酸性化合物，这将会导致空气加热器的腐蚀。其它形式的下游装置包括各种形式的污染控制设备；例如，微粒去除装置，例如静电集尘器或纤维过滤器，以及烟气脱硫装置，例如湿式或干式的烟气脱硫设备。
本发明特有的具有新颖性的各技术特征在附加的权利要求中被特别地指出，所述的权利要求构成公开的一部分。为了更好地理解本发明、本发明的工作优点以及通过其用途获得的特定目的，可以参考附图以及描述性内容，其中说明了本发明的优选实施方式。
在附图中图1是根据本发明第一实施方式的气体温度控制系统的示意图；图2是本发明的一个实施方式的示意图，它示出了两个彼此相邻、以不重叠关系布置的管状结构；图3是本发明的一个实施方式的示意图，它示出了三个彼此相邻、以不重叠关系布置的管状结构；图4是本发明的一个实施方式的示意图，它示出了将本发明应用于平行气体路径对流通道的设计；图5是本发明的一个实施方式的示意图，它示出了将本发明应用于纵向流动的省煤器，其中这一构思用于控制朝向形成省煤器的管道的独立面板(panel)的流动；图6是如图5所示的对流通道的后视图；图7是示出了图1中的蛇形管的部分后视图的示意图，它示出了由此导致的流体流和烟气温度的差异；图8和9是示出了与如图1中所示相似的蛇形管的部分后视图的示意图，其示出了在省煤器的出口集管和支撑纵管(stringer)上能够容许多大的由于流体流和烟气温度的差异造成的省煤器出口流体温度差异；以及图10和11是应用于本发明的控制系统的示意图。
具体实施例方式
现在参考附图，其中相似的附图标记被用于指代同样的或功能上类似的部件。图1中示出的省煤器3用来接收从锅炉(未示出)中产生的烟气，该锅炉位于省煤器3的上游，并与省煤器3流体连通。如本申请所用，以及如同本领域技术人员所了解的，这里使用的术语锅炉泛指用于产生蒸汽的装置，可包括锅筒(drum-type)锅炉和那些直通(once-through type)锅炉。对于这种锅炉或蒸汽发生器的一般描述，读者可以参考如前所述的《蒸汽》(STEAM)一书的第41版，特别是引言和选择比色盘以及第19、20和26章，在此将其中的内容引入作为参考，就像是完全地在此陈述一般。省煤器3包括烟道入口和烟道出口，省煤器3位于对流通道13中，处于选择性催化反应器(SCR)装置(未示出)上游并与其流体连通。在省煤器3中布置有两个或多个管状结构1和2，用于提供模块化传热表面以从烟气中回收或提取热量。管状结构1和2优选地被布置成与烟气流路14呈交叉和/或逆流的换热关系。也可以设想管状结构被布置成与烟气流路14呈交叉或顺流的换热关系。
每个管状结构1和2的一个末端都与入口集管11连接，而管状结构1和2的另一末端分别与独立的出口集管(未示出)或共同的出口集管12连接，所述的出口集管12由一纵管S支撑。给水管15与每个入口集管11相连，优选地在每个给水管15上设置控制阀5。每个给水管15还具有围绕控制阀5安装的旁通管7，用于清洁或冲洗给水管15或管状结构1和2，或者用于控制阀5的维护。给水管15通过分配器8与主给水管16连接。尽管可以将独立的一组控制阀5和旁通管7安装于每一个给水管道15上，但是应该理解也许需要将单独一“对”控制阀5和旁通管7仅仅安装在一个给水管15上。在所有给水管15上都设置一对控制阀5、旁通管7保证了对通过每一个管状结构1和2的流动的最佳控制，而且在锅炉负荷较低时更为有用，但是这种程度的混合和控制可能并不是在所有的应用中都需要。
在一个实施例中，每个管状结构1和2都包括多个水平或垂直布置的、在省煤器3内部来回折返的蛇形管或纵管。在一个管状结构中的管道可以设置成与另一个管状结构中的管道成偏置的关系。管道可以是垂直偏置、水平偏置、对角偏置、纵向偏置或以两种或多种这样的定向方式的组合而偏置。优选地，管状结构1和2定位成在对流通道13内以重叠或不重叠的方式彼此相邻地布置，并且大体上沿着穿过省煤器3的烟气流路14延伸或伸展。在另一可选的实施方式中，每个管状结构的传热能力各不相同。还应该理解，形成管状结构1和2的管道可以包括或不包括延伸表面，例如肋片(fin)，以达到向流经省煤器3的给水传递期望量的热量。
现有的省煤器3可以根据本发明进行改进或者转换样式，例如一个选定的管状结构被供给以足够的给水以有效地减小省煤器3的总体传热能力。使剩余的给水循环至另一管状结构中的剩余管道。该选定的管状结构中的管道将接收多于正常的水流使得该管状结构的传热有微小的提升。同时，通过确定每一个管状结构或预热器(economizer bank)中管道的合适数量，可以减小省煤器3的有效传热以获得期望的省煤器出口气体温度。在图1中，示出了用于支撑对流过热传热表面(未示出；位于省煤器3上方)的纵管S。在大多数情况下，这些纵管S需要来自于省煤器3的全部流体，因为在对流通道上部区域的气体温度增加，为了满足支撑这些附加传热表面的强度要求，对于这些纵管S来说，冷却的需要将会更大。
调节系统的比例值所需的温度监控可以通过获得出口气体温度来监控，或者通过获得入口气体温度和水侧的入口和出口温度，以及水侧流体流过系统的流量来监控。优选地，通过控制器9执行温度和流速(flow rate)监控，并调节每个管状结构或预热器中的流速。
在操作中，温度传感器设置在烟道入口和/或烟道出口4，以及给水入口和给水出口。流量计(未示出)也设置在主给水管上，用来测量省煤器3系统中流过的流体流量。温度传感器和流量计与控制器9处于信号连通10，并经校准将测量值传递给控制器9，以对流过每个管状结构1和2的给水流动进行反馈控制。
例如，当控制器9检测到锅炉负荷的下降或者省煤器烟道入口或出口的气体温度的下降时，调整流过每个管状结构的给水的流动以减小省煤器的综合传热能力。这可以通过增大经过一个管状结构的给水的流量以减小另一管状结构中的流量和传热来实现。
图2示出了省煤器中彼此相邻布置且互不重叠的管状结构。总体省煤器系统的传热可有所下降，可以通过改变在相邻的管状结构1′和2′中的流速来获得期望的出口气体温度。在这两个实施方式中，经过省煤器的两种不同的水流通路具有两种不同的传热性能。例如，图2中的管道或通路1′比管道2′短。在图1中的实施方式中，管道可能由于具有不同的表面处理、不同的管径、在气体流动通道中具有不同的布置或不同的长度而具有不同的传热性能。
图3是本发明的一个实施方式的示意图，它示出了三个彼此相邻布置且相互不重叠的管状结构，这一构思不同于图2中所示实施例的构思和操作。这种构思尤其有利于控制气体温度，从而防止气体温度降低到酸性露点温度以下(在这一温度可能开始发生凝结现象)，有利于减小凝结发生的可能性，发生凝结可能形成酸性化合物，这些酸性化合物将会腐蚀下游装置，例如空气加热器。此外，尽管每个给水管15也可包括旁通管7，该旁通管7围绕与其连接的控制阀5设置，用于清洁或冲洗给水管15或管状结构1和2，或者为了在控制阀5上进行维护，但是应该理解，不需要在每个给水管15上都安装一对控制阀5和旁通管7；在三个管状结构的布置中，只需要在三个管状结构中的两个上设置一对控制阀5和旁通管7。根据期望的控制程度，这种布置还在锅炉负荷较低时特别有利。
此外，在某些低流量的情况下，可能需要在给定的管道结构中的单个管道的入口和出口的一个或两个上设置喷嘴装置，用来为这些管道内的流动稳定性提供附加的压降。为这些管道尤其是低速流动的路径设置喷嘴，提供附加的压降，这一附加的压降将有助于均衡那些管状结构中每个管道之间的流量分配。
图4示出了本发明的原理应用于平行的气体路径对流通道的设计。位于对流通道20中的平行气体路径可通过本领域技术人员公知的挡板22形成。如这里示出的，省煤器3可具有在两个平行气体路径上延伸的较低部分，而较高部分可仅仅位于平行的气体路径中的一个中。与省煤器3的较高部分相对，在另一气体路径中可以设有蒸汽冷却表面，例如过热器或再热器表面24。挡板22可以延伸或不延伸进入省煤器3的较低部分，并根据烟气的温度可以是蒸汽或水冷却的表面。
图5和6示出了本发明的一个实施方式被应用于一个纵向流动的省煤器，其中本发明的构思被应用于控制朝向构成省煤器3的管道的单独面板26的流动。管道的单独面板26具有面板入口集管28和面板出口集管30。来自省煤器入口集管11的给水通过供给管道32供给到面板入口集管28。给水流经面板26，并且在面板出口集管30被收集。然后给水通过上升管34从面板出口集管30传输到省煤器出口集管12。
图6是从图5中的箭头6-6的方向来看图5中的对流通道内部的后视图。应当理解，尽管这里示出了两个管状面板结构1和2，还可以使用附加的第三管状面板结构流路。
图7是示出了图1的蛇形管的部分后视图的示意图，它示出了由此导致的流体流和烟气温度的差异。包括有流路1(速度较高的省煤器流体)的管道以实心的圆表示，而包括有流路2(速度较低的省煤器流体)的管道以空心圆表示。速度较高的省煤器流体管道从经过这些管道的烟气中提取更多的热量，结果离开这些成排的管道的烟气温度比离开那些具有较低的省煤器流体流动的成排管道的烟气温度要低。
图8和9是示出了与图1中所示的蛇形管相似的管道的部分后视图的示意图，它示出了在出口集管12、12′和支撑纵管S上能眵容许多大的由于流体流和烟气温度的差异而造成的省煤器3的出口流体温度差异。如前所述，包括有流路1(速度较高的省煤器流体)的管道以实心的圆表示，而包括有流路2(速度较低的省煤器流体)的通道以空心圆表示。在一些省煤器布置中，省煤器的出口集管可以是连续的集管12，其具有单独的共同的内部，在该内部中，由省煤器3中的各个管状结构加热的给水被收集起来，然后通过纵管S分散开来。虽然从理论上讲，省煤器给水可以沿着出口集管12的长度流到任意位置，但实际上，给水从供给出口集管12的管状结构经过最短的路径进入相邻的、最接近的纵管S。这种类型的省煤器出口集管如图8示意性所示。在其它类型的省煤器布置中，省煤器出口集管由多个分离的、较短的集管构成，这些集管在其末端E被区域环形电焊连接在一起构成一个完整的省煤器出口集管。在这种类型的省煤器出口集管中，其在图9中示意性示出并标记为12′，给水只能被传输进入和流出各单独集管的内部，每个集管的末端E可防止流体流入相邻的独立集管中。应当理解，将给水供应到这些独立集管的管状结构越少，从这些独立集管传输给水的支撑纵管S就越少。应当避免在纵管S内的流体形成显著的温度差异，因为这种温度差异会导致纵管S的不同的热膨胀。为了促进进入任一省煤器集管12或12′中的较热给水流体和较冷给水流体的混合，可以利用挡板装置B在给水排出到支撑纵管S之前，促进集管12和12′内较热给水流和较冷给水流的混合，由此均衡纵管S内的温度。挡板装置B可以是简单的板，其设置成使给水流根据需要转向，或者它可以是更为复杂的结构，例如具有多个孔的多孔板，其中以特定的结构形成孔的尺寸和/或使其隔开地布置。
虽然在图8和9中示出了两种类型的省煤器出口集管12和12′，但是应该理解，对于给定蒸汽发生器中的省煤器通常仅使用省煤器出口集管12或12′中的一种。类似地，尽管前面的图中使用了参考数字12表示出口集管，但是应当理解，每一种集管12或12′都可以应用于所有这些实施方式中。
如前所述，本发明特别适用于保持进入下游选择性催化反应器的期望烟气温度。然而，应当理解，本发明可用于保持其它形式的下游装置和其它用途要求的期望气体温度。一种形式的下游装置可以是空气加热器，其通常是利用离开蒸汽发生器的烟气中的热量来加热用于燃烧的进入空气。在一些情况下，期望的是例如在低负载运行阶段，将进入空气加热器的烟气温度控制在期望的范围内，或者控制在期望的酸性露点温度以上，以减小凝结发生的可能性，该凝结可能产生酸性化合物，该酸性化合物可能导致空气加热器的腐蚀。其它类型的下游装置包括各种类型的污染控制装置；例如，微粒去除装置，如静电集尘器或纤维过滤器，以及烟气脱硫装置，如湿式或干式烟气脱硫装置。
就本发明来说，特别是被应用于控制离开省煤器的烟气温度的装置和方法，应当理解，省煤器气体出口和/或气体入口温度可用于控制流过部分换热器的水的流速，从而在烟气流过换热器或省煤器后影响烟气的温度。然而，由于为了获得所期望的出口烟气温度而所需的低流速，这种烟气温度控制系统可能不能相对锅炉能力提供快速的响应进而用于负荷控制和操作，特别是当流过省煤器或换热器的不同通道的给水率相差较大时。
因此，本发明的另一个方面涉及适应这种工作状态的控制系统和操作方法。这种系统和方法不仅仅适用于本发明，也适用于控制流过换热器不同部分的流动以获得离开换热器的期望烟气温度的其它换热器系统。
图10和11中说明了将这种构思应用于两个不同的水比例或偏置系统。如图10和11中所示的，本发明使用进入省煤器的给水流速来加入/分离(engage/disengage)省煤器水流内部的比例或偏置(proportion or bias)系统。在加入时，测量出的朝向省煤器的给水流动可用于产生比例或偏置流速指令信号。然后将该指令信号与测量到的低流(underflow)比例或偏置流速比较。如果在指令信号流速和测量到的流速之间存在差别，则调节用于调制比例或偏置流的一个或多个控制阀。
更具体地，参考图10，它示出了将本发明的原理应用于本发明的一个实施方式。在这种情况下，给水通过主给水管16提供给通过给水管15构成省煤器3的独立的管状结构1和2。设置在管道16中的流量元件FE50产生测量的给水流动信号，然后将该信号传输到高/低限制器单元52和指令信号发生器单元54。根据测量到的进入省煤器3的给水流，指令信号发生器单元54产生比例或偏置(proportioned or biased)流速指令信号，在此是低流流速指令信号。该低流流速指令信号进而被传输至具有偏置单元56的流动控制器。具有偏置单元56的流动控制器还接收由流量元件FE58实际测量的低流流速，其表示流过管状结构1的流速。具有偏置单元56的流动控制器将来自单元54的低流流速指令信号与从流量元件FE58实际测量的低流流速相比较，并产生控制阀信号，该控制阀信号被传输给控制阀5以调整流过管状结构1的给水流量。从单元56产生的控制阀信号还被传输给信号转换单元60，经转换的控制阀信号被传输给其余的控制阀5以调整流过管状结构2的给水流量。由于单元56是具有偏置能力的流量控制器，为了适应实际的场性能，可以容易地作出改变以调节低流流速指令信号；例如，调节管状结构1和2之间的流动分离，从而达到期望的离开省煤器和进入下游装置例如选择性催化反应器的烟气温度。
指令信号发生器单元54可以以本领域技术人员所公知的任何方式产生低流流速指令信号；查找表，根据作为锅炉负荷的函数的低流流速指令的预定等式计算等。指令信号发生器单元54还包括多个对应于在锅炉中燃烧的不同燃料类型的这种表或等式。
高/低限制器单元52接收从流量元件FE50测量到的给水流量信号，并产生提供给隔断阀62的高/低限制信号，所述的隔断阀62位于给水管15向管状结构1供应给水的流路上。高/低限制器设计成将隔断阀62置于一个特定的开启位置，该位置取决于由锅炉测量得到的给水流量信号而指示出的锅炉的负荷。例如，假定锅炉具有600MW的额定兆瓦(MW)容量。锅炉的运行可能落入三个运行范围之一0-200MW，200-400MW，400-600MW，这些范围将会确定根据本发明的多通道省煤器的控制系统的运行方式。
在0-200MW的运行范围内，在管状部件1的供应流路中的隔断阀62和控制阀5都是常开的。在200-400MW运行范围内，离开省煤器3的烟气温度上升至超过0-200MW范围内所经历的温度，但是通常不会升高至允许合适的选择性催化反应器运行的程度。因此，可以利用本发明的原理；在这种情况下，将隔断阀62关闭至一个特定的位置，以便为管状结构1提供附加的流阻，由此允许控制阀5的运行具有更大的灵活性，进而调整流过管状部件1和2的给水流量，并且离开省煤器3的烟气温度上升至期望值。当锅炉的兆瓦负荷持续上升，到达了400-600MW的运行范围时，由于从省煤器3排出的烟气温度高于所期望的最小值，因此本发明的给水调整原理可以渐渐地“逐步停止”，控制阀5可以被开的很大，并以一种方式开启隔断阀62使得获得管状结构1和2中的平衡流动状况。尽管这里描述了三种同样大小的运行“范围”，但是也可以利用不相等的运行范围。通常的想法是，在较低的锅炉运行范围内一般不应用本发明的原理，在中间的运行范围内主要应用本发明，以及在较高的锅炉运行范围内不需要应用本发明的原理，因此控制阀的调整就被渐渐地逐步停止，这是因为烟气的温度高于期望的最低水平。
现在参考图11，其中示出了将本发明的原理应用到另一个实施方式中，该实施方式与图10中公开的实施方式非常类似。在这种情况下，一个根本性的区别在于取代了位于将给水供应到管状部件1和2的给水流路径15中的两个控制阀5，在这里仅设有一个单独的控制阀5，而且该控制阀5被调整以控制流过单独一个管状结构的给水流量；在这里是管状结构2(但是如果需要，可替换地也可以是管状结构1)。另一个区别涉及这样一种事实，即单独的控制阀5和隔断阀62位于平行的流路上，而不是像图10中的那样彼此串联连接。此外，由于控制阀5提供了环绕隔断阀62的一条流路，因此图11中的隔断阀62可以在各种情况下运行，全开、部分开启或全关。另外，操作的原理与图10中的相同。测量得到的流向省煤器3的给水流量可用于在单元54产生成比例的或偏置的流速指令信号。然后将该指令信号传输给具有偏置单元56的流动控制器，在流动控制器中将指令信号与流量元件FE58测量得到的低流比例或偏置流速进行比较。如果在指令信号流速和测量得到的流速之间存在差异，则调节用于调整比例或偏置流动的控制阀5。根据需要应用偏置以调节系统的性能。
尽管在上面特别地参考图10和11描述的控制系统可以在不参考任何测量到的烟气温度的情况下使用，但是可以预想到将两种方法结合使用。也就是说，测量的省煤器3的给水流量可以用于在单元54中产生比例或偏置流速指令信号，并且建立一个初始流速。然后，使用温度测量，例如离开省煤器的烟气温度，作为检验值或修正值以对控制阀5的位置进行“微调”。
因此应当理解，所述控制系统和操作方法特别适用于这些运行状况，例如当锅炉负荷较低的情况下，这时省煤器水流的主要部分必须被比例调节或偏置以达到期望的或目标烟气出口温度。使用出口气体温度控制水流量的常规方法在水流的主要部分被比例调节或偏置时不是十分有效，因为流经省煤器(的低流部分的)加热表面的水的停留时间不能按秒或几分钟来计量，而是延长到几乎一个小时。过长的停留时间反过来又延长了有效地改变气体温度所需的时间，从而使得气体温度不再能够被用于控制比例或偏置水流速。
本发明的优点在于，它允许系统在省煤器部分中进行比例调节或偏置水流速，以增加排出的气体温度，从而使得在锅炉负荷较低时，相对于使用出口气体温度来控制给水比例或偏置水流速的系统更有效。如果锅炉是这样装备的，就允许位于锅炉下游的选择性催化反应器在比以前使用这种类型系统的锅炉时可能的负荷低的锅炉负荷情况下继续运行。
尽管已经示出和详细地描述了本发明具体的实施方式以说明本发明原理的应用，但是应当理解，在不脱离这一原理的条件下可以将本发明具体化为其他形式。例如，本发明可以被应用于具有选择性催化反应器或其它形式的下游装置的新的锅炉或蒸汽发生器，或者被应用于现有的锅炉或蒸汽发生器的更换、维修或改型，其中选择性催化反应器或其它形式的下游装置以及相关的设备被或已经被改型安装。在本发明的一些实施方式中，有时可以利用本发明的一些技术特征的优点，而不必相应地应用其它的技术特征。因此，所有这些改变和实施方式都适当地落入下面的权利要求限定的范围内。
权利要求
1.一种系统，用于将被引导进入下游装置的烟道或燃烧气流的温度保持在期望的温度范围内，或保持在期望的温度，其包括省煤器，所述省煤器位于所述下游装置的上游，并且与所述下游装置流体连通，其中所述省煤器包括至少两个管状结构，这两个管状结构与锅炉产生的气流的流路以交叉和/或逆流换热的关系布置，还具有烟道入口和烟道出口，锅炉，所述锅炉位于所述省煤器的上游，并与所述省煤器流体连通，每个管状结构都具有给水入口和给水出口，所述管状结构的出口都与出口集管连接，每个管状结构的入口都与独立的入口集管连接，并且还具有控制系统，所述的控制系统配置成独立地控制流过每个管状结构的给水流量，同时使流经省煤器的给水的总流量基本保持稳定，并且流过每个管状结构的给水流量通过一种方式进行调节，这种方式是从气流中传递适当量的热量以将气流温度保持在期望的温度范围内或保持在期望的温度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个管状结构都包括多个水平或垂直布置的、在省煤器中来回折返的蛇形管。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述管道的来回折返的布置在省煤器的纵向、垂直、对角或水平的轴或方向上偏置，或者所述的布置以这些定向方式的组合方式偏置。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过增大流过至少一个管状结构中的给水流量，和通过减小流过剩余管状结构中的给水流量来减小从气流中传递的热量，其中流过省煤器的给水的总流量保持基本不变。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，气流的流路与给水流是交叉的和/或顺流的。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，管道的来回折返的布置在省煤器的纵向轴或方向上延伸或伸展。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括第一温度传感器，其安装在省煤器气体入口和/或出口，用于测量入口和出口气体温度；流量计，用于测量流过管状结构的给水流量；第二温度传感器，用于测量管状结构入口和出口的给水温度；以及多个控制阀，用于调节流过管状结构的给水流量，其中所述第一和第二温度传感器、流量计和控制阀与所述的控制系统信号连通。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一和第二温度传感器和流量计被定位和校准以将适当的测量值提供给控制系统，用于调节省煤器的传热率。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，省煤器的传热率通过一种方法进行调节，该方法包括步骤选择适当的管状结构；以及控制流过选定的管状结构的给水流速。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，控制系统配置成保持期望的最佳温度，而不管锅炉负荷或气流温度的变化。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，保持期望的最佳温度不需要将锅炉产生的气流旁通。
12.如权利要求2所述的系统，其特征在于，管状结构定位成彼此相邻、并排但不重叠的关系。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个管状结构具有不同的传热能力。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，管状结构具有各不相同的传热特性。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，出口集管具有挡板部件，所述挡板部件用于在给水从出口集管离开之前促进来自管状结构的给水的混合。
16.如权利要求1所述的系统，其特征在于，至少一个管状结构在单个管道的入口和出口中的一个或两个位置设置有喷嘴部件，用于提供附加的压降以均衡所述的管状结构中每个管道之间的流量分配。
17.如权利要求1所述的系统，其特征在于，下游装置包括选择性催化反应器部件、空气加热器、微粒去除装置和烟气脱硫装置中的至少一种。
18.一种方法，用于将被引导进入下游装置的气流温度保持在期望的温度范围内，或保持在期望的温度，所述的下游装置位于省煤器的下游，并且与省煤器流体连通，该方法包括在省煤器中设置至少两个管状结构，所述的管状结构与气流流路呈交叉和/或逆流换热的关系，省煤器具有烟道入口和烟道出口，每个管状结构具有给水入口和给水出口，两个管状结构的出口都与出口集管连接，每个管状结构的入口都与独立的入口集管连接，监控烟道入口或烟道出口的气体温度、给水入口和给水出口的给水温度、以及流过省煤器的给水流量；并且基于测量得到的温度和流量，控制通过每个管状结构传输的给水流量，以提供具有复合传热能力的管状结构，该复合传热能力将有效地使气体温度保持在期望的温度范围内或保持在期望的温度，其中通过增大流过至少一个管状结构的给水流量和减小经过其余管状结构的给水流量，来减小管状结构的传热能力。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，每个管状结构都包括多个水平或垂直布置的、在省煤器中来回折返的蛇形管。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述管道的来回折返的布置在省煤器的纵向、垂直、对角或水平的轴或方向上偏置，或者所述布置以这些定向方式的组合方式偏置。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，气流的流路与给水流是交叉的和/或顺流的。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，管道的来回折返的布置在省煤器的纵向轴或方向上延伸或伸展。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，管状结构定位成彼此相邻、并排且不重叠的关系。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，每个管状结构具有不同的传热能力。
25.如权利要求18所述的方法，其特征在于，管状结构具有各不相同的传热特性。
26.如权利要求18所述的方法，包括引导烟气流进入下游装置，所述下游装置包括选择性催化反应器部件、空气加热器、微粒去除装置和烟气脱硫装置中的至少一种。
27.一种系统，用于将被引导进入下游装置的烟道或燃烧气流的温度保持在期望的温度范围内，或保持在期望的温度，该系统包括省煤器，所述省煤器位于所述下游装置的上游，并且与所述下游装置流体连通，其中所述省煤器包括至少两个管状结构，所述的两个管状结构与锅炉产生的气流的流路以交叉和/或逆流换热的关系布置，还具有烟道入口和烟道出口，锅炉，所述锅炉位于所述省煤器的上游，并与所述省煤器流体连通，每个管状结构都具有给水入口和给水出口，两个管状结构的出口都与出口集管连接，每个管状结构的入口都与独立的入口集管连接，并且还具有控制系统，所述控制系统配置成独立地控制流过每个管状结构的给水流量，同时使流经省煤器的给水的总流量基本保持稳定，以及流过每个管状结构的给水流量通过一种方式进行调节，这种方式是基于比例或偏置流速指令信号，从气流中传递适当量的热量以将气流温度保持在期望的温度范围内或保持在期望的温度，所述的指令信号是作为测量到的省煤器给水流量的函数产生的。
28.如权利要求27所述的系统，包括用于将测量到的至少一个管状结构中的流速与比例或偏置流速指令信号进行比较的装置，用于确定在指令信号流速和测量到的流速之间是否存在差异的装置，以及控制阀装置，所述的控制阀装置响应所述的差异以调整流过至少一个管状结构的给水流动。
29.如权利要求28所述的系统，包括指令信号发生器装置，用于产生比例或偏置流速指令信号，该流速指令信号是测量到的省煤器给水流量以及锅炉中被燃烧的燃料类型的函数。
30.如权利要求27所述的系统，其特征在于，根据锅炉是否处于较低、中等或较高的运行范围内，所述控制系统确定是否控制流过每个管状结构的给水流量，同时使流过省煤器的给水总流量基本保持不变，以便从气流中传递适当量的热量从而使气流保持在期望的温度范围内或保持在期望的温度。
全文摘要
一种气体温度控制系统，其用于在锅炉负荷的一定范围内保持期望的省煤器出口气体温度，该系统包括多个具有与烟气接触的表面的管状结构。优选地，每个管状结构具有多个水平或垂直布置的、在省煤器中来回折返的蛇形管或纵管，并且每个管状结构具有独立的给水入口。通过控制流过管状结构的给水流速实现从烟气中传递热量。在具有两个管状结构的温度控制系统中，可以通过减小流过一个管状结构的给水流量同时使另一个管状结构溢流，从而经过省煤器的给水总流量大体上保持不变，如此来减小省煤器的总体传热能力，从而在锅炉负荷较低时保持期望的省煤器出口气体温度。进入省煤器的给水流速可以用于加入/分离省煤器水流内部的比例或偏置系统。
文档编号F22D1/12GK101074771SQ20071012666
公开日2007年11月21日 申请日期2007年5月9日 优先权日2006年5月9日
发明者M·J·阿尔布雷克特, J·S·布洛斯, S·V·弗兰斯塞罗, M·J·麦格雷戈 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司