專利名稱：保護(hù)換熱器的方法和設(shè)備以及具有換熱器保護(hù)設(shè)備的蒸汽鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)換熱器以抵抗由于熱交換介質(zhì)沸騰產(chǎn)生的壓力的 方法，并涉及一種蒸汽鍋爐的保護(hù)回路，以及一種具有換熱器保護(hù)設(shè)備的蒸汽 鍋爐。本發(fā)明尤其涉及無外部控制或外部能量的換熱器保護(hù)。更優(yōu)選的，本發(fā) 明的換熱器的保護(hù)方法和保護(hù)回路用于從熱力鍋爐的廢氣流中回收熱的應(yīng)用場 合，其中具有以下危險(xiǎn) 一方面，腐蝕物質(zhì)在換熱:^表面冷凝，另一方面，作 為熱効奐介質(zhì)的水發(fā)生沸騰。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代熱力裝置中，通過7賴峻氣到盡可能低的 鵬，鵬中的熱能被有 效地回收。依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，下面以用于發(fā)電的流化床鍋爐為例描述該過程。但 是，本發(fā)明的換熱器的所述保護(hù)方法和保護(hù)回路，可以用于任何類型的蒸汽鍋 爐裝置。
在流化床鍋爐中，通過在鍋爐的爐膛中，燃料與空氣在惰性材料流化床內(nèi) 燃燒，合適燃料的化學(xué)能被轉(zhuǎn)換為熱能。既能通過布置在爐膛壁的熱表面直接 回收熱能，也能通過布置在廢氣排出通道的不同換熱器回收熱能。在M通道 部分處，鵬鵬和換熱器表面溫度保持足夠高，這使得制造相對便宜的金屬 材料的換熱器成為可能。
當(dāng)廢氣冷卻到足夠低的、鵬，例如，從130。C到9(TC，水蒸敲換熱器表 面上凝結(jié)成7K滴，此時(shí)換MI表面溫度低于酸露點(diǎn)和水露點(diǎn)，廢氣中包含的， 例如二氧化硫，可以溶解到水滴中，并形成腐蝕金屬表面的混合物。 一般地， 換熱器由盡可能耐腐蝕的材料制成，從而達(dá)到降低腐蝕的目的。近來，尤其是 當(dāng)廢氣中包含強(qiáng)烈腐蝕性的混合物時(shí)，審m也已經(jīng)開始使用合適的塑料材料 制造換熱器。在包含塑料部分的換熱器中，實(shí)際中與廢氣接觸的換熱管， 一般是U型 塑料管，其上端與金屬聯(lián)管箱相接。另一方面，聯(lián)管箱安裝在熱交換介質(zhì)，一 般是水的再循環(huán)魏上。在換熱管道和聯(lián)管箱之間的結(jié)合處，l細(xì)由塑料 膠材料制成的密封，可以很好;tfc^受來自廢氣的融角tt液相中的酸物質(zhì)。已經(jīng)注意到，在運(yùn)行條件 下，塑料的換熱器可以很好地在使用中承受腐蝕和其它典型壓力，但是它們的 弱點(diǎn)是塑料管在聯(lián)管箱上的安裝，特別是在結(jié)合處使用的密封。己經(jīng)證實(shí)，結(jié)合處的密封對壓力沖擊的承受能力差，壓力沖擊可能在以下情況下產(chǎn)生換熱器液體循環(huán)中的7K，至少局部地，發(fā)生不可控制的沸騰并產(chǎn) 生蒸汽。當(dāng)塑料管和聯(lián)管箱中流動的水中的水蒸氣凝結(jié)時(shí)，產(chǎn)生局部的點(diǎn)狀的 壓力沖擊，這可能直接撞擊密封。壓力沖擊還可能導(dǎo)致旨換熱器的振動，從 而逐漸破壞密封。熱交換介質(zhì)的不可控的沸騰對密封的破壞是典型地由冷卻水循環(huán)的擾動造 成的。冷卻水循環(huán)的擾動，可能是由動力故障，或循環(huán)泵的操作擾動，或整個(gè) 泵或其驅(qū)動馬達(dá)的損壞造成的，其中動力故障可能導(dǎo)致整個(gè)工廠停工，包括換熱器的液體循環(huán)。至于相關(guān)的泵的操^f尤動，自然可以M51停止鍋爐的整1^燃 燒過禾M^試圖解決問題。但是，爐膛，尤其是流化床鍋爐的爐膛，在一段時(shí)間 內(nèi)提供余熱，從而使得向^4詠的熱傳遞不會立亥,止。因此，位于鵬通道 的換熱管中的液體有繼續(xù)蒸發(fā)的趨勢。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明例如以這樣一種方離決戰(zhàn)提至啲問題在熱回收循環(huán)中安裝與換熱器相M的膨脹容器，從而使換熱器管道中產(chǎn)生的蒸汽以可控制的方式排到膨脹容器中。i^戶換熱器的方法和設(shè)備，以及具有換熱器保護(hù)裝置的蒸汽鍋爐的其它特 征因素，在附加的權(quán)利要求中清楚給出。


保護(hù)換熱器的方法和設(shè)備，以及具有換熱器保護(hù)裝置的蒸汽鍋爐，ffi31參 照以下附圖可以得到更詳細(xì)地說明，其中 圖1是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱力，的示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明雌實(shí)施例的換熱器保護(hù)回路的示意圖； 圖3是依據(jù)本發(fā)明第二im實(shí)施例的換熱器保護(hù)回路的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示意性地圖示說明了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱力裝置10的部件，對于本發(fā)明，所述部件都是重要部分。燃料14和助燃空氣16被引到廠10的爐膛12中， 產(chǎn)生^^一般大約為800-95(TC的廢氣。熱it^從爐膛沿著廢氣管18被引到熱 回收部20，在其中通過,Ait氣中得至機(jī)能而產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)it^鵬降低，例 如，降到大約25(M5(TC。鵬從熱回收部20被提供給助燃空氣的蓄熱式預(yù)熱 器22，在預(yù)熱器中，廢氣a^f懐性:t艦一步降到大約15(rc。當(dāng)希望盡可能多份額地利用廢氣熱能時(shí)，廢氣可以從助燃空氣的蓄熱式預(yù) 熱器22中導(dǎo)出，并進(jìn)一步Mil廢氣鼓風(fēng)機(jī)24到達(dá)廢氣7賴卩器26。在冷卻器26 中，M的熱能傳遞給介質(zhì)， 一般是tK，介質(zhì)ffl51/人流動管28a和28b至U助燃 空氣預(yù)熱器30幫盾環(huán)。這樣，由mt幾32提供的助燃空氣，艦預(yù)熱器30 和蓄熱式預(yù)熱器22被引導(dǎo)到爐膛12。一棘說，目的是通過7賴口器26 ^i口約到盡可能低的》鵬。當(dāng)4頓金 屬換熱管道時(shí)，末端溫度必須高于廢氣的酸露點(diǎn)，最低大約為IO(TC。如果冷 卻器26中與^接觸的換熱管由塑料制成，廢氣可以被冷卻到低于IO(TC的溫 度。M從冷卻器26被弓倒煙囪34。熱力裝置10還包括許多其他部件，例 如，鵬清潔設(shè)備和灰處理設(shè)備。因?yàn)樗鼈儗τ诒景l(fā)明并不重要，所以沒有在 圖l中示出。圖2更詳細(xì)地顯示出換熱器36，其包括廢氣冷卻器26和助燃空氣預(yù) 30，依據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施例，換熱器還包括與大氣式膨脹容器52相連的換 熱器保護(hù)回路38。圖2艦箭頭40， 40，顯示了被液體熱交換介質(zhì)間接7賴卩的約流，其中 液體熱交換介質(zhì)，大多數(shù)情況也就是水，在換熱器36的熱回收管42中循環(huán)。 除了熱回收管42外，換熱器36的液體循環(huán)還包括再循環(huán)管道28a， 2Sb，其中 液體M泵44進(jìn)行兩盾環(huán)。再循環(huán)髓28a， 28b與助燃空氣預(yù)熱器30相連， 在其中介質(zhì)被再次y賴卩，此時(shí)ffl31從廢氣中回收熱能，加熱相對冷的由鼓風(fēng)機(jī) 32提供的助燃空氣。另外可選擇地，代替助燃空氣預(yù)熱器30，換熱器36可能 包括凝中其他類型的換熱器，在其中MJ^中回收的熱能加熱合適的介質(zhì)。熱回收管42是U型管，其上端艦密封48以可脫離的方式與聯(lián)管箱46， 46，相連。換熱器36的一個(gè)聯(lián)管箱是入口室46，它與換熱器液體循環(huán)的入口管 28a相連。相應(yīng)地，換熱器的一個(gè)聯(lián)管箱是出口室46'，它與液體循環(huán)的出口管 28b相連。聯(lián)管箱46， 46'通常由鋼或其他合適的金屬或金屬化合物制成，但是， 在某些情況下，它們也可以由塑料或合適的合^it才料制成。接觸到廢氣的熱回收管42以這樣的方式裝配成垂直的位置管中的氣體， 尤其是蒸汽，可離艮容易:tlLt升到聯(lián)管箱46， 46'。箭頭49顯示了熱回收管42 和流動管28a和28b中水的流動方向。齡U型管42 —般被連接^^ 謂的逆 流換熱器，換句話說，水以這樣一種方式流動流入7jC流，也就是從入口室46 流下的水流位于;^ii，也就是在流出廢氣40的一側(cè)，同時(shí)，相應(yīng)地，流出水 流，也就是上升到出口室46'的7jC流位于熱側(cè)，也就是在^A廢氣流40'的一fflM^流連接，可能將戯末端纟鵬最小化。此外，如果熱鵬導(dǎo)致管42 中的介質(zhì)沸騰，所述沸騰在管的上升端部分開始，從而加強(qiáng)液體循環(huán)。同時(shí)， 可能產(chǎn)生的蒸汽泡積聚在出口室46'。可以說，連接在兩個(gè)聯(lián)tf音46， 46'之間的熱回收管42形成了管組50。 換熱器36可能包括兩個(gè)聯(lián)管箱46， 46'和其間的一個(gè)管組50，或者如圖3所示 的，包括三個(gè)聯(lián)管箱46， 46'， 46"和串聯(lián)連接的兩個(gè)組50， 50'，其中一個(gè)連 接在聯(lián)管箱46和46"之間，另一個(gè)連接在聯(lián)管箱46"和46'之間。可能還有多 于兩個(gè)串聯(lián)管組的情況，并且在某些情況下，換熱器可育級包括并聯(lián)的管組。當(dāng)換繊的熱回收管42由塑料制成時(shí)，與聯(lián)管箱46， 46'， 46"相連的管 必須M (OT橡膠或塑料密封48皿接它們。所述密封可以很好地承受由它 們的普通操作條件引起的壓力。但是，如果熱交換介質(zhì)被允許在熱回收管42 中不受控制地蒸發(fā)，密封可能穀膙烈的壓力沖擊，這些密封已被顯示不能承 ^i^樣的沖擊。依據(jù)本發(fā)明，有一個(gè)保護(hù)回路38與換熱器36相連，它包括膨脹容器52 和將聯(lián)管箱46 ， 46， ， 46"中的至少某幾個(gè)連接至膨脹容器52的流動鵬54 ， 54，， 56。依據(jù)圖2中的布置，出口室46，與管54相連，管54的上端連接至膨脹容 器52的上部，高于膨脹容器內(nèi)液面的位置。另一方面，管56連接到入口室46
或其附近位置上，所述管的上端連接到膨脹容器52的底部。通向膨脹容器52上部的流動通道54， 54'，可以針分別i艦向膨脹容器 52，或者如果需要，可以將它們的上端連接成單一流動通道通向膨脹容器。返 回管56從膨脹容器52返回通到入口管28a，優(yōu)選,入口管28a和聯(lián)管箱46 的接合點(diǎn)處，或者通到聯(lián)管箱46上。在圖2所示的實(shí)施例中，通風(fēng)導(dǎo)管58從 膨脹容器52通向大氣或通向某個(gè)其它希望的空間。膨脹容器52位于水平面高于聯(lián)管箱46， 46，， 46，，的位置，由此，容器52 和流動通道54， 54'中的液體柱在換熱器介質(zhì)中產(chǎn)生希望的過壓。例如，當(dāng)膨 脹容器52位于高于聯(lián)管箱5米的位置時(shí)，膨脹容器52可以保持大氣壓，并且 還在熱回收管42內(nèi)保持大約0.5bar的過壓。，地，膨脹容器底部高于聯(lián)管 箱水平面大約3到7米。當(dāng)泵44運(yùn)行時(shí)，換熱管的流動阻力造成與出口室46' 連接的流動鵬54的液體表制氐于膨脹容器52的液體表面，雜成了一定數(shù) 量的壓力損失。圖2所示的設(shè)備以這樣一種方式運(yùn)行當(dāng)換熱器36中的液體循環(huán)穀鵬 動，例如，當(dāng)泵44停止運(yùn)行，熱回收管42中的液體開始局部沸騰并產(chǎn)生蒸汽。 產(chǎn)生的蒸汽主要流向聯(lián)管箱46'，并從那里進(jìn)一步沿著流動通道54到達(dá)膨脹容 器52。在如圖3所示設(shè)備中，積聚在聯(lián)lf昏46'和46"中的蒸汽，沿著通道54 和54'被導(dǎo)向膨脹容器52的上部。依據(jù)本發(fā)明裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)泵44停止時(shí)，熱回收管42中的液體也 育^1對盾環(huán)。這是基于這樣一個(gè)事實(shí)當(dāng)泵44停止時(shí)，保護(hù)回路38的不同分支 中的液體水平面得到平衡，但是，沖擊熱回收管42上升部分的熱廢氣格外地 加熱上升部分的液體，因此它的密度減少。當(dāng)上升部分的液體發(fā)生沸騰，液/汽 混合物開始積聚在鵬54中，由此，通道54中的介質(zhì)柱的密度減少得相當(dāng)多， 并且它的上表面顯著上升，高于膨脹容器52的液體表面。然后液體開始從通 道54移至膨脹容器52，并進(jìn)一步從容器52的底部沿著通道56進(jìn)入入口通道 46。這樣，這個(gè)所謂的自然循環(huán)完全不需要外部能量，保證了熱回收管42內(nèi) 的液體循環(huán)。進(jìn)一步地，兩個(gè)具有閥的輔助7jC管與膨脹容器52相連，艦其中一個(gè)水 管60，可向廠里的普通水管的膨脹容器提供新鮮的液體，同時(shí)通過另一個(gè)水管 62，例如，可提供消防用水。管62是備用系統(tǒng)，當(dāng)例如由于動力故障，普通
的水供應(yīng)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，才技入使用。雌的，流動通道54， 54'， 56艦這樣一種方式從針聯(lián)管箱46， 46'， 46"布置至膨脹容器52:使針熱回收管組50， 50，排空蒸汽。3M^樣做，使 防止換熱器36中產(chǎn)生蒸汽閘成為可能。與所有熱回收管組50， 50'的端部連接 的流動通道54， 54'， tti^l向膨脹容器52壁面的相同高度，并與那里切線連 接。因此，從流動通道54， 54'中的一個(gè)流向膨脹容器52的蒸汽，盡可能小地 妨礙蒸汽從流動鵬54， 54'中的另一個(gè)流出。進(jìn)一步地，流動通道54， 54'優(yōu) 選以這樣一種方式弓I向膨脹容器它們在高于容器液面處向容器52開口 。在戰(zhàn)討論的實(shí)施例中，鄉(xiāng)U說明的膨脹容器52處于大氣壓力中，這是 本發(fā)明最簡單的實(shí)施例，并且只需要膨脹容器相對于換 36育巨足夠高地被 安裝。如果水循環(huán)的再循環(huán)中f頓這樣高的、鵬，那么液柱的加壓不足以防止 正常情況下的蒸發(fā)，這就可能布置加壓的膨脹容器。從而將在一定壓力下打開 的安全閥，連接至膨脹容器的通風(fēng)導(dǎo)管58上，如果壓力開始升高太多，所述 安全閥從膨脹容器中排放蒸汽。圖2進(jìn)一步顯示了本發(fā)明的附加優(yōu)選實(shí)施例，也就是與再循環(huán)管道28a連 接的輔助冷卻器64，這個(gè)冷卻器可以用于冷卻沸騰之前在管道中再循環(huán)的液 體，并且它可以與戰(zhàn)設(shè)備相連接，但仍3te4頓。當(dāng)4頓所述輔助^4卩器時(shí)， 控制可以被確定，例如，fflil魏中再循環(huán)液體的纟鵬，冷卻器可以M控制 系統(tǒng)的指導(dǎo)從而i3A自動工作。如上面描述的可知，關(guān)于沒有外部輔助能量或控制的塑料換熱器的4頓，提供了解決其問題的新方法。由上述內(nèi)容可以理解，本發(fā)明M;最im實(shí)施例進(jìn)行了討論，但是，這不是說本發(fā)明的范圍局限在附加權(quán)利要求中定義的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、 一種保護(hù)換熱器的方法，在該方法中，燃料在熱力裝置(10)的爐膛(12)中燃燒，并且能量從燃燒產(chǎn)生的廢氣中回收給在換熱器(36)的塑料熱 回收管(42)中再循環(huán)的介質(zhì)，塑料熱回收管(42)按照逆流原則連接，其特 征是，在熱回收管(42)端部的介質(zhì)流動方向中產(chǎn)生的蒸汽^流動Mit (46) 被引導(dǎo)到膨脹容器(52)的上部，并且熱交換介質(zhì)沿著熱回收管(42)上游介 質(zhì)的流動方向，從膨脹容器(52)下部被引導(dǎo)到換熱器(36)。
2、 根據(jù)禾又利要求1的方法，其特征是，膨脹容器(52)中的介質(zhì)表面保 持在流動通道(46)的接合點(diǎn)以下。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，膨脹容器(52)為大氣壓，并且 被布置為7jC平高度高于熱回收管(42)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，膨脹容器(52)是加壓的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4的方法，其特征是，蒸汽Mil風(fēng)導(dǎo)管(58)從 該膨脹容器(52)排出。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是，在換熱器(36)中，從廢氣中回 收的能量被傳遞給將供給爐膛(12)的助燃空氣。
7、 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征是，4柳的熱^J奐介質(zhì)是水。
8、 一種換熱器保護(hù)回路，所述換繊G6)包括塑料熱回收管(42)，按 照逆流原則連接的塑料熱回收管(42)以與熱力鍋爐(10)的廢氣熱交換的方 式布置，并且在熱交換介質(zhì)的流動方向上，塑料熱回收管的端部與聯(lián)管箱(46') 相連，其特征是，所述保護(hù)回路包括膨脹容器(52)，在熱回收管(42)上游 介質(zhì)的流動方向上，膨脹容器(52)的上部M:流動鵬(54)與聯(lián)管箱(46，) 相連，其下部通過流動鵬(56)與換熱器(36)相連。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器保護(hù)回路，其特征是，膨脹容器(52)為大 氣壓，并且布置為7jC平面高于熱回收管(42)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的換熱器保護(hù)回路，其特征是，膨脹容器(52)和熱 回收管(42)之間的垂都巨離大約為3到7米。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器保護(hù)回路，其特征是，膨脹容器(52)是加 壓的。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9或11的換熱器保護(hù)回路，其特征是，膨脹容器(52) 包括用于排出蒸汽的通風(fēng)導(dǎo)管(58)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器保護(hù)回路，其特征是，換熱器(36)包括換 熱器(30)， ili^奐熱器(30)， AAit氣中回收的能量被傳避合將供給爐膛(12) 的助燃空氣。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8的換熱器保護(hù)回路，其特征是，熱回收管(12)是主 體垂直的U型管。
15、 一種蒸汽鍋爐，包括爐膛(12)，廢氣通道(18)，熱回收部(20)， 和換 G6)，所述換熱器包括塑料熱回收管(42)，塑料熱回收管(42)按 照逆流原則以與蒸汽鍋爐(10)的廢氣熱交換的方式連接，在熱交換介質(zhì)的流 動方向上，所述熱回收管(42)的端部與聯(lián)管箱(46')相連，其特征是，布置 膨脹容器(52)與換熱器(36)相連，在熱回收管(42)上游介質(zhì)的流動方向 上，所述膨脹容器的上部通過流動通道(54)連接到聯(lián)管箱(46')，其下部通 過流動通道(56)與換熱器(36)相連。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的蒸汽鍋爐，其特征是，膨脹容器(52)為大氣壓， 并且布置為水平高度高于熱回收管(42)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的蒸汽鍋爐，其特征是，膨脹容器(52)與熱回收 管(42)之間的垂直距離大約為3到7米。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15的蒸汽鍋爐，其特征是，膨脹容器(52)是加壓的。
19、 根據(jù)權(quán)利要求16或18的蒸汽鍋爐，其特征是，膨脹容器(52)包括 用于排出蒸汽的通風(fēng)導(dǎo)管(58)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15的蒸汽鍋爐，其特征是，換熱器(36)包括換熱器 (30)， fflil換熱器(30)，從M中回收的能量被傳遞給將供給爐膛(12)的助燃空氣。
21、 根據(jù)權(quán)利要求15的蒸汽鍋爐，其特征是，熱回收管(12)是主體垂 直的U型管。
全文摘要
本發(fā)明涉及這樣一種方法和設(shè)備，其用于在無外部能量的情況下，保護(hù)換熱器以抵抗由于熱交換介質(zhì)沸騰產(chǎn)生的壓力，本發(fā)明還涉及具有換熱器保護(hù)設(shè)備的蒸汽鍋爐。所述設(shè)備優(yōu)選用于從熱力鍋爐的廢氣流回收熱的情況，其中作為熱交換介質(zhì)的水有沸騰的危險(xiǎn)。本發(fā)明的換熱器的保護(hù)回路包括膨脹容器(52)，如果發(fā)生沸騰，它提供水的自然循環(huán)，用于在無外部能量或控制下冷卻換熱器(36)。
文檔編號F28F9/02GK101124449SQ200580024837
公開日2008年2月13日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者J·佩利卡 申請人:福斯特韋勒能源股份公司