一种煤气锅炉烟气梯级换热装置和温度控制方法
技术领域
本发明属于热能动力及自控检测技术领域，具体涉及一种煤气锅炉烟气梯级换热装置和温度控制方法。
背景技术
现阶段，国内一般煤气高温高压锅炉出口排烟温度控制均不是理想状态，直接导致锅炉运行效率低下。为了提高煤气锅炉的热效率，一般采用的方法只是选择在锅炉出口烟道加装煤气加热器或低温省煤器对烟温进行换热，排烟温度只能控制在135℃-155℃左右，温度仍然过高，热能利用不够充分。单纯的煤气加热装置，只是提高煤气进入锅炉初温，烟气余能利用不够；单纯的低温省煤器只是提高凝结水或除盐水温度，对锅炉排烟温度热能的综合利用不明显，排烟温度也始终达不到理想的最佳温度值。目前的锅炉烟温利用技术，换热方式单一，效率提升低下，缺乏烟温目标值的自动控制技术参与，导致排烟温度完全受制于设备运行状态的优劣，缺乏相应的检测手段跟踪，导致排烟温度不完全受控。
发明内容
本发明目的是提供一种煤气锅炉烟气梯级温度控制方法和换热装置，能够逐级降低锅炉排烟温度、提升锅炉效率；实现排烟温度自动控制，在线监测换热器的堵塞情况，及时报警。
具体地说，一方面，本发明提供了一种煤气锅炉烟气梯级换热装置，位于煤气锅炉出口烟道和经烟气换热后出口烟道之间，所述煤气锅炉烟气梯级换热装置包括煤气加热器，还包括给水加热器和凝结水加热器。
进一步而言，所述给水加热器、煤气加热器和凝结水加热器依次安装在所述煤气锅炉出口烟道后。
进一步而言，所述给水加热器设置有旁路给水换热进口管和旁路给水换热出口管，所述旁路给水换热进口管上设置有旁路给水调节阀，用于调节给水进水量。
进一步而言，所述凝结水加热器设置有凝结水换热进口管和凝结水换热出口管，所述凝结水换热进口管上设置有凝结水调节阀，用于调节凝结水进水量。
进一步而言，所述煤气锅炉出口烟道与所述给水加热器之间、和/或所述给水加热器与所述煤气加热器之间、和/或所述煤气加热器与所述凝结水加热器之间、和所述梯级换热装置后设置有温度检测装置。
进一步而言，所述煤气加热器设置有煤气换热进口管和煤气换热出口管，所述煤气换热进口管和煤气换热出口管上设置有压力检测装置。
另一方面，本发明还提供一种煤气锅炉烟气梯级温度控制方法，采用上述煤气锅炉烟气梯级换热装置和DCS实现，包括：
获取所述温度检测装置所得的排烟温度测量值；
设置所述煤气锅炉的排烟温度目标值；
比较所述排烟温度测量值与所述排烟温度目标值；
控制调节：控制所述旁路给水调节阀和/或凝结水调节阀，从而调节换热介质流量，使所述排烟温度测量值达到所述排烟温度目标值。
进一步而言，所述控制调节包括第一段调节和/或第二段调节；
所述第一段调节包括调节凝结水调节阀，从而调节凝结水流量；
所述第二段调节包括调节旁路给水调节阀，从而调节给水流量；
判断经所述第一段调节后所述排烟温度测量值是否达到所述排烟温度目标值，若达到，则不进行所述第二段调节，若未达到，则进行所述第二段调节。
进一步而言，所述煤气锅炉烟气梯级温度控制方法，还包括：
获取所述压力检测装置所得的煤气换热进口管压力检测值和煤气换热出口管压力测量值；
计算所述煤气换热进口管压力检测值和所述煤气换热出口管压力测量值的差值，若所述差值超出设定值，则发出报警信号。
本发明的有益效果如下：
本发明的梯级换热装置，通过逐级布置，多重换热，逐级降低锅炉排烟温度，最大程度上降低锅炉排烟温度；
引入锅炉使用中三种生产介质(给水、煤气、凝结水)分别进入梯级布置的换热装置进行加热吸能，提高了锅炉给水温度，减少蒸汽损耗；提高了煤气温度，提升燃料效率；提高了凝结水温度，降低除氧加热蒸汽用量，除氧器效率得到提升；降低了锅炉的能耗，提高了生产效率，降低成本；
针对三种换热介质的不同初温而设置梯级换热装置内部的给水加热器、煤气加热器、凝结水加热器布置顺序。由于给水温度换热裕量有限，将给水加热器作为烟温控制的第一级，凝结水温度换热裕量充足，将凝结水加热器作为烟温控制的最后一级，可以保证烟温控制的可调性和合理性；
通过自动控制方法，实现烟气温度分程控制，自动调整换热介质及控制流量，将排烟温度控制在设定的目标值范围之内；
利用差压检测技术，及时判断梯级换热装置内部煤气加热器翅片管是否被煤焦油和积灰等堵塞，并及时报警，避免由于堵塞影响煤气通流和换热效果。
附图说明
图1是本发明实施例一的梯级换热装置现场布置示意图。
图2是本发明实施例一的梯级换热装置工作原理框图。
图3是本发明实施例二的排烟温度目标值自动控制原理框图。
图4是本发明实施例二的煤气进出口差压超限报警原理框图。
图中的标号：1-锅炉，2-锅炉出口烟道，3-温度测点，4-煤气换热出口管，5-温度测点，6-压力测点，7-煤气加热器，8-压力测点，9-煤气换热进口管，10-梯级换热装置，11-温度测点，12-烟气换热后出口烟道，13-凝结水调节阀，14-凝结水换热进口管，15-凝结水加热器16-凝结水换热出口管，17-温度测点，18-旁路给水调节阀，19-旁路给水换热进口管，20-旁路给水加热器，21旁路给水换热出口管。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本发明的一个实施例，为一种煤气锅炉烟气梯级换热装置。
如图1所示，锅炉出口烟道2按工艺要求布置在锅炉1一侧，梯级换热装置10整体布置安装在锅炉出口烟道2与烟气换热后出口烟道12之间，梯级换热装置10内部包含旁路给水加热器20、煤气加热器7和凝结水加热器15。
旁路给水加热器20作为第一级换热器，煤气加热器7作为第二级换热器，凝结水加热器15作为第三级换热器。从锅炉出口烟道2处起始，按照顺序逐级布置安装此三级换热器。
具体的，梯级换热装置10包括温度测点3、煤气换热出口管4、温度测点5，压力测点6、煤气加热器7、压力测点8、煤气换热进口管9、温度测点11、烟气换热后出口烟道12、凝结水调节阀13、凝结水换热进口管14、凝结水加热器15、凝结水换热出口管16、温度测点17、旁路给水调节阀18、旁路给水换热进口管19、旁路给水加热器20和旁路给水换热出口管21。
在旁路给水加热器的给水进口处加装旁路给水换热进口管19，旁路给水调节阀18安装在旁路给水换热进口管19上，给水出口处加装旁路给水换热出口管21。旁路给水加热器的给水流动方向与烟气的流动方向相反。锅炉给水温度在负荷额定工况下，烟气温度为T1(如210℃)，给水温度为T5(如180℃)。通过旁路给水换热，旁路给水温度上升，烟气温度下降至T2(如200℃)，进入梯级换热装置的下一级换热器。
在煤气加热器7的煤气进口处加装煤气换热进口管9，并加装压力测点8；在煤气加热器7的煤气出口处加装煤气换热出口管4，并安装压力测点6。煤气加热器的煤气流动方向与烟气的流动方向相反。经给水加热器换热后的烟气在煤气加热器中继续与煤气换热，煤气温度从T7(如20℃)提升至T8(如130℃)，从而提高入炉煤气温度，提升锅炉燃烧效率。烟气在煤气加热器中换热后，降至T3(如155℃)。
在凝结水加热器15的凝结水进口处加装凝结水换热进口管14，凝结水调节阀13安装在凝结水换热进口管14上，凝结水出口处加装凝结水换热出口管16，凝结水换热出口管16直接与锅炉除氧器进口阀相连接，凝结水继续在其中吸热。凝结水加热器的凝结水流动方向与烟气的流动方向相反，凝结水水温从T9(如50℃)上升至T10(约104℃)。烟气温度从T3(约155℃)下降至T4(约110℃)，实现了锅炉排烟温度控制的目标值。同时提升了凝结水温度，提高了除氧器效率，减少了除氧加热蒸汽的用量。
在锅炉出口烟道2与梯级换热装置10包含的给水加热器20之间加装温度测点3，在梯级换热装置10包含的给水加热器20与煤气加热器7之间加装温度测点5，在梯级换热装置10包含的煤气加热器7与凝结水加热器15之间加装温度测点17，在梯级换热装置10出口的烟气换热后出口烟道12上加装温度测点11。
如图2所示，锅炉出口的烟气进入梯级换热装置10内部受热面，锅炉旁路给水、高炉煤气、凝结水三种介质依次分别进入梯级换热装置10内部包含的给水加热器20、煤气加热器7、凝结水加热器15，与高温烟气进行换热后，排烟温度逐级降低，被换热的入炉煤气、旁路给水、凝结水的温度相应提高。
在电厂热力系统中，排烟余热可以分别引用部分旁路给水、高炉(转炉、焦炉)煤气、锅炉汽机的疏水、汽机的凝结水及其他供热系统的回收水等不同方式进行余热利用。本发明的煤气锅炉烟气梯级换热装置不限于使用旁路给水、煤气、凝结水作为换热介质，也可以使用其他方式的换热介质进行换热；也不限于仅使用三种介质进行三级换热，也可以采用更多介质进行更多梯级的换热。
本发明的煤气锅炉烟气梯级换热装置通过阶梯式的换热装置的合理布置，逐级降低锅炉排烟温度。通过三种介质换热，提高锅炉给水温度，提高入炉煤气初温，提高进除氧器凝结水温度，实现排烟温度的降低和锅炉效率的综合提升。
实施例二：
本发明的另一个实施例，为一种煤气锅炉烟气梯级温度控制方法，采用实施例一所述的煤气锅炉烟气梯级换热装置。
锅炉在运行过程中，改变凝结水流量及旁路给水流量可以引起烟温变化，流量增大，烟温下降，反之烟温上升。如图1和图3所示，为了确保锅炉热效率，需设定锅炉排烟温度T4目标值(如110℃)，锅炉运行过程中，DCS控制系统将排烟温度在线测量值与排烟温度目标值进行比对，控制旁路给水调节阀和凝结水调节阀的动作，控制换热介质流量的大小，实现烟气温度分级调节。通过调节排烟温度达到排烟温度目标值,实现锅炉效率的提升。
当锅炉负荷发生变化时，烟气温度T1及烟气流量会随之发生变化，实际排烟温度与目标值也会存在偏差。通过DCS控制系统对凝结水调节阀和旁路给水调节阀两个调门的分程控制，最终控制排烟温度在目标值范围内。由于凝结水温度T9在换热前只有40℃-50℃左右，换热裕量充分，所以将凝结水调节回路作为烟温控制的主回路，为第一段调节；由于锅炉给水温度T5已经达到180℃-200℃左右，换热裕量不大，所以将旁路给水调节回路作为烟温控制的副回路，为二段调节。首先DCS控制系统输出控制信号给凝结水调节阀，控制阀门开度，调节进水量，此为第一段调节；如果通过第一段调节后，即使凝结水调节阀开度已在极限位置，实际排烟温度仍未能控制在目标值范围内，则DCS系统则自动进行第二段调节，通过调节旁路给水调节阀的开度，实现将排烟温度控制在目标值范围内。
本发明的煤气锅炉烟气梯级温度控制方法对锅炉排烟温度的调节具有很强的灵活性，对锅炉负荷也有很好的适应性。锅炉负荷较小时，锅炉出口烟气温度T1较低，排烟温度目标控制相对容易，采用调节凝结水调节阀的开度，对烟气温度进行第一段调节，即可将排烟温度控制在目标值范围内；锅炉高负荷时，锅炉出口烟气温度T1较高，经过第一段调节、第二段调节，实现排烟温度控制在目标值范围内。烟气温度控制过程均由DCS控制系统自动控制完成。
如图4所示，梯级换热装置10内部包含的煤气加热器7煤气进口处压力P1、煤气出口处压力P2的测量值分别送至DCS控制系统进行运算、比较后输出。在锅炉正常运行工况下，负荷和烟气量额定。一旦煤气进出口压力的差值ΔP(ΔP＝P1-P2)超出设定值(例如200Pa)，DCS控制系统立即控制报警装置发出声光报警，提醒运行操作人员煤气加热器7内部热管翅片受热面可能煤焦油及积灰堵塞，影响通流和换热效果，需要清堵检修。
综上所述，本发明DCS控制系统和加装的温度测点，可以直观显示烟气换热后的温度；并通过温度自控技术实现将排烟温度控制在目标值范围内；利用压差检测技术在线监测换热器的堵塞情况，及时报警。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
