一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统。

背景技术

锅炉是一种能够将锅炉给水进行加热进而产生蒸汽的设备，是工业生产以及建筑领域等常用的热能设备之一，在工业生产中，锅炉可用于加热设备、发电、造纸等，在建筑领域，锅炉产生的蒸汽主要用于供暖，锅炉通过管道将产生的蒸汽输送到各个供暖设备，如散热器、暖气片等，将热能传递给室内空气，提供舒适的室内温度。

现有的锅炉一般利用燃料对锅炉给水进行加热，该种方式虽然产汽稳定，但大量的燃料燃烧产生的碳排放量大，烟气量大，不易于环保。另外，也存在完全靠电力进行加热产汽的锅炉，但运行成本过高。

发明内容

本公开实施例提供了一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统，可以在一定程度上减少化石燃料和碳排放量，有利于环保。

根据本公开的实施例，提供了一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统，包括锅炉给水控制装置、省煤器、锅筒、锅炉水冷壁以及外置电加热器装置；

所述锅炉给水控制装置用于控制锅炉给水经所述省煤器输送至所述锅筒内；

所述锅筒内的锅炉给水经所述锅炉水冷壁再回到所述锅筒内构成第一水循环回路；

所述锅炉水冷壁吸收热量，加热所述锅炉给水；

所述锅筒内的锅炉给水还经过所述外置电加热装置再回到所述锅筒内构成第二水循环回路；

所述外置电加热器装置用于加热所述锅炉给水；

所述锅筒还用于分离饱和蒸汽并输出所述饱和蒸汽和锅炉水排污。

在一种实施方式中，所述外置电加热器装置连接绿电机组。

在一种实施方式中，所述外置电加热器装置包括一组或多组电加热器，多组所述电加热器相互并联。

在一种实施方式中，所述电加热器包括电阻式电加热器、电磁式电加热器和电极式电加热器中的任意一种。

在一种实施方式中，所述系统还包括位于所述第二水循环回路上的压力泵，所述压力泵用于控制所述第二水循环回路的水路压力。

在一种实施方式中，所述锅筒内的锅炉给水经过下降管和所述外置电加热装置再回到所述锅筒内构成所述第二水循环回路；或，所述锅筒内的锅炉给水经过下降管、下集箱和所述外置电加热装置再回到所述锅筒内构成所述第二水循环回路。

在一种实施方式中，所述系统还包括过热装置，所述过热装置包括低温过热器、大屏过热器和高温过热器，从所述锅筒输出的饱和蒸汽依次经过所述低温过热器、大屏过热器和所述高温过热器，产生过热蒸汽。

在一种实施方式中，所述过热装置还包括集汽集箱，从所述高温过热器输出的过热蒸汽经过所述集汽集箱后向外输出。

在一种实施方式中，在所述过热装置的输出端还连接有监测模块，所述监测模块用于对过热装置输出的过热蒸汽的参数进行监测；

所述系统还包括控制器，所述控制器用于根据监测模块监测的过热蒸汽的参数，控制锅炉的燃烧状态。

在一种实施方式中，所述监测模块包括蒸汽压力表和/或蒸汽温度表和/或蒸汽流量表，所述蒸汽压力表用于监测所述过热蒸汽的压力，所述蒸汽温度表用于监测所述过热蒸汽的温度，所述蒸汽流量表用于监测所述过热蒸汽的流量，所述控制器根据所述过热蒸汽的压力和/或所述过热蒸汽的温度、流量，控制所述锅炉的供风量和燃料量。

在一种实施方式中，所述系统还包括减温减压器或汽机透平，所述锅筒输出的饱和蒸汽经所述减温减压器或汽机透平向外输出。

在一种实施方式中，所述锅筒内还安装有内置电加热器装置，所述内置电加热器装置用于对锅筒内的所述锅炉给水进行电加热。

在一种实施方式中，所述内置电加热器装置连接绿电机组。

在一种实施方式中，所述锅筒设置有固定结构，所述内置电加热器装置通过所述固定结构安装在所述锅筒内。

在一种实施方式中，所述内置电加热器装置包括一组或多组电加热器，多组所述电加热器相互并联。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本公开实施例提供的一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统，通过设置外置电加热器装置，该外置电加热器装置可以对锅筒内的锅炉给水进行加热，可以替代部分锅炉内燃料的消耗，减少燃料消耗，同时减少烟气的排放，减少碳排放量，有利于环保。

附图说明

在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：

图1示出了根据本公开示例性实施例的一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图；

图2示出了根据本公开示例性实施例的又一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图；

图3示出了根据本公开示例性实施例的又一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图；

图4示出了根据本公开示例性实施例的又一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图；

图5示出了根据本公开示例性实施例的一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统中固定内置电加热器装置于锅筒上的法兰盘的结构示意图；

图6示出了根据本公开示例性实施例的一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的内置电加热器装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

在双碳目标的指导下，光伏发电、风力发电等非化石能源发展迅猛，目前装机容量位居世界第一，截至2023年6月，我国风电、光伏新能源装机已突破8亿千瓦，未来还将持续加速发展，最终在全国形成新型电力系统。然而，风、光等新能源出力存在区域性、间歇性、波动性、不可控性等特点，给新能源大规模消纳及系统安全稳定带来挑战。

储能作为新型电力系统保障目前整体成本普遍偏高，新能源大规模发展面临严重消纳和保障问题，需要多层级、多环节、多类型的能源技术支持。

基于上述，本公开将大规模绿电供热融入到锅炉产汽系统(如CFB锅炉、煤粉锅炉或燃油、燃气锅炉等)中，以解决绿电的消纳问题。

以下参照附图描述本公开实施例的方案。

本公开实施例提供一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统，如图1所示，图1示出了本公开示例性实施例的一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图，该系统包括锅炉给水控制装置8、省煤器2、锅筒3、锅炉水冷壁4以及外置电加热器装置11；锅炉给水控制装置8用于控制锅炉给水经省煤器2输送至锅筒3内；锅筒3内的锅炉给水经锅炉水冷壁4再回到锅筒3内构成第一水循环回路；锅炉水冷壁4吸收热量，加热锅炉给水；锅筒3内的锅炉给水还经过外置电加热装置11再回到锅筒3内构成第二水循环回路；外置电加热器装置11用于加热锅炉给水；锅筒3还用于分离饱和蒸汽并输出饱和蒸汽。

锅炉给水1经省煤器2进入到锅筒3(又称为汽包)，锅筒3内的锅炉给水会进入到锅炉本体内，锅炉本体的锅炉炉膛内有锅炉水冷壁4，锅炉水冷壁4是布置在锅炉炉膛燃烧室内的许多管子，锅炉炉膛内的燃料燃烧产生热量，锅炉水冷壁4吸收燃烧室产生的热量，对管子内的锅炉给水进行加热进而产生蒸汽，产生的蒸汽为饱和蒸汽。

本公开实施例提供的耦合外置电加热器的锅炉产汽系统，通过设置外置电加热器装置11，通过设置外置电加热器装置11，该外置电加热器装置11可以对锅筒内的锅炉给水进行加热，可以替代部分锅炉内燃料的消耗，减少燃料消耗，同时减少烟气的排放，有利于环保。

在本公开的一些实施例中，外置电加热器装置连接绿电机组。

考虑到近年来风、光等新能源由于其清洁低碳、无污染，资源丰富等特性，以及我国新能源的大力发展，而以新能源为主的发电系统存在诸多不稳定性因素(主要是因为风、电等新能源存在间歇性、波动性)，弃风、弃光现象严重，本公开实施例的耦合外置电加热器的锅炉产汽系统通过将外置电加热器装置连接绿电机组，将大规模绿电供热与燃料供热方式相结合，不仅保证了绿电的大比例消纳，保证新能源的高效入网，减少弃风、弃光现象的发生，且避免了完全使用绿电供热带来的不稳定性的问题。再者，通过绿电供热，可以替代部分燃料供热，减少锅炉炉膛燃烧室内燃料的消耗，在减少烟气的排放的同时，降低成本。在一些可行的方式中，绿电机组可以是风电机组、光电机组等。本公开实施例不做具体限定。

在本公开的一些实施例中，外置电加热器装置包括一组电加热器。

在本公开的一些实施例中，外置电加热器装置包括多组电加热器，多组电加热器相互并联。

在本公开的一些实施例中，外置电加热器装置包括多组电加热器，多组电加热器采用集束方式整合。在一种可行的方式中，多组电加热器采用集束方式整合到一个容器中，该容器接收锅炉给水，并经多组电加热器加热后输出至锅筒3。

设置多组电加热器，可以加大绿电供热的能量，且集束式的整合方式，可以减小外置电加热器装置的体积，便于使用。

在本公开的一些实施例中，电加热器包括电阻式电加热器、电磁式电加热器和电极式电加热器中的任意一种。

在本公开的一些实施例中，继续参照图1，第二水循环回路可以具体为：锅筒内的锅炉给水经过下降管和外置电加热装置11再回到锅筒3内构成第二水循环回路。

锅筒3位于锅炉的顶部，其下部是水、上部是汽，锅筒3接受省煤器2的锅炉给水，并与下降管、集箱9、锅炉水冷壁4共同组成第一水循环回路，锅炉给水在锅炉水冷壁4中吸热生成饱和蒸汽汇集与锅筒3内，通过锅筒3内的分离器分离后，经锅筒3的蒸汽出口产出。锅筒3还可以与下降管、外置电加热装置11组成第二水循环回路，锅筒3内的锅炉给水经下降管送入外置电加热装置11中进行加热，并产生蒸汽汇集到锅筒3内。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，第二水循环回路还可以具体为：锅筒3内的锅炉给水经过下降管、集箱9和外置电加热装置11再回到锅筒内构成第二水循环回路。

第一水循环回路和第二水循环回路共用集箱9，从集箱9输出的锅炉给水一部分输送到锅炉水冷壁4，另一部分输送到外置电加热装置11，可以简化锅炉产汽装置的结构，节省设备材料及成本。

在本公开的一些实施例中，耦合外置电加热器的锅炉产汽系统还包括位于第二水循环回路上的压力泵10，压力泵10用于控制第二水循环回路的水路压力。进一步的，还可以通过在下降管上或压力泵的入口前设置一个分流阀门，通过压力泵和分流阀门来调节第一水循环回路和第二水循环回路的循环量。压力泵和分流阀门的具体安装位置不作限定，只要位于第二水循环回路上即可。

在本公开的一些实施例中，锅炉给水控制装置8包括流量压力控制组件81、多个电动阀门82以及多个调节阀83，流量压力控制组件81通过控制调节阀83、电动阀门82，进而控制管路中的锅炉给水流量，止回阀84防止锅炉给水倒流。继续参见图1，本公开的一些实施例中，锅炉给水1引入后，通过两路管路送入省煤器2。

省煤器2能利用锅炉炉膛燃烧室排除的烟气余热对锅炉给水进行加热，省煤器2吸收排除的烟气的余热，降低排烟温度，提高锅炉产汽系统的效率，并节约燃料。而进入锅筒3内的锅炉给水，由于经过省煤器2提高了水温，能减小因温差而引起的锅筒3内壁的热应力，改善锅筒3的工作条件，延长锅筒3的使用寿命。

在本公开的一些实施例中，参见图3、图4，图3、图4示出了根据本公开实施例的又一种耦合外置电加热器的锅炉产汽系统的结构示意图，该系统除了包括上述实施例中描述的锅炉给水控制装置8、省煤器2、锅筒3、锅炉水冷壁4以及外置电加热器装置11之外，在锅筒3内还安装有内置电加热器装置5，内置电加热器装置5用于对锅筒3内的锅炉给水进行电加热。

通过内置电加热装置5和外置电加热装置11同时进行电供热，能进一步减少燃煤量。

在本公开的一些实施例中，锅筒3设置有固定结构，内置电加热器装置5通过固定结构安装在锅筒3内。

在一种可行的方式中，固定结构可以是法兰盘，如图5所示，内置电加热器装置5通过法兰盘上的安装孔15安装在锅筒内。示例性的，图5的法兰盘为圆状，当然，也可以是其它形状，本公开实施例不做具体限定。固定结构也可以采用其它结构。

在本公开的一些实施例中，内置电加热器装置5包括一组电加热器。

在本公开的一些实施例中，内置电加热器装置5包括多组电加热器，多组电加热器相互并联。

在本公开的一些实施例中，内置电加热器装置5包括多组电加热器，多组电加热器采用集束方式整合。参考图6，图6示出了内置电加热器装置的结构示意图，多组电加热器12采用集束的方式通过接线柱14整合在法兰盘13上，再通过法兰盘13固定在锅筒内。设置多组电加热器，并采用集束的方式整合，在加大绿电供热的能量的同时，可以更合理的利用锅筒内的空间，避免需要调整锅筒的尺寸、甚至过多的调整锅筒的尺寸。需要说明的是，多组电加热器还可以采用其它的方式整合，比如卧式等。

在本公开的一些实施例中，电加热器可以是电阻式电加热器、电磁式电加热器和电极式电加热器中的任意一种。

在本公开的一些实施例中，耦合外置电加热器的锅炉产汽系统还包括过热装置6，过热装置6包括低温过热器、大屏过热器和高温过热器，从锅筒3输出的饱和蒸汽依次经过低温过热器、大屏过热器和高温过热器，产生过热蒸汽。继续参照图1，视图中，过热装置6从上往下依次是低温过热器、大屏过热器和高温过热器。过热器6用于将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，过热器6管内流过的是高温蒸汽，从过热器6产出的过热蒸汽一般用于汽轮机发电或供用户供热使用。

在本公开的一些实施例中，过热装置6还包括集汽集箱7，从高温过热器输出的过热蒸汽经过集汽集箱7后向外输出，供汽轮机发电或供用户供热使用。一般的，当产出的蒸汽存在多路时，会设置集汽集箱7，将多路产出的蒸汽聚集在一起再一并向外供应使用。

在本公开的一些实施例中，在过热装置6的输出端还连接有监测模块，监测模块用于对过热装置6输出的过热蒸汽的参数进行监测；系统还包括控制器，控制器用于根据监测模块监测的过热蒸汽的参数，控制锅炉的燃烧状态。具体的，监测模块包括蒸汽压力表和/或蒸汽温度表和/或蒸汽流量表，蒸汽压力表用于监测过热蒸汽的压力，蒸汽温度表用于监测过热蒸汽的温度，蒸汽流量表用于监测所述过热蒸汽的流量，控制器根据过热蒸汽的压力和/或过热蒸汽的温度、流量，控制锅炉的供风量和燃料量。

本公开实施例由于采用电加热产生蒸汽的方式替代了部分燃料加热产生蒸汽，减少了燃料消耗，相对于全部采用燃料加热产生蒸汽的方式，减少了产生的烟气量、降低了烟气温度，为了保证过热段的取热效果，本公开实施例在高温过热器输出过热蒸汽后，利用蒸汽压力表、蒸汽温度表分别检测过热蒸汽的压力和温度，来控制锅炉的供风量和燃料量。一般的，通过不断控制和调节，使锅炉产汽系统产出的过热蒸汽达到预设过热蒸汽参数要求，具体的，过热蒸汽的压力满足3.0MPa～13.5MPa，温度满足320℃～550℃。相类似的，也可以在饱和蒸汽的输出端连接另一监测装置，以保证饱和蒸汽满足预设的饱和蒸汽压力要求和饱和蒸汽温度要求，如饱和蒸汽压力满足4.0MPa～15MPa。

在本公开的一些实施例中，耦合外置电加热器的锅炉产汽系统还包括减温减压器(图中未示出)或汽机透平，锅筒输出的饱和蒸汽经减温减压器或汽机透平向外输出。如图1中，最上方的饱和蒸汽经减温减压器减压处理后向外输出，或者通过汽机透平向外输出。向外供应时，会结合对外供应的设备的工业参数要求，对产生的饱和蒸汽进行降压处理。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。