锅炉无泵给水系统的制作方法

本发明涉及火电、燃气、核电、地热、生物质、太阳能热能发电等节能环保设备领域，更具体涉及一种锅炉给水工艺系统。

背景技术：

1、供电煤耗又称供电标准煤耗，是火力发电厂每向外提供1kwh电能平均耗用的标准煤量；发电标准煤耗指发电企业每发一千瓦时的电能所消耗的标准煤量；厂用电系统是指由机组高、低压厂变和停机/检修变及其供电网络和厂用负荷组成的系统。供电范围包括主厂房内厂用负荷、输煤系统、脱硫系统、除灰系统、水处理系统、循环水系统等。

2、理论上燃煤发电标准煤耗约为123克/（千瓦·小时）；实际上60万超临界机组按照要求改造后发电煤耗为300克/（千瓦·小时）；国电泰州100万千瓦超超临界二次再热（汽机主参数31兆帕/600摄氏度/610摄氏度/610摄氏度）的性能试验参数结果为供电煤耗266.5克/千瓦时。燃煤电厂的理论发电煤耗和锅炉实际生产中的实际煤耗相差在100多克，通过设备改进可以降低发电煤耗。

3、目前锅炉给水系统主要包括：给水泵本体，给水泵驱动的汽机（或电动机），汽机（或电动机）的控制系统。锅炉给水泵100万机组的轴功率约在30000千瓦，60万机组约为20000千瓦，30万机组约在10000千瓦。

4、也有人提出使用锅炉自身产生的水蒸气驱动水进入锅炉，在单独的不带发电机的、对水蒸气压力波动没有要求的锅炉（如老式蒸汽火车）可以使用，但在带发电机的锅炉例如亚临界机组n300-16.67/537/537热力系统热平衡图显示，锅炉出口压力16.67兆帕，给水泵出口压力为19.82兆帕，使用锅炉自身水蒸气驱动水进入锅炉可行值得研究。

5、现役老旧机组由于发电、供电煤耗较高，已经有大量煤耗超过国家标准的发电机组被关停。目前30万亚临界机组的煤耗约在330克每度电，60万超临界老机组的供电煤耗约在300克每度电。锅炉给水泵的能耗约占锅炉有效对外提供能量的比例约为3%左右，如果将这3%的能量对外供电的能量，锅炉的发电效率和供电效率将得到大幅度提高。提高发电企业的经济效益，减少发电企业的三废排放量，提高社会经济效益。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种锅炉给水工艺系统。

2、本发明的基本原理是：利用水定容蒸发或定压蒸发，产生高压的水蒸气，利用高压水蒸气产生的超高压力将容器内的水压入锅炉管道内，代替目前锅炉使用给水泵叶轮高速旋转产生的超高压力将水压入锅炉的管道内。

3、我们使用亚临界机组n300-16.67/537/537型汽轮机的参数进行计算，亚临界机组n300-16.67/537/537型汽轮机的各加热器入口及汽轮机蒸汽参数如下：

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5、亚临界机组n300-16.67/537/537型汽轮机给水泵出口压力19.82mpa，流量为910.5t/h，出口焓为737.8。(资料来自«火力发电厂设备技术手册》第二册，isbn7-111-06754-1,2-11页，温度、焓计算根据iapws-if97标准编写的《水和蒸汽性质计算程序》得出。)

6、根据水蒸气的温度、压力、体积进行计算，(水蒸气参数根据iapws-if97标准编写的《水和蒸汽性质计算程序》得出)根据计算结果选出适合驱动各种不同机组压力和温度水蒸气。根据«火力发电厂设备技术手册》以亚临界机组n300-16.67/537/537型汽轮机为例进行分析：

7、1，在不同温度、压力条件下，驱动1立方米的水进入锅炉管道内参数：

8、

9、上表参数可以得出结论，同等压强下，温度越高，水蒸气单位体积内的总能量越低。

10、2，金属压力容器的温度升高，容器承受的压力降低。

11、3，已经工业化的高压蒸气电磁阀承受压力可以达到30-100mpa，温度可以达到6000c ，口径dn100-dn300（网上厂家提供资料）。

12、4，以亚临界机组n300-16.67/537/537型汽轮机为例，使用无泵给水系统过程中的计算：锅炉每小时产生水蒸气910.5吨，给水泵功率6296.2千瓦。锅炉给水的水参数按照20mpa、170℃、0.00109992m3/kg。无泵给水系统一小时需要输送1001.477立方米的水到锅炉。

13、无泵给水系统使用530℃、20mpa水蒸气，焓3336.13、0.0158842 m3/kg驱动水进入锅炉，需要水蒸气的总焓为231032.34×106焦耳，水蒸气使用量约为63.048吨/小时，按照70吨/小时。

14、无泵给水系统使用20mpa、420℃水蒸气，焓2980.19kj/kg、0.0117358m3/kg。需要水蒸气的总焓为254319.906106焦耳，水蒸气使用量为85.34吨/小时。

15、考虑到高压给水容器的材质和水蒸气的热量利用，无泵锅炉给水系统可以从加热器5出口取水，换热和高压水蒸气产生器组也从加热器5出口取水，进行热量交换计算:从加热器5出口的冷凝水为133℃、559.7kj/kg，驱动水蒸气按照90吨计算，热交换器分段进行热交换：第一段热交换使用从汽轮机排到加热器2的水蒸气，水蒸气从314.8摄氏度降到133摄氏度的可以使用的总焓为：（3019.9-559.7）×73.24=180119.132×106kj，将133℃、559.7kj/kg水加热到300℃需要（1334.26-559.8）×90=69701.4×106kj；第二段热交换器使用从汽轮机排到加热器4的水蒸气，水蒸气从334℃降到300℃的可以使用的总焓为：（3129.4-1334.26）×30.4=54572.256106kj，将300℃、1334.26kj/kg的水加热到320℃，需要(1445.64-1334.26)×90=10024.2×106kj；第三段热交换器使用汽轮机排到加热器1的水蒸气，水蒸气从380℃降到320℃可以使用的总焓为：(3137.5-1445.64)×65.44=110715.3×106kj,将320℃、1445.64kj/kg的水加热到370℃，需要（2527.58-1445.64）×90=97374.6106kj；第四段热交换器使用汽轮机排到加热器3的水蒸气，水蒸气从431.99摄氏度降到370℃可以使用的总焓为：（3129.4-2527.58）×31.97=19240.1854×106kj，水蒸气从370℃、2527.58kj/kg加热到420℃，需要（2980.19-2527.58）×90=40734.9×106kj，仅仅靠汽轮机排出的水蒸气没有办法满足水蒸气加热的能量需要，需要从锅炉引出水蒸气进行热量补充。锅炉补充的热量大约需要：40734.9×106-19240.1854×106=21494.9×106kj。如果将水蒸气加热到530℃，需要锅炉再提供热量:(3336.13-2980.19)×90=32034.6×106kj。

16、使用一组换热和高压水蒸气产生器组，换热和高压水蒸气产生器组回用率比较低，对锅炉水蒸气影响较大。

17、通过设置两组换热和高压水蒸气产生器组，提高了系统稳定工作性能。无泵给水系统在启动时需要锅炉提供较多的能量，在正常工作时两组换热和高压水蒸气产生器组的高温蒸汽互相进行热交换，锅炉大约提供20029.54×106kj热量进行补充维持无泵给水系统正常运行，换热和高压水蒸气产生器组排出相同的热量进入锅炉加热器进行回用。锅炉单位时间内提供的水蒸气的热量20029.54×106kj小于汽机驱动给水泵的总焓108684.062×106kj。通过上面参数对比使用锅炉无泵给水系统是现有锅炉提供给的汽轮机给水泵总能的18.43%。

18、使用目前的工业成熟技术，我们设计出使用高压水蒸气的压力驱动水进入锅炉给水系统，代替目前使用高压水泵的锅炉给水系统。目前的在役锅炉压力温度各不相同，根据不同的锅炉条件，设计出适合的水蒸气无泵驱动给水系统。

19、本发明的锅炉无泵给水系统系统包括以下主要设备设施：锅炉、汽机系统、化环水系统、输煤系统、燃烧系统、除尘器、给水驱动高压缸体1、给水驱动高压缸体2、换热和高压水蒸气产生器组1、换热和高压水蒸气产生器组2、管道组、多组电动（气动）阀门和手动阀门组、水流向切换器及电动阀门组、电控制系统、缸体液位测量控制器、dcs控制系统、蒸汽流向切换器、流量计、锅炉给水备用水泵系统等。

20、进一步的所述的锅炉，包括燃煤、生物质、太阳能热发电、地热等各类热源的锅炉，适用于各种不同压力和不同炉型的锅炉。

21、进一步的所述的电动（气动、电磁）阀门组，包括多个电动（气动、电磁）执行器、高压阀门本体、手动阀门、管道组成电动（气动、电磁）门组，每个阀门组内的电动（气动、电磁）阀门等设备采用一用一备或一用两备，保障阀门组有充足的工作余量。

22、进一步的所述的给水驱动高压缸体包括连接保温层、缸体本体耐高压金属壳、高压金属壳高压水入口管道、高压金属壳高压水出口管道、高压金属壳高压蒸汽入口管道、高压金属壳高压蒸汽事故泄压阀、高压金属壳高压蒸汽泄压阀。

23、进一步的所述的给水驱动高压缸体的金属壳内部水冷管壳，包括冷却水管道和肋板组成，冷却水管道和肋板隔绝高压水蒸气驱动时的热传导，在低压加水时通过水进一步降低冷却水管道和肋板温度，降低给水驱动高压缸体的金属壳的温度，提高给水驱动高压缸体的金属壳的耐压强度。

24、进一步的所述的高压缸体泄气阀门组，包括止回阀、电动阀门、手动阀门组成，在压力超过设计压力时，进行自动泄压保护缸体安全。

25、进一步的所述的管道组，包括主管道、分支管道等。

26、进一步的所述的换热和高压水蒸气产生器组，包括管道、换热器、高压缸体泄气阀门组、电动阀门、气动阀门、电磁阀、冷凝水排出管道等。从汽轮机排出流向加热器水蒸气，通过阀门和管道控制分段按照设计次序进入换热和高压水蒸气产生器组进行热交换，进入换热和高压水蒸气产生器组内水蒸气热交换后冷凝为水；由冷凝水进入换热和高压水蒸气产生器的水经过换热汽化蒸发为高压水蒸气。产生的高压水蒸气进入电动阀门组，电动阀门组根据来自dcs的信号进行动作，将高压水蒸气充入给水驱动高压缸体。

27、进一步的所述的电气控制系统，包括电磁阀、电动阀门控制、 信号反馈、电气柜、电缆等。

28、进一步所述的缸体液位测量控制器，包括变送器、液位传感器、供水管道、阀门（电动、手动）、溢流水管等。

29、进一步的所述的高压蒸汽泄气阀管道组包括泄压阀、泄压阀连接管道、电动阀门、手动阀门，阀门组采用一用一备或一用多备。

30、进一步的所述的流量计，流量计测量管道内的水流量大小，并将流量型号上传至dcs系统进行自动控制。

31、进一步的所述管道使用材质合金不锈钢、耐热钢等耐高压高温钢材材料。

32、进一步的所述的备用水泵系统，为目前锅炉使用的常规锅炉给水泵系统，由电动机或汽轮机带动水泵给锅炉供水。

33、进一步的所述的备用水泵、电动阀门、电磁阀、控制可以就地、远程进行控制，连接dcs控制系统进行集中控制。

34、综上所述，本发明将锅炉给水系统的功率减少，将目前汽轮机使用的能量发电对外供电，且将无泵供水使用的热量重新投入锅炉的热循环中，提高锅炉的发电的效率，降低对环境的污染。