回转式预热器和管式预热器耦合的空气预热系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及锅炉的空气预热，尤其是一种能防止回转式预热器发生nh4hso4(硫酸氢铵)沉积的空气预热系统。


背景技术：

[0002]
对于大型燃煤锅炉来说，常规是在省煤器/scr后布置回转式预热器来加热锅炉的送风，达到降低锅炉排烟温度、提高锅炉效率的目的。通常为了提高锅炉效率，排烟温度一般设计的比较低。
[0003]
但对于布置有scr装置的锅炉来说，过量的喷氨会与烟气中的so3反应，形成硫酸氢铵。硫酸氢铵在149℃以下为固态，在149℃～232℃之间为液态，在232℃以上会从液态分解挥发，分解为nh3+so3+h2o。锅炉设计中排烟温度一般在120～130℃，回转式预热器冷端处于硫酸氢铵的固态相区间，过量的喷氨与烟气中的so3反应形成硫酸氢铵就会附着在回转式预热器冷端换热元件上，造成预热器换热能力下降，冷端腐蚀加剧等，尤其对于燃用高硫煤的锅炉，硫酸氢铵沉积堵塞的问题尤为严重。
[0004]
为了降低回转式预热器冷端腐蚀和硫酸氢铵堵塞的风险，现有技术中提及了多种解决方案。例如，公开号为cn107191963a的中国发明专利申请“一种回转式空气预热器及该回转式空气预热器防硫酸氢铵堵塞的方法”，其在预热器冷端设置与可引入预热器热端高温烟气的高温风机连接的烟气注入装置，以提高预热器的入口风温，从而提高预热器冷端综合温度，将硫酸氢铵沉积带限制在空预器冷端下部，然后利用蒸汽吹灰器将其吹扫掉；实现了在线有效缓解空预器堵塞。但是，预热器进风温度提高会带来排烟温度的上升，影响后续除尘器，且不能彻底解决冷端硫酸氢铵堵塞的风险，尤其对于燃用高硫煤的锅炉，硫酸氢铵沉积堵塞的问题尤为严重。
[0005]
公开号为cn107642793a的中国发明专利申请“scr脱硝改造后防止硫酸氢铵堵塞空气预热器的系统及方法”提出的解决方案是取消回转式空气预热器的冷段受热面，将烟气余热的进一步利用改到除尘器之后，并通过增设一次风暖风器和二次风暖风器来辅助空气预热器实现风温调节，该方案中除尘器在较高温度下工作，承受较大的考验。
[0006]
公开号为cn106765288a的中国发明专利申请“一种电站锅炉回转式空气预热器的分级换热系统”是在回转式空气预热器后安装热管换热器，回转式空气预热器高温烟气的出口烟温为200℃～220℃，热管换热器，在冷端管排末端设置热管冷端储液箱，热端管排入口设置热端入口分配器，冷端储液箱与热端入口分配器之间设置容积泵和容积泵出口调节阀；冷端冷却水入口设置冷却水入口调节阀，热管换热器冷端独立设置冷端冷却水冷却通道，冷端冷却水流经热管换热器冷端独立的换热通道升温后，进入锅炉给水系统或者供暖系统；在热端管排壁面设置温度测量装置，通过温度信号传输装置传输给热管换热器运行控制系统，对容积泵出口调节阀和冷却水入口调节阀进行调节，调整热管换热器换热管内介质流速和冷却水流量，保证热端管排壁温保持恒定。该方案能够基本解决回转式空气预热器的硫酸氢铵堵塞问题，且除尘器等后端设备工作温度不高，但其所配置的热管换热器
仍然可能存在硫酸氢铵堵塞，需要停机清洁。
[0007]
以上技术均基于提高回转式空气预热器出口烟气温度以防止硫酸氢铵凝结而避免了对结构复杂的回转式空气预热器的清洗维护，仅是增加了回转式预热器的进口风温，减缓了回转式预热器的冷端腐蚀，但是，不能彻底清除回转式硫酸氢铵的堵塞和沉积。并且，对于提高回转式空气预热器出口烟气温度以后，如何适应各种工况，如何使其后续除尘器等设备正常工作，如何综合利用锅炉现有设备及其余热等等方面，并未周详考虑，未瑧完备，有改进之必要。
[0008]
于2019年11月22日公告的，公告号为cn209672379u的中国实用新型专利“一种管箱式空气预热器”，管箱式空预器主要适用于小机组容量的锅炉，除300mw循环流化床锅炉空预器有釆用管式空预器外，在300mw及以上煤粉炉上少有应用。该实用新型旨在通过改进管式预热器本身的结构，实现换热管的管内外换热同时强化，从而将管式预热器应用于300mw及以上机组。
[0009]
是否可设计一种空气预热装置，其既能够兼具回转式预热器换热效率高的优点又能具备管式预热器的自清洁优点呢？


技术实现要素：

[0010]
为彻底解决回转式预热器冷端腐蚀、硫酸氢铵堵塞的问题，本实用新型所要解决的技术问题是提供回转式预热器和管式预热器耦合的空气预热系统。其在现有技术基础上，根据硫酸氢铵的物理特性，形成了一种易于在线维护并适应多种工况的、尤其适合于燃用高硫煤的大功率锅炉机组使用的空气预热系统。
[0011]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：回转式预热器和管式预热器耦合的空气预热系统，包括回转式预热器，还包括烟气与空气换热的管式预热器，回转式预热器用于加热管式预热器出口的空气，管式预热器用于加热回转式预热器入口的进风，管式预热器分模块设计，每个模块设置为所述热交换进程可各自独立控制的分割区域，该每一分割区域设置有干烧热烟气/热风引入接口，可单独进行升温至232℃以上的干烧。
[0012]
该技术方案通过在省煤器/scr出口的中高烟温区域布置回转式预热器，在低烟温区域布置管式预热器，锅炉系统的烟气从省煤器/scr出来后，依次经过回转式预热器、管式预热器后再进入除尘器，系统一次风、二次风从一次风机/送风机出来后，依次经过管式预热器、回转式预热器后再进入锅炉。回转式预热器和管式预热器设计时的烟气温度分割点需保证回转式预热器低温段不发生硫酸氢铵的结晶，即回转式预热器的出口烟温大于149℃，故耦合的空气预热系统可以彻底清除回转式预热器硫酸氢铵的沉积及冷端低温腐蚀的发生；进行干烧时，该模块管式预热器的管壁温度达到232℃以上，能使其硫酸氢铵挥发，可在线清除管式预热器上沉积的硫酸氢铵，因此本实用新型既防止了回转式预热器上的硫酸氢铵沉积又能根据需要在线不停机地清除管式预热器上沉积的硫酸氢铵。
[0013]
所述空气预热系统可根据现场空间及燃用煤质的含硫量，合理调整回转式预热器和管式预热器的面积，并且可适当增加管式预热器的面积来降低排烟温度；并且可通过计算，确定最优的回转式和管式预热器面积的组合，保证回转式预热器换热元件在腐蚀温度之上，并且不发生硫酸氢铵沉积，尤其适合于燃用高硫煤的大型机组。
[0014]
进一步的是，管式预热器的每个模块为单独的管箱，对应其每一管箱，流经管式预
热器的空气由冷风关闭挡板分割后逐一对应流向各分割区域，冷风关闭挡板用于切除每个管式预热器管箱入口的空气；流经管式预热器的烟气由烟气关闭挡板分割后逐一对应流向各分割区域，烟气关闭挡板用于切除每个管式预热器管箱入口的烟气；所述烟气走管式预热器的管内或管外，同时，每个管式预热器模块设置烟气/空气分隔板，使每个分割区域的烟气/空气不与相邻分割区域的烟气/空气相交流。需要分割的模块化的管箱数量，依据机组参数合理确定，通常建议至少在4个以上，这样在单独对其中的一个或两个分割区域进行干烧处理时，对整个系统的稳定运行影响较小。
[0015]
为实现所述各分割区域中热交换的单独调控，同时兼顾经济性，所述冷风关闭挡板、烟气关闭挡板的个数均同于管式预热器管箱数。针对每一分割区域再设置两个以上挡板控制烟气或空气的流动没有必要。
[0016]
为实现对所述各分割区域中烟气与空气之间进行热交换的独立控制，所述冷风关闭挡板、烟气关闭挡板均设置独立控制的电动或气动执行机构。
[0017]
根据具体参数，可选取管式预热器为光管式换热器或带翅片的换热器，所述管式预热器可卧式布置或立式布置。
[0018]
进一步的是，所述冷风关闭挡板设置在一次风机/送风机和管式预热器之间，烟气关闭挡板与管式预热器管箱之间设置所述的干烧热烟气/热风引入接口。来自一次风机/送风机的冷风，先经过管式预热器进行换热后，再进入回转式预热器进行换热；来自一次风机/送风机的冷风可分别进入管式预热器中进行换热，然后再进入回转式预热器，也可以合并进入管式预热器，再进入回转式预热器。
[0019]
所述干烧热烟气/热风引入接口通过干烧热烟气/热风管道与回转式预热器的入口或出口连接，所述干烧热烟气/热风管道上设置有对应控制各分割区域的干烧热烟气/热风关闭挡板，干烧热烟气来自回转式预热器入口烟气，干烧热风来自回转式预热器出口热风。
[0020]
进一步的是，为便于自动控制，所述管式预热器烟气侧进出口设置差压变送器或压力变送器，通过在线监测管式预热器烟气侧的阻力，若监测到烟气阻力超过设定值，则说明管式预热器有积灰或者硫酸氢铵的堵塞；先投运吹灰器一段时间，若管式预热器烟气侧阻力仍超过设定值，则可初步判定管式预热器有硫酸氢铵的堵塞，此时开始投运管式预热器的干烧系统，管式预热器干烧系统投运时，按照模块化的分割区域依次干烧。干烧第一组模块时，将第一组管式预热器模块入口烟气隔离、将入口空气隔离，同时打开干烧热烟气/热风关闭挡板，引入高温热烟气/热风进入第一组管式预热器模块，提高模块壁温，使已经沉积的硫酸氢铵挥发；待第一组模块干烧完成后，关闭其干烧热烟气/热风关闭挡板，然后打开第一组模块烟气入口挡板门和空气入口挡板门，恢复其热交换，按以上方式继续进行第二组模块的干烧，直至所有各模块干烧完成。运行中，也可以通过间歇运行方式来控制管式预热器的干烧系统防止硫酸氢铵的堵塞，如每班每个模块分别投运一次。
[0021]
进一步的是，所述回转式预热器布置在省煤器/scr后，在回转式预热器至除尘器之间的烟道中布置所述管式预热器。这样的布置方式有效保证了除尘器的工作温度基本不提高，因为管式预热器既可卧式布置又可立式布置，故所述烟道既可为水平烟道或垂直烟道。
[0022]
根据以上描述，本空气预热系统中使用的回转式预热器既可为两分仓预热器，也
可为三分仓预热器。
[0023]
本实用新型的有益效果是：本实用新型以管式预热器与之耦合，可彻底解决回转式空气预热器的硫酸氢铵堵塞及低温腐蚀问题，使回转式空气预热器的烟风阻力维持在设计范围内，从而回转式预热器可长期在安全运行温度范围内工作，且不因硫酸氢铵堵塞而引起引风机、送风机电耗的上升；可以在线清除管式预热器的硫酸氢铵堵塞，在投运管式预热器干烧系统时，进入除尘器的排烟温度会有所提高，但是提高幅度较小，故整个空气预热系统能长期、安全、稳定的运行。此外，运行过程中只有挡板动作有所消耗，耗能低，与现有投运蒸汽暖风器等方案相比可节约运行成本。与现有单纯改造管式预热器的方案相比，具有极大的设计灵活性，能够适应超超临界机组的需求。本实用新型适合于锅炉预热系统的新设计或改造。
附图说明
[0024]
图1是本实用新型的空气预热系统的烟气、空气流向示意图。
[0025]
图2是本实用新型的空气预热系统的结构示意图。
[0026]
图中标记为：1-回转式空预器；2-管式预热器；3-电除尘器；4-一次风机/送风机；5-冷风关闭挡板；6-烟气关闭挡板；7-干烧热烟气/热风管道；8-干烧热烟气/热风关闭挡板；9-干烧热烟气/热风引入接口；10-分隔板；11-差压变送器。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0028]
实施例：
[0029]
如图1、图2所示，以某300mw燃煤锅炉机组为例进行说明。
[0030]
此项目燃用高硫煤，含硫量4％，该机组应用本实用新型的空气预热系统，其scr出口的中高烟温区域布置回转式预热器，在低烟温区域布置管式预热器，烟气从scr出来后，依次经过回转式预热器、管式预热器，然后再进入除尘器；一、二次风从一次风机/送风机出来后，依次经过管式预热器、回转式预热器，然后再进入锅炉。回转式预热器为三分仓预热器，用于加热管式预热器出口的空气；管式预热器为光管式换热器，用于加热回转式预热器入口的进风，烟气走管外，空气走管内，管式预热器烟气侧进出口设置烟气差压变送器。
[0031]
所述管式预热器分隔成24个模块，每个模块为单独的管箱，每个管箱的设计保证烟气/空气不进入相邻的管箱中；管式预热器的入口烟道由烟气分隔板分隔成24个区域，分割的区域数与管式预热器的管箱数一致，每个分割区域对应布置一个管式预热器管箱，每个分割区域入口设置一个烟气关闭挡板，每个烟气关闭挡板与管式预热器管箱之间设置一个干烧热风引入接口，由所述接口向每个区域引入一个干烧热风管道，所述管道上也设置有干烧热风关闭挡板，在干烧时，挡板打开可引入回转式空预器出口的热风；管式预热器的入口空气也分割为24个区域，每个分割区域对应一个管式预热器管箱，每个分割区域入口设置一个冷风关闭挡板。如此，可利用所述的烟气关闭挡板与冷风关闭挡板控制单独的管箱是否投用进行热交换，利用所述的烧热风关闭挡板控制是否引入干烧热风对该管箱所在区域进行干烧。
[0032]
在实际运行中，通过烟气差压变送器在线监测管式预热器烟气侧的阻力，若监测
到烟气阻力超过设定值，则说明管式预热器有积灰或者硫酸氢铵的堵塞；先过投运吹灰器一段时间，若管式预热器烟气侧阻力仍超过设定值，则可初步判定管式预热器有硫酸氢铵的堵塞；此时关闭所述模块对应的烟气关闭挡板与冷风关闭挡板，暂停该模块的烟气-空气热交换，打开干烧热风关闭挡板，将回转式空预器出口的部分热风引入该分割区域(引入风量约为锅炉总风量的1％)，即管式预热器对应模块的干烧系统投运，由于该热风温度在290℃以上，可使其蓄积在管式预热器管壁的硫酸氢铵挥发，转为气体，并在干烧完成打开烟气关闭挡板与冷风关闭挡板后随烟气排出，可有效的清除管式预热器硫酸氢铵的堵塞。管式预热器干烧系统投运时，按照分模块分区域依次干烧；第一组模块干烧完成后，关闭干烧热风关闭挡板门，然后打开第一组模块对应的烟气入口挡板和空气入口挡板，进行第二组模块的干烧，如此操作直至每个发现堵塞的模块均干烧完成。经过测算，投运干烧系统时，进入除尘器的排烟温度提高1～2℃，不会对后续的除尘设备产生不利的影响。
[0033]
另外，也可以通过间歇运行各模块干烧系统的方式来控制管式预热器，从而预防堵塞发生。
[0034]
该空气预热系统烟风温度计算值如下表1。
[0035]
表1空气预热系统烟风温度计算值
[0036][0037]
注：bmcr意为锅炉最大连续出力工况；tha意为机组热耗保证工况。
[0038]
可以看到，通过本专利系统实施后，回转式预热器的入口风温和出口烟温已大大提升，回转式预热器的安全性得到保证。
[0039]
本实用新型通过将回转式预热器与管式预热器进行组合，将硫酸氢铵沉积现象从回转式预热器转移到管式预热器之上，并结合管式预热器的特点进行分区干烧，同时，利用组合后回转式预热器入口高温烟气或出口高温空气作为干烧的热源，实现了锅炉设备的优化组合、合理利用。因为可根据现场空间及燃用煤质的含硫量，合理调整回转式预热器和管式预热器的面积，并且可适当增加管式预热器的面积来降低排烟温度；并且可通过计算，确定最优的回转式和管式预热器面积的组合，保证回转式预热器换热元件在腐蚀温度之上，并且不发生硫酸氢铵沉积。其具有相当的设计灵活性和极优的易维护性。

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