一种空气预热器运行安全隐患消除系统的制作方法

本申请涉及一种空气预热器运行安全隐患消除系统，属于燃煤锅炉技术领域。

背景技术：

目前，国内火力发电厂普遍使用scr(选择性催化还原法)控制nox的排放，且大多采用高温催化剂，反应温度区间在320-420℃，在燃煤发电机组安装scr后，经常会出现空气预热器器堵塞的问题。导致空气预热器器堵塞的主要原因是，随着清洁能源发电装机容量的不断增加，火电机组承担着越来越多的调峰任务，虽然近些年来多数火力发电厂均进行了宽负荷脱硝改造，以满足低负荷scr反应器的温度要求，但当锅炉负荷降到机组负荷30％左右时，scr反应器仍可能降至300℃左右，随着scr入口烟温的降低，反应催化剂活性下降，极易造成喷氨过量，导致scr装置氨逃逸现象加剧，容易在空气预热器器冷端生成硫酸氢铵。此外，煤质、空气预热器器冷端综合温度、催化剂活性、低负荷等因素也会导致空气预热器器堵塞。

当空气预热器器出现堵塞时，会导致炉膛负压波动增大，风机出力增加，严重时还会发生失速，影响机组带负荷能力甚至影响机组的运行安全，还会导致锅炉限负荷、停炉等；同时还会引起排烟温度升高、空气预热器器漏风率增大等问题，大大降低了锅炉效率，对锅炉运行的经济性和安全性产生了较大的影响。

针对空气预热器器堵塞带来的运行风险及炉效降低，各大电厂逐渐摸索出了一些改善空气预热器器堵塞的措施，如：控制空气预热器器入口so3生成量、控制氨逃逸浓度、控制入炉煤质、优化空气预热器器吹灰方式、减少脱硝入口nox生成量、定期进行高压水冲洗及进行空气预热器器改造等，这些方法虽在一定程度上缓解空气预热器器堵塞发生的频率，但并不能做到完全根除空气预热器器堵塞的问题。

针对空气预热器器堵塞问题，如何做好预防和治理措施，使其保持良好的工作状态，是保证机组安全、稳定运行的基础。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提出了一种空气预热器运行安全隐患消除系统。该空气预热器运行安全隐患消除系统，可根据机组运行需要，提高进入空气预热器烟气入口的烟气温度及空气预热器空气入口的冷空气温度，可以防止在空气预热器上生成的硫酸氢氨，并有效解决已经出现的空气预热器堵塞的问题，有利于提高空气预热器运行安全性，同时通过热管式换热器调控排烟温度，回收烟气余热，保证锅炉机组安全、稳定、高效运行。

根据本申请的一个方面，本申请提供了如下技术方案：

一种空气预热器运行安全隐患消除系统，包括依次设置在锅炉烟道内的低温过热器、省煤器、scr反应器及空气预热器，在所述低温过热器之前的锅炉烟道至所述scr反应器的入口之间设置旁路烟道，在所述旁路烟道的入口处设置烟气调节风门，所述烟气调节风门用于调控所述空气预热器的烟气入口的烟温；在与所述空气预热器的烟气出口连接的烟道上设置热管式换热器，所述热管式换热器用于调控所述空气预热器的烟气出口的烟温；

还包括与所述空气预热器的空气入口连接的送风机及一次风机，在所述送风机及所述一次风机的入口分别设置暖风器，所述暖风器用于调控所述空气预热器的空气入口的冷空气温度。

优选的，在所述空气预热器的烟气入口处设置空气预热器入口压力传感器，在所述空气预热器的烟气出口处设置空气预热器出口压力传感器。

优选的，在所述scr反应器的入口处设置scr反应器入口烟温传感器。

优选的，在与所述空气预热器的烟气出口连接的烟道上依次设置除尘器、引风机、脱硫塔及烟囱；

所述热管式换热器设置在所述空气预热器与所述除尘器之间；

或者，所述热管式换热器设置在所述除尘器与所述引风机之间；

或者，所述热管式换热器设置在所述引风机与所述脱硫塔之间。

优选的，所述热管式换热器包括烟气室和热水室，所述烟气室与所述热水室之间相互隔离，在所述烟气室内与所述热水室内至少设置一个连通二者的热管，所述热管用于将所述烟气室的热量传递给所述热水室；

在所述热水室的外部设置相连通的主进水管道和主出水管道，所述热水室的进水口与所述主进水管道相连通，所述热水室的出水口与所述主出水管道相连通，所述主出水管道用于将所述热水室内的热量传递给锅炉凝结水管道或锅炉补水管道。

优选的，所述烟气室与所述热水室之间通过双向隔板隔离，所述双向隔板之间填充有绝热防腐材料。

优选的，在所述热水室的进水口处设置热水室入口水温传感器，在所述热水室的出水口处设置热水室出口水温传感器；

在所述烟气室的烟气进口处设置烟气室入口烟温传感器，在所述烟气室的烟气出口处设置烟气室出口烟温传感器。

优选的，在所述主进水管道上设置第一电动调节门。

优选的，在所述主出水管道上设置支路出水管道，所述支路出水管道与所述暖风器的入水口连接，在所述主进水管道上设置支路进水管道，所述支路进水管道与所述暖风器的出水口连接。

优选的，在所述暖风器的空气入口处设置暖风器入口空气温度传感器，在所述暖风器的空气出口处设置暖风机出口空气温度传感器，在所述支路出水管道上设置第二电动调节门。

优选的，在所述空气预热器器的烟气入口处设置空气预热器器入口压力传感器，在所述空气预热器器的烟气出口处设置空气预热器器出口压力传感器，在所述scr反应器的入口处设置scr反应器入口烟温传感器；

所述烟气调节风门、所述空气预热器器入口压力传感器、所述空气预热器器出口压力传感器以及所述scr反应器入口烟温传感器均与控制器连接。

根据本申请的另一个方面，本申请提供了如下技术方案：

一种空气预热器运行安全隐患消除系统的控制方法，包括以下步骤：

当所述空气预热器的烟气出入口的差压高于第一差压预设值时，所述系统进入第一运行模式；

当所述空气预热器的烟气出入口的差压低于第一差压预设值且高于第二差压预设值时，所述系统进入第二运行模式；

当所述空气预热器的烟气出入口的差压低于第二差压预设值时，所述系统进入第三运行模式；

其中，所述系统以第一运行模式运行的步骤包括：

增加烟气调节风门的开度，直至scr反应器入口的烟气温度升至所述scr反应器所容许的最高温度；

增加热管式换热器的热水室的给水流量，且增加进入暖风器的给水流量；

所述系统以第二运行模式运行的步骤包括：

增加进入暖风器的给水流量，以确定空气预热器的烟气入口所需的烟温；

增加进入旁路烟道的烟气流量，以使空气预热器的烟气入口的烟温达到上述确定的空气预热器的烟气入口所需的烟温；

增加热管式换热器的热水室的给水流量，使热管式换热器的烟气室的烟气出口的烟温维持合适温度；

所述系统以第三运行模式运行的步骤包括：

确定热管式换热器的烟气出口所需的最低烟气温度；

当scr反应器入口的烟温低于其最低反应温度时，开启烟气调节风门，以使scr反应器入口的烟温高于其最低反应温度；

确定空气预热器空气入口所需加热温度，并通过调节进入暖风器的给水流量以达到空气预热器空气入口所需的加热温度。

本申请能产生的有益效果包括但不限于：

1.本申请所提供的空气预热器运行安全隐患消除系统，设置的烟气调节风门用于调节进入旁路烟道内的烟气流量，实现对空气预热器入口烟温的运行调控；设置的热管式换热器，可实现对空气预热器的烟气出口的烟温的运行调控；设置的暖风器，可实现对空气预热器的空气入口的冷空气温度的调控；该空气预热器运行安全隐患消除系统，可根据机组运行需要，提高进入空气预热器烟气入口的烟气温度及空气预热器空气入口的冷空气温度，可以防止在空气预热器上生成的硫酸氢氨，并有效解决已经出现的空气预热器堵塞的问题，有利于提高空气预热器运行安全性，同时通过热管式换热器调控排烟温度，回收烟气余热，保证锅炉机组安全、稳定、高效运行。

2.本申请所提供的空气预热器运行安全隐患消除系统，通过设置热管式换热器，有利于对烟气余热回收利用，降低排烟温度，节约能源，提高锅炉机组安全、经济运行。

3.本申请所提供的空气预热器运行安全隐患消除系统，通过设置暖风器，调控进入空气预热器器进口的冷空气温度，从而进一步提高空气预热器器冷端综合温度，降低了空气预热器器堵塞风险，提高了热风温度，提高了锅炉效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例涉及的空气预热器运行安全隐患消除系统的结构示意图。

部件和附图标记列表：

1、锅炉；2、低温过热器；3、省煤器；4、scr反应器；5、空气预热器器；6、尾部烟道；7、除尘器；8、引风机；9、脱硫塔；10、烟囱；11、旁通烟道；12、烟气调节风门；13、热管式换热器；14、暖风器；131、烟气室；132、热水室；133、主进水管道；134、主出水管道；135、锅炉凝结水管道或锅炉补水管道；136、第一电动调节门；141、支路出水管道；142、支路进水管道；143、第二电动调节门。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

参考图1，本实用新型示例了一种空气预热器运行安全隐患消除系统，包括依次设置的锅炉1、低温过热器2、省煤器3、scr反应器4、空气预热器5、尾部烟道6、除尘器7、引风机8、脱硫塔9以及烟囱10，沿烟气流通方向，低温过热器2、省煤器3、scr反应器4和空气预热器5依次设置在锅炉烟气道内，空气预热器5的烟气出口与尾部烟道6相连通，尾部烟道6的出口与除尘器7的烟气进口相连通，在锅炉烟气道上设置旁通烟道11，旁通烟道11的入口所在锅炉烟气道的位置位于低温过热器2之前，旁通烟道11的出口直接与scr反应器4的入口连接，在旁通烟道11的入口处设置烟气调节风门12，烟气调节风门12用于调节从锅炉烟气道进入旁通烟道11内的烟气流量，以实现对空气预热器5入口烟温的运行调控。通过设置旁通烟道11，在低负荷时，通过调节烟气调节风门12，使高温烟气不需要经过与低温过热器2和省煤器3进行换热，直接进入scr反应器，提高了scr反应器入口处的烟气温度；当空气预热器5因负荷、煤质等问题存在堵塞风险时，在保证scr反应器入口的烟气温度满足反应条件的情况下，可适当开启烟气调节风门12，提高scr反应器4入口的烟气温度，此时空气预热器5烟气入口的烟气温度也随之提高，可进一步提高空气预热器5的冷端综合温度，而冷端综合温度的提高可以有效抑制在空气预热器5的冷端生成硫酸氢氨，降低了空气预热器5堵塞的风险，有利于预防空气预热器5的堵塞；而且通过提高进入scr反应器4入口的烟气温度，可以使在空气预热器5上生成的硫酸氢氨气化，能够有效解决已经出现的空气预热器5堵塞的问题，保证锅炉机组安全、稳定、高效运行。在与空气预热器5的烟气出口连接的烟道上设置热管式换热器13，热管式换热器13用于调控空气预热器5的烟气出口的烟温；还包括与空气预热器5的空气入口连接的送风机及一次风机，在送风机及一次风机的入口分别设置暖风器14，暖风器14用于调控空气预热器5的空气入口的冷空气温度，通过设置暖风器，可以加热将要进入锅炉内的冷空气，从而使空气预热器5进口的空气温度提高，有利于提高空气预热器5的冷端综合温度，从而降低空气预热器5的堵塞风险，提高了热风温度，提高了锅炉的效率。

作为一种实施方式，为了更好的监测空气预热器5是否堵塞，在空气预热器5的烟气入口处设置空气预热器入口压力传感器，在空气预热器5的烟气出口处设置空气预热器出口压力传感器。通过设置空气预热器入口压力传感器和空气预热器出口压力传感器，可监测空气预热器的进出口压差，当空气预热器的进出口压差升高到一定数值时，说明空气预热器5发生了堵塞，可在锅炉较高负荷时开启烟气调节风门12，大幅提高scr反应器4入口的烟气温度，此时，空气预热器5烟气入口处的烟气温度也随之升高，由于硫酸氢氨的气化温度为150℃-230℃，较高的烟气温度有利于将在空气预热器5上生成的硫酸氢氨气化，可有效解决已经出现的空气预热器堵塞的问题。为了更好的监测进入scr反应器入口的烟气温度，在scr反应器5的入口处设置scr反应器入口烟温传感器。烟气调节风门12、空气预热器入口压力传感器、空气预热器出口压力传感器以及scr反应器入口烟温传感器均与控制器连接。

作为一种实施方式，可以在空气预热器5与除尘器7之间设置热管式换热器13；或者，在除尘器7与引风机8之间设置热管式换热器13；或者，在引风机8与脱硫塔9之间设置热管式换热器。为了更好的回收烟气的余热，优先将热管式换热器13设置在空气预热器5与除尘器7之间。热管式换热器13包括烟气室131和热水室132，为了使烟气室131与热水室132之间不连通，可在烟气室131与热水室132之间设置双向隔板，且在双向隔板内填充绝热防腐材料。设置至少一个热管，使热管的一部分在烟气室131内，另一部分在热水室132内，通过在热管内设置工质，来完成从烟气室131内取热，降低烟气室131的排烟温度，再在热水室132内放热，完成了将烟气室131内的热量传递到热水室132。通过设置热管式换热器13，能够解决锅炉尾部低温受热面的壁面的酸露点腐蚀问题，一是，可以根据实际需要，设置热管式换热器13的启动温度，使启动温度高于锅炉烟气酸露点温度；二是，在暴露在烟气室131内的热管部分表面涂刷耐腐蚀性材料，如塑钢、氟塑料、搪玻璃材料等。为了更好的利用热水室132内的热量，在热水室132的外部设置相连通的主进水管道133和主出水管道134，热水室132的进水口与主进水管道133相连通，热水室132的出水口与主出水管道134相连通，主出水管道134用于将热水室132内的热量传递给锅炉凝结水管道或锅炉补水管道135，以便为锅炉凝结水或锅炉补水加热，锅炉凝结水或锅炉补水再直接汇入除氧器，使得锅炉运行调节难度大幅降低。

为了使锅炉更合理的运行，在烟气室131的烟气进口处设置烟气室入口烟温传感器，在烟气室131的烟气出口处设置烟气室出口烟温传感器；在热水室132的进水口处设置热水室入口水温传感器，在热水室132的出水口处设置热水室出口水温传感器；在主进水管道133上设置第一电动调节门136；烟气室入口烟温传感器、烟气室出口烟温传感器、热水室入口水温传感器、热水室出口水温传感器以及第一电动调节门136均与控制器连接。通过设置第一电动调节门136，可以根据烟气室131的烟气入口的烟气室入口烟温传感器采集的烟气温度，自动调节热水室132的进水流量，以调节烟气室131的烟气出口的排烟温度使其达到恒定的效果。

作为一种实施方式，为了使暖风器14的加热热源可来自热管式换热器13的热水室132制取的部分高温热水，在主出水管道134上设置支路出水管道141，支路出水管道141与暖风器14的入水口连接，在主进水管道133上设置支路进水管道142，支路进水管道142与暖风器14的出水口连接，支路出水管道141内的热水完成对冷空气加热后，再由支路进水管道142流入主进水管道133内。为了根据环境温度及空气预热器5的进出口差压情况，自动调节由支路出水管道141进入暖风器内的热水流量，以达到调节暖风器14空气出口的空气加热温度的效果，在支路出水管道141上设置第二电动调节门143，在暖风器14的空气入口处设置暖风器入口空气温度传感器，在暖风器14的空气出口处设置暖风机出口空气温度传感器，第二电动调节门143、暖风器入口空气温度传感器以及暖风机出口空气温度传感器均与控制器相连。

本实用新型还示例了一种空气预热器运行安全隐患消除系统的控制方法，包括以下步骤：

当空气预热器5的烟气出入口的差压高于第一差压预设值时，系统进入第一运行模式；

当空气预热器5的烟气出入口的差压低于第一差压预设值且高于第二差压预设值时，系统进入第二运行模式；

当空气预热器5的烟气出入口的差压低于第二差压预设值时，系统进入第三运行模式；

其中，系统以第一运行模式运行的步骤包括：

增加烟气调节风门12的开度，直至scr反应器4入口的烟气温度升至系统容许的最高温度；

增加热管式换热器13的热水室132的给水流量，且增加进入暖风器14的给水流量。

第一运行模式也叫处理空气预热器堵塞的运行模式，具体原理如下：

当系统检测到空气预热器5的烟气进出口差压大于一定值时(如2.5kpa，根据具体锅炉机组容量大小及空气预热器设备情况会有所差异)，认为已经发生空气预热器5堵塞，缓慢开动烟气调节风门12，密切监测scr反应器4的入口温度，直至将scr反应器4入口的烟气温度升高至脱硝系统最高容许温度(如400℃)为止，高温烟气进入空气预热器5后，烟气的高温会促进空气预热器器5的换热元件上生成的硫酸氢铵气化，空气预热器5的堵塞现象会在高温烟气的冲刷下逐步缓解，空气预热器5的烟气进出口差压随之降低，当空气预热器5的进出口差压低于一定值时(如1.5kpa)，认为空气预热器堵塞情况得到解决，系统转入其他模式运行。

在该处理空气预热器堵塞的运行模式下，由于scr反应器4入口烟温大幅上升，空气预热器5的烟气出口的排烟温度随之大幅提高，为保证锅炉效率不降低，需保证热管式换热器13的烟气降温效果，因而需要尽量将第一电动调节门136的阀门开大，增加热管式换热器13的热水室132的给水流量，最大限度提高热管式换热器13的换热效果；为促进空气预热器5的换热元件上生成的硫酸氢铵的气化，需要尽可能提高空气预热器5的冷端综合温度，因此第二电动调节门143的阀门开度尽量开大，以提高暖风器14的增温效果。

系统以第二运行模式运行的步骤包括：

增加进入暖风器14的给水流量，以确定空气预热器5的烟气入口所需的烟温；

增加进入旁路烟道11的烟气流量，以使空气预热器5的烟气入口的烟温达到上述确定的空气预热器5的烟气入口所需的烟温；

增加热管式换热器13的热水室132的给水流量，使热管式换热器13的烟气室131的烟气出口的烟温维持合适温度。

第二运行模式也叫预防空气预热器5堵塞的运行模式，具体原理如下：

当系统检测到空气预热器5的烟气进出口差压小于一定值时(如2.5kpa，根据具体锅炉机组容量大小及空气预热器设备情况会有所差异)，认为尚未发生空气预热器5堵塞，如考虑提高运行安全性，防止氨逃逸后在空气预热器5的换热元件上生成硫酸氢铵，可选择系统进入预防空气预热器堵塞运行模式。

在该预防空气预热器5堵塞的运行模式下，根据锅炉机组实际情况计算确定合适的空气预热器5的冷端综合温度，优先开大第二电动调节门143，提高空气预热器5的空气进口的温度，以此确定需要的空气预热器5的入口烟温(空气预热器冷端综合温度为进口空气温度与出口烟气温度之和)，在机组不同负荷下，通过调整烟气调节风门12，调节空气预热器5入口烟温，直至空气预热器5的入口烟温达到上述确定值为止；为保证锅炉效率不降低，需保证热管式换热器13的烟气降温效果，通过调节第一电动调节门136的开度，调节热管式换热器13的热水室132的给水流量，使热管式换热器13的烟气室131的烟气出口的烟气温度维持在既安全，又经济的范围内(如110-125℃，应根据具体锅炉机组负荷大小及煤质情况具体设定)。

系统以第三运行模式运行的步骤包括：

确定热管式换热器13的烟气出口所需的最低烟气温度；

当scr反应器4入口的烟温低于其最低反应温度时，开启烟气调节风门，以使scr反应器4入口的烟温高于其最低反应温度；

确定空气预热器5空气入口所需加热温度，并通过调节进入暖风器14的给水流量以达到空气预热器5空气入口所需的加热温度。

第三运行模式又叫经济运行模式，具体原理如下：

当系统检测到空气预热器5的烟气进出口差压小于一定值时(如1.5kpa，根据具体锅炉机组容量大小及空气预热器设备情况会有所差异)，认为发生空气预热器5堵塞的风险较低，如考虑提高机组运行经济性，最大限度提高锅炉效率，可选择系统进入经济运行模式。

在该经济运行模式下，首先确定热管式换热器13的烟气室131的烟气出口的烟气温度的最低可控温度(如105℃，根据机组实际煤质情况调整)。烟气调节风门12仅在scr反应器4的入口烟气温度达不到催化剂反应最低安全温度(如可设定在310℃)时才选择开启，并逐渐调整至scr反应器4的入口烟气温度满足催化剂反应要求。热管式换热器13的热水室131在水泵经济循环水量下运行，由上述固定参数可确定空气预热器5的空气入口的冷空气所需加热温度，并通过对第二电动调节门143动态调节实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

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