一种用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器的制作方法

2021-03-05 04:03:20|

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本发明涉及用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，是一种利用多级抽汽做热源、各级抽汽均分为冷凝换热段和过冷换热段的蒸汽-空气预热器，也是一种充分利用蒸汽凝结换热的高效蒸汽-空气预热器。

背景技术：

生活垃圾焚烧是目前生活垃圾处理的主要途径之一。由于生活垃圾焚烧烟气具有较强的腐蚀性，利用烟气-空气换热器进行助燃空气的加热时容易产生换热器的低温腐蚀问题，生活垃圾焚烧一般使用蒸汽-空气预热器对助燃空气进行加热，加热所需蒸汽一般为汽轮机各级抽汽及汽包抽汽。

对预热空气的温度需求，随着多变的生活垃圾组分而变化，运行一般要求其可在120℃～220℃间调节，常规的蒸汽-空气预热器内冷凝换热段采用蛇形管束，蒸汽侧冷凝换热产生的液滴无法及时有效从换热管壁上清除，且温度控制的调节方式是在蒸汽-空气预热器前的抽汽管道中使用电动调节阀调节抽汽量、在蒸汽-空气预热器后的疏水管道中使用疏水阀调节排水量，因蒸汽-空气预热器在设计时要满足110％负荷的风量需求下最大220℃的加热要求，则1、冷凝换热段蛇形管的使用降低了冷凝换热时的换热系数；2、在其他工况下，电动调节阀的抽汽量调节对抽汽具有节流降压的作用，使进入蒸汽-空气预热器的蒸汽过热度增加，换热量中蒸汽冷凝换热的比例减低，蒸汽-空气预热器整体的换热系数降低，需要的换热面积增加；3、疏水阀的间歇性开关使其前端的蒸汽-空气预热器内蒸汽侧换热管束内的压力也产生波动，影响换热的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提出一种用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，是一种利用多级抽汽做热源、各级抽汽均分为冷凝换热段和过冷换热段的蒸汽-空气预热器，也是一种充分利用蒸汽凝结换热的高效蒸汽-空气预热器。

本发明具体技术方案是：

一种用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，包括蒸汽-空气预热器的加热段的进风口、出风口，各级蒸汽抽汽的冷凝换热管和过冷换热管，各级抽汽的进汽管道和疏水管道，每级蒸汽抽汽的冷凝换热管和过冷换热管间的疏水罐及管道，以及蒸汽-空气预热器的空气混合段；各级蒸汽抽汽的冷凝换热管和过冷换热管位于蒸汽-空气预热器的加热段的壳体内；

各级蒸汽抽汽冷凝换热管与进汽管道连接，与空气换热后被冷凝为饱和水后进入各级凝水罐，凝水罐里的水进入过冷换热管进一步被空气冷却为过冷水，通过电动调节阀的控制，经疏水管道排入除氧器。所述电动调节阀根据凝水罐内的液位进行调节。

进一步的，各级蒸汽抽汽冷凝换热管为竖直布置的单行程管束，蒸汽从管束的上部进入，经换热冷凝后形成的饱和水从管束的下部流出，至该级凝水罐。

进一步的，各级蒸汽抽汽冷凝换热管，其管束上端固定在管板上，下端设置浮动密封段，以减少不同换热管壁温下的热应力。

进一步的，流入凝水灌的饱和水进入过冷换热管，过冷换热管为蛇形管束。

进一步的，各级凝水罐，同该级抽汽管道直接相连，使冷凝换热管和凝水罐形成连通器，冷凝换热管内的液位和凝水罐相同，可通过调节凝水灌内的液位高度，调节冷凝换热管内的凝结换热面积，从而调整换热量。

进一步的，风机送来的空气，被分成两股，一股在蒸汽-空气预热器的加热段被加热，之后与另一股在蒸汽-空气预热器的空气混合段混合，形成的热空气被送入焚烧炉。两股空气的分配比例，根据预热空气的设定温度进行调节。

本发明所述的用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，其优点为：1)蒸汽抽汽管道与冷凝换热管之间，使用截止阀连接，取消了常规的电动调节阀，减少了蒸汽抽汽管道与冷凝换热管之间的节流降压，进入冷凝换热管内的蒸汽过热度低，截止阀开启状态下，冷凝换热管内的压力与蒸汽抽汽点压力接近，且较为稳定，对应的饱和水温度较高，有利于放热；2)冷凝换热管的竖直布置，以及蒸汽的由上向下流动，便于在冷凝换热管壁上形成的饱和水在重力和蒸汽流的携带下，及时向下流动，换热管壁内的液膜厚度被有效降低，管内的换热强度得到强化；3)预热空气温度的调节方式较为灵活，可以通过调整凝水罐内的液位高度，也可以通过调整风机后两股风量的比例。

附图说明

图1一种用于生活垃圾焚烧的四段式蒸汽空气预热器的系统示意图。

图2一种用于生活垃圾焚烧的六段式蒸汽空气预热器的系统示意图。

在图1中：1.蒸汽-空气预热器的加热段；2.低压过冷换热管；3.高压过冷换热管；4.低压冷凝换热管；5.高压冷凝换热管；6.蒸汽-空气预热器的空气混合段；7.高压截止阀；8.高压凝水罐；9.高压电动调节阀；10.低压截止阀；11.低压凝水罐；12.低压电动调节阀。

在图2中：1.蒸汽-空气预热器的加热段；2.低压过冷换热管；3.高压过冷换热管；4.低压冷凝换热管；5.高压冷凝换热管；6.蒸汽-空气预热器的空气混合段；7.高压截止阀；8.高压凝水罐；9.高压电动调节阀；10.低压截止阀；11.低压凝水罐；12.低压电动调节阀；13.中压蒸汽；14.中压冷凝换热管；15.中压凝水罐；16.高压过冷换热管；17.中压电动调节阀。

具体实施方式

本发明所描述的一种用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，结合附图，对具体实施方式作进一步详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种用于生活垃圾焚烧的蒸汽空气预热器，是一种利用多级抽汽做热源、各级抽汽均分为冷凝换热段和过冷换热段的蒸汽-空气预热器，也是一种充分利用蒸汽凝结换热的高效蒸汽-空气预热器。

如图1，在空气侧，风机出口冷空气被分成两股，一股进入蒸汽-空气预热器的加热段1入口，依次经过蒸汽-空气预热器的加热段1所包含的低压过冷换热管2、高压过冷换热管3、低压冷凝换热管4、高压冷凝换热管5，蒸汽-空气预热器的加热段1的出口同蒸汽-空气预热器的空气混合段6的一个进口通过管道连接，另一股冷空气进入蒸汽-空气预热器的空气混合段6的另一个进口，在蒸汽-空气预热器的空气混合段的出口为热空气。

高压蒸汽侧，高压截止阀7出口与高压冷凝换热管5入口通过管道连接，高压冷凝换热管5出口通过管道与高压凝水罐8上端通过管道连接，高压凝水罐8下端通过管道与高压过冷换热管3入口通过管道连接，高压过冷换热管3出口通过管道连接高压电动调节阀9。高压截止阀7出口同时与高压凝水罐8的顶端通过管道连接。

低压蒸汽侧，低压截止阀10出口与低压冷凝换热管4入口通过管道连接，低压冷凝换热管4出口通过管道与低压凝水罐11上端通过管道连接，低压凝水罐11下端通过管道与低压过冷换热管2入口通过管道连接，低压过冷换热管2出口通过管道连接低压电动调节阀12。低压截止阀7出口同时与低压凝水罐11的顶端通过管道连接。

对于图2，在空气侧，风机出口冷空气被分成两股，一股进入蒸汽-空气预热器的加热段1入口，依次经过蒸汽-空气预热器的加热段1所包含的低压过冷换热管2、中压过冷换热管16、高压过冷换热管3、低压冷凝换热管4、中压冷凝换热管14、高压冷凝换热管5，蒸汽-空气预热器的加热段1的出口同蒸汽-空气预热器的空气混合段6的一个进口通过管道连接，另一股冷空气进入蒸汽-空气预热器的空气混合段6的另一个进口，在蒸汽-空气预热器的空气混合段的出口为热空气。

中压蒸汽侧，中压截止阀13出口与中压冷凝换热管14入口通过管道连接，中压冷凝换热管14出口通过管道与中压凝水罐15上端通过管道连接，中压凝水罐15下端通过管道与中压过冷换热管16入口通过管道连接，中压过冷换热管15出口通过管道连接中压电动调节阀17。中压截止阀13出口同时与中压凝水罐15的顶端通过管道连接。

实施例1

如图1所示，是一种利用两级抽汽、四段热交换管的蒸汽-空气预热器。

整个系统主要构成包括：蒸汽-空气预热器的加热段1和蒸汽-空气预热器的混合段1，蒸汽-空气预热器的加热段1各加热段之间的高压凝水罐8、低压凝水罐11，与抽汽源间的高压截止阀9、低压截止阀10，与除氧器间的高压电动调节阀9和低压电动调节阀12。

蒸汽-空气预热器的加热段1其左端为进风口，右端为出风口，由进风口到出风口，又依次包括了低压过冷换热管2、高压过冷换热管3、低压冷凝换热管4、高压冷凝换热管5。低压冷凝换热管4和高压冷凝换热管5为竖直布置，它们的蒸汽入口都位于顶端，它们的换热管束上端固定在管板上，下端设置浮动密封段，以减少不同换热管壁温下的热应力。

蒸汽-空气预热器的空气混合段6有两个进口和一个出口，进口进入的两股气体在蒸汽-空气预热器的空气混合段6进行充分的混合，从出口排出。

运行时，风机出口的冷空气，被分为两股，其中的一股流入蒸汽-空气预热器的加热段1的进风口，经过低压过冷换热管2、高压过冷换热管3、低压冷凝换热管4、高压冷凝换热管5各段的加热，被加热为热空气，然后进入蒸汽-空气预热器的空气混合段6，同进入蒸汽-空气预热器的空气混合段6的另一股冷空气混合，出口的温度为运行所需的热空气温度。

高压截止阀7处于开通状态，高压蒸汽经高压截止阀7进入高压冷凝换热管5入口，同管外的空气进行热交换，在换热管壁上冷凝为饱和水，在蒸汽流动和重力的带动下，饱和水快速沿着管壁向下流动，流入高压凝水罐8，高压冷凝换热管5管壁上的饱和水液膜厚度较低，能够强化换热效果。

高压凝水罐8中的饱和水流入高压过冷换热管3，同管外的空气进行换热，变成过冷水后，经过高压电动调节阀9排入除氧器，高压电动调节阀9的调节由高压凝水罐8的设定液位高度决定。

低压截止阀10处于开通状态，低压蒸汽经低压截止阀4进入低压冷凝换热管11入口，同管外的空气进行热交换，在换热管壁上冷凝为饱和水，在蒸汽流动和重力的带动下，饱和水快速沿着管壁向下流动，流入低压凝水罐11，低压冷凝换热管4管壁上的饱和水液膜厚度较低，能够达强化换热效果。

低压凝水罐11中的饱和水流入低压过冷换热管11，同管外的空气进行换热，变成过冷水后，经过低压电动调节阀12排入除氧器，高压电动调节阀9的调节由低压凝水罐11的设定液位高度决定。

对蒸汽-空气预热器的空气混合段6的出口温度要求发生变化时，需要进行调节，调节的方式灵活，可选择下列2种之中的1种，也可以结合使用。

一种调节方式，是调节风机出口冷空气的分配比例，当蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口要求的温度较当前温度低时，调低进入蒸汽-空气预热器的加热段1冷空气的比例，则在蒸汽-空气预热器的加热段1内的平均空气温度上升，蒸汽-空气预热器的加热段1内的换热量降低，两股空气在蒸汽-空气预热器的空气混合段6混合后的温度较调节之前降低至要求温度。同样地，当蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口要求的温度较当前温度高时，需调高进入蒸汽-空气预热器的加热段1冷空气的比例。

另一种调节方式，是通过电动调节阀调节凝水罐内的水位，首先调节高压电动调节阀9，当蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口要求的温度较当前温度低时，调节高压电动调节阀9使高压凝水罐8中的液位上升，则高压冷凝换热管5的液位上升，高压冷凝换热管5内蒸汽冷凝换热的管内面积下降，放热量下降，蒸汽-空气预热器的加热段1出口温度降低，蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口的空气温度降低，当调节使高压凝水罐8中的液位达到某一高度后，蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口的空气温度仍高于所要求的空气温度时，依据相同操作原理，继续调节低压电动调节阀12，使低压凝水罐11和低压冷凝换热管4内的液位上升，低压冷凝换热管4内蒸汽冷凝换热的管内面积下降，放热量下降，将蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口的空气温度调节至要求温度。同样地，当蒸汽-空气预热器的空气混合段6出口要求的温度较当前温度高时，首先降低低压凝水罐11内的液位高度，液位达到某一高度仍不满足升温要求时，继续降低高压凝水罐8内的液位高度。

上述的调节方式，低压冷凝换热管4和高压冷凝换热管5内的压力变化较小，蒸汽的过热度基本不变，冷凝换热的比例仍旧较高，保证了高效换热。压力稳定也使蒸汽-空气预热器的运行稳定。

以高压冷凝换热管5使用4mpa/380℃蒸汽，蒸汽由顶端进入加热来自上游100,000nm³/h的160℃的空气至220℃为例，使用外径25mm，壁厚3mm的翅片管，管长3m，8排交错布置，每排42根管，则设计有13.30％的面积裕量；相比之下，高压蒸汽测前有调节阀时，假设将4mpa/380℃蒸汽节流为3.7mpa/378℃的蒸汽，进行加热时，相同的布置条件下，面积裕量降为3.94％；相比之下，冷凝换热管水平布置时，面积裕量降低为12.33％；相比之下，冷凝换热管蒸汽由底端进入时，则换热面积不足，约缺少高压冷凝换热管面积的48％。

实施例2

如图2所示，是一种利用三级抽汽、六段热交换管的蒸汽-空气预热器。

蒸汽-空气预热器的空气混合段6有两个进口和一个出口，进口进入的两股气体在蒸汽-空气预热器的空气混合段6进行充分的混合，从出口排出。

对蒸汽-空气预热器的空气混合段6的出口温度要求发生变化时，需要进行调节，调节的方式灵活，可选择下列2种之中的1种，也可以结合使用。

以高压冷凝换热管5使用5.5mpa/330℃蒸汽，蒸汽由顶端进入加热来自上游100,000nm³/h的183℃的空气至220℃为例，使用外径25mm，壁厚3mm的翅片管，管长3m，4排交错布置，每排42根管，则设计有14.34％的面积裕量；相比之下，高压蒸汽测前有调节阀，假设将5.5mpa/330℃蒸汽节流为5mpa/325℃的蒸汽，进行加热时，相同的布置条件下，面积裕量降为4.68％；相比之下，冷凝换热管水平布置时，面积裕量降低为12.79％；相比之下，冷凝换热管蒸汽由底端进入时，则换热面积不足，约缺少高压冷凝换热管面积的6.85％。

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