CN102537997A - 锅炉的等熵式空气换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉的等熵式空气换热器，它通过在锅炉风道内增设放热管系、在锅炉进口烟道内增设吸热管系，吸热管系和放热管系的两侧均固设有数组鳍片板，吸热管系和放热管系通过管路、数个联箱及阀门组成循环体系，吸热管系的一联箱通过管路及进水阀与锅炉省煤器进口联箱相连，该联箱还设有排水管及排水阀；放热管系的放热进口联箱上设有排汽管，在排汽管上设有排汽阀；放热管系及其联箱高于吸热管系及其联箱。本发明能大幅降低排烟热损失、增大锅炉烟风系统温度的调节能力、提高锅炉热效率，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，并降低锅炉能耗。

Description

锅炉的等熵式空气换热器

技术领域

本发明涉及一种用于锅炉的空气换热器。

背景技术

2004年在哥本哈根会议上中国宣布截止至2020年中国碳减排降至1996年碳排放的40%。由于目前锅炉普遍采用SCR脱硝技术，所谓SCR脱硝技术就是在锅炉省煤器后、回转式空预器上方进口烟道内设置脱硝装置，利用锅炉省煤器后的300℃～400℃烟气温度，在催化剂作用下喷入稀释后的氨气与原烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水蒸汽，以此降低NO_X排放！由于脱硝技术的局限，设计上允许≤3ppmV的氨逃逸，在运行方面目前尚未有可靠的操作方法控制氨逃逸在设计范围内，氨逃逸量普遍超标！由于逃逸的氨气与锅炉烟气反应生成的硫酸氰氨，其凝结温度随逃逸量浓度的上升而升高，硫酸氰氨凝结后的浓状液体既具有强烈的腐蚀性，又粘接烟气灰尘，而在脱硝装置下游现仅有回转式空预器一个换热装置，凝结后的浓状液体堵塞在空预器狭窄的受热面中，因而空预器受热面既要更换为抗腐蚀性强但传热系数较低的双面镀陶瓷受热面，又必须增加整体受热面积，使锅炉排烟温度处在受控范围，确保下游布袋除尘器等安全运行，因而造成下游的回转式空预器因脱硝而增加的密集受热面结构阻力较大，因硫酸氰氨凝结相变为液体，其结果沾灰、腐蚀、将空预器受热面堵塞，不仅锅炉烟-风通道堵塞，排烟热损失较大，锅炉热效率较低，锅炉烟温、风温的调节幅度有限，锅炉被迫降负荷运行，而且也增加了锅炉送风机和引风机的能耗。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种锅炉的等熵式空气换热器，它不仅能大幅降低排烟热损失、增加锅炉烟风系统温度的调节能力、提高锅炉热效率，而且减轻原回转式空预器换热压力，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，并降低锅炉能耗，实现最大化的节能、减排。

为达到上述目的，本发明的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于包括设于锅炉回转式空气预热器上方出口空气侧风道内的放热管系、设于锅炉回转式空预器上方进口烟道内并位于脱硝装置下方的吸热管系，吸热管系和放热管系均通过各自的弯头相连，吸热管系和放热管系的两侧均固设有数组鳍片板，吸热管系的一端与吸热进口联箱相连，该吸热进口联箱通过管路及进水阀与锅炉省煤器进口联箱相连，该吸热进口联箱还设有排水管及排水阀；放热管系的两端分别通过管路与放热进口联箱和凝结水联箱相连，放热进口联箱与吸热管系的另一端相连，在放热进口联箱上设有排汽管，在排汽管上设有排汽阀，凝结水联箱与吸热进口联箱通过管路连接，并在该管路上设有调节阀；放热进口联箱、放热管系和凝结水联箱高于吸热进口联箱和吸热管系。

本发明使用时，关闭排水阀，打开进水阀和排汽阀，将省煤器进口联箱内的高压水注入吸热管系和放热管系，直至排汽阀有水溢出（目的将吸热管系和放热管系及各管内空气驱尽，使循环管内不能存在不凝汽体形成汽塞和水塞,便于工作时保证水汽自然循环安全），再关闭进水阀和排汽阀，打开排水阀放水至要求水位（水位以淹没吸热管系为准）再关闭排水阀，这时吸热管系水位以上的管路及放热管系、放热进口联箱和凝结水联箱内均没有水，为一定的真空状态；随着锅炉升温，回转式空预器上方进口烟道内烟气温度逐渐升高，对吸热管系内的水进行加热，根据卡偌循环定律，在闭合回路中只要同时出现冷源和热源，就能实现热胀冷缩的闭合循环过程，实现等熵的周而复始热交换过程，水受热汽化后上升进入放热进口联箱和放热管系，通过放热管系与回转式空气预热器出口空气侧风道内的二次风换热后形成冷凝水进入凝结水联箱，凝结水在水位压头的作用下自动流入吸热进口联箱和吸热管系，从而形成水汽自然循环；调节阀用以调节凝结水流量，使水位保持稳定；二次风被加热后通过热二次风箱进入炉膛助燃或制粉；吸热管系和放热管系两侧的鳍片板，可增加传热面积，提高换热效果；

作为本发明的进一步改进，所述吸热管系和放热管系两侧的数组鳍片板为对称的等间距纵向鳍片板；可均衡烟气或空气流量，起到导流作用，减小结构阻力；

作为本发明的进一步改进，在吸热管系的另一端与放热进口联箱之间还设有吸热出口联箱，吸热出口联箱的通过管路分别与两端的吸热管系和放热进口联箱相连；可均衡进入放热进口联箱的蒸汽压力；

作为本发明的进一步改进，所述连接吸热出口联箱和吸热管系的管路为数组管排，每组管排的两侧均固设有数组对称的等间距纵向鳍片板；管排内的蒸汽在该区域被烟气加热产生具有一定过热度的、体积得以膨胀的饱和蒸汽，可进一步提高换热效果，纵向鳍片板可减小结构阻力；

作为本发明的进一步改进，所述凝结水联箱还通过管路与锅炉水冷壁下联箱相连，并在该管路上设有应急阀；当系统自然循环出现问题时，打开进水阀和应急阀，关闭调节阀，利用省煤器进口联箱给水的压头减去本装置的结构阻力仍大于锅炉水冷壁下联箱内的压力，因此从省煤器进口联箱补给的经汽轮机回热系统加热的约270℃的未饱和水，经本装置后由相变为具有一定过热度的饱和蒸汽，再相变为约290℃的未饱和水直接进入锅炉水冷壁下联箱，与锅筒、集中下降管内的未饱和水一起进入水冷壁吸热做功，系统改为强制循环，具有紧急保护功能；

作为本发明的进一步改进，在放热进口联箱与吸热进口联箱之间还设有双色液位计，双色液位计的两端分别与放热进口联箱与吸热进口联箱相连；便于观测吸热管系内的水位；

本发明的技术优点在于在于：

（1）、新增吸热管系和放热管系后，不仅大幅降低排烟热损失，而且通过控制吸热管系内的水量可实现锅炉烟温、风温的调节，增加锅炉烟风系统温度的调节能力，故锅炉在冬、夏季时仍可采用本发明装置予以保持恒定的排烟温度，由此实现锅炉不受环境温度制约，降低排烟热损失，大幅提高锅炉热效率！实现最大化的节能、减排；

（2）、目前因锅炉脱硝，回转式空预器被迫增加受热面，而受热面在原有空间限制下由于密集极易造成腐蚀、沾灰、堵塞问题；现由于脱硝后的烟气经本发明吸热后，烟温降至280℃～180℃，减轻了回转式空预器的换热压力，所以原回转式空气预热器受热面不但不需增加而且可拉稀并降低传热件高度，更换大波纹搪瓷传热元件，增大流通截面积，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，确保锅炉安全、可靠、稳定运行；同时因空预器结构阻力的降低，送、引风机能耗下降。

（3）、原锅炉制粉需用高压头的一次风现可以不进回转式空预器，直接用本装置加热的一次风直接用于制粉系统，因而大幅降低空预器内的压差，同时解决了回转式空预器的漏风问题。

综上所述，本发明不仅能大幅降低排烟热损失、增加锅炉烟风系统温度的调节能力、提高锅炉热效率，而且减轻原回转式空预器换热压力，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，并降低锅炉能耗，同时解决了回转式空预器的漏风问题，实现最大化的节能、减排。

附图说明

图1为本发明实施例在锅炉系统中的安装位置示意图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图3为图2中吸热管系的结构示意图。

图4为图3中Ⅰ处放大图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为图2中放热管系的结构示意图。

图7为图6中Ⅱ处放大图。

图8为图7的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

由图1至图8所示，该锅炉的等熵式空气换热器，包括设于锅炉回转式空气预热器11上方出口空气侧风道12内的放热管系2、设于锅炉回转式空预器11上方进口烟道13内并位于脱硝装置14下方的吸热管系1，吸热管系1和放热管系2的管子均通过各自的弯头管路相连，形成蛇形管，吸热管系1和放热管系2的两侧均固设有数组对称的等间距纵向鳍片板21或22，吸热管系1的一端通过管路与吸热进口联箱3相连，该吸热进口联箱3通过管路及进水阀5与锅炉省煤器进口联箱15相连，该吸热进口联箱3还设有排水管及排水阀4，吸热管系1的另一端通过四组管排7与吸热出口联箱6相连，每组管排7的两侧均固设有数组对称的等间距纵向鳍片板23；放热管系2的两端分别通过管路与放热进口联箱8和凝结水联箱9相连，放热进口联箱8与吸热出口联箱6通过管路相连，在放热进口联箱8上设有排汽管，在排汽管上设有排汽阀10，凝结水联箱9与吸热进口联箱3通过管路连接，并在该管路上设有调节阀16，凝结水联箱9还通过管路19与锅炉水冷壁下联箱17相连，并在该管路上设有应急阀18；放热进口联箱8、放热管系2和凝结水联箱9均高于吸热进口联箱3和吸热管系1；在放热进口联箱8与吸热进口联箱3之间还设有双色液位计20，双色液位计20的两端分别与放热进口联箱8与吸热进口联箱3相连；

本发明使用时，关闭排水阀4，打开进水阀5和排汽阀10，将省煤器进口联箱15内的高压水注入吸热管系1和放热管系2，直至排汽阀有10水溢出（目的将吸热管系1和放热管系2及各管内空气驱尽，使循环管内不能存在不凝汽体形成汽塞和水塞,便于工作时保证水汽自然循环安全），再关闭进水阀5和排汽阀10，打开排水阀4放水至要求水位（水位以淹没吸热管系1为准）再关闭排水阀4，这时吸热管系水位以上的管路及吸热出口联箱6、放热管系2、放热进口联箱8和凝结水联箱9内均没有水，为一定的真空状态；本发明从省煤器进口联箱15进水的原因在此处水压较高，便于快速进水和紧急保护时实现强制循环，无需使用高压循环泵，节约能源，且省煤器进口联箱15内的水为对汽轮机做功后的软水，离子含量少，不易结垢，可保障本发明的换热效果及长期的正常运行；

锅炉点火后，开始烘炉，回转式空预器进口烟道13内的进口烟气温度从室温逐渐升高，吸热管系1吸热使其内的水沸腾、汽化，介质为汽水混合物，原真空状态处开始升高变为正压，如超过允许压力则通过排汽阀10排汽降压；这时因锅炉送风机未开启，没有冷源，装置内没有工质循环运动，全部被具有一定压力的汽水混合物充满；

随着锅炉升温，送风机开启，回转式空预器上方进口烟道13内烟气温度逐渐升高，对吸热管系1内的水进行加热，根据卡偌循环定律，在闭合回路中只要同时出现冷源和热源，就能实现热胀冷缩的闭合循环过程，实现等熵的周而复始热交换过程，水受热汽化后上升进入放热进口联箱8和放热管系2，通过放热管系2与回转式空气预热器出口空气侧风道12内的二次风换热后形成冷凝水进入凝结水联箱9，水的密度大于蒸汽，凝结水在水位压头的作用下自动流入吸热进口联箱3和吸热管系1，装置内工质开始弱循环，压力缓慢升幅；二次风被加热后通过热二次风箱进入炉膛助燃或制粉；

锅炉投煤粉、断油后，开始升负荷，烟道13内的进口烟气温度逐渐升至200℃以上，送风机开度加大，冷却加剧，本发明内工质循环加速，这时，凝结水联箱9内凝结水量增大并靠重量压头不断进入吸热管系1内，汽、水出现明显分层，调节阀16用以调节凝结水流量，使水位保持稳定；

锅炉额定负荷运行期间，烟道13内的进口烟气温度约在350～440℃区间趋于稳定，根据烟道13内的出口烟温和风道12内的出口空气温度调整本发明内的水位（通过补水或排水调整），将蒸发量与凝结水量比例调整合适，也就是调整工质循环倍率，饱和蒸汽允许具有一定的过热度并对应调整本发明内的蒸汽压力，压力确定，其饱和温度也确定；

当烟道13内的进口烟温恒定，本发明的内水位恒定，蒸发量与存水量比例确定，本发明内开始稳定运行；

锅炉降负荷期间，烟道13内的进口烟温变化不大，进口烟气量降低，换热量降低，此时本发明的蒸发量降低，循环速度降低；而此时风道12内的进口空气量也降低，所以本发明内工质温度变化不大；

系统保护：先看蒸汽压力，若蒸汽压力高于对应烟气温度的饱和蒸汽压力，则对空排汽，至降到饱和蒸汽压力为止；再看温度，在允许一定过热度条件下，若高于饱和蒸汽压力对应的温度，则蒸发量过大，应补水，即提高水位；同时查看空气出口温度和烟气出口温度，若空气温度低，出口烟温高，说明吸、放热量少，蒸发量少，故通过排水阀4放水，降低水位，提高循环倍率；

检测蒸汽压力和温度可通过设于放热进口联箱8上的压力变送器和热电偶完成，并将它们接入锅炉原有的DCS控制系统，各阀门均为自控阀也接入锅炉原有的DCS控制系统，人工调试完成后，按进口烟温变化趋势、水位变化与压力、温度变化趋势，可编制自动控制和保护程序，最后实现自动控制运行。

当系统自然循环出现问题时，打开进水阀5和应急阀18，关闭调节阀16，利用省煤器进口联箱15给水的压头减去本装置的结构阻力仍大于锅炉水冷壁下联箱17内的压力，因此从省煤器进口联箱15补给的经汽轮机回热系统加热的约270℃的未饱和水，经本装置后由相变为具有一定过热度的饱和蒸汽，再相变为约290℃的未饱和水直接进入锅炉水冷壁下联箱17，与锅筒、集中下降管内的未饱和水一起进入水冷壁吸热做功，系统改为强制循环，具有紧急保护功能；

吸热管系1和放热管系2两侧对称的等间距纵向鳍片板21或22，可增加传热面积，提高换热效果，并均衡烟气或空气流量，起到导流作用，减小结构阻力；管排7内的蒸汽在该区域被烟气加热产生具有一定过热度的、体积得以膨胀的饱和蒸汽，可进一步提高换热效果，纵向鳍片板23可减小结构阻力；

本发明的技术优点在于在于：

（1）、新增吸热管系1和放热管系2后，不仅大幅降低排烟热损失，而且通过控制吸热管系1内的水量可实现锅炉烟温、风温的调节，增大锅炉烟风系统温度的调节能力，故锅炉在冬季时仍可采用本发明装置予以保持排烟温度，由此实现锅炉不受环境温度制约，降低排烟热损失，大幅提高锅炉热效率！实现最大化的节能、减排；

（2）、目前因锅炉脱硝，回转式空预器11被迫增加受热面，而受热面在原有空间限制下由于密集极易造成腐蚀、沾灰、堵塞问题；现由于脱硝后的烟气经本发明吸热后，烟温降至280℃～180℃，减轻了回转式空预器11的换热压力，所以原回转式空气预热器受热面不但不需增加而且可拉稀并降低传热件高度，更换大波纹搪瓷传热元件，增大流通截面积，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，确保锅炉安全、可靠、稳定运行；同时因空预器结构阻力的降低，送、引风机能耗下降。

（3）、原锅炉制粉需用高压头的一次风现可以不进回转式空预器，直接用本装置加热的一次风直接用于制粉系统，因而大幅降低空预器内的压差，同时解决了回转式空预器的漏风问题。

综上所述，本发明不仅能大幅降低排烟热损失、增加锅炉烟风系统温度的调节能力、提高锅炉热效率，而且减轻原回转式空预器换热压力，彻底解决脱硝产生的硫酸氰氨腐蚀、堵塞等问题，并降低锅炉能耗，同时解决了回转式空预器的漏风问题，实现最大化的节能、减排，具有划时代的意义！将填补国内外锅炉烟风系统温度调节技术方面的空白！

Claims (6)

1.一种锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于包括设于锅炉回转式空气预热器上方出口空气侧风道内的放热管系、设于锅炉回转式空预器上方进口烟道内并位于脱硝装置下方的吸热管系，吸热管系和放热管系均通过各自的弯头管路相连，吸热管系和放热管系的两侧均固设有数组鳍片板，吸热管系的一端与吸热进口联箱相连，该吸热进口联箱通过管路及进水阀与锅炉省煤器进口联箱相连，该吸热进口联箱还设有排水管及排水阀；放热管系的两端分别通过管路与放热进口联箱和凝结水联箱相连，放热进口联箱与吸热管系的另一端相连，在放热进口联箱上设有排汽管，在排汽管上设有排汽阀，凝结水联箱与吸热进口联箱通过管路连接，并在该管路上设有调节阀；放热进口联箱、放热管系和凝结水联箱高于吸热进口联箱和吸热管系。

2.如权利要求1所述的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于所述吸热管系和放热管系两侧的数组鳍片板为对称的等间距纵向鳍片板。

3. 如权利要求1或2所述的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于在吸热管系的另一端与放热进口联箱之间还设有吸热出口联箱，吸热出口联箱的通过管路分别与两端的吸热管系和放热进口联箱相连。

4. 如权利要求3所述的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于所述连接吸热出口联箱和吸热管系的管路为数组管排，每组管排的两侧均固设有数组对称的等间距纵向鳍片板。

5. 如权利要求4所述的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于所述凝结水联箱还通过管路与锅炉水冷壁下联箱相连，并在该管路上设有应急阀。

6. 如权利要求5所述的锅炉的等熵式空气换热器，其特征在于在吸热出口联箱与吸热进口联箱之间还设有双色液位计，双色液位计的两端分别与吸热出口联箱与吸热进口联箱相连。

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