CN103982906B - 适用于scr脱硝后的组合式空气预热器及防腐防堵方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器，包括位于脱硝装置下游的烟道和空气管道，还包括沿烟气流经方向依次布置的二次风段、一次风段、防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段，所述一次风段、防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段均为一相变式换热器，该相变式换热器包括位于烟道中的吸热段、位于空气管道中的放热段、以及用于连接吸热段和放热段的上升管和下降管，所述放热段高于吸热段，且相变式换热器内设有循环介质；所述防硫酸氢铵凝结段的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度。该组合式空气预热器杜绝因液态硫酸氢铵沾灰而堵塞空气预热器受热面的现象，且还有效防止液态硫酸氢铵对空气预热器的腐蚀。

Description

适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器及防腐防堵方法
技术领域
本发明涉及一种空气预热器，特别是涉及一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器及防腐防堵方法。
背景技术
NOx是造成酸雨和光化学烟雾的主要污染物之一。目前，以氨气(NH3)为还原剂的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术是工业上脱除NOx的有效方法。所谓SCR脱硝技术就是在锅炉省煤器后、回转式空气预热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，使氨气与原烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成无公害的氮气和水蒸汽，以此降低NOx排放。
由于脱硝技术的局限，设计上只允许不超过3ppmV的氨逃逸量，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，故目前SCR系统中的氨逃逸量普遍超标。逃逸的氨气会与锅炉烟气中的SO3反应生成硫酸氢氨，硫酸氢氨的凝结温度随逃逸氨浓度的上升而升高，一般硫酸氢铵的露点高达200℃。SCR装置中存在催化剂(V2O5，五氧化二钒)，在此作用下，更多的SO2被SCR装置中的催化剂转化为SO3，进一步加剧了空气预热器冷端腐蚀和堵塞的可能。另外，SCR装置中V2O5含量越高，其脱硝效率越高，但SO2向SO3的转换率也会越高，空气预热器的腐蚀和堵灰风险也就越高。
硫酸氢氨是一种黏附性很强并具有较强腐蚀性的物质，凝结后以液体形式聚集在物体表面，既具有强烈的腐蚀性，又粘接烟气灰尘，而在脱硝装置的下游仅有空气预热器一个换热装置，硫酸氢铵凝结后的液体堵塞在空气预热器狭窄的受热面上，因而空气预热器受热面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，故必须要增加空气预热器的整体受热面积，使锅炉排烟温度处在受控范围，以确保下游布袋除尘器等的安全运行。但是，增加空气预热器的整体受热面积后，会加大下游空气预热器所增加的密集受热面结构阻力，因硫酸氢氨凝结为液体，其沾灰、腐蚀，将空气预热器受热面堵塞，不仅造成锅炉的烟道、风道堵塞，还会造成排烟热损失较大，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。
另外，当温度小于或等于147℃时，硫酸氢铵紧密固化，此时可以用吹灰设备清除，正因为如此，在空气预热器的冷段很少见到硫酸氢铵结垢。
现有的空气预热器大多为三层的旋转式空气预热器，如图1所示，包括高温段、中温段和低温段，硫酸氢铵在空气预热器的中温段至低温冷段的温度区间具有很强的粘性，容易吸附灰尘堵塞空气预热器，增加阻力，漏风增加，传热效率降低，影响机组稳定安全运行。另外，因为旋转式空气预热器漏风比较严重，实际的烟气排放温度超过设计值。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器，以解决现有技术中因脱硝造成的液态硫酸氢铵腐蚀、堵塞空气预热器受热面的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器，包括位于脱硝装置下游的烟道和空气管道，还包括沿烟气流经方向依次布置的二次风段、一次风段、防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段，所述一次风段、防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段均为一相变式换热器，该相变式换热器包括位于烟道中的吸热段、位于空气管道中的放热段、以及用于连接吸热段和放热段的上升管和下降管，所述放热段高于吸热段，且相变式换热器内设有循环介质；所述防硫酸氢铵凝结段的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度。
进一步地，还包括位于硫酸氢铵固化段下游的防酸露段，该防酸露段为所述相变式换热器，且防酸露段的壁面温度高于酸露点温度。
优选地，所述一次风段的吸热段、防硫酸氢铵凝结段的吸热段、硫酸氢铵固化段的吸热段、以及防酸露段的吸热段上均设有一温度传感器。
进一步地，所述一次风段、防硫酸氢铵凝结段、硫酸氢铵固化段、以及防酸露段中的循环介质为水或氟利昂或导热油。
优选地，所述二次风段为回转式空气预热器的高温段。
优选地，所述二次风段为所述相变式换热器，且二次风段中的循环介质为水或氟利昂或导热油。
如上所述，本发明涉及的组合式空气预热器，具有以下有益效果：
该组合式空气预热器中，逃逸的氨气与三氧化硫反应所形成的硫酸氢铵只有气态和固态两种形态，即避免形成液态硫酸氢铵，从而杜绝因液态硫酸氢铵沾灰而堵塞空气预热器受热面的现象，且还有效防止液态硫酸氢铵对空气预热器的腐蚀，以延长空气预热器的使用寿命，提高锅炉传热效率，最终保证机组的稳定安全运行。
本发明的另一目的在于提供一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器防腐防堵方法，以解决现有技术中因脱硝造成的液态硫酸氢铵腐蚀、堵塞空气预热器受热面的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器防腐防堵方法，包括以下步骤：
A、烟道中的烟气从上游进入组合式空气预热器中，并依次经过二次风段、一次风段、防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段，空气通道中的空气从下游进入组合式空气预热器中，并依次经过硫酸氢铵固化段、防硫酸氢铵凝结段、一次风段和二次风段；
B、所述防硫酸氢铵凝结段的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度；
C、烟道中的硫酸氢铵在防硫酸氢铵凝结段及其上游为气态，且烟道中的硫酸氢铵在硫酸氢铵固化段及其下游为固态、并固化在硫酸氢铵固化段及其下游管道的壁面上；
D、通过一吹灰设备吹除固化在硫酸氢铵固化段及其下游管道壁面上的硫酸氢铵结垢。
如上所述，本发明涉及的组合式空气预热器防腐防堵方法，具有以下有益效果：
该组合式空气预热器防腐防堵方法中，通过控制防硫酸氢铵凝结段和硫酸氢铵固化段的壁面温度来使硫酸氢铵紧密固化在硫酸氢铵固化段及其下游的管道表面上，再通过吹灰设备将固化的硫酸氢铵结垢吹除，从而防止液态硫酸氢铵对空气预热器管道的腐蚀、以及因液态硫酸氢铵沾灰而堵塞空气预热器的受热面，最终确保锅炉的安全、可靠、稳定地运行。
附图说明
图1为现有技术中空气预热器的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的另一实施例。
元件标号说明
1烟道
2空气管道
3二次风段
4一次风段
5防硫酸氢铵凝结段
6硫酸氢铵固化段
7吸热段
8放热段
9上升管
10下降管
11防酸露段
12温度传感器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明涉及一种适用于锅炉SCR脱销后的组合式空气预热器，如图2所示，该组合式空气预热器包括位于脱硝装置下游的烟道1和空气管道2，所述烟道1和空气管道2并排设置，还包括沿烟气流经方向依次布置的二次风段3、一次风段4、防硫酸氢铵凝结段5和硫酸氢铵固化段6，所述一次风段4、防硫酸氢铵凝结段5和硫酸氢铵固化段6均为一相变式换热器，该相变式换热器包括位于烟道1中的吸热段7、位于空气管道2中的放热段8、以及用于连接吸热段7和放热段8的上升管9和下降管10，所述放热段8高于与之对应的吸热段7，且相变式换热器内设有循环介质；所述防硫酸氢铵凝结段5的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段6的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度。
烟道1中的高温烟气(350～440℃)从组合式空气预热器的上游进入，并依次经过二次风段3、一次风段4的吸热段7、防硫酸氢铵凝结段5的吸热段7、以及硫酸氢铵固化段6的吸热段7，高温烟气在经过空气预热器的过程中释放热量，以加热每个相变式换热器吸热段7中的循环介质；每个相变式换热器中的循环介质吸收烟气所释放的热量后因密度差而产生升力，进而使吸热段7中的循环介质通过上升管9进入放热段8中，循环介质在放热段8中将热量释放给空气后通过下降管10再进入吸热段7中，以此实现自循环，无需外部动力。因防硫酸氢铵凝结段5的管壁温度及防硫酸氢铵凝结段5上游的管壁温度均在硫酸氢铵的露点温度(～200℃)以上，且硫酸氢铵固化段6的管壁温度及硫酸氢铵固化段6下游的管壁温度均在硫酸氢铵的凝固点温度(147℃)以下，所以由逃逸的氨气和三氧化硫反应所形成的硫酸氢铵在空气预热器内只有气态和固态两种形态，而没有液态的硫酸氢铵，从而杜绝因气态硫酸氢铵凝结沾灰而堵塞空气预热器受热面的现象，能进一步降低烟气温度，减少漏风，且还有效防止液态硫酸氢铵对空气预热器的腐蚀，以延长空气预热器的使用寿命，提高锅炉传热效率，最终保证机组的稳定安全运行。优选地，所述一次风段4、防硫酸氢铵凝结段5、硫酸氢铵固化段6、以及防酸露段11中的循环介质为水或氟利昂或导热油等溶液，在实际操作时，可根据不同的温度来选择合适的循环介质溶液。
进一步地，当位于硫酸氢铵固化段6下游的管壁温度过低时，会造成酸露腐蚀，故沿烟气流经方向，在硫酸氢铵固化段6的下游还设置一防酸露段11，该防酸露段11为所述相变式换热器，由所述吸热段7、放热段8、上升管9和下降管10构成，且防酸露段11的壁面温度在酸露点温度(～100℃)以上，其能够有效防止酸露腐蚀，降低锅炉能耗，实现最大的节能、减排。
另外，空气经过一次风段4被加热后直接分两路，如图2和图3所示，一路为直接作为制粉系统的一次风，另一路经过二次风段3加热后作为锅炉的二次风，即一次风不用经过二次风段3，节省下来的热量可以在防硫酸氢铵凝结段5或硫酸氢铵固化段6或防酸露段11的某一段或某几段用于加热其他物质。
本发明涉及的组合式空气预热器在使用前，先通过热力排空的方式把防酸露段11、硫酸氢铵固化段6、防硫酸氢铵凝结段5、以及一次风段4内的空气排尽，使各相变式换热器的循环管道内不存在不凝性气体，以免形成气塞或水塞。在锅炉额定负荷运行期间，脱硝后的烟气温度约在350～440℃之间趋于稳定，根据脱硝后的烟气温度和所需一次风、二次风的温度来调整各段(即防酸露段11、硫酸氢铵固化段6、防硫酸氢铵凝结段5和一次风段4)循环管道内的水量，并对应调整各相变式换热器内的蒸汽压力，蒸汽压力确定后，其饱和温度也确定，也就相应的确定各段的壁面温度。优选地，所述一次风段4的吸热段7、防硫酸氢铵凝结段5的吸热段7、硫酸氢铵固化段6的吸热段7、以及防酸露段11的吸热段7上均设有一温度传感器12，用于检测各段的壁面温度。
进一步地，本实施例中，如图2所示，所述二次风段3为原回转式空气预热器的高温段；当然，也可为相变式换热器，如图3所示，即二次风段3也由所述吸热段7、放热段8、上升管9和下降管10构成，当二次风段3采用相变式换热器的结构时，其管道内的循环介质为水或氟利昂或导热油等溶液。
本发明还涉及一种组合式空气预热器防腐防堵方法，包括以下步骤：
A、烟道1中的烟气从上游进入组合式空气预热器中，并依次经过二次风段3、一次风段4、防硫酸氢铵凝结段5和硫酸氢铵固化段6，空气通道中的空气从下游进入组合式空气预热器中，并依次经过硫酸氢铵固化段6、防硫酸氢铵凝结段5、一次风段4和二次风段3；
B、所述防硫酸氢铵凝结段5的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段6的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度；
C、烟道1中的硫酸氢铵在防硫酸氢铵凝结段5及其上游为气态，且烟道1中的硫酸氢铵在硫酸氢铵固化段6及其下游为固态、并固化在硫酸氢铵固化段6及其下游管道的壁面上；
D、通过一吹灰设备吹除固化在硫酸氢铵固化段6及其下游管道壁面上的硫酸氢铵结垢。
综上所述，本发明涉及的适用于锅炉SCR脱销后的组合式空气预热器及其防腐防堵方法具有以下优点：
1、通过控制防硫酸氢铵凝结段5和硫酸氢铵固化段6的壁面温度来防止硫酸氢铵凝结在换热器的壁面上的同时，又使硫酸氢铵紧密固化在换热器的壁面上，再通过吹灰设备吹除硫酸氢铵结垢，彻底解决在脱硝过程中因逃逸的氨气与烟气中的三氧化硫产生的硫酸氢铵凝结在换热器管壁上所造成的腐蚀、堵塞等问题，以保证锅炉安全、可靠、稳定运行，整体上避免了原回转式空气预热器中温段和低温段硫酸氢铵腐蚀的情况；
2、设置防酸露段11并控制防酸露段11的壁面温度，以避免酸露腐蚀，降低锅炉能耗，实现最大化的节能减排；
3、利用相变式换热器可将烟气温度降低至比原回转式空气预热器更低的水平；
4、经一次风段4后的空气直接分两路，且一次风不用进二次风段3，节省了热量；
5、利用相变式换热器解决了原回转式空气预热器的漏风问题。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器，包括位于脱硝装置下游的烟道(1)和空气管道(2)，其特征在于：还包括沿烟气流经方向依次布置的二次风段(3)、一次风段(4)、防硫酸氢铵凝结段(5)和硫酸氢铵固化段(6)，所述一次风段(4)、防硫酸氢铵凝结段(5)和硫酸氢铵固化段(6)均为一相变式换热器，该相变式换热器包括位于烟道(1)中的吸热段(7)、位于空气管道(2)中的放热段(8)、以及用于连接吸热段(7)和放热段(8)的上升管(9)和下降管(10)，所述放热段(8)高于吸热段(7)，且相变式换热器内设有循环介质；所述防硫酸氢铵凝结段(5)的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段(6)的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度。
2.根据权利要求1所述的组合式空气预热器，其特征在于：还包括位于硫酸氢铵固化段(6)下游的防酸露段(11)，该防酸露段(11)为所述相变式换热器，且防酸露段(11)的壁面温度高于酸露点温度。
3.根据权利要求2所述的组合式空气预热器，其特征在于：所述一次风段(4)的吸热段(7)、防硫酸氢铵凝结段(5)的吸热段(7)、硫酸氢铵固化段(6)的吸热段(7)、以及防酸露段(11)的吸热段(7)上均设有一温度传感器(12)。
4.根据权利要求2所述的组合式空气预热器，其特征在于：所述一次风段(4)、防硫酸氢铵凝结段(5)、硫酸氢铵固化段(6)、以及防酸露段(11)中的循环介质为水或氟利昂或导热油。
5.根据权利要求1所述的组合式空气预热器，其特征在于：所述二次风段(3)为回转式空气预热器的高温段。
6.根据权利要求1所述的组合式空气预热器，其特征在于：所述二次风段(3)为所述相变式换热器，且二次风段(3)中的循环介质为水或氟利昂或导热油。
7.一种适用于SCR脱硝后的组合式空气预热器防腐防堵方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、烟道(1)中的烟气从上游进入组合式空气预热器中，并依次经过二次风段(3)、一次风段(4)、防硫酸氢铵凝结段(5)和硫酸氢铵固化段(6)，空气通道中的空气从下游进入组合式空气预热器中，并依次经过硫酸氢铵固化段(6)、防硫酸氢铵凝结段(5)、一次风段(4)和二次风段(3)；
B、所述防硫酸氢铵凝结段(5)的壁面温度高于硫酸氢铵的露点温度，所述硫酸氢铵固化段(6)的壁面温度低于硫酸氢铵的凝固点温度；
C、烟道(1)中的硫酸氢铵在防硫酸氢铵凝结段(5)及其上游为气态，且烟道(1)中的硫酸氢铵在硫酸氢铵固化段(6)及其下游为固态、并固化在硫酸氢铵固化段(6)及其下游管道的壁面上；
D、通过一吹灰设备吹除固化在硫酸氢铵固化段(6)及其下游管道壁面上的硫酸氢铵结垢。
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