CN104848197A - 一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其设于锅炉省煤器和除尘设备之间的烟气管道上，回收利用锅炉尾部烟气热量的装置包括复合相变换热器和自控装置；自控装置与复合相变换热器电连接；复合相变换热器上设有第一壁温测试仪，第一壁温测试仪用于测量复合相变换热器的吸热段受热面的温度，且通过自控装置控制复合相变换热器的吸热段受热面的温度始终高于燃煤酸露点的温度；复合相变换热器的蒸发段用于利用锅炉尾部烟气热量加热进入锅炉的空气和加热除盐水；自控装置用于实现复合相变换热器的数据采集控制，其由温度传感器、控制系统、执行器和流量计组成；温度传感器、执行器、流量计均与控制系统连接。

Description

一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置

技术领域

本发明属于烟道废气回收再利用技术领域，尤其涉及一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置。

背景技术

目前，我国国内应用锅炉的行业中，由于煤、石油、天然气等燃料中均含有硫，燃烧时通常会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽；当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸露点)，就会在其表面形成液态硫酸(称为结露)。

目前，空气预热器的尾部受热面由于结露而引起的腐蚀时常发生，难以避免，以至于目前在锅炉设计时不得不通过提高排烟温度或使用传热极差的非金属材料来缓解结露和腐蚀现象的产生，但并没有从根本上解决问题。

而单纯提高排烟温度又势必造成大量低温能源的浪费，无法进一步回收；并且空预器出来的热风温度不可控，随锅炉负荷及煤种的因素变化而变化，热风温度过高时对炉排冷却不够，炉排容易烧损；热风过低时则影响锅炉的热效率；尽管如此，空气预热器往往在运行一到两年后依旧会出现腐蚀，直至穿孔。

故针对上述问题，有必要设计一款回收利用锅炉尾部烟气热量的装置来弥补上述缺陷。

发明内容

本发明提出一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，解决了现有技术中空预器易腐蚀和单纯提高排烟温度而造成大量低温能源的浪费的缺陷。本发明结构简单，操作方便，其将锅炉尾部的烟气热量回收用于加热进入锅炉的一次风和除盐水，不仅降低排烟温度，还能从根本上避免结露腐蚀和堵灰现象的产生。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其设于锅炉省煤器和除尘设备之间的烟气管道上，回收利用锅炉尾部烟气热量的装置包括复合相变换热器和自控装置；自控装置与复合相变换热器电连接；复合相变换热器上设有第一壁温测试仪，第一壁温测试仪用于测量复合相变换热器的吸热段受热面的温度，且通过自控装置控制复合相变换热器的吸热段受热面的温度始终高于燃煤酸露点的温度；复合相变换热器的蒸发段用于利用锅炉尾部烟气热量加热进入锅炉的空气和加热除盐水；自控装置用于实现复合相变换热器的数据采集控制，其由温度传感器、控制系统、执行器和流量计组成；温度传感器、执行器、流量计均与控制系统连接。

其中，烟气管道为异型烟道，且烟气管道的截面为多边形。

其中，烟气管道沿烟气方向的受热面上设有防磨装置和导流板。

其中，防磨装置为防磨瓦或防磨翅片。

其中，复合相变换热器一端设有吹灰器，吹灰器用于清除复合相变换热器受热面管壁上的浮灰。

其中，温度传感器用于将温度、流量信号采集到控制系统；流量计用于指示除盐水的流量和/或在选定的时间间隔内的除盐水的总量；执行器用于调节进入复合相变换热器的相变段汽包的除盐水量。

其中，温度传感器为铂热电阻；执行器为电动调节阀或三通调节阀。

其中，控制系统用于现场监控复合相变换热器的温度数据，确保复合相变换热器吸热段受热面的温度可调可控，使复合相变换热器吸热段受热面的温度在设定值上下波动；且其进一步用于实时采集记录复合相变换热器的运行工况、直观显示采集参数和报警事件信息的浏览查询。

其中。烟气管道内部靠近省煤器的位置设有第二壁温测试仪，第二壁温测试仪与自控装置连接。

本发明复合相变换热技术是一个全新的换热技术，其采用了热管的原理，提出了“相变段”这一概念，开创了以“壁面温度”作为换热器最基本的设计参数这一新理念，从根本上解决了低温腐蚀难题；“相变段”的概念是将原热管 换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个关联的整体，保证“相变段”受热面最低壁面温度只有微小的梯度温降；同时，利用“相变段”将被加热介质(如空气、水)的温度适当地提高，且热风温度可控；被预热了的空气可以保证下级空预器的安全，解决了低温腐蚀问题；被加热的水回收了烟气中的余热，实现了节能的目的；本发明通过“相变段”水量的调节，可以对复合相变换热器的受热面最低壁面温度实现闭环控制，实现了壁面温度的恒定或调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明回收利用锅炉尾部烟气热量的装置的结构示意图；

图2是本发明回收利用锅炉尾部烟气热量的装置另一角度的结构示意图；

图3是本发明自控装置的控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-3，一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其设于锅炉省煤器1和除尘设备之间的烟气管道2上，回收利用锅炉尾部烟气热量的装置包括复合相变换热器3和自控装置4；自控装置4与复合相变换热器3电连接；复合相变换热器3上设有第一壁温测试仪5，第一壁温测试仪5用于测量复合相变换热器3的吸热段受热面的温度，且通过自控装置4控制复合相变换热器3的吸热段受热面的温度始终高于燃煤酸露点的温度；复合相变换热器3的蒸发段用于利用 锅炉尾部烟气热量加热进入锅炉的空气和加热除盐水；自控装置4用于实现复合相变换热器的数据采集控制，其由温度传感器T、控制系统6、执行器7和流量计F组成；温度传感器T、执行器7、流量计F均与控制系统6连接。

本发明烟气管道为异型烟道，且烟气管道的截面为多边形，且烟气管道沿烟气方向的受热面上设有防磨装置(未图示)和导流板(未图示)；其中，防磨装置为防磨瓦或防磨翅片。

本发明防止磨损、积灰的方法和措施为：因为燃料不同程度的含有矸石量，对于水冷壁、省煤器、相变换热器的磨损不可忽视；防止磨损的主要措施是采用工艺将烟气流速降低到不堵灰、不沉降、换热系数不减少为准；同时设备设计会增加防磨瓦、导流板，为了保证复合相变换热器的寿命，通过采取锰钢、镍钢等特殊防磨材料、改变散热片形状或其它方式。

另外，本领域技术人员还可在复合相变换热器的前几排受热面(沿烟气方向)采用不锈钢(409)翅片防磨，在前两排受热面(沿烟气方向)加装防磨瓦，适当增加导流板以防止烟气走廊的产生；同时，本领域技术人员在设计初期就将通过复合相变换热器的烟气流速控制在8-10m/s的范围内，使烟气对受热面的磨损和灰尘沉降达到一个可接受的平衡；为了从结构上避免积灰的产生，我们通过改变烟气管道的形状从而改变烟气流场，使流动的烟气尽可能的把烟道底部的积灰带走。

因本发明加装复合相变换热器，其吸热段将增加烟气阻力约480Pa左右，故本发明通过加装高效吹灰器，有效清除复合相变换热器受热面管壁上的浮灰，防止相变下段内部管片上产生积灰。

其中，温度传感器用于将温度、流量信号采集到控制系统；流量计用于指示除盐水的流量和/或在选定的时间间隔内的除盐水的总量；执行器用于调节进入复合相变换热器的相变段汽包的除盐水量。

其中，温度传感器为铂热电阻；执行器为电动调节阀或三通调节阀。

其中，控制系统用于现场监控复合相变换热器的温度数据，确保复合相变换热器吸热段受热面的温度可调可控，使复合相变换热器吸热段受热面的温度 在设定值上下波动；且其进一步用于实时采集记录复合相变换热器的运行工况、直观显示采集参数和报警事件信息的浏览查询。

本发明自控装置能可靠实现复合相变换热器的数据采集控制，其通过三通调节阀调节进入相变段汽包的除盐水量，确保壁温处于控制范围内，准确采集烟道/水管的温度和流量，实现无人自动运行。现场采用热电阻等仪表作为采集终端，将温度、流量等信号采集到控制系统上，并可通过计算机设置控制参数，控制参数包括壁温控制值、闭环控制参数等。

其中，烟气管道内部靠近省煤器的位置设有第二壁温测试仪8，第二壁温测试仪与自控装置连接。

以现有的SFG35/5.5-M7 35t/h往复式炉排角管式锅炉为例，其设计参数为：省煤器后排烟温度216℃，空气流量95000Nm³/h，烟气流量115000Nm³/h。(焚烧4000kcal烟煤，锅炉出厂不设常规空预器)。

本领域技术人员在现有的SFG35/5.5-M7 35t/h往复式炉排角管式锅炉基础上，在锅炉省煤器和除尘设备之间的烟气管道上加装复合相变换热器，其作用为：将回收的烟气热量用于加热20℃的风，把出口风温始终加热至75℃以上，并将剩余热量加热40℃的除盐水；同时，排烟温度可以从现在运行的216℃降到130℃左右；同时复合相变换热器的吸热段受热面壁面温度始终高于燃煤酸露点温度，从而保证复合相变换热器不结露、不积灰、不腐蚀，安全运行。其中燃煤酸露点温度与烟气中SO3、SO2、H2O的容积份额、烟气中SO2转化为SO3的转化率和烟气中硫酸的质量浓度有关。经改造，设备投运情况及效益分析如下：

复合相变换热器的蒸发段进口烟气温度为180-216℃，复合相变换热器的尾部排烟温度为115-130℃，此区间烟气降温幅度为86℃。

其中，回收热量Q为：

式中Vg＝115000Nm3/h，为烟气流量；ρg＝1.295kg/Nm3，为烟气密度；Cpg＝1.12kJ/(kg℃)，为烟气比热；ΔT表示前、后的排烟温度温差；为设备保 热系数，取0.98。

其中，年节约标煤量Gc为：

式中Q＝3905KW，回收热量的千瓦数；Qp＝7000kCal/kg，为标煤的发热量；ηk＝85％，为锅炉效率；860[大卡/(千瓦时)]为单位转换系数；HR为设备每年运行时数，为8000小时。

本发明锅炉尾部烟气采用复合相变换热技术同时加热水和空气，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量的中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益。

(2)本发明在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现，大幅度降低设备的维护成本。

(3)本发明实现了复合相变换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当幅度的调节能力，适应锅炉的燃料品种以及传热负荷的变化，使热风温度，排烟温度和壁面温度可靠且保持相对稳定。

(4)本发明保留了热管换热器所具有的高效传热特性的同时，可通过排除不凝气体有效解决老化问题，大大延长了设备的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，其设于锅炉省煤器和除尘设备之间的烟气管道上，回收利用锅炉尾部烟气热量的装置包括复合相变换热器和自控装置；自控装置与复合相变换热器电连接；

复合相变换热器上设有第一壁温测试仪，第一壁温测试仪用于测量复合相变换热器的吸热段受热面的温度，且通过自控装置控制复合相变换热器的吸热段受热面的温度始终高于燃煤酸露点的温度；复合相变换热器的蒸发段用于利用锅炉尾部烟气热量加热进入锅炉的空气和加热除盐水；

自控装置用于实现复合相变换热器的数据采集控制，其由温度传感器、控制系统、执行器和流量计组成；温度传感器、执行器、流量计均与控制系统连接。

2.如权利要求1所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，烟气管道为异型烟道，且烟气管道的截面为多边形。

3.如权利要求2所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，烟气管道沿烟气方向的受热面上设有防磨装置和导流板。

4.如权利要求3所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，防磨装置为防磨瓦或防磨翅片。

5.如权利要求4所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，复合相变换热器一端设有吹灰器，吹灰器用于清除复合相变换热器受热面管壁上的浮灰。

6.如权利要求1-5中任一项所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，温度传感器用于将温度、流量信号采集到控制系统；流量计用于指示除盐水的流量和/或在选定的时间间隔内的除盐水的总量；执行器用于调节进入复合相变换热器的相变段汽包的除盐水量。

7.如权利要求6所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，温度传感器为铂热电阻；执行器为电动调节阀或三通调节阀。

8.如权利要求7所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，控制系统用于现场监控复合相变换热器的温度数据，确保复合相变换热器吸热段受热面的温度可调可控，使复合相变换热器吸热段受热面的温度在设定值上下波动；且其进一步用于实时采集记录复合相变换热器的运行工况、直观显示采集参数和报警事件信息的浏览查询。

9.如权利要求8所述的回收利用锅炉尾部烟气热量的装置，其特征在于，烟气管道内部靠近省煤器的位置设有第二壁温测试仪，第二壁温测试仪与自控装置连接。