CN107726356A - 多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，包括壳体、安装在壳体内并能转动的中心转子、烟气分仓、一次风分仓、二次风分仓、自洁净分仓；中心转子是由沿圆周方向多个隔板分割而成的仓室，仓室内设有蓄热元件；烟气分仓、一次风分仓、二次风分仓和自洁净分仓均安装在壳体上，且空气均穿过中心转子的蓄热元件的分仓，自洁净分仓布置在一次风分仓和二次风分仓之间，自洁净热风由自洁净分仓下部进入，上部排出。本空气预热器结构简单、科学便利、针对性强、设计新颖，非常科学的布置了自洁净分仓，通入自洁净热风，彻底解决了空气预热器的腐蚀和堵灰问题。

Description

多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器

技术领域

本发明涉及一种多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器。

背景技术

空气预热器是一个利用锅炉尾部烟道中烟气的余热将燃料燃烧所需空气加热到一定温度的预热器。在现代电站锅炉中，它是一个不可缺少的重要组成部件，空气预热器主要用于提高锅炉的热交换性能，降低能耗。

现代电站锅炉中，最常用的空气预热器有管式空气预热器和回转式空气预热器，管式空气预热器是传热式，回转式空气预热器是储热式。回转式空气预热器由于传热面密度高，结构紧凑，安装检修方便，运行费用低，占地面积小，现被大中型电厂广泛采用，它可以使锅炉节省燃料8％～10％，提高锅炉效率。现在国内的超临界和超超临界机组采用的空气预热器都是回转式空气预热器。

随着空气预热器应用于脱销装置，NH₄HSO₄沉积导致低温段蓄热元件堵灰的问题频发，烟气侧阻力不断上升，严重时需要通过高压水冲洗技术被动清除粘附在蓄热元件表面的积灰；且随着燃煤机组超低排放标准的执行，NO_X排放指标要求严控在50mg/nm3以下，空气预热器堵灰问题将因此越发严重。有些采取了多种方法，比如采用搪瓷蓄热元件、加强空气预热器蒸汽吹灰投运管理、燃烧相对低含硫量煤质、限制SCR脱销氨逃逸等措施，但是仍然未能有效解决空气预热器堵灰问题；该问题在行业内普遍存在，根据目前的脱硫系统的设计、安装、关键参数监测水平，采用一般性的空气预热器都会治理技术，很难达到其性能设计值。

发明内容

本发明的目的在于提供多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，该空气预热器结构简单、科学便利、针对性强、设计新颖，通过在一次风分仓和二次风分仓之间设有自洁净分仓，很好地解决了空气预热器的堵灰问题。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，包括壳体、安装在壳体内并能转动的中心转子、位于中心转子内侧的烟气分仓、位于中心转子右侧的一次风分仓、位于中心转子左侧的二次风分仓；其特征在于：中心转子内设有多个由隔板分割而成的仓室，烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓均安装在壳体内且均穿过仓室，仓室内设有蓄热元件；烟气分仓的上部设有高温烟气进口，烟气分仓的下部设有低温烟气出口，一次风分仓的下部设有冷一次风进口，一次风分仓的上部设有热一次风出口，二次风分仓的下部设有冷二次风进口，二次风分仓的上部设有热二次风出口；一次风分仓和二次风分仓之间设有自洁净分仓，自洁净分仓的下部设有自洁净热风进口，自洁净分仓的上部设有自洁净风出口。

进一步，自洁净热风进口连接有自洁净热风进管，自洁净热风进管连接有冷二次风管道。

进一步，自洁净风出口连接有自洁净风出管，自洁净风出管上设有集箱，自洁净风出管连接有热二次风管道。

进一步，自洁净热风进管连接有热一次风管道，热一次风管道连接热一次风出口。

进一步，自洁净热风进管连接有增压风机，增压风机连接有热二次风管道，热二次风管道连接热二次风出口。

进一步，壳体的上部设有上部小梁，上部小梁连接上梁，壳体的下部设有下部小梁，下部小梁连接下梁。

进一步，上部小梁上设有热段扇形板，下部小梁上设有冷段扇形板。

进一步，壳体包括主壳体板、副壳体板和侧壳体板，壳体由主壳体板、副壳体板和侧壳体板相互拼接而成。

进一步，中心转子连接有中心轴，中心轴的上部设有第一连接部，第一连接部连接有上轴，上轴连接有导向轴承，中心轴的下部设有第二连接部，第二连接部有接长轴，接长轴上设有推力轴承。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，该空气预热器结构简单、科学便利、针对性强、设计新颖，通过在一次风分仓和二次风分仓之间新增自洁净分仓，利用一次风和二次风之间的压差实现自流，自洁净分仓内自下而上流通高温、高流速的热空气，通过将高压的热一次风管道内的一次风通入到自洁净分仓内，或者热二次风管道内的二次风经过加压后通入到自洁净分仓内，其热量仍然进入了炉膛利用，运行能耗低。经过改造后，空气预热器具备了在线清除积灰的能力，且与传统的空预器防堵系统及设施(如蒸汽吹灰、暖风器，热风再循环，搪瓷蓄热元件)相比，投资及运行费用方面更具优势，对整个锅炉风烟系统的安全、经济与稳定运行都大有益处。

通过自洁热风可将空预器冷段周期性加热，使凝结和沉积在冷段受热元件表面的硫酸氢胺溶液蒸发为气态，被自洁风带走，清洁了空预器冷段受热元件表面，防止了受热面被硫酸氢胺腐蚀和受热面积灰。因此，本空预器受热元件采用普通的材质即可，大大降低了制造和运行维护成本；同时，保持受热元件表面清洁，有利于提高空预器预热效率，提高锅炉效率，同时降低引风机的能耗。

自洁风可采用两种方式所得，如锅炉一次风有裕量，则直接采用热一次风，如一次风裕量不足，则可采用热二次风，通过增压风机提高压头。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器的结构原理图；

图2为本发明中自洁净分仓连接热一次风管道和热二次风管道的结构示意图；

图3为本发明中多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器的整体结构示意图；

图4为本发明中多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器的分解结构示意图；

图5为本发明中硫酸氢铵在中心转子的蓄热元件内的沉积区间图；

图6为本发明中烟气中SO3浓度与酸露点的关系图。

图中：1-壳体；2-中心转子；3-烟气分仓；4-一次风分仓；5-二次风分仓；6-仓室；7-高温烟气进口；8-低温烟气出口置；9-冷一次风进口；10-热一次风出口；11-冷二次风进口；12-热二次风出口；13-自洁净分仓；14-自洁净热风进口；15-自洁净风出口；16-自洁净热风进管；17-冷二次风管道；18-自洁净风出管；19-集箱；20-热二次风管道；21-热一次风管道；22-增压风机；23-上部小梁；24-上梁；25-下部小梁；26-下梁；27-热段扇形板；28-冷段扇形板；29-主壳体板；30-副壳体板；31-侧壳体板；32-中心轴；33-第一连接部；34-上轴；35-导向轴承；36-第二连接部；37-接长轴；38-推力轴承。

具体实施方式

如图1至图4所示，多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，包括壳体1、安装在壳体1内并能转动的中心转子2、位于中心转子2内侧的烟气分仓3、位于中心转子2右侧的一次风分仓4、位于中心转子2左侧的二次风分仓5。

中心转子2内设有多个由隔板分割而成的仓室6，烟气分仓3、一次风分仓4和二次风分仓5均安装在壳体1内且均穿过仓室6，仓室6内设有蓄热元件。中心转子2共48个仓室6，每个仓室67.5°；一次风与烟气之间的扇形板、二次风与烟气之间的扇形板均为25°(三密封结构)；一次风与二次风之间的扇形板为25°(双密封结构)；一次分仓夹角(扇形板中心线夹角)为15°；空预器漏风设计值为投运初期小于等于6％，投运一年后小于等于8％；中心转子2直径14140mm，转子高度为2.785m，蓄热元件总高度1950mm，目前蓄热元件预留层高度为140mm；蓄热元件两段布置，高温段材质低碳钢、高1000mm，低温段采用搪瓷工艺、高950mm。

烟气分仓3的上部设有高温烟气进口7，烟气分仓3的下部设有低温烟气出口8，一次风分仓4的下部设有冷一次风进口9，一次风分仓4的上部设有热一次风出口10，二次风分仓5的下部设有冷二次风进口11，二次风分仓5的上部设有热二次风出口12；一次风分仓4和二次风分仓5之间设有自洁净分仓13，自洁净分仓13的下部设有自洁净热风进口14，自洁净分仓13的上部设有自洁净风出口15。本专利设计有一个烟气分仓3、一个一次风分仓4、一个二次风分仓5和1个或多个自洁净分仓13；通过自洁热风可将空预器冷段周期性加热，使凝结和沉积在冷段受热元件表面的硫酸氢胺溶液蒸发为气态，被自洁风带走，清洁了空预器冷段受热元件表面，防止了受热面被硫酸氢胺腐蚀和受热面积灰。因此，本空预器受热元件采用普通的材质即可，大大降低了制造和运行维护成本；同时，保持受热元件表面清洁，有利于提高空预器预热效率，提高锅炉效率，同时降低引风机的能耗。自洁风可采用两种方式所得，如锅炉一次风有裕量，则直接采用热一次风，如一次风裕量不足，则可采用热二次风，通过增压风机提高压头。

自洁净热风进口14连接有自洁净热风进管16，自洁净热风进管16连接有冷二次风管道17。自洁净风出口15连接有自洁净风出管18，自洁净风出管18上设有集箱19，自洁净风出管18连接有热二次风管道20。自洁净热风进管16连接有热一次风管道21，热一次风管道21连接热一次风出口10。自洁净热风进管16连接有增压风机22，增压风机22连接有热二次风管道20，热二次风管道20连接热二次风出口12。通过自洁热风可将空预器冷段周期性加热，当平常不需要给空预器加热时，自洁净热风进管16内通冷二次风，作为空气预热使用；需要进行在线吹灰防堵工作时，自洁净热风进管16连通热一次风管道21和热二次风管道20，通过将高压的热一次风管道21内的一次风通入到自洁净分仓13内，或者热二次风管道20内的二次风经过加压后通入到自洁净分仓13内，增强其防堵灰能力，进而获得可观的安全效益、环保效益和经济效益。

壳体1的上部设有上部小梁23，上部小梁23连接上梁24，壳体1的下部设有下部小梁25，下部小梁25连接下梁26。上部小梁23上设有热段扇形板27，下部小梁25上设有冷段扇形板28。

壳体1包括主壳体板29、副壳体板30和侧壳体板31，壳体1由主壳体板29、副壳体板30和侧壳体板31相互拼接而成。中心转子2连接有中心轴32，中心轴32的上部设有第一连接部33，第一连接部33连接有上轴34，上轴34连接有导向轴承35，中心轴32的下部设有第二连接部36，第二连接部36有接长轴37，接长轴37上设有推力轴承38。

燃煤电厂增设的烟气脱硝设施普遍采用SCR技术，会产生硫酸氢铵(NH4HSO4)在温度为146-207℃范围内，呈熔融状，会牢固粘附在空气预热器蓄热元件表面，使蓄热元件发生腐蚀和积灰，由于积灰在低温段中上部(具体见图5)，常规蒸汽难以有效清除，最终易引发严重堵灰，给机组的安全运行造成极大隐患。国内已有部分电厂因无法解决或缓解此问题而导致机组限负荷，甚至被迫停机。

排烟温度低于酸露点时，硫酸蒸汽将凝结，硫酸液滴附着在冷端蓄热元件上，腐蚀蓄热元件。烟气的酸露点随着SO3浓度的升高而提高(具体见图6)，一般达130-160℃。由于脱硝系统增加了SO2向SO3的转化率，即提高了烟气中SO3的浓度，且常为控制发电成本，实际煤种的硫份普遍高于设计煤种，导致低温腐蚀(酸露点腐蚀)加剧，堵灰问题相当突出。

根据上述空气预热器堵灰机理的分析，采用高温气体加热蓄热元件，可使积灰中酸液气化、积灰变得松软，在一定气体流速的携带作用下，实现在线清除积灰。

本发明的方案实施原理：在空气预热器一次风分仓4和二次风分仓5的冷端增加一个或者多个自洁净分仓13；将热一次风至二次风漏风、热一次风以及冷二次风三股气源并联接入防堵灰分仓，且各股气源可开关或调节控制。采用反馈控制方式优化运行，把机组负荷和空气预热器烟气侧阻力参数作为主要反馈控制信号，当机组处于高负荷段且空气预热器烟气侧阻力未明显上升时，控制防堵灰分仓中仅通入冷二次风；当空气预热器烟气侧阻力小幅上升或虽未明显上升但机组不处于高负荷段时，控制防堵灰分仓中仅通入热一次风至二次风漏风；当空气预热器烟气侧阻力显著上升时，控制防堵灰分仓中同时通入热一次风至二次风漏风和热一次风，热一次风流量根据堵灰严重程度可在线调节。

空气预热器冷端二次风侧与一次风侧相邻的扇形板处拼接一块扇形板，且与原扇形板之间留一扇形的喷风口，并在其下方设计风箱及配风结构，保证喷风口流速相对均匀。热一次风至二次风漏风从热端一次风和二次风之间的扇形板中间位置接出，其支路设置隔绝门；热一次风从空气预热器热一次风出口10母管上接出，其支路设置隔绝门和调节门；冷二次风从送风机出口风道上接出，其支路设置隔绝门。上述三股气源经外部风道连接风箱，通过隔绝门的开关以及调节门的调节控制进入防堵灰分仓中气体的品质(实现自动控制)，兼顾运行节能和防堵灰的双重控制目标。

实施空气预热器热风防堵改造后，蓄热元件表面的酸液将以气态形式进入炉膛，分解后重新形成SO3，最终还会随烟气进入空气预热器，并重新凝结成酸液，但其中超90％将粘附在飞灰上，通过电除尘和烟囱排出锅炉系统。在极短的时间达到动态平衡后，从原煤中带入锅炉系统的硫总量将与从烟气和粉尘中带出锅炉系统的硫总量相等，此时蓄热元件表面虽然不断有少量酸液沉积下来，但不会持续积聚，即达到实时清除酸液和积灰的效果。

进行设计增加后自洁净分仓13的效果如下：

1.在脱硝系统氨逃逸率控制在5ppm以内、蒸汽吹灰频次按规程推荐的3次/天或1次/班执行的条件下，空气预热器烟气侧阻力长期维持在设计值水平。

2.排烟温度较改造前不上升(以不堵灰工况为基准，第三方验收测试允许1℃的误差)。

3.允许冷端采用非搪瓷蓄热元件而不致空气预热器低温腐蚀和堵灰，节约改造后蓄热元件的投资成本，又有利于进一步降低排烟温度。

4.允许最大限度挖掘排烟温度下降的空间而不致空气预热器低温腐蚀和堵灰，结合后续设备改造和机组运行方式调整，如更换高效蓄热元件(须封闭流道)、增加蓄热元件面积、停用暖风器或热风再循环系统、提高磨煤机出口温度、降低一次风率等措施，深度挖掘排烟温度下降空间。

5.实施改造后，暖风器或热风再循环等传统防堵灰设备与系统可拆除，简化锅炉系统，减少维护成本。

6.实施改造将有效解决低温腐蚀和堵灰难题，蓄热元件受高压蒸汽、高压水等冲击的频次减少，预计延长蓄热元件使用寿命3年左右。

7.增加燃料选择的灵活性，可选择硫份稍高、性价比相应高些的煤种，对公司经营产生积极影响。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，包括壳体、安装在壳体内并能转动的中心转子、位于中心转子内侧的烟气分仓、位于中心转子右侧的一次风分仓、位于中心转子左侧的二次风分仓；其特征在于：所述中心转子内设有多个由隔板分割而成的仓室，所述烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓均安装在壳体内且均穿过所述仓室，所述仓室内设有蓄热元件；所述烟气分仓的上部设有高温烟气进口，所述烟气分仓的下部设有低温烟气出口，所述一次风分仓的下部设有冷一次风进口，所述一次风分仓的上部设有热一次风出口，所述二次风分仓的下部设有冷二次风进口，所述二次风分仓的上部设有热二次风出口；所述一次风分仓和二次风分仓之间设有自洁净分仓，所述自洁净分仓的下部设有自洁净热风进口，所述自洁净分仓的上部设有自洁净风出口。

2.根据权利要求1所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述自洁净热风进口连接有自洁净热风进管，所述自洁净热风进管连接有冷二次风管道。

3.根据权利要求2所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述自洁净风出口连接有自洁净风出管，所述自洁净风出管上设有集箱，所述自洁净风出管连接有热二次风管道。

4.根据权利要求2或3所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述自洁净热风进管连接有热一次风管道，所述热一次风管道连接所述热一次风出口。

5.根据权利要求2或3所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述自洁净热风进管连接有增压风机，所述增压风机连接有热二次风管道，所述热二次风管道连接所述热二次风出口。

6.根据权利要求1所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述壳体的上部设有上部小梁，所述上部小梁连接有上梁，所述壳体的下部设有下部小梁，所述下部小梁连接有下梁。

7.根据权利要求6所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述上部小梁上设有热段扇形板，所述下部小梁上设有冷段扇形板。

8.根据权利要求1所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述壳体包括主壳体板、副壳体板和侧壳体板，所述壳体由主壳体板、副壳体板和侧壳体板相互拼接而成。

9.根据权利要求1所述的多分仓自洁净防腐防堵回转式空气预热器，其特征在于：所述中心转子连接有中心轴，所述中心轴的上部设有第一连接部，所述第一连接部连接有上轴，所述上轴连接有导向轴承，所述中心轴的下部设有第二连接部，所述第二连接部有接长轴，所述接长轴上设有推力轴承。