CN107965787B - 用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统及方法。该系统以分级回转式空气预热器为基础，主要包括第一级回转式空气预热器、烟气在线监测系统、反应室、除尘器、第二级回转式空气预热器、循环风机和送风机。本发明通过将回转式空气预热器采用分级布置的方式，在保证其原有换热效率的前提下，显著减轻了空气预热器内硫酸氢铵的沉积、腐蚀以及由硫酸导致的冷端腐蚀问题。将锅炉系统常用的一级空气预热器沿烟气流动方向改为两级，两级中间装有反应室和除尘器。通过烟气在线监测系统对循环风机的实时反馈调节，使得反应室入口的烟气温度始终维持在所需范围，保证了系统的安全、高效运行。

Description

用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统及 方法

技术领域

本发明涉及一种用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统及方法。

背景技术

众所周知，选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术已被大量的燃煤电厂采用以实现NO_x的低排放。空气预热器作为锅炉尾部低温区域的设备，将不可避免的遭受低温腐蚀影响。SCR催化剂在促进NO_x还原反应的同时，也不可避免地将烟气中的部分SO₂转化为SO₃，生成的SO₃能够与SCR脱硝系统逃逸的氨气作用生成硫酸铵(AS)和硫酸氢铵(ABS)，其中ABS具有吸湿性、粘性和腐蚀性，其熔点为147℃。当温度低于露点温度后，ABS会沉积到金属表面并吸收烟气中的灰分，从而加重积灰；堵灰也会增大流动阻力并削弱受热面的传热能力，使受热面壁温降低，腐蚀还会缩短传热元件的更换周期，增加电厂成本。同时，当传热元件表面发生积灰时，灰分能够吸附硫氧化物，从而形成腐蚀和堵灰现象相互促进发生的恶性循环。另外，由于回转式空气预热器转子内的传热元件布置紧密，由波纹板之间孔隙所形成的流通截面细长且狭小，这也是频繁诱发积灰堵塞的重要结构原因。

目前，国内已有一些用来减轻和缓解回转式空气预热器内硫酸氢铵沉积的相关技术措施，例如优化上游SCR流场以降低氨逃逸率；选用耐腐蚀材料作为空气预热器的冷端传热元件；取消空气预热器的中温段以及采用吹灰器和高压水冲洗等方法。近些年，回转式空气预热器以其明显的优势在电站锅炉系统中得到了十分广泛的应用，但硫酸氢铵的沉积与腐蚀所带来的危害始终没有得到较好的解决，这为电厂带来巨大麻烦的同时又提高了成本。

发明内容

针对目前回转式空气预热器内所发生的严重堵塞和腐蚀问题，本发明提出了一种用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统及方法。其目的在于，合理控制两级预热器的出口烟气温度，在兼顾原有换热效率的基础上，使得烟气中的三氧化硫在反应室内充分转化，进而有效减少回转式空气预热器内硫酸氢铵的生成，从而缓解堵塞和腐蚀的问题。

为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，包括第一级回转式空气预热器、反应室、除尘器和第二级回转式空气预热器；其中，

锅炉的烟气出口连接第一级回转式空气预热器的烟气入口，第一级回转式的烟气出口依次经过反应室和除尘器连接至第二级回转式空气预热器的烟气入口，第二级回转式空气预热器的烟气出口连接反应室的入口，第一级回转式空气预热器的空气出口连接锅炉的空气入口。

本发明进一步的改进在于，还包括烟气在线监测系统，其设置在第一级回转式空气预热器的烟气出口连接反应室的入口的管道上。

本发明进一步的改进在于，烟气在线监测系统包括温度传感器和流量计。

本发明进一步的改进在于，还包括循环风机，其设置在第二级回转式空气预热器的烟气出口连接反应室的入口的管道上。

本发明进一步的改进在于，还包括送风机，送风机的出口连接第二级回转式空气预热器的空气入口。

用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的方法，该方法采用的系统包括第一级回转式空气预热器、烟气在线监测系统、反应室、除尘器、第二级回转式空气预热器、循环风机和送风机，该方法包括以下步骤：

从锅炉的炉膛尾部排出的烟气在经过SCR脱硝系统后，首先进入第一级回转式空气预热器进行换热，第一级回转式空气预热器烟气出口处的流量和温度T₂由烟气在线监测系统进行实时记录，且满足烟气出口处的温度T₂高于且接近硫酸铵的生成温度；

在反应室的入口处，主流烟气与温度为T₅的循环烟气混合，混合烟气的温度T₃处于硫酸铵生成反应能够快速进行的温度范围，但T₃仍高于硫酸氢铵的生成温度；此后，混合烟气进入反应室并进行2NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)₂SO₄(s)反应，烟气中的三氧化硫和氨气将迅速且充分地反应，从而转化为硫酸铵，并在后续的除尘器中进行脱除；

烟气在反应室中完成化学反应后进入除尘器，此后烟气进入第二级回转式空气预热器完成换热；循环风机抽取部分第二级回转式空气预热器的出口烟气，与第一级回转式空气预热器的出口烟气混合；当锅炉负荷的变化导致第一级回转式空气预热器烟气出口的流量和温度T₂发生改变时，烟气在线监测系统将根据监测值对循环风机进行反馈调节，实时改变循环风量，保证反应室入口烟气温度T₃处在合适的温度区间；

送风机首先将空气送往第二级回转式空气预热器中进行换热，此后，第二级回转式空气预热器的出口空气进入第一级回转式空气预热器再次进行换热，从整体上看，空气与烟气的流动为逆流布置形式，在两级空气预热器中完成换热后的空气最终被送往锅炉。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，将除尘器布置在两级空气预热器之间，不仅可以去除烟气中原有的灰分，同时由于反应室中生成的硫酸铵为干燥固体粉末，也可以一并去除。当烟气在第二级回转式空气预热器中进行换热时，由于烟气中的灰分、三氧化硫和氨气的含量都降到了很低的水平，避免了硫酸氢铵的生成所造成的堵塞和腐蚀问题。而且，由于三氧化硫含量的大大降低，由硫酸造成的预热器冷端低温腐蚀现象也得到了有效缓解，延长了传热元件的使用寿命，降低了频繁吹灰、冲洗等带来的运行成本。

通过烟气在线监测系统可以实时监测第一级回转式空气预热器烟气出口的温度和流量，当锅炉负荷发生变化而造成烟气温度T₂波动时，可以通过监测值来计算所需的循环烟气量，从而反馈调节循环风机，维持系统的安全、高效运行。

本发明提供的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的方法，通过对回转式空气预热器采用分两级布置的形式，控制第一级回转式预热器出口烟气温度高于硫酸铵和硫酸氢铵的生成温度，有效避免了第一级回转式空气预热器内硫酸氢铵沉积与腐蚀现象发生的同时，也保证了换热效率。

通过对循环风量的实时控制，使得混合烟气的温度T₃能够促使硫酸铵生成反应快速、充分地进行，同时T₃又高于硫酸氢铵生成反应所需的温度。因而，在反应室内，烟气中的三氧化硫将充分转化为硫酸铵，大大降低了烟气中三氧化硫和氨气的含量，从源头上避免了第二级回转式空气预热器堵塞和腐蚀问题的发生。

综上所述，本发明采用回转式空气预热器分级布置的方式，在保证换热效率的前提下，通过对温度的严格控制，避免了第一级回转式空气预热器中硫酸氢铵的生成。同时，利用在线监测系统对循环风量进行实时调节，保证了反应室入口烟气温度处于所需温度区间，有效促进了反应室内三氧化硫向硫酸铵的充分转化。此外，结合除尘器的作用，大大降低了烟气中三氧化硫和灰分的含量，因而从源头上减轻了第二级回转式空气预热器中由于硫酸氢铵和硫酸造成的沉积与腐蚀问题。不仅延长了传热元件的使用寿命，保证了回转式空气预热器安全、高效的运行，同时显著降低了由于频繁的吹灰和冲洗所带来的运行成本。

附图说明

图1为本发明用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统结构示意图。

图中：1、锅炉；2、第一级回转式空气预热器；3、烟气在线监测系统；4、反应室；5、除尘器；6、第二级回转式空气预热器；7、循环风机；8、送风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，本发明提供的一种用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，包括有锅炉1、第一级回转式空气预热器2、烟气在线监测系统3、反应室4、除尘器5、第二级回转式空气预热器6、循环风机7和送风机8。

其中，烟气在线监测系统3连接第一级回转式空气预热器2的烟气出口，烟气在线监测系统3后烟气相继流过反应室4和除尘器5，除尘器5后布置有第二级回转式空气预热器6，循环风机7的进、出口分别连接第二级回转式空气预热器6的烟气出口和反应室的入口，送风机8连接第二级回转式空气预热器6的空气入口，空气先后在第二级回转式空气预热器6和第一级回转式空气预热器2中被加热，最终被送往锅炉1。

其中，回转式空气预热器采用两级布置的形式，分别为第一级回转式空气预热器2和第二级回转式空气预热器6。烟气在线监测系统3根据监测到的烟气温度和流量，对循环风机7的流量进行实时反馈调节。

本发明一种用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的方法，包括如下步骤：

锅炉1中的烟气从炉膛尾部排出，经过SCR脱硝系统等设备后进入第一级回转式空气预热器2进行换热，入口烟气温度T₁为390℃～400℃，在第一级回转式空气预热器2的烟气出口处安装有烟气在线监测系统3，监测得到此处烟气的温度T₂为215℃～220℃，同时实时记录烟气的流量，根据回转式空气预热器分两级布置的设计计算，保证了第一级回转式预热器2出口烟气温度T₂高于硫酸铵和硫酸氢铵生成反应所需温度，因而有效避免了第一级回转式空气预热器2内硫酸氢铵的沉积和腐蚀现象的发生；主流烟气在第一级回转式预热器2中完成换热后与温度为130℃～140℃的循环烟气混合，混合后的烟气温度T₃控制在180℃，该温度能够促使硫酸铵反应快速进行的温度范围，但仍高于硫酸氢铵的生成反应所需的温度。此后，烟气进入反应室4，由于反应温度适宜，烟气中的三氧化硫将通过2NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)₂SO₄(s)反应与氨气作用，从而充分转化为硫酸铵，使得烟气中三氧化硫和氨气的含量显著降低；完成化学反应后的烟气紧接着进入除尘器5，由于生成的硫酸铵为干燥固体粉末，且无腐蚀性，因此除尘器能够在去除烟气中原有灰分的同时一并除掉在反应室4中生成的硫酸铵粉末；当烟气到达第二级回转式空气预热器6的烟气入口处时，烟气中的灰分和三氧化硫已显著减少，故进入第二级回转式预热器6进行换热时，不仅极大地减轻了硫酸氢铵沉积和腐蚀的问题，同时也有效缓解了由于硫酸所导致的冷端低温腐蚀现象的发生；循环风机7的进、出口分别连接第二级回转式空气预热器6的烟气出口和反应室4的入口，循环烟气的流量受到烟气在线监测系统3的实时反馈调节，当锅炉负荷发生变化而导致第一级回转式预热器2的烟气出口温度和流量波动时，循环烟气量会实时进行调整，控制反应室4入口烟气温度T₃始终处于所需温度范围，保证了整个系统安全、高效的运行。同时，送风机8首先将温度为20℃的空气送往第二级回转式空气预热器6中进行换热，此后，第二级回转式空气预热器6温度为120℃～150℃的出口空气再次进入第一级回转式空气预热器2进行换热，从整体上看，空气与烟气的流动为逆流布置形式。通过计算，对于该实施例，在同种情况下，分级回转式空气预热的换热效率相比常规回转式空气预热器降低不足1％，有效保证了原有的换热效率，在两级空气预热器中完成换热后的空气最终温度为340℃～370℃，并被送往锅炉1。

总的来说，本发明提出的空气预热器的系统及方法，克服了传统回转式空气预热器始终无法解决的硫酸氢铵沉积、腐蚀以及冷端低温腐蚀的问题。得益于烟气在线监测系统对于循环烟气量的实时反馈调节，本发明可以实现全年各种环境温度和锅炉负荷条件下预热器系统的安全、高效运行，通过对反应室入口烟气温度的控制，反应室内生成硫酸铵的化学反应将快速、充分的进行，显著降低烟气中三氧化硫和氨气的含量，在第二级回转式空气预热器内，不仅减轻了硫酸氢铵的沉积，也有效缓解了硫酸腐蚀对传热元件的危害。同时，生成的硫酸铵粉末与烟气中原有的灰分在除尘器中一并脱除。整个系统在保证原有换热效率的前提下，有效解决了目前回转式空气预热器内频繁堵塞和传热元件严重腐蚀的问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属的技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，其特征在于，包括第一级回转式空气预热器(2)、反应室(4)、除尘器(5)和第二级回转式空气预热器(6)；其中，

锅炉(1)的烟气出口连接第一级回转式空气预热器(2)的烟气入口，第一级回转式(2)的烟气出口依次经过反应室(4)和除尘器(5)连接至第二级回转式空气预热器(6)的烟气入口，第二级回转式空气预热器(6)的烟气出口连接反应室(4)的入口，第一级回转式空气预热器(2)的空气出口连接锅炉(1)的空气入口；工作时，烟气进入反应室(4)，由于反应温度适宜，烟气中的三氧化硫将通过2NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)₂SO₄(s)反应与氨气作用，从而充分转化为硫酸铵。

2.根据权利要求1所述的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，其特征在于，还包括烟气在线监测系统(3)，其设置在第一级回转式空气预热器(2)的烟气出口连接反应室(4)的入口的管道上。

3.根据权利要求2所述的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，其特征在于，烟气在线监测系统(3)包括温度传感器和流量计。

4.根据权利要求1所述的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，其特征在于，还包括循环风机(7)，其设置在第二级回转式空气预热器(6)的烟气出口连接反应室(4)的入口的管道上。

5.根据权利要求1所述的用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的系统，其特征在于，还包括送风机(8)，送风机(8)的出口连接第二级回转式空气预热器(6)的空气入口。

6.用于减轻硫酸氢铵沉积的分级回转式空气预热器的方法，其特征在于，该方法采用的系统包括第一级回转式空气预热器(2)、烟气在线监测系统(3)、反应室(4)、除尘器(5)、第二级回转式空气预热器(6)、循环风机(7)和送风机(8)，该方法包括以下步骤：

从锅炉(1)的炉膛尾部排出的烟气在经过SCR脱硝系统后，首先进入第一级回转式空气预热器(2)进行换热，第一级回转式空气预热器(2)烟气出口处的流量和温度T₂由烟气在线监测系统(3)进行实时记录，且满足烟气出口处的温度T₂高于且接近硫酸铵的生成温度；

在反应室(4)的入口处，主流烟气与温度为T₅的循环烟气混合，混合烟气的温度T₃处于硫酸铵生成反应能够快速进行的温度范围，但T₃仍高于硫酸氢铵的生成温度；此后，混合烟气进入反应室(4)并进行2NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)₂SO₄(s)反应，烟气中的三氧化硫和氨气将迅速且充分地反应，从而转化为硫酸铵，并在后续的除尘器(5)中进行脱除；

烟气在反应室(4)中完成化学反应后进入除尘器(5)，此后烟气进入第二级回转式空气预热器(6)完成换热；循环风机(7)抽取部分第二级回转式空气预热器(6)的出口烟气，与第一级回转式空气预热器(2)的出口烟气混合；当锅炉负荷的变化导致第一级回转式空气预热器(2)烟气出口的流量和温度T₂发生改变时，烟气在线监测系统(3)将根据监测值对循环风机(7)进行反馈调节，实时改变循环风量，保证反应室(4)入口烟气温度T₃处在合适的温度区间；

送风机(8)首先将空气送往第二级回转式空气预热器(6)中进行换热，此后，第二级回转式空气预热器(6)的出口空气进入第一级回转式空气预热器(2)再次进行换热，从整体上看，空气与烟气的流动为逆流布置形式，在两级空气预热器中完成换热后的空气最终被送往锅炉(1)。