CN110068024A - 一种防止空气预热器堵塞的清洗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃煤锅炉环保领域，具体涉及燃煤锅炉回转式空气预热器防堵清洗系统，包括一次风机（4）、送风机（2）、回转式空气预热器（1），所述回转式空气预热器（1）包括一次风分仓（15）、二次风分仓（14）和烟气分仓（13），各分仓之间通过密封扇形板分隔，本发明利用热一次风作为清洗风工作介质，不用设置增压风机等设备，系统简单可靠。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉环保领域，具体涉及燃煤锅炉回转式空气预热器防堵清洗系统。
背景技术
为了控制燃煤锅炉的NOx排放浓度，一般在锅炉上设置脱硝设备，将燃烧过程中产生的NOx还原成N2和H2O，从而实现锅炉污染物的达标排放。
当前，锅炉脱硝一般采用两种技术方案，一种为选择性非催化还原技术（SNCR），该技术将还原剂喷入炉膛中，在800~1000℃温度区间，NH3与NOx发生还原反应，实现NOx脱除；第二种方案为在锅炉尾部300~400℃温度区域设置选择性催化还原反应器（SCR），烟气中的NOx经过SCR反应器时，与还原剂NH3发生反应，降低NOx排放，其效率可达到95%。
随着超低排放环保政策出台，燃煤锅炉的NOx排放要求更低，越来越多的锅炉安装了SCR脱硝设施，并且增加催化剂体积，加大喷NH3量，提高NOx的脱除效率，在此过程中，由于SCR入口烟道结构、烟气流场、浓度场等参数的不尽合理，普遍存在着过量喷氨现象，虽然满足了SCR出口NOx排放浓度的要求，但是带来了还原剂的额外消耗，且对后续设备和系统带来不良影响。
当前，由于过量喷氨所带来的负面影响，主要是脱硝过程催化剂副反应导致部分SO2氧化为SO3，加上锅炉炉膛燃烧中产生的SO3，这些SO3与脱硝反应中过量的氨气发生反应，生成硫酸氢铵副产物，对后续的烟道、空气预热器、余热利用设备、除尘器、风机和脱硫等设备及系统造成危害，特别是对回转式的空气预热器危害最大，粘稠状的硫酸氢铵与烟气中飞灰会粘结到回转式空气预热器的换热元件上，造成换热元件的流通间隙变小，阻力增大，增大风机的厂用电消耗，硫酸氢铵会缓慢腐蚀换热元件，换热能力下降，造成锅炉排烟温度逐步升高，进而导致锅炉热效率下降。
为了降低回转式空气预热器的阻力，当前一般采用蒸汽吹灰方式和热态下高压水冲洗的方式，高频率的吹灰或者冲洗，对换热元件寿命会产生严重伤害，造成换热元件吹损变形和开裂。
另一种防止空气预热器堵塞的方法是提升空气预热器冷端温度或者提高排烟温度，通过暖风器、低压省煤器或者空气预热器旁路烟道等方式，减少空气预热器的换热强度，提升空气预热器的冷端综合温度，降低硫酸氢铵对空气预热器的危害，但是该方法需要额外增加受热面，对锅炉尾部的布置空间有很高要求，并且改造成本较高，防堵效果有限，也难于解决空气预热器的堵塞难题。
还有一种降低回转式空气预热器堵塞的方式采用运行方式优化调整，即通过控制二次风系统挡板，实现热态下，热烟气自动加热转子元件，充分利用硫酸氢铵的物性，当其温度高于170℃时，硫酸氢铵变成气态分解，但是该方式也存在弊端，间断性地热解硫酸氢铵，对设备和系统产生过大的热应力和热变形，存在着设备卡涩和损坏的可能性，并且对运行操作要求较高，此外，如果长期形成的板结或者堵塞，会发生其它化学反应，生成硬度更高的物质，不利于清除和空气预热器正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，通过分流一部分热一次风，送入到空气预热器冷端，经过一个新设置的防堵清洗小分区，从冷端向上加热换热器元件，并吹扫和冲刷换热元件表面的附着物，随着空气预热器的转动，实现空气预热器转子360°无死角清洗，减少和消除粘结在转子上的硫酸氢铵、污垢等物质，保持转子换热元件的清洁、高效换热，确保空气预热器阻力最低。具体实现方案如下：
一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，所述系统包括一次风机4、送风机2、回转式空气预热器1，所述回转式空气预热器1包括一次风分仓15、二次风分仓14和烟气分仓13，各分仓之间通过密封扇形板分隔，所述一次风机4的冷风分为两路，一路为回转式空气预热器1的旁路冷一次风6，进入到制粉系统9中，另一路进入回转式空气预热器1的一次风分仓15；经过空气预热器一次风分仓15加热后的热一次风8分为两路，一路进入制粉系统9中，另一路为防堵清洗热一次风7；二次风分仓14的冷二次风入口风道设置防堵清洗分仓19，所述防堵清洗分仓19包括防堵清洗风密封板，所述密封板设置在回转式空气预热器冷端，密封板内设置清洗风喷口，所述喷口通过风道与防堵清洗热一次风7连接；经过送风机2出口的冷二次风进入二次风分仓14，加热升温后的热二次风3与经过空气预热器防堵清洗分仓19后的热一次风混合，送入到位于炉膛11中的燃烧器10内，为锅炉内煤粉燃烧提供氧量。
进一步的，上述技术方案中，所述回转式空气预热器1为三分仓空气预热器，根据其旋转方向不同，当转向为烟气侧——二次风侧——一次风侧——烟气侧时，所述防堵清洗分仓19布置在二次风分仓入口风道、紧贴一次风与二次风密封扇形板区域；当转向为烟气侧——一次风侧——二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓19布置在二次风分仓入口风道、紧贴二次风与烟气密封扇形板区域。
进一步的，上述技术方案中，所述回转式空气预热器1为四分仓空气预热器，根据其旋转方向不同，当转向为烟气侧——右二次风侧——一次风侧——左二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓19布置在左侧二次风分仓入口风道、紧贴左侧二次风与烟气密封扇形板区域；当转向为烟气侧——左二次风侧——一次风侧——右二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓19布置在右侧二次风分仓入口风道、紧贴左侧二次风与烟气密封扇形板区域。
进一步的，上述技术方案中，所述防堵清洗分仓19沿着回转式空气预热器1径向方向设置多个独立的密封仓格，并设置对应数量的清洗风喷口，通过风道分别引出，与位于空气预热器冷端冷二次风道外部的防堵清洗热一次风7的母管连接。
进一步的，上述技术方案中，防堵清洗分仓上部与空气预热器接触的清洗风喷口设置成条狭缝型或者扇形，其截面形状为矩形或者扇型；喷口为扇形时，其角度为2~5°；所述喷口为矩形时，其最外缘宽度所对应的转子角度为2~5°。
进一步的，上述技术方案中，防堵清洗热一次风7与防堵清洗风喷口连通的风道上依次设置有防堵清洗关断挡板20、防堵清洗调节挡板21、防堵清洗风流量计22、防堵清洗风压力表23和防堵清洗风温度计24，各部件通过风道连接；
所述防堵清洗风关断挡板20用于实现空气预热器防堵在线清洗系统的投退，当关闭该挡板时，能够实现该系统的完全隔离，减少因热一次风8向二次风分仓14中泄露；当该挡板全部打开后，整个防堵清洗风在线防堵系统可以投入运行，并且该挡板可以作为整个系统的流动阻力平衡的调节手段，能够在开度0~100%范围内调整，实现系统阻力调整，从而配合防堵清洗调节挡板21的调节作用；
防堵清洗调节挡板21用于调整系统的阻力，实现对投入运行中的清洗风流量的调整；
防堵清洗风流量计22用于测量防堵清洗热一次风7流量，从而实现对每个防堵清洗风仓内的风量进行测量；
防堵清洗风压力表23用于检测防堵清洗风在进行防堵清洗风仓时的热一次风压力，作为防堵清洗风流量计22测量时的压力补偿，同时也作为计算和检测空气预热器不同区域内的阻力系统和堵塞状况，从而决定在线防堵清洗系统的投退；
防堵清洗风温度计24用于检测热一次温度，其主要作用在于防堵清洗风流量测量时的温度补偿。
进一步的，上述技术方案中，所述防堵清洗热一次风7风速控制在40-60m/s，温度不低于250℃。
本发明所采用的技术方案具有以下几个方面优点：1）利用热一次风作为清洗风工作介质，不用设置增压风机等设备，系统简单可靠；2）在空气预热器转子径向上设置多个防堵清洗分仓，并且可以灵活地投入一个或者多个防堵清洗分仓，解决了热一次风裕量不足的技术难题；3）利用空气预热器转子旋转和径向上的多个风仓灵活切换，可以实时地检测空气预热器转子全断面的阻力系数，全面了解空气预热器的堵塞情况，为空气预热器系统维护检修和吹灰优化提供详尽的定量数据；4）根据空气预热器堵塞状况和机组负荷情况，可选择性地投入或者退出在线清洗系统，方便地实现系统的自动调节和闭环控制，减少对其它热力系统的影响；5）解决了空气预热器运行过程中换热元件堵塞后的元件清理难和阻力过大问题，确保换热元件实时在线清洗；6）提高了空气预热器换热元件的清洁度，提升了烟气侧和空气侧换热效率，有利于降低锅炉排烟温度和烟风阻力，实现锅炉节能和降低厂用电消耗。
附图说明
图1为本发明的带有回转式空气预热器的锅炉热力系统图；
图2为本发明的用于正转的三分仓空气预热器防堵清洗分仓示意图；
图3为本发明的用于反转的三分仓空气预热器防堵清洗分仓示意图；
图4为本发明的用于正转的四分仓空气预热器防堵清洗分仓示意图；
图5为本发明的用于反转的四分仓空气预热器防堵清洗分仓示意图；
图6为本发明的用于正转的三分仓空气预热器防堵清洗分仓俯视图；
图7为本发明的用于反转的三分仓空气预热器防堵清洗分仓俯视图；
图8为本发明的用于正转的四分仓空气预热器防堵清洗分仓俯视图；
图9为本发明的用于反转的四分仓空气预热器防堵清洗分仓俯视图；
图10为本发明的用于防止空气预热器堵塞在线吹扫热力系统图；
附图标记说明：
1.回转式空气预热器；2.送风机；3.热二次风；4.一次风机；5.空气预热器入口冷一次风；6.空气预热器旁路冷一次风；7.防堵清洗热一次风；8.热一次风；9.制粉系统；10.燃烧器；11.炉膛；12.空气预热器中心筒；13.烟气分仓；14.二次风分仓；15.一次风分仓；16.烟气-一次风密封扇形板；17.烟气-二次风密封扇形板；18.一次风-二次风密封扇形板；19.防堵清洗分仓；20.防堵清洗关断挡板；21.防堵清洗调节挡板；22.防堵清洗风流量计；23.防堵清洗风压力表；24.防堵清洗风温度计；25.第一分支关断挡板；26.第二分支关断挡板；27.第三分支关断挡板；28.第一防堵清洗风仓；29.第二防堵清洗风仓；30.第三防堵清洗风仓。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，回转式空气预热器1布置在锅炉的尾部，一次风机4出口的冷风分为两路，一路为空气预热器旁路冷一次风6进入到制粉系统9中，另一路为空气预热器入口冷一次风5，经过空气预热器一次风分仓15加热后的热一次风8分为两路，一路进入制粉系统9中，另一路为防堵清洗热一次风7。
经过送风机2出口的冷二次风进入二次风分仓14，加热升温后的热二次风3与经过空气预热器防堵清洗分仓19后的热一次风混合，送入到位于炉膛11中的燃烧器10内，为锅炉内煤粉燃烧提供氧量。
本发明中经过高速热一次风分解和冲刷后，将分解后硫酸氢铵带入到炉膛燃烧器，由于热二次风道和燃烧器、炉膛内温度均高于220℃，经过炉膛内高温加热（炉膛内平均温度1000-1300℃），硫酸氢铵会分解为SO3、H2O和NH3，这些物质炉膛中本身就存在，并且分解产量的量要远远小于锅炉内煤粉自身燃烧产生的SO3、H2O和NH3，因此，进入炉膛内的硫酸氢铵产物不会对锅炉造成影响，更不会对后续的SCR和空气预热器运行产生负面影响。
当然，其优点在于，该系统可以确保分解产物进入到锅炉炉膛内，经过高温作用发生化学反应，将硫酸氢铵彻底分解，与炉膛内的燃料、烟气、灰渣等发生作用，不影响锅炉本体及空气预热器后续设备和系统的正常运行，因此是一条彻底的技术解决方案。
防堵清洗分仓19设置在回转式空气预热器1的冷二次风入口风道中，其角度为3~9°，通过在空气预热器1的冷端设置防堵清洗风密封板，在密封板设置清洗风喷口，并且该清洗风喷口在空气预热器径向方向上设置多个独立的喷口，对应连接多个独立防堵清洗风分仓（如28、29、30等），通过清洗风道连接传过冷二次风道，与空气预热器外部的防堵清洗热一次风7相连接。
在每个防堵清洗风支管上分别设置分支关断挡板（如25、26、27等），通过每个分支关断挡板的开关实现该分支管路内的防堵清洗风通断，从而实现空气预热器在径向方向上的在线防堵清洗，降低热一次风消耗量，减少对锅炉制粉系统、燃烧系统的影响。
如图2、图6所示，对于三分仓空气预热器,当空气预热器正转（转向为烟气侧——二次风侧——一次风侧——烟气侧）时，防堵清洗分仓19紧邻布置在靠近一次风-二次风密封扇形板18区域，实现空气预热器转子由二次风分仓14向一次风分仓15转动过程中的局部区域加热，实现对该区域硫酸氢氨及其它粘性物质的分解和冲洗；如图3、图7所示，当空气预热器反转（转向为烟气侧——一次风侧——二次风侧——烟气侧）时，防堵清洗分仓19紧邻布置在靠近烟气-二次风密封扇形板17区域，实现空气预热器转子由二次风分仓14向烟气分仓13转动过程中的局部区域加热，实现对该区域硫酸氢氨及其它粘性物质的分解和冲洗。
三分仓正转时，安装在靠近一次风-二次风密封扇形板区域可以实现最佳的温度提升，符合空气预热器转子的温度变化的动态特性，可以节省清洗热一次风量，从而达到最佳的清洗效果；而且不增加空气预热器的漏风率；对于反转时，原理相同。
如图4、图8所示，对于四分仓空气预热器,当空气预热器正转（转向为烟气侧——右二次风侧——一次风侧——左二次风侧——烟气侧时）时，防堵清洗分仓19紧邻布置在靠近左侧二次风-烟气密封扇形板17区域，实现空气预热器转子由二次风分仓14向烟气分仓13顺时针转动过程中的局部区域加热，实现对该区域硫酸氢氨及其它粘性物质的分解和冲洗；如图5、图9所示，当空气预热器反转（转向为烟气侧——左二次风侧——一次风侧——右二次风侧——烟气侧）时，防堵清洗分仓19紧邻布置在靠近右侧二次风-烟气密封扇形板17区域，实现空气预热器转子由二次风分仓14向烟气分仓13逆时针转动过程中的局部区域加热，实现对该区域硫酸氢氨及其它粘性物质的分解和冲洗。
对于四分仓正反转的安装位置不同，清洗效果不同，本发明所公开的具体安装位置，第一有利于清洗分仓和其它附件的安装和实施；第二能够在最小的清洗风量下取得最佳的清洗效果。
为了减少防堵清洗热一次风的分流对一次风机、制粉系统和燃烧系统影响，本发明的在线吹扫系统是根据空气预热器堵塞状态和机组运行负荷特性共同决定其运行时间和投运方式，具体为：沿着空气预热器径向方向上设置的多个防堵清洗风仓，通过管路上设置的阀门实现投运或者退出，当机组负荷较高时，空气预热器堵塞时，可以投入一个防堵清洗风仓，通过母管上的调节阀门实现清洗风量的调整，也可以投入多个或者全部的防堵清洗风仓，这样就解决了高负荷下一次风量不足的技术难题；同时，可以根据空气预热器的堵塞情况，当空气预热器的换热效率和阻力不大时，可以分阶段、分区域地投入在线防堵清洗系统；另外，可以根据空气预热器转子沿着径向方向上堵塞程度的差别，分区、分时投入在线防堵清洗系统，对重点需要清洗的区域，长时间地投入防堵清洗风仓，实现空气预热器转子的在线连续清洗。如图10所示，具体实现方法如下：
在防堵清洗热一次风7管路上依次设置有防堵清洗关断挡板20、防堵清洗调节挡板21、防堵清洗风流量计22、防堵清洗风压力表23和防堵清洗风温度计24。
防堵清洗风关断挡板20用于实现空气预热器防堵在线清洗系统的投退，当关闭该挡板时，能够实现该系统的完全隔离，减少因热一次风8向二次风分仓14中泄露；当该挡板全部打开后，整个防堵清洗风在线防堵系统可以投入运行，并且该挡板可以作为整个系统的流动阻力和阻力平衡的调节手段，能够在开度0~100%范围内调整，实现系统阻力调整，从而配合防堵清洗调节挡板21的调节作用。
防堵清洗调节挡板21用于调整整个系统的阻力，实现对投入运行中的清洗风流量的调整。根据不同的防堵风分仓组合情况和空气预热器堵塞工况，调节该挡板的开度，来控制清洗风量，确保进入防堵喷口的风速到达设计值。
防堵清洗风流量计22用于测量防堵清洗热一次风7流量，从而实现对每个防堵清洗风仓内的风量进行测量，采用靠背管、文丘里、弯管、机翼等任何一种风量测量装置均可。
防堵清洗风压力表23用于检测防堵清洗风进入防堵清洗风仓的热一次风压力，作为防堵清洗风流量计22测量时的压力补偿，同时也用于计算和检测空气预热器不同区域内的阻力系统和堵塞状况，从而决定在线防堵清洗系统的投退。
所述的防堵清洗风压力和流量计用来检测每个投入运行的清洗风分仓的阻力系数，从而判断空气预热器转子的堵塞状况。利用空气预热器旋转，可以沿着周向方向检测空气预热器换热元件的堵塞情况及精准判断堵塞区域；利用沿着径向方向的各个清洗风分仓，可以在径向方向上检测空气预热器换热元件的堵塞情况及精准判断堵塞区域；利用上述两个方向的检测，可以十分方便地定量检测空气预热器整个断面的换热元件的阻力系数。
所述的检测空气预热器换热元件的阻力系数的测量方法为：S=ΔP/Q2，其中S为阻力系数，ΔP为系统的阻力，Pa；Q为清洗风流量，m3/h。
所述的系统阻力ΔP，为防堵清洗风压力与热二次风压力之差，包含了空气预热器换热元件的阻力和防堵清洗风支管、分仓和喷嘴的沿程阻力及局部阻力。
防堵清洗风温度计24用于检测热一次温度，其主要作用在于防堵清洗风流量测量时的温度补偿。
进入空气预热器转子中的防堵清洗风流速控制在40-60m/s，温度不低于250℃。
对于600MW燃煤锅炉，采用本专利技术的防止空气预热器堵塞在线清洗系统和方法时，沿空气预热器径向方向上设置6个独立的防堵清洗分仓，每个防堵分仓所需要的防堵清洗热一次风量为10-15t/h，占锅炉总一次风量的2.5-5%，对锅炉制粉系统和燃烧系统的运行不产生影响。
Claims (7)
1.一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，所述系统包括一次风机（4）、送风机（2）、回转式空气预热器（1），所述回转式空气预热器（1）包括一次风分仓（15）、二次风分仓（14）和烟气分仓（13），各分仓之间通过密封扇形板分隔，其特征在于：
所述一次风机（4）的冷风分为两路，一路为回转式空气预热器（1）的旁路冷一次风（6），进入到制粉系统（9）中，另一路进入回转式空气预热器（1）的一次风分仓（15）；经过空气预热器一次风分仓（15）加热后的热一次风（8）分为两路，一路进入制粉系统（9）中，另一路为防堵清洗热一次风（7）；
二次风分仓（14）的冷二次风入口风道中设置防堵清洗分仓（19），所述防堵清洗分仓（19）包括防堵清洗风密封板，所述密封板设置在回转式空气预热器（1）冷端，扇形密封板内设置清洗风喷口，所述喷口通过风道与防堵清洗热一次风（7）连接；
经过送风机（2）出口的冷二次风进入二次风分仓（14），加热升温后的热二次风（3）与经过空气预热器防堵清洗分仓（19）后的热一次风混合，送入到位于炉膛（11）中的燃烧器（10）内，为锅炉内煤粉燃烧提供氧量。
2.如权利要求1所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：所述回转式空气预热器（1）为三分仓空气预热器，根据其旋转方向不同，当转向为烟气侧——二次风侧——一次风侧——烟气侧时，所述防堵清洗分仓（19）布置在二次风分仓（14）入口风道、紧贴一次风-二次风密封扇形板（18）区域；当转向为烟气侧——一次风侧——二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓（19）布置在二次风分仓（14）入口风道、紧贴烟气-二次风密封扇形板（17）区域。
3.如权利要求1所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：所述回转式空气预热器（1）为四分仓空气预热器，根据其旋转方向不同，当转向为烟气侧——右二次风侧——一次风侧——左二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓（19）布置在左侧二次风分仓（14）入口风道、紧贴左侧二次风与烟气密封扇形板区域；当转向为烟气侧——左二次风侧——一次风侧——右二次风侧——烟气侧时，防堵清洗分仓（19）布置在右侧二次风分仓（14）入口风道、紧贴左侧二次风与烟气密封扇形板区域。
4.如权利要求1所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：所述防堵清洗分仓（19）沿着回转式空气预热器（1）径向方向设置多个独立的密封仓格，并设置对应数量的清洗风喷口，通过风道分别引出，与位于空气预热器冷端冷二次风道外部的防堵清洗热一次风（7）的母管连接。
5.如权利要求1所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：防堵清洗分仓（19）上部与空气预热器接触的清洗风喷口设置成条狭缝型或者扇形，其截面形状为矩形或者扇型；所述喷口为扇形时，其角度为2~5°；所述喷口为矩形时，其最外缘宽度所对应的转子角度为2~5°。
6.如权利要求1所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：防堵清洗热一次风（7）与防堵清洗风喷口连通的风道上依次设置有防堵清洗关断挡板（20）、防堵清洗调节挡板（21）、防堵清洗风流量计（22）、防堵清洗风压力表（23）和防堵清洗风温度计（24），各部件通过风道连接；
所述防堵清洗风关断挡板（20）用于实现空气预热器防堵在线清洗系统的投退，当关闭该挡板时，能够实现该系统的完全隔离，减少因热一次风（8）向二次风分仓（14）中泄露；当该挡板全部打开后，整个防堵清洗风在线防堵系统可以投入运行，并且该挡板可以作为整个系统的流动阻力平衡的调节手段，能够在开度0~100%范围内调整，实现系统阻力调整，从而配合防堵清洗调节挡板（21）的调节作用；
防堵清洗调节挡板（21）用于调整系统的阻力，实现对投入运行中的清洗风流量的调整；
防堵清洗风流量计（22）用于测量防堵清洗热一次风（7）流量，从而实现对每个防堵清洗风仓内的风量进行测量；
防堵清洗风压力表（23）用于检测防堵清洗风进入防堵清洗风仓的热一次风压力，作为防堵清洗风流量计（22）测量时的压力补偿，同时也作为计算和检测空气预热器不同区域内的阻力系统和堵塞状况，从而决定在线防堵清洗系统的投退；
防堵清洗风温度计（24）用于检测热一次温度，其主要作用在于防堵清洗风流量测量时的温度补偿。
7.如权利要求6所述一种防止空气预热器堵塞的清洗系统，其特征在于：所述防堵清洗热一次风（7）风速控制在40-60m/s，温度不低于250℃。
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