CN112484073B - 一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法，本蒸汽空气预热系统包括：进汽管路、换热器、疏水组、疏水母管；其中所述进汽管路适于抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽输送至换热器中，空气从换热器中吸收蒸汽热量后形成热风排出，所述换热器中蒸汽冷凝形成的冷凝水通过疏水组流动，并通过疏水母管回收至相应容器中；本发明通过采用高压过冷技术将蒸汽换热后的冷凝水温度降低到100℃以下，确保压力降低到与相应容器压力相等时不产生二次闪蒸蒸汽，避免相应管路和阀组受到冲击并能够节能降耗，空气温度可以确保加热到低于蒸汽饱和温度15~20℃的温度，取消了传统预热系统需要的闪蒸罐及疏水阀，节约采购成本的同时提高稳定性。

Description

一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧技术领域，具体涉及一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法。

背景技术

垃圾焚烧指将人类社会生产、生活过程中产生的固体垃圾送入焚烧炉内燃烧，达到减量化、无害化、资源化目的的一种垃圾处理方法。垃圾焚烧处理技术因其大大减少垃圾体积、节约土地资源、减少了对地下水和空气的污染、可焚烧产生电力资源而被广泛采用，生活垃圾焚烧是目前处理生活垃圾的主要方式，其具有垃圾减量化、转废物为资源的特点。生活垃圾焚烧机械炉排用于焚烧生活垃圾，产生高温烟气通过余热锅炉和汽轮机发电机进行发电。

蒸汽空气预热系统为采用锅炉或者汽轮发电机抽汽，利用抽汽蒸汽的热量将垃圾焚烧所需的一次风加热到一定温度，以利于促进垃圾在炉内更好燃烧。是一种采用蒸汽将空气加热的系统。

据研究，我国多数垃圾焚烧电厂（特别是中温中压锅炉参数的电厂）一次风很难达到220℃，从而影响垃圾焚烧效率、造成环保指标难以控制、冬季投入辅助燃料较多，影响了经济效益和环保效益。同时，传统的空气预热系统疏水管路存在汽液两相流的情况，容易造成管路水击。汽包饱和抽汽和汽轮机抽汽经换热后通过疏水阀直接进入疏水管道，只吸收了蒸汽潜热，甚至部分蒸汽未经换热直接进入疏水管道，造成蒸汽大量浪费。同时疏水阀后管路随着压力下降会产生大量闪蒸气体，不但影响系统疏水，还容易造成管路冲击、磨损、除氧器超压等情况。

垃圾焚烧炉内良好的燃烧工况离不开合理的一次风温度。一次风温度对于垃圾烘干、挥发分析出、燃烧具有重要作用。通常，焚烧工艺对于一次风温度的要求为220℃，采用蒸汽为热源将空气进行加热到指定温度。

常规系统是采用两级加热，一级采用汽轮机抽汽将空气从0度加热到140℃，二级采用汽包抽汽将空气从140℃加热到220℃。系统配置闪蒸罐以利用部分高压饱和蒸汽二次闪蒸的热量，减少疏水管路带汽。常规系统疏水为饱和水，热量未充分利用，且降压后二次闪蒸增加了管道阻力，造成管道冲击。空气预热器通常存在换热效率低、钢耗量大、容易因热膨胀导致焊缝开裂等问题，故障率高。常规系统的一次风经常达不到设计的220℃的温度。

目前国内主流技术是在空气预热器出口设置疏水阀，然后进入闪蒸罐二次闪蒸，闪蒸的蒸汽与汽机低压抽汽混合后送到低压受热面。闪蒸罐出口再设置疏水阀，然后通过管路进入除氧器或者疏水箱。低压侧疏水通过疏水阀直接进入除氧器。其缺点是配置了大量辅助设备，如闪蒸罐、疏水阀等。国产疏水阀故障率较高、疏水特性难以适应系统工况，进口疏水阀价格昂贵、性能难以比选，且单台空气预热器需要采购3台疏水阀，成本较高。同时疏水阀后管路仍存在二次闪蒸，造成管路水击，影响设备安全，换热效率低，浪费能源。

因此，亟需开发一种新的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统及其预热方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其包括：进汽管路、换热器、疏水组、疏水母管；其中所述进汽管路适于抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽输送至换热器中，空气从换热器中吸收蒸汽热量后形成热风排出；所述换热器中蒸汽冷凝形成的冷凝水通过疏水组流动，并通过疏水母管回收至相应容器中。

进一步，所述进汽管路包括：高压进汽管道和低压进汽管道；所述高压进汽管道适于对汽包抽汽输送至换热器中；所述低压进汽管道适于对汽轮机抽汽输送至换热器中。

进一步，所述换热器采用卧式结构，且沿空气流动方向分别设置高压冷凝段换热管组、低压冷凝段换热管组、高压过冷段换热管组、低压过冷段换热管组；所述疏水组包括：若干疏水管路；所述高压冷凝段换热管组的进口与高压进汽管道连接，且在高压进汽管道上设置第一进汽调节阀，以调节进汽流量和换热器工作压力；所述低压冷凝段换热管组的进口与低压进汽管道连接，且在低压进汽管道上设置第二进汽调节阀，以调节进汽流量和换热器工作压力；所述高压冷凝段换热管组的出口与高压过冷段换热管组的进口通过相应疏水管路连接，且在该疏水管路上设置有第一液位控制罐，以控制液位；所述低压冷凝段换热管组的出口与低压过冷段换热管组的进口通过相应疏水管路连接，且在该疏水管路上设置有第二液位控制罐，以控制液位；所述高压过冷段换热管组的出口与疏水母管通过相应疏水管路相连，且在该疏水管路上设置高压调节阀，以调节输出疏水压力；所述低压过冷段换热管组的出口与疏水母管通过相应疏水管路相连，且在该疏水管路上设置低压调节阀，以调节输出疏水压力。

进一步，所述高压调节阀适于根据第一液位控制罐液位信号调节阀门开度；以及所述低压调节阀适于根据第二液位控制罐液位信号调节阀门开度。

进一步，所述高压调节阀前设置有节流孔板，以改善调节线性。

进一步，所述高压冷凝段换热管组进口与第一液位控制罐顶部、低压冷凝段换热管组进口与第二液位控制罐顶部均采用汽平衡管连接。

进一步，所述疏水母管的出口连接除氧器，即所述疏水母管适于将疏水回收至除氧器中除氧。

进一步，所述进汽管路与换热器之间、换热器与疏水管之间、换热器与疏水母管之间均设置有相应压力表和相应温度计。

另一方面，本发明提供一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热方法，其包括：抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽与空气换热，以形成热风；回收蒸汽与空气换热形成的疏水。

进一步，适于采用如上述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统工作。

本发明的有益效果是，本发明通过采用高压过冷技术将蒸汽换热后的冷凝水温度降低到100℃以下，确保压力降低到与相应容器压力相等时不产生二次闪蒸蒸汽，避免相应管路和阀组受到冲击的同时还具有节能降耗的效果，空气温度可以确保加热到低于蒸汽饱和温度15~20℃的温度，取消了传统预热系统需要的闪蒸罐及疏水阀，节约采购成本的同时提高稳定性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统的结构框图；

图2是本发明的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热方法的流程图。

图中：

进汽管路1、高压进汽管道11、第一进汽调节阀111、低压进汽管道12、第二进汽调节阀121；

换热器2、高压冷凝段换热管组21、低压冷凝段换热管组22、高压过冷段换热管组23、低压过冷段换热管组24、第一液位控制罐25、第二液位控制罐26、高压调节阀27、低压调节阀28、节流孔板29；

疏水组3、疏水管路31；

疏水母管4、汽包5、汽轮机6、除氧器7、压力表8、温度计9。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例1

图1是本发明的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统的结构框图。

在本实施例中，如图1所示，本实施例提供了一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其包括：进汽管路1、换热器2、疏水组3、疏水母管4；其中所述进汽管路1适于抽取汽包5和/或汽轮机6中蒸汽输送至换热器2中，空气从换热器2中吸收蒸汽热量后形成热风排出；所述换热器2中蒸汽冷凝形成的冷凝水通过疏水组3流动，并通过疏水母管4回收至相应容器中。

在本实施例中，热源为汽包5和汽轮机6抽汽。

在本实施例中，请参阅图1，图中实线表示结构线，图中虚线表示控制线。

在本实施例中，进入换热器2的空气可以为一次风或二次风，即换热器2可用于一次风加热外，也可以用于二次风加热。

在本实施例中，本实施例通过采用高压过冷技术将蒸汽换热后的冷凝水温度降低到100℃以下，确保压力降低到与相应容器压力相等时不产生二次闪蒸蒸汽，避免相应管路和阀组受到冲击的同时还具有节能降耗的效果，空气温度可以确保加热到低于蒸汽饱和温度15~20℃的温度，取消了传统预热系统需要的闪蒸罐及疏水阀，节约采购成本的同时提高稳定性，满足环保对于锅炉烟气850℃以上停留2S的要求、消除管路疏水带汽。

在本实施例中，所述进汽管路1包括：高压进汽管道11和低压进汽管道12；所述高压进汽管道11适于对汽包5抽汽输送至换热器2中；所述低压进汽管道12适于对汽轮机6抽汽输送至换热器2中。

在本实施例中，所述换热器2采用卧式结构，且沿空气流动方向分别设置高压冷凝段换热管组21、低压冷凝段换热管组22、高压过冷段换热管组23、低压过冷段换热管组24；所述疏水组3包括：若干疏水管路31；所述高压冷凝段换热管组21的进口与高压进汽管道11连接，且在高压进汽管道11上设置第一进汽调节阀111，以调节进汽流量及换热器、管组工作压力；所述低压冷凝段换热管组22的进口与低压进汽管道12连接，且在低压进汽管道12上设置第二进汽调节阀121，以调节进汽流量及换热器、管组工作压力；所述高压冷凝段换热管组21的出口与高压过冷段换热管组23的进口通过相应疏水管路31连接，且在该疏水管路31上设置有第一液位控制罐25，以控制液位；所述低压冷凝段换热管组22的出口与低压过冷段换热管组24的进口通过相应疏水管路31连接，且在该疏水管路31上设置有第二液位控制罐26，以控制液位；所述高压过冷段换热管组23的出口与疏水母管4通过相应疏水管路31相连，且在该疏水管路31上设置高压调节阀27，以调节输出疏水压力；所述低压过冷段换热管组24的出口与疏水母管4通过相应疏水管路31相连，且在该疏水管路31上设置低压调节阀28，以调节输出疏水压力。

在本实施例中，请参阅图1，空气从a方向进入换热器2中吸收热量，从b方向吹出，换热器2风量为额定负荷所需一次风量，并在空气流动方向预留面积余量。

在本实施例中，相应过冷段换热管组对空气进行初步预热并降低疏水母管4最终排水温度，相应低压冷凝段换热管组将空气温度加热至140℃，对应过冷段换热管组将空气从140度加热至220℃。

在本实施例中，换热器2采用卧式布置，具有抗水击及热膨胀应力释放的结构；所述低压冷凝段换热管组22的出口与低压过冷段换热管组24之间增加了第二液位控制罐26，取消了传统蒸汽空气预热系统所采用的疏水阀，用相应液位控制罐替代，取消了疏水阀的同时保证进入相应过冷段换热管组为纯饱和水，避免携带蒸汽冲击相应过冷段换热管组。

在本实施例中，换热器2采用四级换热，采用螺旋翅片管结构，翅片管能自由膨胀，极大提高了换热效率，确保一次风温度可达到工艺要求的220℃甚至更高；采用高压过冷技术，无漏汽，疏水温度低于100℃，充分利用了蒸汽热量，提高了蒸汽利用率，降低蒸汽消耗；换热器2疏水温度低，降压后无二次闪蒸，对管路冲击小，延长了管路和阀门使用寿命；提高换热器2效率和出口风温、降低蒸汽消耗、消除疏水管路31带汽的现象，从而提高电厂运行效率、节约蒸汽、减少辅助燃料投用以增加经济效益，同时降低环保风险、提高设备稳定性。

在本实施例中，换热器2空气进出口、高压冷凝段换热管组21与低压冷凝段换热管组22之间设置检修门。

在本实施例中，所述高压调节阀27适于根据第一液位控制罐25液位信号调节阀门开度；以及所述低压调节阀28适于根据第二液位控制罐26液位信号调节阀门开度。

在本实施例中，所述高压调节阀27前设置有节流孔板29，以改善调节线性。

在本实施例中，所述高压冷凝段换热管组21进口与第一液位控制罐25顶部、低压冷凝段换热管组22进口与第二液位控制罐26顶部均采用汽平衡管连接，能有效破除气锁，防止蒸汽堵塞管道造成换热器2内积水，冷凝水可及时从出口排出，避免换热器2水击，蒸汽则继续在换热器2内进行换热。

在本实施例中，所述疏水母管4的出口连接除氧器7，即所述疏水母管4适于将疏水回收至除氧器7中除氧。

在本实施例中，通过高压调节阀27、低压调节阀28，将压力调整到与除氧器7相适应的压力，可根据需要适当提高背压，确保疏水能够输送到除氧器7。

在本实施例中，所述进汽管路1与换热器2之间、换热器2与疏水管之间、换热器2与疏水母管4之间均设置有相应压力表8和相应温度计9。

在本实施例中，高压调节阀27、第一液位控制罐25、低压调节阀28、第二液位控制罐26、相应压力表8、相应温度计9通过工控机实现智能控制。

实施例2

图2是本发明的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热方法的流程图。

在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例提供一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热方法，其包括：抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽与空气换热，以形成热风；回收蒸汽与空气换热形成的疏水。

在本实施例中，适于采用如实施例1所提供的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统工作。

在本实施例中，所述用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统已在上述实施例中阐述清楚。

综上所述，本发明通过采用高压过冷技术将蒸汽换热后的冷凝水温度降低到100℃以下，确保压力降低到与相应容器压力相等时不产生二次闪蒸蒸汽，避免相应管路和阀组受到冲击的同时还具有节能降耗的效果，空气温度可以确保加热到低于蒸汽饱和温度15~20℃的温度，取消了传统预热系统需要的闪蒸罐及疏水阀，节约采购成本的同时提高稳定性；疏水温度低，可充分利用蒸汽热量，同规模电厂可节约1/4以上蒸汽耗量，增加垃圾吨发电量，提高电厂经济收益；疏水为过冷水，避免降压后二次闪蒸冲击管路和阀门，提高系统稳定性；由于疏水阀价格贵、故障率高，本蒸汽空气预热系统取消了闪蒸罐及疏水阀，节省电厂投资的同时提高了系统稳定性；换热器内部无积水，换热效率高，受热面积小，节省设备投资及空间位置，便于现场布置和检修；液位控制罐对负荷波动具有缓冲作用，设置的汽平衡管能有效破除气锁，防止蒸汽堵塞管道造成换热器内积水；出风温度高而稳定，满足工艺需求，提供更好燃烧条件，保障烟气850℃/2S的要求，降低污染物排放、节约辅助燃料成本。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其特征在于，包括：

进汽管路、换热器、疏水组、疏水母管；其中

所述进汽管路适于抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽输送至换热器中，空气从换热器中吸收蒸汽热量后形成热风排出；

所述换热器中蒸汽冷凝形成的冷凝水通过疏水组流动，并通过疏水母管回收至相应容器中；

所述进汽管路包括：高压进汽管道和低压进汽管道；

所述高压进汽管道适于对汽包抽汽输送至换热器中；

所述低压进汽管道适于对汽轮机抽汽输送至换热器中；

所述换热器采用卧式结构，且沿空气流动方向分别设置高压冷凝段换热管组、低压冷凝段换热管组、高压过冷段换热管组、低压过冷段换热管组；

所述疏水组包括：若干疏水管路

所述高压冷凝段换热管组的进口与高压进汽管道连接，且在高压进汽管道上设置第一进汽调节阀，以调节进汽流量及换热器工作压力；

所述低压冷凝段换热管组的进口与低压进汽管道连接，且在低压进汽管道上设置第二进汽调节阀，以调节进汽流量及换热器工作压力；

所述高压冷凝段换热管组的出口与高压过冷段换热管组的进口通过相应疏水管路连接，且在该疏水管路上设置有第一液位控制罐，以控制液位；

所述低压冷凝段换热管组的出口与低压过冷段换热管组的进口通过相应疏水管路连接，且在该疏水管路上设置有第二液位控制罐，以控制液位；

所述高压过冷段换热管组的出口与疏水母管通过相应疏水管路相连，且在该疏水管路上设置高压调节阀，以调节输出疏水压力；

所述低压过冷段换热管组的出口与疏水母管通过相应疏水管路相连，且在该疏水管路上设置低压调节阀，以调节输出疏水压力；

所述高压冷凝段换热管组进口与第一液位控制罐顶部、低压冷凝段换热管组进口与第二液位控制罐顶部均采用汽平衡管连接。

2.如权利要求1所述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其特征在于，

所述高压调节阀适于根据第一液位控制罐液位信号调节阀门开度；以及

所述低压调节阀适于根据第二液位控制罐液位信号调节阀门开度。

3.如权利要求1所述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其特征在于，

所述高压调节阀前设置有节流孔板，以改善调节线性。

4.如权利要求1所述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其特征在于，

所述疏水母管的出口连接除氧器，即

所述疏水母管适于将疏水回收至除氧器中除氧。

5.如权利要求1所述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统，其特征在于，

所述进汽管路与换热器之间、换热器与疏水管之间、换热器与疏水母管之间均设置有相应压力表和相应温度计。

6.一种用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热方法，其特征在于，包括：

抽取汽包和/或汽轮机中蒸汽与空气换热，以形成热风；

回收蒸汽与空气换热形成的疏水；

适于采用如权利要求1-5任一项所述的用于垃圾焚烧行业的蒸汽空气预热系统工作。

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