CN113958964B - 一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器 - Google Patents

一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，低温省煤器管箱的横截面呈扇形；低温省煤器管箱包括沿周向依次设置的进水联箱、管组件和出水联箱；管组件沿径向包括两排以上同心设置的弧形管排，且所有弧形管排均与空预器转子同心设置；每排弧形管排均由两根以上沿轴向排列的弧形换热管组成，弧形换热管的一端为进水端、另一端为出水端，弧形换热管的进水端与进水联箱连通，弧形换热管的出水端与出水联箱连通。本发明回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，可很好地解决传统低温省煤器易出现的磨损、腐蚀、泄漏等问题，具有布置合理、换热效率高等优势，工程经济价值显著。

Description

一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器
技术领域
本发明涉及一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，属烟气余热利用技术领域。
背景技术
低温省煤器在燃煤发电领域应用较为广泛，随着我国发电行业低碳环保政策的推进，燃煤锅炉余热利用技术得到长足的发展，一般在空预器之后、电除尘之前水平烟道安装低温省煤器。低温省煤器是由若干管束组成，管内是水(冷介质)，管外是烟气(热介质)。低温省煤器的管内进水温度一般为40-90℃，而管外入口烟气温度一般为100-180℃，从而使管外烟气热量传递给管内的介质水(一般用于加热锅炉凝结水)。
然而，传统的低温省煤器易出现磨损、腐蚀、泄漏等问题，究其原因，有以下几点：①受现场空间限制，一般低温省煤器烟气入口流速不均、灰场不均，且设计平均流速偏高，导致局部换热管磨损；②燃煤中的硫份在燃烧后部分转化为三氧化硫(SO3)，与烟气中水蒸气(H2O)反应生成硫酸蒸汽(H2SO4)，当流经烟气温度低于酸露点时(一般为95～160℃，与烟气中SO3浓度密切相关)，硫酸蒸汽将凝结，与飞灰一起附着在低压水煤换热器的换热管壁面上；③为了减少NOx排放，燃煤锅炉普遍配备脱硝设备，一般采用选择性催化还原(SCR)或选择性非催化还原(SNCR)或SCR+SNCR联合的技术路线，但不管采用哪种技术路线，都需要向空预器上游烟气中喷入还原剂(液氨、尿素或氨水)，还原剂与NOx不会完全反应，从而造成脱硝系统氨(NH3)逃逸的发生，逃逸的NH3与烟气中SO3生成硫酸氢铵(NH4HSO4)，该副产物在温度为146～207℃范围内，呈熔融状，极易与飞灰一起粘附在换热管壁面上；④不管是磨损还是腐蚀造成低温省煤器换热管泄漏，泄漏出来的水与含尘烟气接触，形成“泥浆状”积灰，导致其安装位置烟道被大面积或完全堵塞。
发明内容
为了解决现有技术中低温省煤器易出现的磨损、腐蚀、泄漏等问题，本发明提供一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，低温省煤器管箱的横截面呈扇形；低温省煤器管箱包括沿周向依次设置的进水联箱、管组件和出水联箱；管组件沿径向包括两排以上同心设置的弧形管排，且所有弧形管排均与空预器转子同心设置；每排弧形管排均由两根以上沿轴向排列的弧形换热管组成，弧形换热管的一端为进水端、另一端为出水端，弧形换热管的进水端与进水联箱连通，弧形换热管的出水端与出水联箱连通。
上述结构中，将低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，空预器冷端烟气侧出口流速要比正常烟道流速低得多，且烟气经蓄热元件(阻力件)后流速比较均匀，从而大幅度减轻了换热管磨损问题；通过弧形管排结构的设计，提高了换热的均匀性和热量利用率。
本申请周向为圆周方向，径向为空预器的半径方向，轴向指空预器的轴向。弧形换热管进水端和出水端分别对应弧形换热管的起始端和末端(终止端)。
为了提高换热效率、减缓换热管腐蚀速率，优先，低温省煤器的冷介质流向与空预器旋转方向相反。
为了进一步提高防腐效果，回转式空预器转子冷端端面通过周向隔板分成N个同心环，N≥2，在至少一个冷介质分仓的冷端设置N个异形冷介质管道，异形冷介质管道一端为扇形口、另一端为矩形口，各扇形口与同心环一一对应设置，扇形口的两侧径向边连接在对应同心环内的冷端扇形板侧边，且扇形口所处平面与冷端扇形板的密封面齐平；各矩形口设置可调节冷介质流量的自动调节门。此种结构的设计，实现了低温省煤器壁温的动态可调。
采用上述结构可通过轮循减少各异形冷介质管道内的冷介质流量，提高对应同心环内的蓄热元件的壁温，从而分区提升低温省煤器管排的壁温，气化附着在其上的酸液，使得积灰变得松散，大幅减轻垢下腐蚀。
上述异形冷介质管从一端的扇形口逐渐过渡到另一端的矩形口。
当某个异形冷介质管道内的流量减小时，其它异形冷介质管道的流量相应增加，通过自动控制系统轮循减小各个异形冷介质管道内的流量，保持总流量基本不变，从而满足工业现场系统工艺要求。
作为常识，回转式换热器至少分为两分仓，且至少有一个热介质分仓和一个冷介质分仓。
申请人经研究发现，采用上述技术方案，可以解决现有技术中低温省煤器易磨损、腐蚀和积灰等问题，且具有更高的换热效率，获得上述效益的理论基础为：①空预器冷端烟气侧出口流速要比正常烟道流速低得多，且烟气经蓄热元件(阻力件)后流速比较均匀，从而大幅度减轻了换热管磨损问题；②空预器冷端烟气侧沿着旋转方向排烟温度逐步升高(最高排烟温度比最低排烟温度高30℃左右)，若沿着往空预器旋转方向相逆的方向通入低温省煤器的冷介质(凝结水)，可以获得更大的传热温差，提高换热效率，且换热管壁温更为均匀，从而减轻局部严重低温腐蚀问题；③通过分环轮巡升温的方法，能够获取分区的高温烟气，从而分区提升低温省煤器管束的壁温，气化附着在其上的酸液，使得积灰变得松散，大幅减轻垢下腐蚀；④锅炉烟气经低温省煤器降温后，细小烟尘凝聚，利用重力作用即可去除烟气中部分粉尘，从其正下方排灰斗排出，且即使低温省煤器发生局部泄漏，介质水也是落入空预器正下方排灰斗里，避免发生恶性烟道积灰问题。
上述同排弧形管排的弧形换热管的长度和弧度均一致。
为了减少阻力，上述各排弧形管排之间相互平行。
作为一种具体的实现方案，沿径向并指向空预器转子中心的方向上，弧形管排的轴向长度逐渐缩短、使得管组件的横截面呈扇形；进水联箱和出水联箱的横截面均呈扇形，进水联箱上有进水管(进冷水)，出水联箱上设有出水管(出热水)。这样可有效提高换热面的利用率，提高换热效果。
由于靠近空预器转子中心的弧形管排周向长度短，而远离空预器转子中心的弧形管排周向长度长，为了平衡不同位置弧形管排单位换热面积的吸热量、提高管箱总吸热量，弧形换热管的进水端或出水端装节流孔板，且沿径向并指向空预器转子中心的方向上，节流孔板的节流孔依次变小。
为了进一步提高管箱总吸热量，上述每排环形管排的弧形换热管从上至下节流孔板的节流孔依次变小。
采用上述技术方案，能够保证换热温差大的弧形换热管内水流速较高，而换热温差小的换热管内水流速较低，从而更有利于提高总的吸热量，并有利于尽量提高换热管壁温的均匀性。
为了减小低温省煤器的阻力，并足够的换热面积，优选，弧形换热管的公称直径为DN25～DN65之间，相邻弧形管排沿着径向的节距不小于两倍弧形换热管公称直径。
为了尽量增加换热面积，并提高环形管排的结构强度，优选，同排弧形管排的各弧形换热管之间用鳍片连接。
上述低温省煤器管箱整体采用耐候钢制作。
上述低温省煤器管箱内流通的冷介质为锅炉凝结水。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，可很好地解决传统低温省煤器易出现的磨损、腐蚀、泄漏等问题，具有布置合理、换热效率高等优势，工程经济价值显著。
附图说明
图1为本发明实施例回转式空预器及低温省煤器立面剖视示意图。
图2为图1低温省煤器管箱上表面处的横截面示意图(从回转式空预器烟气侧冷端正下方俯视)。
图3为本发明弧形管排断面(纵截面)结构示意图。
图中，1为低温省煤器管箱，2为回转式空预器烟气侧冷端，3为空预器转子，4为环形管排，5为进水联箱，6为出水联箱，7为弧形换热管，8为鳍片，10为空预器旋转方向。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本申请“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图1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。
实施例1
如图1所示，一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，低温省煤器管箱整体采用耐候钢制作，如图2所示，低温省煤器管箱的横截面呈扇形；低温省煤器管箱包括沿周向依次设置的进水联箱、管组件和出水联箱；管组件沿径向包括12排同心设置的弧形管排，且所有弧形管排均与空预器转子同心设置；每排弧形管排均由五根沿轴向排列的弧形换热管组成，同排弧形管排的弧形换热管的长度和弧度均一致；弧形换热管的一端为进水端、另一端为出水端，弧形换热管的进水端与进水联箱连通，弧形换热管的出水端与出水联箱连通；各排弧形管排之间相互平行。
上述结构中，将低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，空预器冷端烟气侧出口流速要比正常烟道流速低得多(满负荷正常烟道流速为15m/s左右，而空预器冷端烟气侧出口流速只有6m/s左右)，且烟气经蓄热元件(阻力件)后流速比较均匀(流速分布不均匀系数小于15％)，从而大幅度减轻了换热管磨损速率；通过弧形管排结构的设置，提高了热量换热的均匀性和利用率。
实施例2
在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：为了提高换热效率、减缓换热管腐蚀速率，低温省煤器的冷介质流向与空预器旋转方向相反。上述低温省煤器管箱内流通的冷介质为锅炉凝结水。管组件沿径向包括60排同心设置的弧形管排。
实施例3
在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：为了进一步提高防腐效果，回转式空预器转子冷端端面通过周向隔板分成3个同心环，空预器为三分仓结构、分别为烟气仓、一次风仓和二次风仓，在二次风仓的冷端设置3个异形冷介质管道，异形冷介质管道一端为扇形口、另一端为矩形口，异形冷介质管从一端的扇形口逐渐过渡到另一端的矩形口，各扇形口与同心环一一对应设置，扇形口的两侧径向边连接在对应同心环内的冷端扇形板侧边，且扇形口所处平面与冷端扇形板的密封面齐平；各矩形口设置可调节冷介质流量的自动调节门。这样可通过轮循减少各异形冷介质管道内的冷二次风流量，提高对应同心环内的蓄热元件的壁温，从而分区提升低温省煤器管排的壁温，气化附着在其上的酸液，使得积灰变得松散，大幅减轻垢下腐蚀。
经工程实践，采用上述技术方案，可以解决现有技术中低温省煤器易磨损、腐蚀和积灰等问题，且具有更高的换热效率，获得上述效益的理论基础为：①空预器冷端烟气侧出口流速要比正常烟道流速低得多，且烟气经蓄热元件(阻力件)后流速比较均匀，从而大幅度减轻了换热管磨损问题；②空预器冷端烟气侧沿着旋转方向排烟温度逐步升高(最高排烟温度比最低排烟温度高30℃左右)，若沿着往空预器旋转方向相逆的方向通入低温省煤器的冷介质(凝结水)，可以获得更大的传热温差，提高换热效率，且换热管壁温更为均匀，从而减轻局部严重低温腐蚀问题；③通过分环轮巡升温的方法，能够获取分区的高温烟气，从而分区提升低温省煤器管束的壁温，气化附着在其上的酸液，使得积灰变得松散，大幅减轻垢下腐蚀；④锅炉烟气经低温省煤器降温后，细小烟尘凝聚，利用重力作用即可去除烟气中部分粉尘，从其正下方排灰斗排出，且即使低温省煤器发生局部泄漏，介质水也是落入空预器正下方排灰斗里，避免发生恶性烟道积灰问题。
实施例4
在实施例3的基础上，进一步作了如下改进：如图2所示，沿径向并指向空预器转子中心的方向上，弧形管排的轴向长度逐渐缩短、使得管组件的横截面呈扇形；进水联箱和出水联箱的横截面均呈扇形，进水联箱上有进水管，出水联箱上设有出水管。这样可有效提高换热面的利用率，提高换热效果。
实施例5
在实施例4的基础上，进一步作了如下改进：由于靠近空预器转子中心的弧形管排周向长度短，而远离空预器转子中心的弧形管排周向长度长，为了平衡不同位置弧形管排单位换热面积的吸热量、提高管箱总吸热量，弧形换热管的进水端或出水端装节流孔板，且沿径向并指向空预器转子中心的方向上，节流孔板的节流孔依次变小。为了进一步提高管箱总吸热量，上述每排环形管排的弧形换热管从上至下节流孔板的节流孔依次变小。这样能够保证换热温差大的弧形换热管内水流速较高，而换热温差小的换热管内水流速较低，从而更有利于提高总的吸热量，并有利于尽量提高换热管壁温的均匀性。
实施例6
在实施例5的基础上，进一步作了如下改进：如图3所示，为了尽量增加换热面积，并提高环形管排的结构强度，同排弧形管排的各弧形换热管之间用鳍片连接。
实施例7
在实施例6的基础上，进一步作了如下改进：为了减小低温省煤器的阻力，并足够的换热面积，弧形换热管的公称直径为DN25～DN65之间，相邻弧形管排沿着径向的节距不小于两倍弧形换热管公称直径。
经实践，上述各例的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，可很好地解决传统低温省煤器易出现的磨损、腐蚀、泄漏等问题(磨损速率和腐蚀速率均降至0.1mm/年以下)，具有布置合理、换热效率高等优势，用于大型燃煤发电机组，节煤量达1.5g/kWh以上，工程经济价值显著。

Claims (8)

1.一种回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：低温省煤器管箱布置在回转式空预器烟气侧冷端正下方，低温省煤器管箱的横截面呈扇形；低温省煤器管箱包括沿周向依次设置的进水联箱、管组件和出水联箱；管组件沿径向包括两排以上同心设置的弧形管排，且所有弧形管排均与空预器转子同心设置；每排弧形管排均由两根以上沿轴向排列的弧形换热管组成，弧形换热管的一端为进水端、另一端为出水端，弧形换热管的进水端与进水联箱连通，弧形换热管的出水端与出水联箱连通；
回转式空预器转子冷端端面通过周向隔板分成N个同心环，N≥2，在至少一个冷介质分仓的冷端设置N个异形冷介质管道，异形冷介质管道一端为扇形口、另一端为矩形口，各扇形口与同心环一一对应设置，扇形口的两侧径向边连接在对应同心环内的冷端扇形板侧边，且扇形口所处平面与冷端扇形板的密封面齐平；各矩形口设置可调节冷介质流量的自动调节门。
2.如权利要求1所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：低温省煤器的冷介质流向与空预器旋转方向相反。
3.如权利要求1或2所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：同排弧形管排的弧形换热管的长度和弧度均一致；各排弧形管排之间相互平行。
4.如权利要求1或2所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：沿径向并指向空预器转子中心的方向上，弧形管排的轴向长度逐渐缩短、使得管组件的横截面呈扇形；进水联箱和出水联箱的横截面均呈扇形，进水联箱上有进水管，出水联箱上设有出水管。
5.如权利要求4所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：弧形换热管的进水端或出水端装节流孔板，且沿径向并指向空预器转子中心的方向上，节流孔板的节流孔依次变小。
6.如权利要求5所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：每排环形管排的弧形换热管从上至下节流孔板的节流孔依次变小。
7.如权利要求1或2所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：弧形换热管的公称直径为DN25~DN65之间，相邻弧形管排沿着径向的节距不小于两倍弧形换热管公称直径。
8.如权利要求1或2所述的回转式空预器下游壁温动态可调的低温省煤器，其特征在于：同排弧形管排的各弧形换热管之间用鳍片连接。
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