CN201795517U - 智能脱硝回转式空气预热器 - Google Patents

智能脱硝回转式空气预热器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种智能脱硝回转式空气预热器，适用于已采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉，是一种采用DCS控制的智能脱硝回转式空气预热器。受DCS控制，预热器的转子转速在0.05NH至NH(额定转速)区间无级可控，确保中温段传热元件不积灰，低温段传热元件积灰轻微、可控。引入热清灰新概念，新的清灰手段。采用不锈钢低温段传热元件流道更通畅，更不易堵灰、腐蚀，设计寿命更长，在相同的容积中可以布置更多的传热面积，提高锅炉运行效率。本实用新型也可用于尚未采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉，其表现是一种抗堵灰抗腐蚀高效节能的回转式空气预热器。本实用新型适用于中心驱动回转式空气预热器和围带传动回转式空气预热器。

Description

智能脱硝回转式空气预热器 
(一)技术领域：本实用新型涉及一种电站锅炉用的智能脱硝回转式空气预热器。脱硝回转式空气预热器是采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉用的回转式空气预热器的简称，也可以进一步简称为脱硝预热器。本实用新型是一种采用DCS(分布式控制系统)控制的智能脱硝回转式空气预热器 
本实用新型适用于中心驱动空气预热器和围带传动回转式空气预热器。 
(二)背景技术：
回转式空气预热器是电站锅炉的一个重要部套，利用电站锅炉省煤器出口烟气的热量加热电站锅炉燃烧所需要的一次风和二次风，回转式空气预热器转子中的传热元件以回转的方式先后通过烟气流道和一次风、二次风流道，在烟气流道中被加热，在一次风、二次风流道中放热。 
现有技术的电站锅炉回转式空气预热器按转子驱动形式不同分为中心驱动和围带传动两种。 
SCR催化剂的氧化特性能把烟气中少量的SO2氧化成SO3，SO3能和逃逸的氨反应生成硫酸氢铵，硫酸氢铵的露点高达176℃是一种粘附性很强的物质，为避免预热器的中温段传热元件发生严重积灰又无法用吹灰器吹通，现有技术的电站锅炉脱硝回转式空气预热器采用增加低温段传热元件高度取消中温段传热元件；传热元件使用小封闭流道，保证吹灰气流穿透，同时压力损失不大；使用搪瓷表面传热元件；采用双工质吹灰系统；提高电站锅炉设计负荷下的排烟温度等技术手段，这些技术手段的采用大大提高了脱硝回转式空气预热器的造价，也降低了电站锅炉的设计效率。 
现有技术的电站锅炉脱硝回转式空气预热器的转子，在电站锅炉从启动到停炉的整个运行周期中，一直以转速NH(额定转速)运行。 
有一些脱硝回转式空气预热器转子的驱动电机配有变频电源，但变频电源仅作为软启动装置，用于降低脱硝回转式空气预热器启动过程中的角加速度以降低所必需的启动力矩。 
(三)发明内容：
采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉的烟气在SCR反应器出口，逃逸氨的浓度一般可以控制不超过3ppm，SO3和逃逸氨反应生成硫酸氢铵并堵塞传热元件流道是一个缓慢渐进的过程，硫酸氢铵在温度150-190℃区域开始凝聚，这一温度一般位于现有技术预热器的中温段传热元件下部和低温段传热元件上部，逐渐形成传热元件表面的积灰层，通常2-3周，粘附大量的灰份导致传热元件流道堵塞，由于恰好位于分层处，大量的积灰也卡堵在中温段传热元件和低温段传热元件之间，吹灰器难以清除。硫酸氢铵的凝聚积灰在电站锅炉低负荷时明显较重，位置较高，区域较大，通常会侵入中温段传热元件。 
本实用新型是一种采用DCS(分布式控制系统)控制的智能脱硝回转式空气预热器，由转子本体(1)、转子轴系(2)、主轴承(3)、导向轴承(4)、中心桁架(5)、主座架(6)、侧座架(7)、一次风座架(8)、外壳板组件(9)、热端连接环(10)、冷端连接环(11)、热端扇形密封板(12)、冷端扇形密封板(13)、热端烟风接口(14)、冷端烟风接口(15)、高温段传热元件(16)、中温段传热元件(17)、低温段传热元件(18)、驱动电机(19)、减速机(20)、带控制接口的变频电源(21)、DCS控制柜(22)、DCS操作员站(23)组 成。 
本实用新型专利智能脱硝回转式空气预热器，在电站锅炉整个运行周期中，受DCS控制柜(22)控制，改变带有控制接口的变频电源(21)的输出频率，驱动电机(19)随之改变转速，经减速机(20)使转子本体(1)的转速在0.05NH至NH(额定转速)区间变速运行，无级可控。DCS操作员站(23)是智能脱硝回转式空气预热器转子本体(1)变速运行的人机接口。 
本实用新型专利在电站锅炉带中、低负荷时，在DCS(分布式控制系统)控制下智能脱硝回转式空气预热器的转子本体(1)转速相应降低，空气预热器的换热能力也相应降低，锅炉排烟温度(回转式空气预热器出口烟气平均温度)升高，同时在转子本体(1)的转速甚低时，智能脱硝回转式空气预热器的转子本体(1)出口扇型烟气通流区域的一侧局部烟温升高更多，足以把硫酸氢铵的凝聚积灰起始点赶出中温段传热元件。本实用新型的DCS自寻优模块可以找到一条转子安全转速对锅炉负荷的曲线，转子转速按该曲线运行，在高、中、低各种负荷下，在中温段传热元件不会发生硫酸氢铵的凝聚积灰，同时锅炉排烟温度长周期保持在经济合理的温度。 
本实用新型专利在预热器吹灰时段，转子本体(1)的转速以比上述曲线更低的转速运行，智能脱硝回转式空气预热器的转子本体(1)以甚低转速运行时，中温段传热元件、低温段传热元件可以在转子本体(1)每转一周中的一小段时间内被烟气加热到硫酸氢铵的露点温度以上，形成热清灰效应。再配用燃气脉冲式吹灰器、蒸汽吹灰器等常规吹灰器足已取得良好的吹灰效果，昂贵的高耗能的双工质吹灰系统并非必要。 
本实用新型专利传热元件可以按高温段、低温段2段式布置，也可以按高温段、中温段、低温段3段式布置，减少昂贵的搪瓷表面传热元件的用量，可以降低新型脱硝空气预热器的制造成本。 
本实用新型专利的低温段传热元件选用比搪瓷表面传热元件流道更通畅，更不易堵灰、腐蚀，设计寿命更长的不锈钢传热元件，不锈钢传热元件板厚0.4mm，材质0Cr13、00Cr17、0Cr17Mo，类DNF板形。不锈钢传热元件在转子转速甚低时升温速度显著高于搪瓷表面传热元件，积灰更易脱离，在配用燃气脉冲式吹灰器时不会发生搪瓷表面早期脱落问题，使用寿命更长。相同的传热面积不锈钢传热元件的重量大约只有搪瓷表面传热元件的一半，转子主轴承荷重减少，寿命增加；在相同的容积中可以布置更多的传热面积，电站锅炉的保证热效率可以提高。本实用新型的低温段传热元件也可以配用搪瓷表面传热元件。 
本实用新型专利采用的带控制接口的变频电源(21)具有矢量控制特性或直接转矩控制特性，配有冷却风扇，以获得必要的启动转矩和低转速转矩并长周期安全运行。变频电源所带的转速控制接口可以是模拟量接口，如4_20mA、0_10V，也可以是数字接口，如RS485、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。带控制接口的变频电源(21)自带入口开关、出口开关、旁路开关、滤波器，其机柜的材质与防护等级与安装位置相适应。 
DCS控制柜(22)和DCS操作员站(23)的硬、软件一般选用与电站锅炉所用的DCS(分布式控制系统)相同供应商的同系列产品，以便通讯和数据共享。在多数情况下，DCS控制柜(22)和DCS操作员站(23)可以利用电站锅炉所用的DCS拥有的硬、软件备用空间，以降低电站投 资和使整个电厂的控制设备一体化。 
本实用新型提供了一种电站锅炉用的智能脱硝回转式空气预热器，对同步建设SCR烟气脱硝技术的电站锅炉提供了一种高性价比的选择。 
本实用新型也可用于尚未采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉，其表现是一种抗堵灰、抗腐蚀、高效节能的回转式空气预热器。 
本实用新型适用于中心驱动回转式空气预热器和围带传动回转式空气预热器。虽然两者驱动方式不同，但包含一个或者多个相同或者相应的特定技术特征，即在电站锅炉整个运行周期中，受DCS控制，改变变频电源的输出频率，随之驱动电机改变转速，经减速机，使回转式空气预热器的转子转速在0.05NH至NH(额定转速)区间改变，无级可控。对本实用新型新型智能脱硝回转式空气预热器而言，只要将中心驱动减速机部套更换为围带传动的减速机部套和围带即可实现同功能替换。 
采用本实用新型的效益在于： 
●在锅炉设计阶段，可以选择相对现有技术，采用更低的锅炉额定负荷下的排烟温度，以提高锅炉的设计效率，而不必担心锅炉低负荷工况下在空气预热器的中、低温传热元件发生严重的积灰、堵灰与腐蚀，可避免在锅炉额定负荷下的排烟温度的异常升高。 
●显著降低脱硝回转式空气预热器的制造成本。 
●传热元件可以按高温段、中温段、低温段三段式布置，减少昂贵的搪瓷表面传热元件的用量，可以降低脱硝空气预热器的制造成本。 
●采用不锈钢传热元件使流道更通畅，更不易堵灰，抗腐蚀能力更强，设计寿命更长。不锈钢传热元件在转子转速甚低时升温速度显著高于搪瓷表面传热元件，积灰更易脱离，在配用燃气脉冲式吹灰器时不会发生搪瓷表面早期脱落问题，使用寿命更长。相同的传热面积不锈钢传热元件的重量大约只有搪瓷表面传热元件的一半，转子主轴承荷重减少，寿命增加；在相同的容积中可以布置更多的传热面积。 
●可以提高现有技术回转式空气预热器抗堵灰、抗腐蚀的能力，有效延长预热器传热元件的使用寿命，特别适合现役电站锅炉增加SCR烟气脱硝装置时，对现役的回转式空气预热器进行技术改造。 
●引入热清灰新概念，提供新的清灰手段。不必采用昂贵的双工质吹灰系统。 
●可以改善预热器吹灰器的吹灰效果，防止预热器受热面压降过度升高，降低预热器漏风系数，降低引风机电耗。 
●电站锅炉排烟温度长周期平均值最低，提高电站锅炉运行效率。 
●可以降低智能脱硝回转式空气预热器转子的驱动功耗。 
●可以延长智能脱硝回转式空气预热器转子承重轴承的使用寿命。 
●可以减少智能脱硝回转式空气预热器转子的携带漏风。 
●与热风再循环相比，可以显著降低送风机电耗且可控性好。 
●与暖风器相比，无低压蒸汽消耗，减小送风机压头，可以显著降低能耗且可控性好。 
(四)附图说明：
图1智能脱硝回转式空气预热器部套分解图 
图1以中心驱动回转式空气预热器示例。本实用新型适用于中心驱动回转式空气预热器 和围带传动回转式空气预热器，只要将中心驱动减速机部套更换为围带传动的减速机部套和围带即可。本图中未画出围带传动的减速机部套和围带。 
1转子本体        2转子轴系               3主轴承           4导向轴承    5中心桁架 
6主座架          7侧座架                 8一次风座架       9外壳板组件  10热端连接环 
11冷端连接环     12热端扇形密封板        13冷端扇形密封板 
14热端烟风接口   15冷端烟风接口          16高温段传热元件 
17中温段传热元件 18低温段传热元件        19驱动电机 
20减速机         21带控制接口的变频电源  22DCS控制柜 
23DCS操作员站 
(五)具体实施方式：
本实用新型是一种采用DCS(分布式控制系统)控制的智能脱硝回转式空气预热器，由转子本体(1)、转子轴系(2)、主轴承(3)、导向轴承(4)、中心桁架(5)、主座架(6)、侧座架(7)、一次风座架(8)、外壳板组件(9)、热端连接环(10)、冷端连接环(11)、热端扇形密封板(12)、冷端扇形密封板(13)、热端烟风接口(14)、冷端烟风接口(15)、高温段传热元件(16)、中温段传热元件(17)、低温段传热元件(18)、驱动电机(19)、减速机(20)、带控制接口的变频电源(21)、DCS控制柜(22)、DCS操作员站(23)组成。 
本具体实施方式采用的带控制接口的变频电源(21)具有矢量控制特性或直接转矩控制特性，配有冷却风扇，变频电源所带的转速控制接口是4_20mA模拟量接口和RS485数字接口。带控制接口的变频电源(21)自带入口开关、出口开关、旁路开关、滤波器，其机柜的材质与防护等级与安装位置相适应。 
本具体实施方式传热元件按高温段、中温段、低温段3段式布置，减少昂贵的搪瓷表面传热元件的用量，可以降低新型脱硝空气预热器的制造成本。 
本具体实施方式的低温段传热元件选用比搪瓷表面传热元件流道更通畅，更不易堵灰、腐蚀，设计寿命更长的不锈钢传热元件，不锈钢传热元件板厚0.4mm，材质0Cr13，类DNF板形。不锈钢传热元件在转子转速甚低时升温速度显著高于搪瓷表面传热元件，积灰更易脱离，在配用燃气脉冲式吹灰器时不会发生搪瓷表面早期脱落问题，使用寿命更长。相同的传热面积不锈钢传热元件的重量大约只有搪瓷表面传热元件的一半，转子主轴承荷重减少，寿命增加；在相同的容积中可以布置更多的传热面积，电站锅炉的保证热效率可以提高。 
DCS控制柜(22)、DCS操作员站(23)中，内置有以下功能模块，用于智能化控制脱硝回转式空气预热器转子本体(1)的转速： 
a.转子转速及转子角加速度测量和显示模块； 
由接近开关、脉冲整型电路、恒频脉冲发生器、计数器、计算显示模块、变频电源输出频率显示模块等组成。 
b.空气预热器进、出口烟温测量和显示模块； 
每台空气预热器设置2点局部出口烟温测点，该2点局部出口烟温测点布置在烟 气通流区域两侧近转子出口处，在转子转速甚低时该2点局部出口烟温与排烟温度会有显著偏差，可用于评估空气预热器在某工况下的抗堵灰能力。 
空气预热器进口烟温和排烟温度可以共享电站锅炉已有测点数据。 
c.空气预热器二次风进、出口温度测量和显示模块； 
每台空气预热器设置2点二次风局部出口温度测点，该2点局部出口温度测点布置在二次风通流区域两侧近转子处，在转子转速甚低时该2点二次风局部出口温度与二次风热风温度会有显著偏差，可用于评估空气预热器在某些工况下对炉膛燃烧的影响。 
空气预热器二次风进口温度和二次风热风温度可以共享电站锅炉已有测点数据。 
d.空气预热器一次风进、出口温度测量和显示模块； 
空气预热器一次风进口温度和一次风热风温度可以共享电站锅炉已有测点数据。 
e.空气预热器烟侧进、出口差压测量和显示模块； 
直接用差压变送器测量空气预热器烟侧进出口差压，测量精度较高，如电站锅炉已有，可以共享数据。如原无，每台空气预热器需增加1点。 
f.空气预热器转子主/辅驱动电机电流、变频电源输出电流测量和显示模块； 
观察、印证、记录空气预热器转子与扇型密封板是否有触碰。 
g.空气预热器自密封系统扇形板行程协调模块； 
空气预热器转子转速下降过程中，转子的蘑菇型变形会减少，需协调提升自密封系统扇形板，以避免空气预热器转子与扇型密封板触碰。 
h.主发电机电负荷信号、锅炉主蒸汽流量信号模块； 
可以共享电站锅炉已有测点数据。 
i  空气预热器转子降速模块； 
可以选定空气预热器转子降速方式、降速速率、降速目标值。记录与显示各烟温Vs转速，各风温Vs转速曲线。寻找不同主发电机电负荷下空气预热器转子转速的安全值和极限值。 
j  空气预热器转子转速与空气预热器吹灰器协调模块； 
热清灰子模块。 
空气预热器吹灰器与SCR烟气脱硝装置的喷氨系统的协调子模块。 
优化空气预热器吹灰器工作时的空气预热器转子转速、每次吹灰持续时间、两次吹灰的间隔时间，计算和记录空气预热器吹灰器能耗。 
记录与显示燃气脉冲式吹灰器工作时空气预热器转子的已清灰和待清灰区域。 
提供空气预热器吹灰器自投入和吹灰完成信号。 
k  空气预热器转子转速自寻优模块； 
寻优目标： 
*空气预热器转子中温段传热元件不积灰，低温段传热元件积灰轻微，可控。 
*送、引风机长周期平均电耗最低。 
*排烟温度长周期平均值最低。 
*空气预热器吹灰器长周期平均功耗最低。 
l  带控制接口的变频电源(21)的旁路开关控制模块； 
带控制接口的变频电源(21)自带入口开关、出口开关、旁路开关。 
变频电源本体异常时，入口开关、出口开关跳开，变频电源本体出系，旁路开关自 
动投入，以保证电站锅炉的连续安全运行。 
m  通讯模块； 
*与电站锅炉已有DCS共享部分测点数据。 
*与带控制接口的变频电源(21)通讯，指令变频电源输出所需要的频率，监视变频电源的工作状态参数。 
*与SCR反应器出口的逃逸氨测量仪表通讯，空气预热器转子转速与逃逸氨测量值相适应。 
*与空气预热器自密封系统通讯，协调提升/下降自密封系统扇形板。 
*与空气预热器吹灰装置程控系统通讯，协调优化空气预热器吹灰装置的效能。 
n  空气预热器转子轴向剖面传热元件温度分布图模块； 
烟测不同扇区轴向剖面传热元件温度分布图，由实测空气预热器进、出口烟温经计算而得的伪彩色温度分布图，用于评估空气预热器转子不同转速、不同电负荷、不同逃逸氨下的抗堵灰能力。 
o  空气预热器转子启动和停止模块； 
启动和停止方式的选择和控制。 
主、辅预热器转子驱动电机的切换。 
p  智能脱硝回转式空气预热器主菜单模块。 

Claims (6)

1.一种智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：由转子本体(1)、转子轴系(2)、主轴承(3)、导向轴承(4)、中心桁架(5)、主座架(6)、侧座架(7)、一次风座架(8)、外壳板组件(9)、热端连接环(10)、冷端连接环(11)、热端扇形密封板(12)、冷端扇形密封板(13)、热端烟风接口(14)、冷端烟风接口(15)、高温段传热元件(16)、中温段传热元件(17)、低温段传热元件(18)、驱动电机(19)、减速机(20)、带控制接口的变频电源(21)、DCS控制柜(22)、DCS操作员站(23)组成；在电站锅炉整个运行周期中，受DCS控制柜(22)控制，改变带有控制接口的变频电源(21)的输出频率，驱动电机(19)随之改变转速，经减速机(20)使回转式空气预热器的转子本体(1)的转速在0.05NH至NH区间改变，无级可控；DCS操作员站(23)是智能脱硝回转式空气预热器的人机接口；低温段传热元件(18)选用不锈钢传热元件。
2.根据权利要求1所述的智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：带控制接口的变频电源(21)具有矢量控制特性或直接转矩控制特性，配有冷却风扇；带控制接口的变频电源(21)所带的控制接口可以是模拟量接口：4_20mA、0_10V接口，也可以是数字接口：RS485、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SIMOLINK，或者同时具有2类接口。
3.根据权利要求1所述的智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：带控制接口的变频电源(21)自带入口开关、出口开关、旁路开关、滤波器，其机柜的材质与防护等级与安装位置相适应。
4.根据权利要求1所述的智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：在DCS控制柜(22)、DCS操作员站(23)中，内置有转子转速及转子角加速度测量和显示模块；空气预热器进、出口烟温测量和显示模块；空气预热器二次风进、出口温度测量和显示模块；空气预热器一次风进、出口温度测量和显示模块；空气预热器烟侧进、出口差压测量和显示模块；空气预热器转子主/辅驱动电机电流、变频电源输出电流测量和显示模块；空气预热器自密封系统扇形板行程协调模块；主发电机电负荷信号、锅炉主蒸汽流量信号、送引风机电流模块；空气预热器转子降速模块；空气预热器转子转速与空气预热器吹灰装置协调模块；空气预热器转子转速寻优模块；带控制接口的变频电源(21)的旁路开关控制模块；通讯模块；空气预热器转子轴向剖面传热元件温度分布图模块；空气预热器转子启动和停止模块。
5.根据权利要求1所述的智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：每台空气预热器设置有2点空气预热器出口局部烟温测点，该2点空气预热器出口局部烟温测点布置在烟气通流区域近转子出口处的两侧。
6.根据权利要求1所述的智能脱硝回转式空气预热器，其特征在于：每台空气预热器设置有2点二次风空气预热器出口局部温度测点，该2点出口局部温度测点布置在二次风出口通流区域近转子处的两侧。 
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