CN207778489U - 电站锅炉用回转式空气预热器及烟气-空气换热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电站锅炉用回转式空气预热器及包括该电站锅炉用回转式空气预热器的烟气‑空气换热系统，其中电站锅炉用回转式空气预热器包括由固定扇形密封板分隔成的烟气仓和空气仓，所述空气仓由活动扇形板分隔成大小可调的逆流分仓和变向分仓，该逆流分仓和变向分仓的冷端均与一冷风输入风道可控连通，所述逆流分仓的热端、变向分仓的热端及冷端分三路与一热风输出风道可控连通，所述冷风输入风道和热风输出风道通过一循环风机与变向分仓的热端可控连通。本实用新型通过改变烟气与空气逆流换热的型式，将部分空气切换为与烟气顺流换热，控制和改善因机组脱硝氨逃逸超标导致的硫酸氢铵积灰腐蚀，提高冷端综合温度的效率更高，对机组经济性影响小。

Description

电站锅炉用回转式空气预热器及烟气-空气换热系统

技术领域

本实用新型涉及一种电站锅炉用回转式空气预热器及烟气-空气换热系统。

背景技术

空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量来预热空气从而提高锅炉效率的一个重要设备，其效能对机组效率有很大的影响。为产生最大化的效能，目前，国内80%以上大型机组都是使用烟气-空气纯逆流换热的回转式空气预热器。

由于锅炉内化石燃料的燃烧产物通常包含三氧化硫（SO₃）和水蒸气（H₂O）两者，三氧化硫与水蒸气结合，当烟气在空气预热器内部冷却到足够程度时（空气预热器内部填充的蓄热元件金属壁面温度低于硫酸蒸汽的露点时），将会冷凝成液态硫酸（H₂SO₄），形成对金属蓄热元件的强烈腐蚀，同时，烟气中的飞灰颗粒粘附在蓄热元件表面，导致结垢，由于气体流动通道截面积减少，导致空气预热器的传热效率降低，流动阻力增大，风机电耗增加，严重影响锅炉的安全与经济运行。采用SCR烟气脱硝技术的电站锅炉，一方面由于催化剂的作用，将部分SO2氧化为SO₃，一方面由于烟气中NH₃/NO摩尔比、烟气流场等分布不均匀的影响，催化剂下游的烟气中不可避免的存在少量逃逸的未反应还原剂NH₃，并与烟气中的SO₃、H₂O等组分反应生成硫酸氢铵（ABS），该物质在约150-210℃的温度区间范围内开始凝结，一般位于传统电站锅炉空气预热器的中温段底部和低温段范围内，由于该物质具有较强的粘性，从而粘附飞灰造成堵塞。且经研究发现，由ABS产生的积灰，通常在蓄热元件分层处更为明显。

目前，常规用于去除积灰沉积的方式主要有热清洗和蒸汽吹灰两种。经过长期的实践表明，这两种方式均存在一定问题：

1、空气预热器蓄热元件表面沉积的硫酸氢铵，在一定温度条件下会发生分解反应，周期性的使蓄热元件表面温度升高，从而使沉积产物分解并被气流剥离携带的热清洗方法，虽可有助于防止积灰趋势增长，确保机组的安全运行，但长期的热清洗不但会使空气预热器下流的空气温度超高，影响下流设备的使用寿命，还会使空气预热器转子产生高温变形，导致回转卡塞，严重影响机组效率及设备寿命。

2、回转式空气预热器冷端蓄热元件采用封闭板型，且其表面经过了镀搪瓷工艺处理，光洁度更高，防腐蚀和积灰性能较热端和中温段元件更好，表面沉积物一般能够通过定期蒸汽吹灰的方式有效去除；但因蒸汽吹灰的力度有限，其吹灰深度基本只能达到回转式空气预热器的低温段蓄热元件上，对于中温段蓄热元件上的沉积腐蚀产物往往无能无力，因此，在空气预热器中温段蓄热元件的底部区域内仍然存在ABS腐蚀积灰，对锅炉的安全与经济运行造成严重影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种换热效率高、蒸汽吹灰效果好、不会影响下流设备及空气预热器转子性能的电站锅炉用回转式空气预热器及烟气-空气换热系统。

本实用新型提供的这种电站锅炉用回转式空气预热器，包括由固定扇形密封板分隔成的烟气仓和空气仓，所述空气仓由活动扇形板分隔成大小可调的逆流分仓和变向分仓，该逆流分仓和变向分仓的冷端均与一冷风输入风道可控连通，所述逆流分仓的热端、变向分仓的热端及冷端分三路与一热风输出风道可控连通，所述冷风输入风道和热风输出风道通过一循环风机与变向分仓的热端可控连通。

为降低成本，减少风道的数量及占用空间，所述冷风输入风道分别经由冷端逆流风道和冷端变向风道与逆流分仓的冷端和变向分仓的冷端连通，在所述冷端逆流风道和冷端变向风道上分别安装有冷端逆流隔离阀和冷端变向隔离阀，位于冷端变向隔离阀出口侧的冷端变向风道通过一联络风道与热风输出风道连通，在所述联络风道上安装有联络隔离阀，所述逆流分仓的热端、变向分仓的热端分别经由热端逆流风道、热端变向风道与热风输出风道连通，在所述热端逆流风道和热端变向风道上分别安装有热端逆流隔离阀和热端变向隔离阀，所述循环风机的进气口通过一循环风机入口风道与冷风输入风道连通，在循环风机入口风道上安装有顺流入口隔离阀，位于该顺流入口隔离阀出口侧的循环风机入口风道通过一再循环风门与联络风道连通，所述循环风机的出气口通过一循环风机出口风道与位于热端变向隔离阀入口侧的热端变向风道连通。

为防止加热后的空气灌入循环风机内造成热量流失并损害循环风机内部元件，在所述循环风机出口风道上安装有循环风机出口隔离门。

为方便调整经过变向分仓的顺流风量与冷风输入风道总风量的比例，增加顺流风的比例，提升本实用新型整体温度水平的效果，在所述循环风机的进气口与循环风机入口风道之间安装有流量调节阀。

所述空气仓有两个并分别为一次风分仓和二次风分仓，所述一次风分仓和二次风分仓均由活动扇形板分隔成大小可调的逆流分仓和变向分仓，所述冷风输入风道、热风输出风道和循环风机均有两个并分别与一次风分仓和二次风分仓对应连通。

本实用新型还提供了一种烟气-空气换热系统，包括上述任一所述的电站锅炉用回转式空气预热器。

为解决较高流量顺流比例下，空气仓出口风温偏低，影响锅炉燃烧稳定的问题，在所述烟气仓的出气口与冷风输入风道之间连接有换热器。

为有效解决采用顺流-逆流混合布置方式后，较高顺流流量比例工况下，烟气仓出口排烟温度升高，以及空气仓出口空气温度降低的问题，在所述热风输出风道上安装有加热器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、控制冷风输入风道分别与逆流分仓和变向分仓的冷端连通，逆流分仓和变向分仓的热端分别与热风输出风道连通，可在机组负荷、环境温度均较高，硫酸氢铵和硫酸沉积带全部位于冷端蓄热元件范围内，空气预热器积灰倾向较小时，实现烟气-空气的纯逆流换热，提高换热效率。

2、控制冷风输入风道分别与逆流分仓和变向分仓的冷端连通，逆流分仓和变向分仓的热端、变向分仓的冷端分别与热风输出风道连通，在烟气-空气的纯逆流换热的基础上，使部分空气未流通空气预热器转子，增大烟气/空气的热容比，降低空气对预热器的冷却效果，让空气预热器转子整体温度水平升高，硫酸氢铵和硫酸蒸汽的沉积区间向冷端方向下移，有利于积灰产物通过蒸汽吹灰方式清除。

3、在逆流分仓保持逆流换热的情况下，控制冷风输入风道与变向分仓的热端连通，将变向分仓的逆流换热换成顺流换热，可有效控制空气预热器积灰倾向；通过循环风机将热风输出风道与变向分仓的热端连通，使因烟气-空气顺流换热而生产的出口低热风被吸入再次循环加热，以提高顺流换热条件下空气仓的出口温度，确保锅炉稳定燃烧。

4、通过调节活动扇形板控制对应逆流分仓和变向分仓的体积比例，改变空气侧顺流、逆流换热的流量分配比例，保证合适的出口热风温度水平，平衡各分仓流动阻力，减小风机功耗。

本实用新型通过改变烟气与空气逆流换热的型式，根据机组负荷、燃用煤质和空气预热器入口烟气、空气温度的变化，将部分空气切换为与烟气顺流换热，从而改变换热效率和内部金属蓄热元件温度场分布，控制和改善因机组脱硝氨逃逸超标导致的硫酸氢铵积灰腐蚀，以及燃用高硫煤和SCR脱硝催化剂催化反应导致的低温腐蚀；相对于传统暖风器等防积灰措施，本实用新型提高冷端综合温度的效率更高，且对机组经济性影响较小。

附图说明

图1为本实用新型电站锅炉用回转式空气预热器的结构示意图。

图2为本实用新型烟气-空气换热系统的结构示意图。

图中示出的标记及所对应的构件名称为：

1、固定扇形密封板；2、烟气仓；3（3a/3b）、空气仓；4、冷风输入风道；5、热风输出风道；6、循环风机；7、流量调节阀；8、换热器；9、加热器；21、入口烟气；22、出口烟道；31、活动扇形板；32、逆流分仓；33、变向分仓；41、冷端逆流风道；42、冷端变向风道；43、联络风道；51、热端逆流风道；52、热端变向风道；61、循环风机入口风道；62、再循环风门；63、循环风机出口风道；411、冷端逆流隔离阀；421、冷端变向隔离阀；431、联络隔离阀；511、热端逆流隔离阀；521、热端变向隔离阀；611顺流入口隔离阀；631、循环风机出口隔离门。

具体实施方式

从图1可以看出，本实用新型这种电站锅炉用回转式空气预热器，包括冷风输入风道4、热风输出风道5、循环风机6、由固定扇形密封板1分隔成的烟气仓2和空气仓3，空气仓3由活动扇形板31分隔成大小可调的逆流分仓32和变向分仓33，烟气仓2的热端与入口烟气21连通，烟气仓2的冷端为出气口并与出口烟道22连通，逆流分仓32和变向分仓33的冷端均与冷风输入风道4可控连通，逆流分仓32的热端、变向分仓33的热端及冷端分三路与热风输出风道5可控连通，冷风输入风道4和热风输出风道5通过循环风机6与变向分仓33的热端可控连通。

从图1可以看出，本实用新型这种电站锅炉用回转式空气预热器还包括冷端逆流风道41、冷端变向风道42、联络风道43、热端逆流风道51、热端变向风道52、循环风机入口风道61、再循环风门62、循环风机出口风道63和流量调节阀7，其中，

逆流分仓32的冷端通过冷端逆流风道41与冷风输入风道4连通，在冷端逆流风道41上安装有控制其连通的冷端逆流隔离阀411；

变向分仓33的冷端通过冷端变向风道42与冷风输入风道4连通，在冷端变向风道42上安装有控制其连通的冷端变向隔离阀421；

联络风道43连接在冷端变向隔离阀421出口侧的冷端变向风道42与热风输出风道5之间，在联络风道43上安装有控制其连通的联络隔离阀431；

逆流分仓32的热端通过热端逆流风道51与热风输出风道5连通，在热端逆流风道51上安装有控制其连通的热端逆流隔离阀511；

变向分仓33的热端通过热端变向风道52与热风输出风道5连通，在热端变向风道52上安装有控制其连通的热端变向隔离阀521；

循环风机入口风道61连接在冷风输入风道4与循环风机6的进气口之间，在循环风机入口风道61上安装有控制其连通的顺流入口隔离阀611；

再循环风门62连接在顺流入口隔离阀611出口侧的循环风机入口风道61与联络风道43之间；

循环风机出口风道63连接在热端变向隔离阀521入口侧的热端变向风道52与循环风机6的出气口之间，在循环风机出口风道63上安装有控制其连通的循环风机出口隔离门631；

流量调节阀7安装在循环风机6的进气口与循环风机入口风道61之间。

从图1可以看出，以传统布置型式的三分仓回转式空气预热器为例，本实用新型的空气仓3有两个并分别为一次风分仓3a和二次风分仓3b，一次风分仓3a和二次风分仓3b均由活动扇形板31分隔成大小可调的逆流分仓32和变向分仓33，冷风输入风道4、热风输出风道5和循环风机6均有两个并分别与一次风分仓32和二次风分仓33对应连通。

以三分仓回转式空气预热器为例，在本实用新型的具体使用过程中如下：

1、锅炉燃烧产生的烟气流Ⅰ自上向下流动，入口二次风气流Ⅱ从与二次风分仓3b连通的冷风输入风道4流入，入口一次风气流Ⅲ从与一次风分仓3a连通的冷风输入风道4流入，空气预热器转子的旋转方向为：烟气-二次风-一次风。

2、当机组负荷较高，环境温度较高，硫酸氢铵和硫酸沉积带全部位于冷端蓄热元件范围内，空气预热器积灰倾向较小时，打开一次风分仓3a和二次风分仓3b上的冷端逆流隔离阀411、冷端变向隔离阀421、热端逆流隔离阀511和热端变向隔离阀521，关闭其余隔离阀及隔离门，入口二次风气流Ⅱ和入口一次风气流Ⅲ均分别经由相应的冷端逆流风道41和冷端变向风道42逆流进入对应的逆流分仓32和变向分仓33，与转子蓄热元件完成换热过程后，高温气流分别经由热端逆流风道51和热端变向风道52流入热风输出风道5，此时，空气-烟气为纯逆流换热，换热效率高。

3、当机组低负荷运行时，若本实用新型的积灰倾向略有增加时，在上述步骤2操作的基础上，打开联络隔离阀431，分流部分入口气流经由联络风道43，汇入热风输出风道5。由于部分入口气流未流通空气预热器转子，导致本实用新型的烟气/空气热容比增大，空气对预热器的冷却效果减弱，空气预热器转子整体温度水平升高，硫酸氢铵和硫酸蒸汽的沉积区间向冷端方向下移，有利于积灰产物通过吹灰等方式清除。

4、当空气预热器积灰倾向进一步增加时，在上述步骤3操作的基础上，将冷端逆流隔离阀411和热端逆流隔离阀511继续打开，使逆流通道仍保持流通，同时，调整活动扇形板31至适当位置，关闭冷端变向隔离阀421、热端变向隔离阀521，打开顺流入口隔离阀611、流量调节阀7、循环风机出口隔离门631，启动循环风机6，则入口二次风气流Ⅱ和入口一次风气流Ⅲ均分别经由相应的冷端变向风道42流入对应的循环风机入口风道61，经循环风机6升压后，流经循环风机出口风道63，由热端变向风道52，进入变向分仓33，与烟气顺流换热后，加热的气流经由联络风道43，与逆流分仓32的出口气流合并后，进入热风输出风道5。

5、开大流量调节阀7，增加循环风机6的吸力，经过变向分仓33的顺流风量与冷风输入风道4输入总流量的比例变大，本实用新型整体温度水平提升效果更明显。

6、由于烟气-空气顺流换热条件下，空气预热器的换热效率降低，空气仓3出口热风温度降低，可能对锅炉制粉系统干燥出力和稳定燃烧产生影响，此时，打开并调节再循环风门62，使得部分顺流出口热风在压力差的作用下，进入循环风机6入口，并与冷风掺混，此部分循环热风提高了变向分仓33的出口热风温度。

由于硫酸氢铵（ABS）和硫酸蒸汽（H2SO4）产生的腐蚀积灰，其范围和程度，与气体组分产物的浓度和露点温度，以及蓄热元件沿气体流动方向和转子旋转方向的温度分布规律有关。通过上述步骤改变转子内部的温度分布，使得不同环境温度、机组负荷条件下，沉积腐蚀产物的影响区间仅限于冷端蓄热元件，就能通过蒸汽吹灰的手段有效去除本实用新型内的积灰，将其对机组运行的影响减至最低。

从图2可以看出，在本实用新型这种烟气-空气换热系统，包括上述电站锅炉用回转式空气预热器、换热器8和加热器9，电站锅炉用回转式空气预热器的空气仓3有两个并分别为一次风分仓3a和二次风分仓3b，冷风输入风道4和热风输出风道5均有两个，一次风分仓3a和二次风分仓3b的冷端分别与一冷风输入风道4可控连通，一次风分仓3a和二次风分仓3b的热端分别与一热风输出风道5可控连通，换热器8连接在烟气仓2的出口烟道22下游与各冷风输入风道4之间形成中间介质换热装置，换热器8可采用热管、水媒介等类型换热器，方便进一步降低出口烟气温度水平，使其满足除尘、脱硫系统的工艺要求，同时提高空气预热器进口温度水平，对减轻积灰沉积有利，可有效解决采用顺流-逆流混合布置方式后，较高顺流流量比例工况下，空气预热器出口排烟温度升高，以及空气预热器出口空气温度降低的问题；加热器9安装在各热风输出风道5上，可采用燃油、燃气燃烧器、间壁式加热器等多种型式，可解决较高流量顺流比例下，空气预热器出口风温偏低，影响锅炉燃烧稳定，和一次风干燥出力不足的问题，。

在实际运行中，上述一次风分仓3a和二次风分仓3b中，变向分仓33的扇区角度、空气介质流向、空气介质流量、以及是否需要开启再循环风门62以提高出口热风温度，可根据机组的入炉煤质、机组负荷、脱硝系统运行情况、入口烟温和环境温度水平、空气预热器转子金属壁温分布、空气预热器积灰和压差上升情况等综合因素判断，进行灵活的组合方式调整，成为电站锅炉回转式空气预热器综合防积灰沾污的系统解决方案。

Claims (8)

1.一种电站锅炉用回转式空气预热器，包括由固定扇形密封板（1）分隔成的烟气仓（2）和空气仓（3），其特征在于：所述空气仓由活动扇形板（31）分隔成大小可调的逆流分仓（32）和变向分仓（33），该逆流分仓和变向分仓的冷端均与一冷风输入风道（4）可控连通，所述逆流分仓的热端、变向分仓的热端及冷端分三路与一热风输出风道（5）可控连通，所述冷风输入风道和热风输出风道通过一循环风机（6）与变向分仓的热端可控连通。

2.根据权利要求1所述的电站锅炉用回转式空气预热器，其特征在于：所述冷风输入风道分别经由冷端逆流风道（41）和冷端变向风道（42）与逆流分仓的冷端和变向分仓的冷端连通，在所述冷端逆流风道和冷端变向风道上分别安装有冷端逆流隔离阀（411）和冷端变向隔离阀（421），位于冷端变向隔离阀出口侧的冷端变向风道通过一联络风道（43）与热风输出风道连通，在所述联络风道上安装有联络隔离阀（431），所述逆流分仓的热端、变向分仓的热端分别经由热端逆流风道（51）、热端变向风道（52）与热风输出风道连通，在所述热端逆流风道和热端变向风道上分别安装有热端逆流隔离阀（511）和热端变向隔离阀（521），所述循环风机的进气口通过一循环风机入口风道（61）与冷风输入风道连通，在循环风机入口风道上安装有顺流入口隔离阀（611），位于该顺流入口隔离阀出口侧的循环风机入口风道通过一再循环风门（62）与联络风道连通，所述循环风机的出气口通过一循环风机出口风道（63）与位于热端变向隔离阀入口侧的热端变向风道连通。

3.根据权利要求2所述的电站锅炉用回转式空气预热器，其特征在于：在所述循环风机出口风道上安装有循环风机出口隔离门（631）。

4.根据权利要求2所述的电站锅炉用回转式空气预热器，其特征在于：在所述循环风机的进气口与循环风机入口风道之间安装有流量调节阀（7）。

5.根据权利要求1至4任一所述的电站锅炉用回转式空气预热器，其特征在于：所述空气仓（3）有两个并分别为一次风分仓（3a）和二次风分仓（3b），所述一次风分仓和二次风分仓均由活动扇形板分隔成大小可调的逆流分仓和变向分仓，所述冷风输入风道、热风输出风道和循环风机均有两个并分别与一次风分仓和二次风分仓对应连通。

6.一种烟气-空气换热系统，其特征在于：包括上述权利要求1至5任一所述的电站锅炉用回转式空气预热器。

7.根据权利要求6所述的烟气-空气换热系统，其特征在于：在所述烟气仓的出气口与冷风输入风道之间连接有换热器（8）。

8.根据权利要求6所述的烟气-空气换热系统，其特征在于：在所述热风输出风道上安装有加热器（9）。