一种空气预热和烟气余热利用系统及方法与流程

本发明属于锅炉烟气和生产工艺尾气的热回收利用等领域，特别针对锅炉的空气预热技术领域，具体地，涉及一种空气预热和烟气余热利用系统及方法。

背景技术：
传统空气预热器始终存在设备投资、受热面安全、系统正常运行与热效率的耦合问题。增加换热面的投资，将更多烟气热量传递给空气可以提高系统热效率，但降低了排烟温度更易使换热面发生低温腐蚀，同时造成严重堵灰，又降低了传热效率。反之，如果提高排烟温度，虽然可以减轻低温腐蚀和堵灰的危害，但系统热效率降低。在不改变锅炉及热力系统整体设计下，进行传统空预器设计会存在很大的局限。另一方面，空预出口空气温度的设计需满足燃烧系统的需要，对于燃用低挥发份煤和劣质煤的锅炉燃烧系统往往需要较高的热空气温度。这时设计的排烟温度往往高于烟气酸露点很多，造成很大的热损失。单纯改造空气预热器，增加换热面，并不能保障最佳经济性。传统空气预热器均根据设计工况采用固定的设计参数，换热设备的换热能力不可调节。因而，该设计或者使实际锅炉排烟温度过高，造成热损失很大，或者使实际排烟温度过低造成空气预热器的低温腐蚀和堵灰。另外，现有的余热回收技术在设计回收余热的系统时，由于余热回收装置调节能力的限制，或者回收的热量不一定都能得到最佳利用，或者回收热量的设备容量不足。暖风器的设计主要满足冬季加热空预入口空气需要，而且也有较好的回热经济性。现有暖风器可以作为一种烟气排烟温度的调节手段，但其投停控制和调节能力不能适应不同气候和机组负荷变化时环境温度和烟气温度的频繁大幅变动。随着节能减排的要求提高，目前锅炉普遍采用SCR烟气脱硝系统，且空气预热器后排烟温度设计值变得更低。但锅炉采用的SCR脱硝系统会提高烟气酸露点，且脱硝后烟气中的硫酸氢氨(NH4)HSO4，会加剧空气预热器冷端的粘结性堵灰。提高空气预热器的进口风温有利于减轻空气预热器的低温腐蚀和堵灰，但提高风温也会增加空气预热器后的排烟温度，增大排烟损失。目前空气预热器后烟道普遍采用低温省煤器技术进行烟气余热的回收，但该技术不能解决提高空气预热器入口风温与降低空气预热器后烟温的矛盾。另外，由于存在设计偏差，以及避免空气预热器的低温腐蚀和堵灰，目前锅炉排烟温度的设计普遍保守，很多系统通过后部增设低温省煤器来纠正设计偏差，降低排烟损失。但低温省煤器的方案实际上没有实现能量的梯级利用，将可以回到锅炉的低品质热能用于排挤汽机抽汽，去做低参数的朗肯循环，降低了系统的循环热效率和经济性。

技术实现要素：
针对已有技术存在的问题，本发明开发了一种新型的空气预热和烟气余热利用系统，可根据运行条件的改变自动调节排烟换热，实现在确保受热面安全和系统正常运行的前提下，保障热力循环效率和系统经济性的最大化。本发明的空气预热及烟气余热利用系统，包括：烟气通道17、空气通道20、空气预热器9、凝结水烟道换热器8和凝结水空气通道换热器19，其中，还包括：凝结水来水总管15、凝结水回水总管12；所述烟气通道17和空气通道20均与空气预热器9相连；所述凝结水烟道换热器8沿烟气流向布置在空气预热器9后的烟气通道17上；所述凝结水空气通道换热器19沿空气流向布置在空气预热器9前的空气通道20上；所述凝结水空气通道换热器19的凝结水的入口与凝结水来水总管15连接；所述凝结水烟道换热器8的出口与凝结水回水总管12连接；所述凝结水空气通道换热器19的凝结水的出口和凝结水烟道换热器8的入口分别与凝结水烟风道换热器连接管6的两端连接；所述凝结水来水总管15与凝结水烟风道换热器连接管6之间，通过空气通道换热器凝结水旁路管连接，所述空气通道换热器凝结水旁路管上设置有空气通道换热器凝结水旁路调节阀10。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，所述烟气通道(17)上在凝结水烟道换热器(8)的出口管路上设置有烟道换热器出口烟气温度传感器(16)；所述凝结水来水总管(15)上在与空气通道换热器凝结水旁路管连接点之后设置有凝结水空气通道换热器进水调节阀(18)。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，在所述凝结水烟风道换热器连接管6上，与空气通道换热器凝结水旁路管的连接点与凝结水烟道换热器8之间设置有凝结水烟道换热器入口水温传感器7；所述凝结水回水总管12与凝结水烟风道换热器连接管6之间通过烟道换热器凝结水再循环管连接；所述烟道换热器凝结水再循环管的一端连接在凝结水烟风道换热器连接管6上凝结水烟道换热器入口水温传感器7前的任意位置；烟道换热器凝结水再循环管上沿凝结水流向依次设置有烟道换热器凝结水再循环泵13和烟道换热器凝结水再循环调节阀11。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，所述空气通道20上在空气预热器9和凝结水空气通道换热器19之间设置有空气预热器入口空气温度传感器5；所述凝结水来水总管15和烟道换热器凝结水再循环管通过烟风道换热器凝结水再循环管连接；所述烟风道换热器凝结水再循环管的一端连接在烟道换热器凝结水再循环管上烟道换热器凝结水再循环泵13和烟道换热器凝结水再循环调节阀11之间，另一端连接在凝结水来水总管15上空气通道换热器凝结水旁路管与凝结水来水总管15的连接点前；所述烟风道换热器凝结水再循环管上设置有烟风道换热器凝结水再循环调节阀14。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，所述空气通道20上空气预热器入口空气温度传感器5和凝结水空气通道换热器19之间设置有一级蒸汽空气加热器3和二级蒸汽空气加热器4；一级蒸汽空气加热器3和二级蒸汽空气加热器4的蒸汽侧分别与各自的外接汽源进汽管连接，一级蒸汽空气加热器3的外接汽源进汽管设置有一级空气加热进汽调节阀1；二级蒸汽空气加热器4的外接汽源进汽管设置有二级空气加热进汽调节阀2。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，所述空气通道20和凝结水空气通道换热器19之间设置有一级蒸汽空气加热器3和二级蒸汽空气加热器4；一级蒸汽空气加热器3和二级蒸汽空气加热器4的蒸汽侧分别与各自的外接汽源进汽管连接，一级蒸汽空气加热器3的外接汽源进汽管设置有一级空气加热进汽调节阀1；二级蒸汽空气加热器4的外接汽源进汽管设置有二级空气加热进汽调节阀2。根据本发明的空气预热及烟气余热利用系统，作为优选地，所述烟气通道17上在凝结水烟道换热器8后设有低温烟道换热器；所述低温烟道换热器设置在空气通道换热器凝结水旁路管和烟风道换热器凝结水再循环管与凝结水来水总管15的连接位置之间，或者所述低温烟道换热器设置在凝结水空气通道换热器进水调节阀18和空气通道换热器凝结水旁路管与凝结水来水总管15的连接位置之间。本发明提供的基于上述空气预热及烟气余热利用系统的空气预热及烟气余热利用方法，包括以下步骤：流经空气通道换热器19的凝结水来水总管15内的凝结水与空气通道20内的空气换热，凝结水将热量传递给空气，凝结水温度降低，空气温度升高；所述烟气通道17内的高温烟气流经空气预热器9，与空气通道20内流经凝结水空气通道换热器19被加热后进入空气预热器9的空气换热，使烟气温度降低，空气温度提高；所述空气预热器9后烟气通道17内的热烟气流经凝结水烟道换热器8，将热量传递给流经凝结水烟道换热器8的凝结水，使烟气温度降低，凝结水温度提高；吸收了烟气余热的温度较高的凝结水经凝结水回水总管12回到热力系统，将烟气余热得以利用。所述空气通道换热器凝结水旁路调节阀10根据烟道换热器出口烟气温度传感器16测量值控制开度；所述烟道换热器出口烟气温度传感器16所测量的烟气温度高于烟道换热器出口烟气温度设定第1值，空气通道换热器凝结水旁路调节阀10开度增大，以减小或消除测量的烟道换热器出口烟气温度与烟道换热器出口烟气温度设定第1值之间的偏差；或者，所述烟道换热器出口烟气温度传感器16所测量的烟气温度低于烟道换热器出口烟气温度设定第1值，空气通道换热器凝结水旁路调节阀10开度减小；凝结水空气通道换热器进水调节阀18配合空气通道换热器凝结水旁路调节阀10调节；所述烟道换热器出口烟气温度传感器16所测量的烟气温度高于烟道换热器出口烟气温度设定第1值，凝结水空气通道换热器进水调节阀18开度减小，以减小或消除测量的烟道换热器出口烟气温度与烟道换热器出口烟气温度设定第1值之间的偏差；或者，所述烟道换热器出口烟气温度传感器16所测量的烟气温度低于烟道换热器出口烟气温度设定第1值，凝结水空气通道换热器进水调节阀18开度增大。根据本发明的空气预热及烟气余热利用方法，作为优选地，所述空气通道换热器凝结水旁路调节阀10和凝结水空气通道换热器进水调节阀18根据凝结水烟道换热器入口水温传感器7的测量值控制开度，控制凝结水烟道换热器8的入口凝结水温，防止凝结水烟道换热器8发生严重的低温腐蚀和堵灰；其中，为了设备安全，凝结水旁路调节阀(10)受水温传感器(7)所测量的凝结水温度控制优先于根据烟道换热器出口烟气温度传感器(16)测量值控制开度；所述凝结水烟道换热器入口水温传感器7所测量的凝结水温度低于凝结水烟道换热器入口水温设定值1，空气通道换热器凝结水旁路调节阀10开度增大，以减小或消除测量的凝结水烟道换热器入口水温与凝结水烟道换热器入口水温设定值1之间的偏差；或者，所述凝结水烟道换热器入口水温传感器7所测量的凝结水温度高于凝结水烟道换热器入口水温设定值1，空气通道换热器凝结水旁路调节阀10开度减小；所述凝结水空气通道换热器进水调节阀18配合空气通道换热器凝结水旁路调节阀10调节；所述凝结水烟道换热器入口水温传感器7所测量的凝结水温度低于凝结水烟道换热器入口水温设定值1，凝结水空气通道换热器进水调节阀18开度减小，以减小或消除测量的凝结水烟道换热器入口水温与凝结水烟道换热器入口水温设定值1之间的偏差；或者，所述凝结水烟道换热器入口水温传感器7所测量的凝结水温度高于凝结水烟道换热器入口水温设定值1，凝结水空气通道换热器进水调节阀18开度增大。根据本发明的空气预热及烟气余热利用方法，作为优选地，通过烟道换热器凝结水再循环来调节凝结水烟道换热器8的入口凝结水温；烟道换热器凝结水再循环调节阀11根据凝结水烟道换热器入口水温传感器7的测量值...