一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统的制作方法

本实用新型属于垃圾焚烧锅炉技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统。

背景技术：

电厂将垃圾在锅炉中焚烧，产生的蒸汽用于发电和供汽，是目前对垃圾处理的有效方式之一，被广泛应用的是炉排型垃圾焚烧技术。一方面，利用垃圾固有的热值发电，是一种变废为宝、节约资源的措施；另一方面，大幅度的减少了垃圾的填埋，不仅节约了土地资源，更是大大的减少了垃圾对环境的污染。但是，锅炉中垃圾如果没有被充分燃烧，将会产生大量有害气体，不仅会严重污染环境，还增加排放气体的处理成本，同时锅炉效率也将大大降低。为了使锅炉中的垃圾充分燃烧，需将送入锅炉的一次风温度提高到160℃~220℃，由于垃圾焚烧后产生的烟气普遍具有腐蚀性，为避免尾部受热面腐蚀，锅炉排烟温度一般控制在190℃以上。如果采用锅炉烟气加热一次风的办法，锅炉空气预热器存在积灰严重和低温腐蚀的问题，导致锅炉连续运行小时数大幅降低。

目前，垃圾焚烧发电厂多采用蒸汽-空气预热系统对锅炉进行预热，垃圾焚烧发电厂的蒸汽-空气加热系统是利用锅炉汽包和汽机排气段抽出的蒸汽对锅炉一次风进行预热，具体的抽汽量与蒸汽参数是通过热力系统的经济性经计算得出的。现阶段的蒸汽-空气加热系统多采用两段式蒸汽-空气加热器进行抽气，如图2所示，两段式蒸汽-空气加热器包括风道箱，风道箱内设有高压段、低压段的换热管，换热管的两端均设有进、出口大集箱和进、出口小集箱，高压段和低压段之间设有闪蒸设备，高压段和低压端采用卧式布置。对空气进行加热时，高压段从锅炉汽包进行抽汽，低压段从汽机排汽段进行抽汽，高压段的凝结水经闪蒸设备后将闪蒸汽补充到低压段继续换热，凝结水分两路回送到除氧器。

上述蒸汽-空气预热系统在具体的使用过程中存在如下问题：1、凝结水直接被送回除氧器，凝结水的能量没有得到利用，能量利用率低；空气仅通过高压段和低压段进行加热，加热效率不高；2、上述蒸汽-空气预热系统卧式布置，占地面积较大，不利于锅炉的整体布置；3、上述蒸汽-空气预热系统中，集箱、闪蒸设备等都位于风道中，使风道箱体积庞大，同时高低压段均需设置进、出口小集箱和进、出口大集箱，制造时需要消耗大量的钢材，初期投资较大；4、上述蒸汽-空气预热系统中，使用了闪蒸设备，且凝结水分两路送回除氧器，整个系统较为复杂；5、上述蒸汽-空气预热系统中，进、出口小集箱均布置在风道内，集箱与换热管之间焊接，角焊缝布置在风道内，受到冷热交替容易在使用过程容易开裂，导致锅炉停炉。

技术实现要素：

本实用新型的目的在提供一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统，以解决两段式蒸汽-空气预热系统中，空气的加热效率低、能量利用率低的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的基础方案为：一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统，包括除氧器、风道箱和四段式蒸汽空气预热器，所述风道箱上端设有空气出口管，风道箱下端设有空气入口管；所述四段式蒸汽空气预热器包括从上至下依次布置的高压蒸汽段 、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段，所述高压蒸汽段、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段内均设有位于风道箱内的换热管、位于风道箱外的进口集箱和出口集箱；所述换热管的上端与进口集箱连通，换热管的下端与出口集箱连通；所述高压蒸汽段的出口集箱与高压凝水段的进口集箱之间连通有第一管道，所述低压蒸汽段的出口集箱与低压凝水段的进口集箱之间连通有第二管道，所述第一管道和第二管道上均设有疏水阀；所述高压凝水段的出口集箱与低压凝水段的出口集箱之间连通有第三管道，第三管道上设有减压阀，所述低压凝水段的出口集箱与除氧器连通。

本基础方案的工作原理在于：使用本系统给通入锅炉的空气预热时，将空气从空气入口管通入，空气进入风道箱，经过四段式蒸汽空气预热器的加热，将锅炉的一次风预热到160～220℃左右送入焚烧炉炉排内。四段式蒸汽空气预热器的换热管中通入蒸汽，用于加热风道箱内通入的空气。高压蒸汽段的进口集箱中通入高压蒸汽，高压蒸汽进入高压蒸汽段的换热管对空气进行预热后，凝结水夹着蒸汽流向高压蒸汽段的出口集箱和第一管道，经过疏水阀进行汽液分离，凝结水从高压凝水段的进口集箱进入高压凝水段的换热管中继续对空气进行加热。低压蒸汽段的进口集箱中通入低压蒸汽，低压蒸汽进入低压蒸汽段的换热管对空气进行预热后，凝结水夹着蒸汽流向低压蒸汽段的出口集箱和第二管道，经过疏水阀进行汽液分离，凝结的水从低压凝水段的进口集箱进入低压凝水段的换热管中继续对空气进行预热。高压凝水段的水通过高压凝水段的出口集箱流入第三管道，并经过加压阀的减压，与低压凝水段的水混合后，送回到除氧器中重复利用。

本基础方案的有益效果在于：1、本系统中，由于高压蒸汽段的温度大于低压段的温度，高压凝水段的温度大于低压凝水段的温度，蒸汽段的温度又大于凝水段的温度，因此低压凝水段、高压凝水段、低压蒸汽段、高压蒸汽段的温度依次递增。本系统对空气进行加热时，从风道箱底部通入，从风道箱的顶部通出，空气被低压凝水段、高压凝水段、低压蒸汽段、高压蒸汽段的换热管依次加热，空气的加热效率更高、加热效果更好。2、本系统中充分利用了凝结水的能量，使能量利用率更高。3、本系统中，由于通入风道箱的空气被依次加热，使得设备处于较小温差环境中，有效的防止了设备被损坏。4、本系统中，第一管道和第二管道设置了疏水阀，其主要作用是避免蒸汽进入凝水段，确保进入凝水段为饱和水，由于凝水段压力较蒸汽段低，可以产生部分闪蒸汽，增加凝水段的换热效果。5、本系统中，四段式蒸汽空气预热器各段结构采用立式布置，大大节省了占地面积，有利于锅炉的整体布置。6、本系统根据锅炉空气系统的设计特点，采用空气下进上出、蒸汽上进下出的逆流布置方式，在保证传热效果的同时，还利用了蒸汽凝结后依靠重力可自动回流到下级设备的特点，减少了系统流程中的阻力损失。7、本系统在设计时取消了闪蒸设备和各段的进、出口小集箱，使高压段与低压段的蒸汽冷凝为饱和水后分别进入各自的冷凝段，在冷凝段冷却到后送回到除氧器中重复利用，不但降低了系统的复杂程度同时还节省了闪蒸设备的制造费用，减少初期的投资成本。与现有技术相比，本系统能量利用率较高、空气加热效率高、整体结构简单，四段式蒸汽空气预热器采用立式布置，大大的减少了占地面积，方便了锅炉的整体布置。

优选方案一：作为基础方案的优选，还包括锅炉汽包和汽轮机，所述高压蒸汽段的进口集箱与锅炉汽包连通，所述低压蒸汽段的进口集箱与汽轮机连通。锅炉汽包中的蒸汽为高压蒸汽，高压蒸汽段从锅炉汽包抽汽；汽轮机中的蒸汽为低压蒸汽，低压蒸汽段从汽轮机中抽汽，使本系统充分利用已有的能量对空气进行加热。

优选方案二：作为基础方案的优选，所述换热管为螺旋翅片蛇形管。螺旋翅片蛇形管可加大风道箱内的换热面积，更好的提高空气换热效果。

优选方案三：作为优选方案二的优选，所述换热管的横置部分沿蒸汽或者凝结水流动方向向下倾斜 3°-5°。换热管为蛇形管且竖直放置，因此换热管包括横置部分和竖直部分。上述结构可使换热管在进行换热的过程中产生的凝结水依靠自身重力顺着换热管往下流动，有效避免换热管内的凝结水沉积在换热管内，还能加快换热管中的疏水速度。凝结水流经换热管的转角处时，若凝结水不能顺着换热管向下流，水则会对换热管管壁拍击，该结构可防止在蒸汽冷凝的过程中产生“水击”现象。

优选方案四：作为优选方案三的优选，所述高压蒸汽段、低压蒸汽段内的换热管与高压凝水段、低压凝水段的换热管垂直布置。由于高压蒸汽段出口集箱与高压凝水段的进口集箱通过第一管道连通，低压蒸汽段出口集箱与低压凝水段的进口集箱通过第二管道连通；高压蒸汽段、低压蒸汽段内的换热管与高压凝水段、低压凝水段的换热管垂直布置，可便于出口集箱和进口集箱的排布。

优选方案五：作为优选方案二-优选方案四任一项的优选，所述换热管与进口集箱、出口集箱均焊接，且焊接的焊缝位于风道箱外部。若焊缝位于风道箱内部，换热管内外温差过大，焊缝将会因冷热交替而开裂，影响四段式蒸汽空气预热器的运行寿命。

优选方案六：作为优选方案五的优选，所述高压蒸汽段、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段相邻段之间的风道箱壁上均设置人孔门。本系统在使用过程中，需要定期检查修理，人孔门可便于本系统的检修。

优选方案七：作为优选方案五的优选，所述空气入口管、空气出口管均与风道箱焊接。焊接加工可以将空气入口管和空气出口管非常牢固的固定在风道箱的上端和下端。

附图说明

图1是本实用新型一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统实施例的结构示意图；

图2是二段式蒸汽-空气预热系统的工作原理图；

图3是本实用新型一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统实施例的工作原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：风道箱10、空气入口管20、空气出口管21、换热管30、进口集箱31、出口集箱32、第一管道40、第二管道41、疏水阀50。

如图1所示，一种垃圾焚烧锅炉的蒸汽空气预热系统，包括风道箱10，风道箱10下端焊接了空气入口管20，风道箱10上端焊接了空气出口管21，风道箱10内设置了四段式蒸汽空气预热器。四段式空气预热器包括从上至下依次布置的高压蒸汽段、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段，高压蒸汽段、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段内均包括位于风道箱10内的换热管30、位于风道箱10外的进口集箱31和出口集箱32；换热管30的上端与进口集箱31连通，换热管30的下端与出口集箱32连通。高压蒸汽段的进口集箱31与锅炉汽包连通，低压蒸汽段的进口集箱31与汽轮机连通，使高压蒸汽段蒸汽来自与锅炉汽包抽汽，低压蒸汽段蒸汽来自与汽轮机抽汽。

高压蒸汽段的出口集箱32与高压凝水段的进口集箱31之间连通有第一管道40，低压蒸汽段的出口集箱32与低压凝水段的进口集箱31之间连通有第二管道41，第一管道40和第二管道41上均设置有疏水阀50，疏水阀50用于将蒸汽段的水和汽进行汽液分离，将凝结水通入凝水段。高压凝水段的出口集箱32与低压凝水段的出口集箱32之间连通有第三管道，第三管道上设有减压阀，减压阀将高压凝水段的水减压。低压凝水段的出口集箱32与除氧器连通，水进入除氧器后将会被重复利用。

四段式蒸汽空气预热器内的换热管30均使用螺旋翅片蛇形管，且换热管30横置部分沿蒸汽或者凝结水流动方向向下倾斜3°-5°角；采用该种结构形式的目的是避免换热管30内凝结水沉积，在蒸汽冷凝的过程中产生水击；同时采用该结构还可加大疏水速度，有利于换热面积的有效利用。为了便于四段式蒸汽空气预热器内各段进口集箱31和出口集箱32的排出，蒸汽段的换热管30与冷凝水段的换热管30管垂直布置。

换热管30与进口集箱31、出口集箱32连通处为焊接，且焊接的位置位于风道箱10外部；避免焊接的焊缝在风道箱10中受到冷热交替而开裂，影响本系统的运行寿命。高压蒸汽段、低压蒸汽段、高压凝水段、低压凝水段相邻段之间的风道箱10壁上均设置人孔门，人孔门与风道箱10箱壁之间通过螺栓固定，人孔门主要是为了方便对设备检查修理。

具体实施时，如图3所示，高压蒸汽段从锅炉汽包抽取为压力为4.4MPa左右的饱和蒸汽，饱和蒸汽进入高压蒸汽段的换热管30对风道箱10内的空气进行加热，饱和蒸汽在对空气进行加热的过程中会形成压力为4.0MPa左右的凝结水，凝结水在重力的作用下沿换热管30流入第一管道40。疏水阀50对流经第一管道40的凝结水进行汽液分离，使饱和的凝结水通入高压凝水段。凝结水进入高压凝水段后继续对风道箱10内的空气进行加热，凝结水对空气进行加热后形成压力为1.3MPa左右的凝结水。凝结水在重力作用下沿换热管30对流入第三管道，减压阀对流经第三管道的凝结水降压至压强为0.4MPa温度为90℃的凝结水。

低压蒸汽段从汽轮机末段抽取压力为1.3MPa左右的过热蒸汽，蒸汽进入低压蒸汽段的换热管30对风道箱10内的空气进行加热，蒸汽在对空气进行加热的过程中会形成压力为1.0MPa左右的凝结水，凝结水在重力的作用下沿换热管30流入第二管道41。疏水阀50对流经第二管道41的凝结水进行汽液分离，使饱和的凝结水通入低压凝水段。凝结水进入低压凝水段后继续对风道箱10内的空气进行加热，凝结水对空气进行加热后形成压力为0.4MPa左右、温度为90℃左右的凝结水。凝结水在重力作用下沿换热管30对流入第三管道，与高压凝水段的凝结水汇合，并送回除氧器中重复利用。减压阀对流经第三管道的凝结水降压至压力为0.4MPa温度为90℃的凝结水。

使用本系统给通入锅炉的空气预热时，将鼓风机安装在空气入口管20处，由鼓风机出来的23℃左右的空气从空气入口管20进入风道箱10内。空气从下至上依次经过低压凝水段、高压凝水段、低压蒸汽段、高压蒸汽段的换热管30加热，温度达到220℃左右，经过空气出口排出。将空气出口管21处排出的空气通入垃圾焚烧锅炉中，使锅炉中的垃圾充分燃烧。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型系统的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。