一种低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器的制作方法

本实用新型涉及一种低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器，属空气预热器防堵、密封及提效技术领域。

背景技术：

回转式空气预热器(简称“空气预热器”)是一种用于大型电站锅炉的热交换设备，它利用锅炉烟气的热量来加热燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。一般烟气自上而下流动完成放热，空气自下而上流动完成吸热，从而实现把烟气的热量传递给空气。

大型电站锅炉空气预热器普遍采用三分仓设计，包括烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓。在转子径向上，烟气分仓与一次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端烟气/一次风扇形板分隔；一次风分仓与二次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端一次风/二次风扇形板分隔；烟气分仓与二次风分仓之间被完全相对布置的冷、热端烟气/二次风扇形板分隔。上述所有冷端扇形板安放在底部衔架上，所有热端扇形板吊装在顶部衔架上。

空气预热器的空气压力高于烟气压力，虽然装设了若干密封片，但动静之间、各部件配合处不可避免存在漏风间隙，导致空气向烟气侧泄漏，所产生的漏风称为直接漏风；空气预热器在旋转过程中不断把空气携带至烟气侧，所产生的漏风称为携带漏风。

上述直接漏风量的大小与漏风间隙及密封片两侧压差有关，间隙越大、压差越大，直接漏风量越大。上述携带漏风量的大小主要取决于转子容积以及转速，空气预热器一旦设计确定，携带漏风量也随之确定。

上述直接漏风和携带漏风共同构成空气预热器的漏风，空气泄漏至烟气侧的总量占空气预热器入口烟气流量的比值称为空气预热器漏风率。随着机组检修水平的提高，目前空气预热器漏风率一般可控制在6％左右的水平，其中直接漏风率为4.5％左右，携带漏风率为1.5％左右(转速为1r/min左右时对应值，当前各容量机组的携带漏风率大致相当)。

空气预热器连续转动过程中，除存在上述空气携带至烟气侧的现象，还存在烟气携带至空气侧的现象，且携带烟气量与携带漏风量大致相当，占烟气总流量的1.5％左右。空气预热器转向有正转和反转之分(正转为“烟气→一次风→二次风”、反转为“烟气→二次风→一次风”)，正转空气预热器的烟气携带至一次风，反转空气预热器的烟气携带至二次风。

烟气携带至空气侧，将导致空气侧粉尘浓度上升，容易造成热风道积灰。在炉膛出口氧量一定时，因空气中掺入了烟气，将导致送入炉膛的空气氧量降低、总量上升，对锅炉系统的经济运行造成一定影响。

当前降低直接漏风率仍是空气预热器优化的重点方向，传统降低直接漏风率的技术路径包括：1)减小漏风间隙，以减小径向漏风间隙为主，如柔性密封技术、漏风控制系统(LCS)等；2)减小密封片两侧压差，如普遍采用双密封或三密封设计。

在减小漏风间隙方面，柔性密封技术由于存在磨损、可靠性低等问题，一直未被业内广泛认可；而漏风控制系统(LCS)受恶劣工况(高温、粉尘等)、检修质量、管理水平等多种因素的影响，一般较难正常投运。

在减小密封片两侧压差方面，当前空气预热器普遍采用36仓格或48仓格设计(每个仓格为10°或7.5°)，其密封系统采用双密封或三密封设计(即冷、热扇形板始终至少覆盖两道或三道密封，其扇形角度为转子仓格角度的两倍或三倍)，再设置过多道数密封，所产生的减少漏风的效益趋于变小，反而导致冷、热端扇形板相对的密封区蓄热元件不参与直接换热的扇形面积增大，即换热死区面积增大，在保证一定的换热量和换热效率前提下，势必增大空气预热器体积，导致设备成本增加。

当前空气预热器关注的焦点问题，除上述漏风问题外，还包括堵灰、传热效率低、低温腐蚀严重等，这些问题长期影响着设备的安全和经济运行，而且相互促进、相互影响。近年来，随着脱硝系统的普遍投运，空气预热器运行环境发生改变，上述问题尤为突出，治理更加困难和复杂。

目前燃煤电厂增设的烟气脱硝设施主要以选择性催化还原(SCR)技术为主。采用SCR脱硝工艺后，烟气中的部分SO₂将被脱硝催化剂氧化成SO₃，增加了烟气中SO₃的体积浓度，加之存在不可避免的氨逃逸现象，导致硫酸氢铵(NH₄HSO₄)等副产物的大量生成，且提高了烟气酸露点温度，导致低温腐蚀加剧。

上述副产物硫酸氢铵(NH₄HSO₄)在温度为146～207℃范围内，呈熔融状，会牢固粘附在空气预热器蓄热元件表面，使蓄热元件发生腐蚀和积灰，最终可能引发堵灰，给机组的安全运行造成极大隐患。

当排烟温度低于酸露点时，硫酸蒸汽将凝结，硫酸液滴附着在冷端蓄热元件上，腐蚀蓄热元件。烟气的酸露点随着SO₃浓度的升高而提高，一般达130～160℃。由于脱硝系统增加了SO₂向SO₃的转化率，即提高了烟气中SO₃的浓度，因此目前不少电厂的酸露点普遍高于排烟温度，导致低温腐蚀(酸露点腐蚀)加剧。

上述低温腐蚀和堵灰问题使蓄热元件的传热系数大幅下降，进而使锅炉排烟温度大幅升高；而且增大了空气预热器烟气和空气侧的压差，导致空气预热器漏风率攀升。由于漏风增加又进一步降低了蓄热元件壁温，会反过来促使低温腐蚀和堵灰问题加剧。

综上，综合治理漏风、堵灰、腐蚀等问题非常必要，所带来的效益也非常显著，不失为一种大幅提高空气预热器性能的有效手段。

技术实现要素：

为了解决现有技术中空气预热器漏风率高、易堵灰、排烟温度高等问题，本实用新型提供一种低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器，包括烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓，还包括回收吸热分仓、防堵灰分仓、携带放热分仓、漏风回收风机和热风道；回收吸热分仓、烟气分仓、携带放热分仓顺序相接；防堵灰分仓与二次风分仓相接；漏风回收风机设在热风道上，热风道一端与热端回收吸热分仓的出口相通、另一端通向冷端防堵灰分仓的进口，漏风回收风机从热端回收吸热分仓的出口回收携带漏风和直接漏风，经漏风回收风机升压后输送至冷端防堵灰分仓的进口。

空气预热器是沿周向分仓的，每个分仓均有冷端和热端，与空气预热器的冷端和热端是对应的。

上述空气预热器具有低阻力、低漏风率和低排烟温度的显著优势，且有效防止了低温腐蚀，延长了蓄热元件的寿命。

为了提高整体性能，在空气预热器热端，回收吸热分仓与烟气分仓之间设置一道密封，携带放热分仓与烟气分仓之间设置一道密封；而在空气预热器冷端，回收吸热分仓与烟气分仓之间无密封设置，携带放热分仓与烟气分仓之间无密封设置，即回收吸热分仓和携带放热分仓均呈半分仓结构。

为了提高防堵灰效果，在空气预热器冷端，防堵灰分仓与二次风分仓之间设置一道密封，而在空气预热器热端，防堵灰分仓与二次风分仓之间无密封设置，即防堵灰分仓呈半分仓结构。

采用上述技术方案，一边利用转子携带作用减少直接漏风，另一边利用漏风回收风机进行抽吸减少直接漏风和携带漏风，达到空气预热器漏风综合治理的效果。经漏风回收风机所回收的温度高达300℃左右的漏风输送至防堵灰分仓中，气化H₂SO₄和NH₄HSO₄液滴，达到清除积灰的目的。

上述方案易于实施，不仅适用于新制造的空气预热器配套，而且适用于现役空气预热器的改造，具有降低排烟温度、抑制积灰、降低漏风率、延长蓄热元件寿命等显著效果。

为了最大限度节约漏风回收风机的能耗以及减少所回收漏风的热损失，周向上，从防堵灰分仓到二次风分仓的方向与转子的旋转方向一致。本申请周向指转子周向。

由于上述冷端防堵灰分仓进口处所输送的回收漏风的温度水平较高，达300℃左右，为减小高温对空气预热器底部衔架的影响并简化相应隔热工艺，防堵灰分仓设在二次风分仓与一次风分仓之间。

为了兼顾提高换热效果和防堵灰效果，回收吸热分仓、携带放热分仓和防堵灰分仓各占空气预热器转子的一个仓格大小。

申请人经研究发现，采用上述技术方案，回收吸热分仓和携带放热分仓内的蓄热元件均得到有效利用，有利于降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率。

申请人经研究发现，保证防堵灰分仓的高流速状态对防止空气预热器堵灰非常重要，高流速可加大积灰剥离的速率，同时也保证深入蓄热元件内部时气体温度仍处于较高水平，即从提高防堵灰效果角度考虑，上述回收吸热分仓中回收的漏风量应尽量大，但也要同时兼顾漏风回收风机的能耗以及空气预热器的整体换热效率。

申请人经研究发现，采用上述技术方案，对于转子转向为“烟气→一次风→二次风”的正转空气预热器而言，转子转速适当提高，从传统的1r/min左右提高到1.5～2.5r/min之间，有助于提高转子的携带漏风量，适当弥补因二次风与烟气侧压差小而造成的直接漏风偏小的不足，从而保证所回收的携带漏风和直接漏风总量能够满足防堵灰分仓的设计要求。采用上述提高转子转速的技术方案，还有助于提高热二次风温度，在保证制粉系统干燥出力能够满足要求的前提下，显著增加输入锅炉的总热量，降低排烟温度，提高锅炉效率。对于转子转向为“烟气→二次风→一次风”的反转空气预热器而言，转子转速优在1r/min左右。

为提高本实用新型空气预热器运行的灵活性，适应漏风回收风机退出运行时的工况，本申请空气预热器还包括冷二次风连通风道，冷二次风连通风道一端与冷二次风相通、另一端通向防堵灰分仓，冷二次风连通风道上设有第一风门，漏风回收风机出口上设有第二风门。在漏风回收风机正常运行时，上述冷二次风连通风道风门处于关闭状态，漏风回收风机出口风门处于打开状态，防堵灰分仓中通入从热端回收的携带漏风和直接漏风；在漏风回收风机退出运行时，上述冷二次风连通风道风门打开、漏风回收风机出口风门关闭，防堵灰分仓中通入冷二次风。

申请人经研究发现，上述漏风回收风机的运行成本显著小于所回收漏风泄漏所造成的经济损失，即不考虑防堵灰的效果，上述漏风回收风机的运行效益也为相当可观，若考虑防堵灰所带来的系统效应，经济效益更大。与传统防堵灰技术(如暖风器、热风再循环系统、蒸汽吹灰、冷端镀搪瓷等)相比，本实用新型突破了传统防堵技术以经济损失为代价进行防堵的问题，且防堵灰效果远优于传统技术。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型具有如下有益效果：降低空气预热器漏风率；保持蓄热元件的持续清洁，显著提高换热系数；漏风在回收吸热分仓内吸热，提高蓄热元件的有效利用面积；通过转子转速与漏风回收风机出力的协同优化，提高空气预热器的整体换热效率；降低空气预热器阻力，减少三大风机的总电耗；防止低温腐蚀，延长了蓄热元件的寿命；代替传统防堵灰设备及技术措施，如少投用或不投用蒸汽吹灰，减少高品质蒸汽消耗。目前空气预热器普遍存在漏风率大、低温腐蚀、堵灰等问题，600MW等级机组若实施本实用新型的技术方案，空气预热器漏风率可控制在2％以内，排烟温度显著降低，并保持低阻力状态，锅炉效率可提高0.5％～1％，每年可节约上千吨高品质蒸汽的消耗，厂用电率可下降0.1％～0.5％，且能大幅减少相关设备的投资成本和维护成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1从热端俯视特征结构示意图。

图2为本实用新型实施例1周向展开的特征结构示意图。

图3为本实用新型实施例2从热端俯视特征结构示意图。

图4为本实用新型实施例2周向展开的特征结构示意图。

图5为本实用新型实施例3从热端俯视特征结构示意图。

图6为本实用新型实施例3周向展开的特征结构示意图。

图中，1为回收吸热分仓，2为防堵灰分仓，3为漏风回收风机，4为转子正转方向，5为转子反转方向，6为热端回收吸热分仓出口，7为冷端防堵灰分仓进口，8为蓄热元件，9为密封片，10为携带放热分仓；G为烟气分仓，A1为一次风分仓，A2为二次风分仓。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1-2所示，一种低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器，包括烟气分仓、一次风分仓和二次风分仓，还包括回收吸热分仓、防堵灰分仓、携带放热分仓、漏风回收风机和热风道；周向上，回收吸热分仓、烟气分仓、携带放热分仓顺序相接，从回收吸热分仓到携带放热分仓的方向与转子旋转方向相同；周向上，防堵灰分仓与二次风分仓紧密相接；漏风回收风机设在热风道上，热风道一端与热端回收吸热分仓的出口相通、另一端通向冷端防堵灰分仓的进口，漏风回收风机从热端回收吸热分仓的出口回收携带漏风和直接漏风，经漏风回收风机升压后输送至冷端防堵灰分仓的进口。

在空气预热器热端，回收吸热分仓与烟气分仓之间设置一道密封，携带放热分仓与烟气分仓之间设置一道密封；而在空气预热器冷端，回收吸热分仓与烟气分仓之间无密封设置，携带放热分仓与烟气分仓之间无密封设置，即回收吸热分仓和携带放热分仓均呈半分仓结构。在空气预热器冷端，防堵灰分仓与二次风分仓之间设置一道密封，而在空气预热器热端，防堵灰分仓与二次风分仓之间无密封设置，即防堵灰分仓呈半分仓结构。

回收吸热分仓、携带放热分仓和防堵灰分仓各占空气预热器转子的一个仓格大小。

对于转子转向为“烟气→一次风→二次风”的正转空气预热器而言，转子转速适当提高，从传统的1r/min左右提高到1.5～2.5r/min之间，有助于提高转子的携带漏风量，适当弥补因二次风与烟气侧压差小而造成的直接漏风偏小的不足，从而保证所回收的携带漏风和直接漏风总量能够满足防堵灰分仓的设计要求。采用上述提高转子转速的技术方案，还有助于提高热二次风温度，在保证制粉系统干燥出力能够满足要求的前提下，显著增加输入锅炉的总热量，降低排烟温度，提高锅炉效率。

采用上述技术方案，一边利用转子携带作用减少直接漏风，另一边利用漏风回收风机进行抽吸减少直接漏风和携带漏风，达到空气预热器漏风综合治理的效果。经漏风回收风机所回收的温度高达300℃左右的漏风输送至防堵灰分仓中，气化H₂SO₄和NH₄HSO₄液滴，达到清除积灰的目的；上述方案易于实施，不仅适用于新制造的空气预热器配套，而且适用于现役空气预热器的改造，具有降低排烟温度、抑制积灰、降低漏风率、延长蓄热元件寿命等显著效果。600MW等级机组若实施本发明的技术方案，锅炉效率可提高0.5％～1％，每年可节约上千吨高品质蒸汽的消耗，厂用电率可下降0.1％～0.5％，且能大幅减少相关设备的投资成本和维护成本。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：如图3-4所示，周向上，从防堵灰分仓到二次风分仓的方向与转子旋转方向一致，防堵灰分仓设在二次风分仓与一次风分仓之间。这样可最大限度节约漏风回收风机的能耗以及减少所回收漏风的热损失，且由于上述冷端防堵灰分仓进口所输送的回收漏风的温度水平较高，达300℃左右，将防堵灰分仓设在二次风分仓与一次风分仓之间，减小了高温对空气预热器底部衔架的影响并简化了相应的隔热工艺。

实施例3

与实施例2基本相同，所不同的是：如图5-6所示，空气预热器转向为反转，回收吸热分仓到烟气分仓的方向与转子反转方向相同。

实施例4

与实施例1基本相同，所不同的是：低阻力、低漏风率、低排烟温度的回转式空气预热器，还包括冷二次风连通风道，冷二次风连通风道一端与冷二次风相通、另一端通向防堵灰分仓，冷二次风连通风道上设有第一风门，漏风回收风机出口上设有第二风门。在漏风回收风机正常运行时，上述冷二次风连通风道风门处于关闭状态，漏风回收风机出口风门处于打开状态，防堵灰分仓中通入从热端回收的携带漏风和直接漏风；在漏风回收风机退出运行时，上述冷二次风连通风道风门打开、漏风回收风机出口风门关闭，防堵灰分仓中通入冷二次风。

应用证明，上述漏风回收风机的运行成本显著小于所回收漏风泄漏所造成的经济损失，即不考虑防堵灰的效果，上述漏风回收风机的运行效益也为相当可观，若考虑防堵灰所带来的系统效应，经济效益更大。与传统防堵灰技术(如暖风器、热风再循环系统、蒸汽吹灰、冷端镀搪瓷等)相比，本实用新型突破了传统防堵技术以经济损失为代价进行防堵的问题，且防堵灰效果远优于传统技术。