一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法及系统与流程

本发明涉及一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法及系统，属于电站锅炉辅机系统综合优化技术领域。

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。经空气预热器后，烟气温度一般由300～400℃冷却至100～150℃，相应空气温度一般由0～50℃加热至280～380℃。

空气预热器利用装载蓄热元件的转子连续旋转，实现空气侧的连续吸热和烟气侧的连续放热，根据锅炉燃料系统的需要，空气侧分仓可进一步划分为一次风分仓和二次风分仓，相应的，烟气侧由引风机驱动烟气流动，空气侧由一次风机和送风机驱动空气流动。

空气预热器关注的焦点问题主要包括堵灰、漏风率偏高、传热效率低、低温腐蚀严重，排烟温度过高等，这些问题长期影响着空气预热器以及整个锅炉系统的安全与经济运行。

上述问题由来已久，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，上述堵灰和排烟温度过高问题变得尤为突出，治理困难、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，最终易引发堵灰，给机组的安全运行造成极大隐患。国内已有部分电厂因无法解决或缓解此问题而导致机组限负荷，甚至被迫停机。

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，且不少电厂为控制发电成本，实际煤种的硫份普遍高于设计煤种，因此，目前不少电厂的酸露点高于排烟温度，导致低温腐蚀(酸露点腐蚀)加剧，堵灰问题相当突出。

为解决空气预热器堵灰难题，近年来本技术领域兴起了一种利用热风循环加热冷端蓄热元件并建立局部高流速防堵的新技术，如专利号201721510369.2所公开的内容。该技术可有效解决空气预热器堵灰难题，但新增的热循环风机功耗较高，且因长期处于高温、粉尘环境下，维护工作量也相对较大，同时因热风循环的作用，导致锅炉排烟温度上升(与空气预热器无堵灰的情形相比，排烟温度上升，若与堵灰较严重的情形相比，排烟温度是下降的)。

此外，随着环保要求逐步提高，深度脱除nox给空气预热器带来的负面影响越来越大，结合考虑燃煤机组脱硫废水零排以及烟囱脱白等行业政策的深入，未来电站燃煤锅炉的风烟系统越来越复杂，尾部烟气热量的合理利用成为行业关注的焦点问题。

例如，脱硫废水零排的工艺中，一般把浓缩后废水利用锅炉烟气的热量进行蒸发，脱硫废水喷入空气预热器主烟道内或喷入单独设置的空气预热器旁路烟道内；因喷入主烟道可能带来严重的烟道腐蚀风险，故一般选择新建旁路烟道蒸发脱硫废水，因直接使用了空气预热器的高温烟气，高品位热量损失较大，空气预热器烟气出口温度也变得更低，相应空气预热器堵灰问题变得更为突出，存在的弊端较多。

综上，当前空气预热器堵灰问题突出，环保要求提高后带来的诸多衍生问题亟需新技术解决。

技术实现要素：

为了解决当前环保要求提高后锅炉风烟系统存在的一系列问题，本发明提供一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法，通过旁路热烟气加热空气至烟气酸露点温度以上，然后送至空气预热器冷端，独立流经蓄热元件以防止蓄热元件堵灰。

上述旁路热烟气，也即通过设置旁路引出热烟气。作为常识，空气预热器轴向的一端为热端、另一端为冷端。

上述通过旁路热烟气加热空气来防堵，有效克服了现有利用热风循环防堵所存在的缺陷，且具有降低排烟温度、降低厂用电、减少维护工作量等显著优势。

为了实现旁路热烟气热量的综合利用，上述空气被旁路热烟气加热至220～250℃，旁路热烟气被空气冷却至220～150℃。这样旁路热烟气被空气冷却后，还可更好的蒸发脱硫废水、加热介质水等。

优选，脱硫废水雾化后喷入加热空气后的旁路热烟气中蒸发。这样不仅使旁路热烟气能量得到更充分的利用，且克服了现有由于蒸发脱硫废水而导致的堵灰加剧的问题；另外，旁路热烟气的流量相对较大，不易出现脱硫废水结晶盐粘附壁面腐蚀的问题。

为了进一步利用旁路热烟气的热量，用加热空气后的旁路热烟气加热介质水，再将加热后的介质水循环至烟囱入口加热烟气，实现烟囱脱白。

上述旁路热烟气从空气预热器入口主烟道引出。

一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵系统，包括空气预热器和设在空气预热器上的入口主烟道、出口主烟道、入口主风道、出口主风道和防堵灰分仓，还包括旁路防堵灰风机、旁路换热器、旁路入口烟道、旁路出口烟道、旁路入口风道和旁路出口风道；

旁路换热器包括加热器空气侧通道和加热器烟气侧通道；入口主烟道、旁路入口烟道、加热器烟气侧通道、旁路出口烟道和出口主烟道依次连通；旁路防堵灰风机出口、旁路入口风道、加热器空气侧通道和旁路出口风道依次连通，旁路出口风道一端与加热器空气侧通道连通、另一端通向防堵灰分仓入口；防堵灰分仓出口与出口主风道联通；旁路防堵灰风机入口连通大气或入口主风道。

为节约投资并减少维护工作量，旁路换热器优选为间壁式加热器；为节省现场布置空间，旁路换热器优选为蓄热式加热器。

上述旁路入口烟道从空气预热器入口主烟道引出，依次连接加热器烟气侧通道和旁路出口烟道，并引至出口主烟道。

申请人经研究发现，采用上述技术方案，相比采用热风循环技术实现空气预热器防堵灰，无热风再循环对换热的不利影响，且防堵灰风机工作介质为常温空气，因此具有降低排烟温度、降低厂用电、降低维护工作量等显著优势。

为了进一步利用上述旁路出口烟道流通烟气的热量，优选，脱硫废水雾化后喷入旁路出口烟道内蒸发。

为了进一步利用上述旁路出口烟道流通烟气的热量，作为另一种优选，在旁路出口烟道内增加气水换热器，介质水吸收烟气余热后，在热水循环泵的驱动作用下送至烟囱入口加热烟气，实现烟囱脱白。

申请人经研究发现，为实现空气预热器防堵而建立的旁路烟道，有其更广泛的潜在应用价值，旁路烟气与空气的比值调节不受锅炉燃烧限制，因此容易获得所需合适温度、合适流量的烟气，来满足诸如脱硫废水零排或烟囱脱白等实际应用需求；同时，因旁路排烟温度可调，通过定期短时间提高旁路排烟温度，可大幅缓解甚至消除旁路堵灰及腐蚀问题的不利影响，为深度挖掘旁路烟气热量利用价值提供保障。总之，旁路烟道的灵活使用以及与多种技术的集成应用，具有显著的节能增效优势。

为了现场布置方便，优选，旁路防堵灰风机入口连通大气。

为了节约上述防堵灰风机的电耗，优选，旁路防堵灰风机入口通过旁路连接风道连通入口主风道。

优选，入口主风道包括冷一次风道和冷二次风道，出口主风道包括热一次风道和热二次风道，空气预热器包括一次风分仓和二次风分仓；冷一次风道、一次风分仓和热一次风道依次相通，冷二次风道、二次风分仓和热二次风道依次相通；防堵灰分仓位于一次风分仓和二次风分仓之间，防堵灰分仓出口与热一次风道或热二次风道联通。

当锅炉所需的一次风裕量不足10％时，优选，防堵灰分仓出口与热一次风道联通；当锅炉所需的二次风裕量不足10％时，优选，防堵灰分仓出口与热二次风道联通。

为降低上述旁路换热器堵灰的风险，优选，旁路换热器为立管结构，管内流通烟气，管外流通空气。

为以更经济的方式调节防堵灰风机的出风量，优选，旁路防堵灰风机采用电机驱动并变频控制。

为调节旁路烟气的流量，优选，在旁路入口烟道和/或旁路出口烟道上设置旁路烟气挡板门，调节其开度使旁路烟气流量变化。

为方便隔离检修旁路换热器，优选，旁路入口烟道和旁路出口烟道分别设置旁路烟气挡板门或旁路烟气隔绝门，旁路出口风道设置旁路空气隔绝门。隔绝门只有开闭功能，挡板门可调节开度，从而调节烟气流量。

为提高空气预热器防堵与脱硫废水零排或烟囱脱白技术集成应用的性价比，包括初始投资及运行成本的优化，经旁路换热器后，旁路空气温度加热至220～250℃，旁路烟气温度冷却至220～150℃。

旁路空气指通过旁路防堵灰风机引入的空气，旁路烟气指进入加热器烟气侧通道的烟气。

本申请对防堵灰分仓的结构特征不做过多赘述，在申请人之前公开的空气预热器防堵灰相关的专利文件中已多次阐明，如申请号为201510369487.5、201710698879.5、201721019416.3、201721321397.x、201711234268.1、201721510369.2等的专利或专利申请。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法，通过旁路热烟气加热空气来防堵，有效克服了现有利用热风循环防堵所存在的缺陷，且具有降低排烟温度、降低厂用电、降低维护工作量等显著优势，进一步，还解决了脱硫废水零排以及烟囱脱白等相关问题；基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵系统，运行能耗小、运行稳定可靠、维护工作量小，空气预热器防堵灰效果好，进一步，便于利用旁路烟道集成应用诸如脱硫废水零排、烟囱脱白等技术，产生协同效应，降低投资总造价，提高锅炉风烟系统运行的安全性、环保性与经济性。

附图说明

图1为本发明实施例1系统示意图。

图2为本发明实施例2系统示意图。

图3为本发明实施例3系统示意图。

图4为本发明实施例4系统示意图。

图5为本发明实施例5系统示意图。

图中：1为入口主烟道，2为出口主烟道，3为入口主风道，4为出口主风道，5为旁路防堵灰风机，6为旁路换热器，7为旁路入口烟道，8为旁路出口烟道，9为旁路入口风道，10为旁路出口风道，11为防堵灰分仓，12为旁路连接风道；20为旁路烟气挡板门，21为旁路烟气隔绝门，22为旁路空气隔绝门；30为脱硫废水，31为气水换热器，32为热水循环泵，33烟囱；100为空气预热器蓄热元件，101为空气预热器烟气侧流动方向，102为空气预热器空气侧流动方向，103为旁路烟气流动方向，104为旁路空气流动方向。

具体实施方式

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

实施例1

一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵方法，通过旁路热烟气加热空气至烟气酸露点温度以上，然后送至空气预热器冷端，独立流经蓄热元件以防止蓄热元件堵灰。

上述通过旁路热烟气加热空气来防堵，有效克服了现有利用热风循环防堵所存在的缺陷，且具有降低排烟温度、降低厂用电、降低维护工作量等显著优势。

如图1所示，作为实现上述方法的一种基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵系统，包括空气预热器和设在空气预热器上的入口主烟道、出口主烟道、入口主风道、出口主风道和防堵灰分仓，还包括旁路防堵灰风机、旁路换热器、旁路入口烟道、旁路出口烟道、旁路入口风道和旁路出口风道；

旁路换热器为间壁式加热器，包括加热器空气侧通道和加热器烟气侧通道；入口主烟道、旁路入口烟道、加热器烟气侧通道、旁路出口烟道和出口主烟道依次连通；旁路防堵灰风机出口、旁路入口风道、加热器空气侧通道和旁路出口风道依次连通，旁路出口风道一端与加热器空气侧通道连通、另一端通向防堵灰分仓入口；防堵灰分仓出口与出口主风道联通；旁路防堵灰风机入口连通大气，这样方便现场布置。

上述旁路入口烟道从空气预热器入口主烟道引出，依次连接加热器烟气侧通道和旁路出口烟道，并引至出口主烟道。

申请人经研究发现，采用上述技术方案，相比采用热风循环技术实现空气预热器防堵灰，无热风再循环对换热的不利影响，且防堵灰风机工作介质为常温空气，因此具有降低排烟温度、降低厂用电、降低维护工作量等显著优势。

在本实施例中，投运上述基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵系统，排烟温度下降5℃左右，旁路防堵灰风机的送风被旁路换热器加热至280℃左右，再送入防堵灰分仓，始终保持空气预热器阻力不上升。

实施例2

如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是：为方便隔离检修旁路换热器，同时调节旁路烟气的流量，旁路入口烟道上设有旁路烟气挡板门，旁路出口烟道上设有旁路烟气隔绝门，旁路出口风道设置旁路空气隔绝门。

实施例3

如图3所示，与实施例1基本相同，所不同的是：为了节约防堵灰风机的电耗，旁路防堵灰风机入口通过旁路连接风道连通入口主风道。

实施例4

如图4所示，与实施例1基本相同，所不同的是：为了实现旁路热烟气热量的综合利用，经旁路换热器后，旁路空气温度加热至220～250℃，旁路烟气温度冷却至220～150℃；脱硫废水雾化后喷入加热空气后的旁路热烟气中蒸发。这样不仅使旁路热烟气能量得到更充分的利用，且克服了现有由于蒸发脱硫废水而导致的堵灰加剧的问题；另外，旁路热烟气的流量相对较大，不易出现脱硫废水结晶盐粘附壁面腐蚀的问题。

实施例5

如图5所示，与实施例1基本相同，所不同的是：为了进一步利用旁路出口烟道流通烟气的热量，基于空气预热器旁路烟道的节能增效防堵系统，还包括气水换热器和热水循环泵，介质水在热水循环泵的驱动作用下，通过气水换热器在旁路出口烟道内吸热、在烟囱入口烟道内放热，实现烟囱脱白。

实施例6

与实施例1基本相同，所不同的是：入口主风道包括冷一次风道和冷二次风道，出口主风道包括热一次风道和热二次风道，空气预热器包括一次风分仓和二次风分仓；冷一次风道、一次风分仓和热一次风道依次相通，冷二次风道、二次风分仓和热二次风道依次相通；防堵灰分仓位于一次风分仓和二次风分仓之间，防堵灰分仓出口与热一次风道或热二次风道联通。当锅炉所需的一次风裕量不足10％时，防堵灰分仓出口与热一次风道联通；当锅炉所需的二次风裕量不足10％时，防堵灰分仓出口与热二次风道联通。

为降低上述旁路换热器堵灰的风险，旁路换热器为立管结构，管内流通烟气，管外流通空气。为以更经济的方式调节防堵灰风机的出风量，旁路防堵灰风机采用电机驱动并变频控制。

实施例7

与实施例1基本相同，所不同的是：对于三分仓或四分仓空气预热器而言，为了节约防堵灰风机的电耗并提高二次风裕量，旁路防堵灰风机入口通过旁路连接风道连通冷二次风道，相应防堵灰分仓出口与热二次风道联通。

实施例8

与实施例1基本相同，所不同的是：对于三分仓或四分仓空气预热器而言，为了节约防堵灰风机的电耗并提高一次风裕量，旁路防堵灰风机入口通过旁路连接风道连通冷二次风道，相应防堵灰分仓出口与热一次风道联通。

实施例9

与实施例1基本相同，所不同的是：对于三分仓或四分仓空气预热器而言，为了节约防堵灰风机的电耗并提高一次风裕量，旁路防堵灰风机入口通过旁路连接风道连通冷一次风道，相应防堵灰分仓出口与热一次风道联通。

实施例10

与实施例1基本相同，所不同的是：对于大型燃煤机组，为了节约现场布置空间，旁路换热器为蓄热式换热器，具体为旁路两分仓回转结构，通过回转把旁路热烟气的热量传导给旁路空气。

申请人经研究发现，为实现空气预热器防堵而建立的旁路烟道，有其更广泛的潜在应用价值，旁路烟气与空气的比值调节不受锅炉燃烧限制，因此容易获得所需合适温度、合适流量的烟气，来满足诸如脱硫废水零排或烟囱脱白等实际应用需求；同时，因旁路排烟温度可调，通过定期短时间提高旁路排烟温度，可大幅缓解甚至消除旁路堵灰及腐蚀问题的不利影响，为深度挖掘旁路烟气热量利用价值提供保障。总之，旁路烟道的灵活使用以及与多种技术的集成应用，具有显著的节能增效优势。