专利名称：用于燃烧空气的预热器和发电厂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在发电厂的锅炉中用烟气将燃烧空气预热的设备。此外，本发明涉及一种发电厂，其包括借助于烟气使将要被供应到锅炉中的燃烧空气预热的设备。
背景技术：
为了将用于固体燃料锅炉的燃烧空气预热，通常使用烟气空气预热器(LUV0)，其中，加热介质(即烟气)在换热器管道外面流动，并且待加热的介质(即空气)在换热器管道内部流动。换热器管道被水平地放置在烟气管中，并且不同水平面上的换热器单元被在烟气管外面的空气管相互连接。还存在这样的构造，其中烟气在管道内部流动并且管道是竖直的。在图1中示出典型的燃烧空气预热设备1。这种预热设备1包括放置在烟气管2 中以便将一次空气P加热的水平换热器结构3和用于将二次空气S加热的换热器结构4。 在烟气管2的壁上提供了用于两个空气循环的单独的空气供应源区域5、6，以便向换热器结构3、4中供应将被加热的空气。在此构造中，空气管的联接被制成对于工厂的布局而言尽可能有利。一次空气P和二次空气S被从同一侧供应给预热器1。此构造引起烟气F的温度的强畸变，因为所有冷空气都从一侧被供应给预热器1，导致与在相对侧相比，烟气在进气口侧的明显更强的冷却。烟气F在进气口侧的强冷却进而导致预热器1的换热器结构 3、4的管道的进气端处的相对低的材料温度，尽管烟气具有相对高的平均温度。因此，在换热器结构3、4的表面处容易地实现烟气的露点温度。该露点进而将在短时间内引起冷的换热器结构3、4中的强腐蚀和侵蚀，特别是在难烧燃料的情况下。
发明内容
现在，已经发现了一种解决方案，其使得能够在烟气管的终端部分中实现更均勻的温度分布。为了达到此目的，根据本发明的燃烧空气预热设备的特征主要在于将在独立权利要求1中提出的内容。进而，根据本发明的发电厂的特征主要在于将在独立权利要求8中提出的内容。其它从属权利要求将提出本发明的一些优选实施例。本发明的基本思想是通过为烟气管提供用于将一次空气加热的第一换热器结构和用于将二次空气加热的第二换热器结构来形成一种用于锅炉的燃烧空气的预热设备。第一换热器结构的进口和第二换热器结构的进口被基本上放置在同一水平面上，该水平面基本上垂直于烟气管的中线。在一个实施例中，第一换热器结构和第二换热器结构是交错的。在一个实施例中，第一换热器结构和第二换热器结构在其空气供应源区域处延伸至烟气管的中心区域，其提供有用于改变换热器的气流方向的气流偏转结构。偏转结构可以是例如腔室或弯管。在一个实施例中，由管道通过弯曲来形成第一换热器结构和第二换热器结构，使得管道的直部分与烟气管的中线平行地且与烟气管的中线垂直地延伸。一种根据本发明的基本思想的发电厂至少包括锅炉和烟气管，离开锅炉的气体被引入烟气管中。此外，该工厂包括用于使将要被供应到锅炉中的燃烧空气加热的上述预热设备。在有利实施例中，烟气管是竖直的，并且来自锅炉的烟气被从烟气管的上部引入并从下部排出。在一个实施例中，第一空气供应源区域和第二空气供应源区域被基本上放置在同
一高度处。在一个实施例中，第一空气供应源区域和第二空气供应源区域是被放置在烟气管中的预热器的最低部分。单独地且以不同的组合获得的上述构造的不同实施例提供各种优点。单个实施例根据其实施方式可以包括以下优点中的一个或多个
-能够消除烟气的畸变；
-即使在预热设备的前部和后部两者中的最低排的管道中，也能够使烟气与燃烧空气之间的温差尽可能大；
-在进气流的位置处能够提高预热设备的管道的材料温度； -工厂的管道布置比在常规构造中更简单；
-在弯管元件的区域中，可能减少了预热设备的振动问题，因为在一个实施例中，在竖直部分中将管道系在一起；
-在一个实施例中，减少了预热设备的振动问题，因为捆束(bundle)包括相互邻近的一次空气管道和二次空气管道；可能由在一次和二次空气侧的吹风机引起的振动具有不同的频率，其中，它们不相互放大。一个有利实施例具有的优点是一次空气和二次空气两者的冷捆束被设置为单个最低捆束。因此，当需要替换损坏的捆束时，仅须替换单个捆束。通常，当发生例如腐蚀问题时，常常需要根据给定计划替换最低的一次和二次空气捆束两者。替换倒数第二低的捆束是尤其困难的。在根据本发明的一个实施例的应用中，在一次和二次空气捆束的中心上的空气偏转腔室有利地增加了在流动气体管道的端部处的烟气的流速，改善了在烟气侧上的热传递。这有助于提高最关键冷部分中的预热设备的管道的材料温度并从而降低由酸露点的影响引起的管道腐蚀的风险。在有利实施例中，预热设备的热传递表面整体地由从底部向顶部延伸的管道元件组成。例如在用于过热器管道的弯曲管线上制造该元件。关于相邻元件，一个是用于一次空气且另一个是用于二次空气。管道的尺寸可以是相等或不同的，取决于一次和二次空气的相互比例。管道间距可以是典型的75X75 mm，或者可以将该间距选择为提供期望的烟气速率。除了上文提出的优点之外，所述结构相比于常规构造提供了以下优点以及其他优占.
-在空气侧的捆束之间的连接通道被全部去除，提供制造管道方面的显著的成本节
省；
-连接通道的去除节省了锅炉房中的空间； -预热设备的安装变得更快，因为不需要安装连接空气通道；-预热设备被沿着预热设备的宽度方向划分成安装单元；
-在空气侧的压力损失比在常规预热器设备中更小，因为消除了捆束之间的管道的流入物和流出物；
-90°弯曲上的单阻力系数比在管道的流入物或流出物中更低。这节省了锅炉的内部消耗。
下面，将参考所附原理图来更详细地描述本发明，在附图中图1在原理图中示出现有技术的燃烧空气预热器；
图2在原理图中示出发电厂； 图3示出预热器的第一实施例； 图4示出预热器的第二实施例， 图5示出预热器的第三实施例； 图6示出预热器的第四实施例； 图7示出图8的预热器的细节； 图8示出预热器的第五实施例； 图9示出沿着图8中的线A-A的截面； 图10示出图9的预热器的细节； 图11示出图12的预热器的细节； 图12示出预热器的第六实施例； 图13示出沿着图12中的线B-B的截面； 图14示出预热器的第七实施例； 图15示出预热器的应用。为了明了起见，附图仅仅是出理解本发明所需的细节。在图中已经省略了对于理解本发明而言不需要但是对于本领域的技术人员来说显而易见的结构和细节以便强调本发明的特性。
具体实施例方式图2在原理图中示出在烟气管2中具有燃烧空气预热器1的发电厂。在本示例中， 发电厂包括循环流化床锅炉7，但是该锅炉也可以是另一类型的。如在图中可以看到的，烟气管2在锅炉7与烟囱8之间。此外，烟气管可以包括在图中未示出的过热器和过滤器。在图2的示例中，预热器1的下部包括进气口区域5、6，待加热的一次空气P和二次空气S通过该进气口区域5、6被供应给预热器的换热器结构，亦即热传递表面。一次空气P和二次空气S的空气供应源区域5、6被放置在烟气管2的相对侧，基本上在同一水平面上。沿着烟气F的流动方向，在空气供应源区域5、6中终止的换热器结构是放置在烟气管2中的预热器1的换热器结构中的最后的一些。在示例中，烟气管2是竖直的，并且烟气F从上水平面向下流动，使得空气供应源区域5、6被放置在最低处。开始时(亦即，在本示例中，在上水平面上)，烟气F比在端部(在本示例中，在底部上)中更热，从而当燃烧空气P、S在预热器1的上部处的出口之前被最后加热时，能够使燃烧空气P、S更热。该构造的基本思想是空气供应源区域5、6在烟气管2的相对壁上垂直地相互面对。在水平烟气管2中，这意味着空气供应源区域5、6彼此相对，基本上在同一高度处。如果烟气管2在另一位置上，则空气供应源区域5、6在同一区中，该区垂直于烟气管2的中线 2X。用适当的通道结构将用预热器1加热的一次空气P和二次空气S从预热器的上部弓丨导至锅炉7中。在本示例中，一次空气P被供应给流化空气的进口，并且二次空气S被供应给在锅炉7的壁上的空气供应源水平面。在预热器1中，将燃烧空气P、S加热至约150 至250°C的温度。预热器1的换热器由一个或多个单元组成。在本文中，单元指的是聚合体，其中， 管道的端部从烟气管2的一个壁延伸至烟气管的另一壁。优选地，竖直烟气管2中的单元包括相互叠加的20至30个管道和相互邻近的约一百个管道。此外，一个单元可以由被相互连接的一个或多个子单元组成。优选地，单元由两个或更多个子单元组成。由多个子单元组装而成的预热器的构建常常比单个大单元的预热器的构建更容易。图3、4、5、8和12示出了一些应用，其中，用于燃烧空气的预热器1由多个单元组成。主要对热传递有效的换热器结构的管道被相对于烟气管2中的烟气F的流动方向横向地放置。在图3、4和5所示的构造中，最低单元9用于一次和二次空气P、S 二者。最低单元9被称为冷单元，从空气供应源区域5、6向最低单元9供应将要用预热器1加热的空气。 在根据图3、4和5的构造中，最高单元10具有与常规预热器的单元类似的结构；也就是说， 一次空气P或二次空气S被单独地供应给单个单元。相同空气循环的管道能够相互邻近，其中，该结构与图3的结构类似。在图3的构造中，一次空气循环P的管道和二次空气循环S的管道在烟气管2的相对侧。该构造还可以实施成使得每隔一个管道元件用于一次空气P且每隔一个用于二次空气S，其中，该结构类似于图4的结构。在图5所示的根据本发明实施例的应用中，提供空气偏转腔室11作为用于最低单元9中的一次和二次空气结构的中心上的气流的偏转结构。空气偏转腔室11包括用于一次和二次空气循环两者的单独机构。优选地，空气偏转腔室11减小烟气管2的截面面积并增加在烟气管的终端部分处的烟气F的流速，改善烟气侧的热传递。此外，图5的实施例对于单元的可替换性是有利的，因为两个空气循环的冷的换热器结构被放置在预热器的单元 9、10的最低处。在图5的构造中，最低单元9由管道部分12和偏转腔室11组成。一次空气循环P包括两个区段12，其由管道和将其连接的偏转腔室11的空间组成。以相应的方式，二次空气循环S由两个部分12组成，两个部分12由管道和将其连接的偏转腔室11的空间组成。如在本示例中可以看到的，最低单元9的空气循环的进口 5、6和出口 13在不同的水平面上。沿着烟气F的流动方向上，出口 13在进口 5、6之前。在此竖直烟气管2中， 其中，烟气F从上水平面向下流动，出口 13高于进口 5、6。图6进而示出一个应用，其中预热器1由单个单元14组成。在本实施例中，用从冷端向热端延伸的连续管道来实现预热器1的换热器结构。在该有利实施例中，预热设备1 的热传递表面整体地由从底部向顶部延伸的管道元件组成。并且在此构造中，主要对热传递有效的换热器结构的管道被相对于烟气管2中的烟气F的流动方向横向地放置。在有利实施例中，相邻元件中的一个用于一次空气且另一个用于二次空气。管道的尺寸可以是相等或不同的，取决于一次空气P和二次空气S的相互比例。可以根据需要将管道的直径选择为对于一次和二次空气侧P、S而言是不同的。管道间距可以是例如正常的75X75 mm, 或者该间距可被选择为提供期望的烟气速率。在一个实施例中，使一次和二次空气循环P、 S交错，从而在反复出现的系列中，存在一次空气循环的两个管道和与之邻近的二次空气循环的两个管道。在另一实施例中，进而，在反复出现的系列中，存在一次或二次空气循环的两个管道，并且二次或一次空气循环的一个管道在其之间。图7至10示出了一个实施例，其中用连续管道来实现预热器的换热器结构的上部 15。进而，在换热器结构的冷端中，使用空气偏转腔室11作为用于一次和二次空气单元的中心上的气流的偏转结构。图7示出图8中的细节的部分放大，示出单元的管道如何具有两个90°的偏转。图9示出图8中的位置A-A的截面。图10示出图9中的细节的部分放大。从图 9和10可以看到单元的管道如何被放置在预热器1的不同水平面tl-t6上。在图10的示例中，一次空气循环P的管道被遮蔽，并且二次空气循环S的管道未被遮蔽。在本示例中， 使用虚线来指示不同水平面t4、t5上的一些管道的对应关系。图11至13示出了另一实施例，其中用连续管道来实现预热器1的换热器结构的上部16。而且在本示例中，在换热器结构的冷端中，使用空气偏转腔室11作为用于一次和二次空气单元的中心上的气流的偏转结构。图11示出一次空气循环P的上部16的两个最外管道16a。在图中可以看到，已由管道通过弯曲来制成换热器结构，从而管道的直部分被与烟气管2的中线2X平行地且与烟气管的中线垂直地放置。优选地，例如通过捆绑将与烟气管2的中线2X平行的管道区段相互连接。因此， 减少了管道的可能移位和振动，并且从而还减少了预热设备1的振动问题。图13示出图12中的位置B-B的截面。在图中可以看到如何将单元的管道放置在预热器的不同水平面tl-t6上。图7至10中以及图11至13中所示的示例之间的实质差别是将管道连接到偏转腔室的上部的密度。在图11至13的构造中，相邻管道之间的水平距离基本上等于预热器的上部中的相邻管道之间的水平距离。换言之，相邻管道之间的水平距离基本上在所有水平面tl至t6上是相同的。在图7至10中所示的构造中，偏转腔室11的上部t5中的二次空气循环S的管道之间的水平距离基本上等于预热器1的上部tl-t4中的二次空气循环的管道之间的水平距离。并且，偏转腔室11的上部t5中的一次空气循环P的管道之间的水平距离基本上等于预热器1的上部tl-t4中的一次空气循环的管道之间的水平距离。在偏转腔室11的下部 t6中，管道的密度与在预热器1的上部tl-t4中相同。在偏转腔室11的另一侧，下部t6的所有管道均是一次空气循环P的管道，并且在另一侧的那些均是二次空气循环S的管道。图14也示出一个实施例，其中用连续管道来实现预热器1的换热器管道的上部 15。在本实施例中，供应腔室11’用于对换热器结构的冷端9处的一次和二次空气单元进行供应。供应腔室11’被放置在烟气管2的下部的中心上，在那里，从烟气管的外面、优选地从供应腔室11’的端部引入待加热的空气。供应腔室11’包括用于为换热器结构供应待加热空气的一次空气供应源区域5和二次空气供应源区域6。从供应腔室11’沿着不同的方向供应一次空气P和二次空气S，并且如在图中可以看到的，第一空气供应源区域5中的空气供应方向与二次空气供应源区域6的空气供应方向成180°角。此外，为了预热器1的清洁和维护，该设备包括除预热器的上述单元之外的其它结构。附图示出了烟灰装置(sooting means) 17、检修舱口 18以及除灰开口 19。此外，该设备还可以包括图中未示出的其它结构和部分。在上述示例中，烟气管2是竖直的，并且烟气F从上水平面向下流动，从而空气供应源区域5、6被放置在最低处。还可以以另一方式来实现烟气管。例如，在图15中，烟气管2是竖直的，使得烟气F从底部向上流动，其中，空气供应源区域5、6被放置在最高处。 烟气管还可以例如全部地或部分地是水平的，在这种情况下，烟气沿着水平方向流动。开始时，烟气比在端部处更热，并且当燃烧空气在烟气管的初始端处的出口之前被最后加热时， 能够使燃烧空气更热。通过以各种方式对结合本发明的上述不同实施例公开的模式和结构进行组合，可以依照本发明的精神产生本发明的各种实施例。因此，以上提出的示例不应被解释为限制本发明，而是本发明的实施例可以在所附权利要求中提出的创造性特征的范围内自由地改变。
权利要求
1.一种用于锅炉中的燃烧空气的预热设备(1)，所述设备包括-装配在烟气管(2)中的第一换热器结构，用于将一次空气(P)加热，以及 -装配在烟气管(2)中的第二换热器结构，用于将二次空气(S)加热， 其特征在于，所述第一换热器结构的进口和所述第二换热器结构的进口被基本上放置在同一水平面上，所述水平面基本上垂直于所述烟气管的中线。
2.根据权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述第一换热器结构包括形成一次空气循环(P)的一组换热器管道，一次空气在其中流动，并且所述第二换热器结构包括形成二次空气循环(S)的一组换热器管道，二次空气在其中流动。
3.根据权利要求1或2所述的预热设备，其特征在于，所述设备还包括-所述第一换热器结构的供应源，用于向一次空气循环(P)供应待加热的一次空气，以及-所述第二换热器结构的供应源，用于向二次空气循环(S)供应待加热的二次空气。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的预热设备，其特征在于，所述设备包括在所述烟气管(2)的壁中的第一空气供应源区域(5)，用于向所述第一换热器结构供应待加热的空气，以及包括在所述烟气管(2)的壁中的第二空气供应源区域(6)，用于向所述第二换热器结构供应待加热的空气，并且所述第一空气供应源区域(5)与所述第二空气供应源区域 (6)相对。
5.根据权利要求4所述的预热设备，其特征在于，所述第一换热器结构和所述第二换热器结构在空气供应源区域(5、6)处延伸至所述烟气管(2)的中心区域，其具有用于气流 (P、S)的偏转结构(11)，以便改变换热器的气流方向。
6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的预热设备，其特征在于，所述第一换热器结构和所述第二交换器结构是交错的。
7.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的预热设备，其特征在于，由管道通过弯曲来形成所述第一换热器结构和所述第二交换器结构，使得管道的直部分被与所述烟气管 (2 )的中线(2X)平行地且与所述烟气管的中线垂直地放置。
8.一种发电厂，至少包括锅炉(7)和烟气管(2)，离开锅炉的烟气(F)被引向所述烟气管(2);所述发电厂还包括用于使将要被供应到所述锅炉中的燃烧空气(P、S)加热的预热设备(1)，所述预热设备包括-装配在烟气管(2)中的第一换热器结构，用于将一次空气(P)加热，以及 -装配在烟气管(2)中的第二换热器结构，用于将二次空气(S)加热， 其特征在于，所述第一换热器结构的进口和所述第二换热器结构的进口被基本上放置在同一水平面上，所述水平面基本上垂直于所述烟气管的中线。
9.根据权利要求8所述的发电厂，其特征在于，所述第一换热器结构包括形成一次空气循环(P)的一组换热器管道，一次空气在其中流动，并且所述第二换热器结构包括形成二次空气循环(S)的一组换热器管道，二次空气在其中流动。
10.根据权利要求8或9所述的发电厂，其特征在于，所述预热设备还包括-所述第一换热器结构的供应源，用于向一次空气循环(P)供应待加热的一次空气，以及-所述第二换热器结构的供应源，用于向二次空气循环(S)供应待加热的二次空气。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的发电厂，其特征在于，所述发电厂的预热设备包括在所述烟气管(2)的壁中的第一空气供应源区域(5)，用于向所述第一换热器结构供应待加热的空气，以及包括在所述烟气管(2)的壁中的第二空气供应源区域(6)，用于向所述第二换热器结构供应待加热的空气，并且所述第一空气供应源区域(5)与所述第二空气供应源区域(6)相对。
12.根据权利要求11所述的发电厂，其特征在于，所述第一空气供应源区域(5)和所述第二空气供应源区域(6)基本上位于相同高度处。
13.根据权利要求11或12所述的发电厂，其特征在于，所述第一空气供应源区域(5) 和所述第二空气供应源区域(6)是放置在所述烟气管(2)中的所述预热器(1)的最低部分。
14.根据权利要求11或12所述的发电厂，其特征在于，所述第一空气供应源区域(5) 和所述第二空气供应源区域(6 )是放置在所述烟气管(2 )中的所述预热器(1)的最高部分。
15.根据权利要求8至13中的任一项所述的发电厂，其特征在于，所述烟气管(2)是竖直的，并且来自所述锅炉(7)的烟气(F)被从所述烟气管的上部引入所述烟气管中并从下部去除。
16.根据权利要求8至12或14中的任一项所述的发电厂，其特征在于，所述烟气管(2) 是竖直的，并且来自所述锅炉(7)的烟气(F)被从所述烟气管的下部引入所述烟气管中并从上部去除。
全文摘要
一种用于锅炉中的燃烧空气的预热设备(1)，该设备包括装配在烟气管(2)中的用于将一次空气(P)加热的第一换热器、在烟气管(2)的壁中用于向第一换热器结构供应待加热空气的第一空气供应源区域(5)、装配在烟气管(2)中的用于将二次空气(S)加热的第二换热器、以及在烟气管(2)的壁中用于向第二换热器结构供应待加热空气的第二空气供应源区域(6)。第一空气供应源区域(5)与第二空气供应源区域(6)相对。本发明还涉及一种发电厂。
文档编号F28D1/02GK102439365SQ201080022422
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月22日
发明者梅罗 T. 申请人:美特索电力公司