一种管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法及系统与流程

本发明涉及一种管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法及系统，属空气预热器技术领域。

背景技术：

管式空气预热器是中小型燃煤、燃油、燃气锅炉烟道尾部的一种常见间壁式换热设备，一般由多个换热管箱及相应风烟道组成，每个换热管箱由多根换热管和其两端的管板组成；它利用锅炉烟气的热量来加热炉膛燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。

管式空气预热器回收了烟气中的热量，使烟气温度沿流动方向不断降低，这一过程烟气中部分成份可能由气态转变为液态或固态，与烟气中的飞灰共同粘附在空气预热器换热管壁面上，影响传热效率、降低锅炉效率，减小烟气流通截面，造成烟气系统阻力、引风机电耗上升，严重时甚至造成停炉事故。

管式空气预热器按换热管布置型式分为立式和卧式，其中立式广泛应用于中小型燃煤锅炉，而卧式常应用于燃油、燃气锅炉(部分燃煤的循环流化床锅炉也采用卧式结构)。

中小型燃煤锅炉应用的典型的立式空气预热器由两台送风机提供空气，对称布置，一般分为高温空气预热器和低温空气预热器，高温空气预热器布置在低温省煤器之前，而低温空气预热器布置在低温省煤器之后。从中间流出后进入中温段换热管箱，其设计为两个行程，两侧采用外部风箱连通，热空气最终从低温空气预热器上部中间流出。

立式空气预热器烟气从管内流通，空气从管外吸热，这种布置方式在燃煤锅炉上应用有利于减弱积灰倾向；但管式空气预热器积灰的问题仍很普遍，尤其在燃煤锅炉上较为常见，究其原因，一方面与燃煤中含硫有关，另一方面与锅炉配备的脱硝设施有关。

燃煤中的硫份在燃烧后部分转化为三氧化硫(so3)，与烟气中水蒸气(h2o)反应生成硫酸蒸汽(h2so4)，当空气预热器内烟气温度低于酸露点时(一般为95～160℃，与烟气中so3浓度密切相关)，硫酸蒸汽将凝结，与飞灰一起附着在换热管壁面上。

为了减少nox排放，锅炉普遍配备脱硝设备，一般采用选择性催化还原(scr)或选择性非催化还原(sncr)或scr+sncr联合的技术路线，但不管采用哪种技术路线，都需要向空气预热器上游烟气中喷入还原剂(液氨、尿素或氨水)，还原剂与nox不会完全反应，从而造成脱硝系统氨(nh3)逃逸的发生，逃逸的nh3与烟气中so3生成硫酸氢铵(nh4hso4)，该副产物在温度为146～207℃范围内，呈熔融状，极易与飞灰一起粘附在空气预热器换热管壁面。

此外，scr所采用催化剂会使烟气中二氧化硫(so2)进一步氧化，生成so3，从而提高酸露点温度，且会生成更多的nh4hso4，使空气预热器堵灰问题变得更为严重。

从机理上看，空气预热器堵灰主要由低温结露粘附飞灰导致。在燃油和燃气锅炉中，由于烟气中粉尘含量极微量，故允许选用卧式空气预热器，烟气从管外流通，空气从管内流通。但卧式空气预热器应用中同样面临低温结露的问题，一方面影响传热效率，另一方面凝露常造成换热管较快腐蚀。

技术实现要素：

为了解决现有技术中管式空气预热器低温结露、堵灰的问题，本发明提供一种管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法与系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法，采用不少于四组独立的换热单元并联组成管式空气预热器，各组换热单元的空气不窜流，且每组换热单元的冷空气量能在线调节，当一组换热单元中的冷空气量调小时，此换热单元内部和出口烟气温度上升，从而使此换热单元的凝露气化、粘附的飞灰在高温下变得松散。

为了在防止管式空气预热器低温结露及积灰的同时，保证炉膛燃烧所需热空气连续供应，轮流调小各组换热单元的冷空气量，且任何时刻至多只有一组换热单元的冷空气量调小；当其中一组换热单元的冷空气量调小时，其它换热单元的冷空气量随之增加，使送入炉膛的总空气量不变。

上述送入炉膛的总空气量不变是指单组换热单元的冷空气量减小后，炉膛燃烧所需的空气由其它换热单元弥补，保证送入炉膛的总空气量仅随锅炉出力变化而变化；即送入炉膛的总空气量非绝对不变，而是不因采用本发明的技术方案而改变。

各组换热单元的冷空气量的调小程度，可根据现场的实际情况来定，目的是通过提高换热管内的烟气温度来气化凝露、防止堵灰。

上述防低温结露是指防止结露长期附着在换热管壁面，实质采用本发明技术方案后结露仍断续存在，但是每隔一段时间后采用高温烟气气化凝露，达到防止堵灰的目的。

为了提高管式空气预热器防低温结露及堵灰的能力，优选，通过轮流隔绝各组换热单元空气进口的方式调小各组换热单元的冷空气量。采用上述方法，当隔绝严密时，所隔绝的换热单元无空气流通，即几乎不从其烟气侧吸热，从而最大限度提高排烟温度，保证其换热管内烟气温度始终处于较高值，达到更佳的防低温结露及堵灰的效果。

采用上述方法，增大单组换热单元的烟空比，提高其排烟温度，使此换热单元的凝露气化，粘附的飞灰在高温下变得松散；轮流提高各组换热单元排烟温度，既避免管式空气预热器低温结露及积灰，又保证锅炉燃烧所需的热空气能够连续提供。

上述烟空比指每组换热单元的烟气流量与空气流量的质量比。

一种管式空气预热器防低温结露及堵灰的系统，包括空气预热器换热管箱，还包括隔板，隔板安装在空气预热器换热管箱的空气侧，把各空气预热器换热管箱分隔开，形成不少于四组独立的换热单元，所有的换热单元相互并联；每组换热单元的冷空气进口设有挡风门和驱动挡风门开闭的驱动装置。

上述通过驱动装置驱动挡风门的开闭，控制每组换热单元的冷空气量，进而实现避免结露及堵灰的目的。

为了在防止管式空气预热器低温结露及积灰的同时，保证炉膛所需热空气连续供应的稳定性，通过隔板分隔形成4～12组独立的换热单元。

进一步优选，通过上述隔板分隔形成8组独立的换热单元。

为了实现自动化控制，管式空气预热器防低温结露及堵灰的系统，还包括自动控制系统，自动控制系统与驱动装置连接，控制驱动装置的工作状态。

申请人经研究发现，采用上述管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法与系统，能够提高单组换热单元的排烟温度至烟气露点温度以上，从而避免换热管壁面长期结露，使此换热单元内部的积灰变得松散，进而随烟气带走。由于仅提高局部排烟温度，平均排烟温度上升幅度较小，且可通过增大换热管初始换热能力进行弥补，因此对锅炉的经济与安全运行都不会产生不利影响。

上述系统并不需要连续运行，一般每天定时运行；也可以根据需要投运，当管式空气预热器出现低温结露或堵灰征兆时，轮流升高各组换热单元的排烟温度，可以在线清除管式空气预热器的结露和积灰。

当管式空气预热器由两台送风机提供燃烧所需的空气时，为提高送风系统的可靠性并最大限度回收尾部烟气的热量，上述管式空气预热器防低温结露及堵灰的系统还包括两台送风机出口之间的流量平衡管，所述流量平衡管两端的管口均处于上述挡风门的上游。流量平衡管的两端分别与两台风机出口连通。

设置流量平衡管后，一旦其中一台送风机因故障退出运行，另一台送风机可尽量提高出力，通过流量平衡管给故障侧的换热单元提供冷空气；当上述系统投用时，某一换热单元的冷空气量减小，也需要流量平衡管平衡进入其它各换热单元的冷空气量，从而最大限度提高空气预热器的换热效果。

为了获得更佳的防低温结露及堵灰的效果，上述单组换热单元由不少于两个空气预热器换热管箱串接而成，至少包括末级换热管箱，上述隔板分隔的范围从末级换热管箱向烟气温度更高的换热管箱扩展，直至此独立换热单元进口烟气温度高于烟气露点温度。

对于目前常见中小型燃煤锅炉上应用的管式空气预热器，其低温空气预热器包括低温段换热管箱和中温段换热管箱，低温段换热管箱的进口烟气温度一般低于200℃，也即低于烟气中硫酸氢铵的露点温度，采用本发明的技术方案，上述分隔板分隔的范围扩展至中温段换热管箱，其进口烟气温度达250℃左右，可保证硫酸氢铵在此温度水平转变为气态。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明管式空气预热器防低温结露及堵灰的方法与系统，具有如下有益效益：通过轮流改变各组换热单元的烟空比，提高其相应排烟温度，气化管式空气预热器换热管壁面的凝露，从而避免腐蚀、堵灰等问题，延长使用寿命，提高换热效率，降低流动阻力，减少风机电耗；由于采用本发明技术的管式空气预热器，具备在线防低温结露及堵灰的功能，因此设计排烟温度可低至烟气露点以下，从而显著提高锅炉运行的安全性与经济性。

附图说明

图1为典型管式空气预热器的现场安装布置示意图。

图2为中小型燃煤锅炉低温空气预热器三行程结构空气流向示意图。

图3为现有技术中立式的管式空气预热器的结构示意图。

图4为实施例1中立式的管式空气预热器的结构示意图。

图5为现有技术中卧式的管式空气预热器的结构示意图。

图6为实施例2中卧式的管式空气预热器的结构示意图。

图7为实施例3中包括流量平衡管的管式空气预热器的结构示意图。

图中，1为送风机，2为冷风进口，3为热风出口，4为换热单元，5为隔板，6为挡风门，7为驱动装置，8为低温段换热管箱，9为中温段换热管箱，10为流量平衡管。

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

50mw燃煤锅炉配备立式的管式空气预热器，由两台送风机提供空气，对称布置，分别从两侧进冷风、中间出热风。

上述管式空气预热器，通过安装在空气预热器换热管箱空气侧的隔板把各空气预热器换热管箱分隔开，形成8组独立的换热单元，所有的换热单元相互并联；每组换热单元的冷空气进口设有挡风门和驱动挡风门开闭的驱动装置。

实际运行时，每组换热单元冷空气进口的挡风门轮流关闭0.5小时，每天定时连续运行4个小时，轮流升高各个换热单元的排烟温度(轮流隔绝各组换热单元空气进口，当一个换热单元的冷空气量调小至隔绝时(隔绝状态下，不排除有空气泄露的情况)，其它换热单元的冷空气量随之增加，使送入炉膛的总空气量不变)，在线清除管式空气预热器的结露和积灰，既避免管式空气预热器低温结露及积灰，又保证锅炉燃烧所需的热空气能够连续提供。

采用上述技术方案后，所隔绝空气的换热单元内部和出口的烟气温度在220℃以上，平均排烟温度短暂上升8℃左右，但由于每天运行的时间较短(每24小时运行4小时)，实际造成的排烟损失增加很小，仅相当于每天平均排烟温度上升1.5℃左右。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同是管式空气预热器为卧式，应用于25mw燃油锅炉上，既避免管式空气预热器低温结露及积灰，又保证锅炉燃烧所需的热空气能够连续提供。

实施例3

与实施例1基本相同，所不同的是：管式空气预热器还包括流量平衡管，流量平衡管的两端分别与两台风机出口连通，流量平衡管两端的管口均处于上述挡风门的上游，以提高送风系统的可靠性并最大限度回收尾部烟气的热量。

实施例4

与实施例1基本相同，所不同的是：管式空气预热器还包括自动控制系统，自动控制系统与驱动装置连接，控制驱动装置的工作状态。