一种预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的制作方法

本实用新型涉及锅炉改造与制造的技术领域，更具体地讲，涉及一种预防硫酸氢铵沉积的管式预热器。

背景技术：

按燃煤机组超净排放要求，锅炉机组经脱硝后NOX排放不得超过50ppm。因此超净排放改造技术路线一般是低氮燃烧技术+SNCR/SCR脱硝技术。经过前几年大规模的机组脱硝改造，发现凡是加装了SNCR或SCR装置的燃煤机组，几乎无一例外都存在氨逃逸并形成硫酸氢铵(NH4HSO4)造成尾部受热面堵塞。堵塞后燃煤机组通常都会存在送、引风机转速升高、电耗增加、排烟温度升高、热风温度下降等现象，严重时会出现引风机喘振、失速导致机组停炉。

为了应对硫酸氢铵造成的尾部受热面堵塞，电厂在实际运行中，一般是通过增加布置吹灰器、振打装置等常规手段，但此类手段无法从根本上有效地解决堵塞问题，因此研究解决脱硝燃煤机组预热器区域堵塞技术成为非常迫切的需求。

根据对管式预热器硫酸氢铵结垢现场取样发现，硫酸氢铵垢样外形酷似瓦片状的“五花肉”形态，垢样易溶于水，将垢样浸泡在水杯中约半小时即可溶化，但硫酸氢铵遇水后，会发生硫酸氢铵水解，溶液具有较强的酸性，如果电厂停炉对硫酸氢铵进行水冲洗，虽然可以有效的清除结垢，但冲洗出来的废水具有较强的腐蚀性，对机组下游设备会造成极强的破坏性。

技术实现要素：

为了解决现有技术中由于硫酸氢铵堵塞造成的烟气阻力增大引起的电厂能耗增加以及频繁停炉清洗带来直接或间接损失的问题，本实用新型的目的是提供一种能够有效预防硫酸氢铵沉积的管式预热器。

本实用新型提供了一种预防硫酸氢铵沉积的管式预热器，所述管式预热器包括若干个并联设置的管式换热器分区，每个管式换热器分区包含若干个串联设置的受热面模块，每个管式换热器分区均包括独立的空气流路和烟气流路，空气与烟气分别进入管式换热器后在各管式换热器分区中进行逆流换热，其中，每个管式换热器分区的空气流路上设置有独立的空气侧控制单元。

根据本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的一个实施例，每个管式换热器分区的烟气流路上设置有进出口压力检测单元或差压变送单元。

根据本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的一个实施例，每个受热面模块的管端设置有100～200mm的反向延长假管。

根据本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的一个实施例，所述受热面模块采用立式布置或卧式布置。

根据本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的一个实施例，所述管式预热器具有总空气流路和/或总烟气流路，空气从总空气流路的空气进口进入管式预热器后分别进入若干个管式换热器分区的空气流路后汇集到总空气流路的空气出口流出，烟气从总烟气流路的烟气进口进入管式预热器后分别进入若干个管式换热器分区的烟气流路后汇集到总烟气流路的烟气出口流出。

与现有技术相比，本实用新型将管式预热器划分成N个独立小分区并加装独立的空气控制单元，投资少、实施难度低且具备广泛推广的可行性；可结合模块化设计技术，根据不同的壁温使用不同的管材，可以进一步降排烟温度，提高机组效率；模块化受热面的设计布置位置灵活，可充分利用除尘器前的尾部烟道进行布置。在改造项目里使用本实用新型，若采用强化换热管，甚至可以替代常规的回转式预热器，为管式预热器的大型化推广奠定了可行性基础，本实用新型还对燃用高硫煤机组尾部受热面的低温腐蚀问题提供了解决思路。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的结构原理示意图。

附图标记说明：

1-管式换热器分区、2-受热面模块、3-空气流路、4-烟气流路、5-空气侧控制单元、6-差压变送单元、7-总空气流路。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

根据试验研究表明，硫酸氢铵(NH4HSO4)从气态向液态转变的温区为232～149℃(NH3逃逸浓度3-5ppm时)，正好处在锅炉空气预热器的烟温区域。在此温度区域，在硫酸氢铵结垢未完全搭接堵塞之前，若能够将此区域温度加热至400℃左右，硫酸氢铵会分解为氨气NH3+三氧化硫SO3+水蒸气H2O。依据此物理原理，本申请的实用新型人提出一种技术措施，通过让刚刚形成的硫酸氢铵结垢反复地被加热汽化分解，从而解决硫酸氢铵堵塞的问题。

下面对本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器进行具体说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的预防硫酸氢铵沉积的管式预热器的结构原理示意图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述预防硫酸氢铵沉积的管式预热器包括若干个并联设置的管式换热器分区1，每个管式换热器分区1包含若干个串联设置的受热面模块2，每个管式换热器分区1均包括独立的空气流路3和烟气流路4，空气与烟气分别进入管式换热器后在各管式换热器分区1中进行逆流换热，其中，每个管式换热器分区1的空气流路3上设置有独立的空气侧控制单元5。

具体地，本实用新型是将管式预热器改为模块化设计，将其设置为包括若干个并联的管式空气-烟气换热器分区。其中，根据机组容量/烟气量情况进行分区数量的设计，还应结合尾部烟道实际情况及施工难度进行综合考虑，比如200MW机组一般推荐采用4个分区。

每个管式换热器分区中包括若干个串联设置的受热面模块2，受热面模块2可以采用立式布置或卧式布置，根据布置空间可选择受热面型式为光管或带内/外扩展受热面的管子。进入管式换热器分区中的烟气和空气逆向地依次通过若干个受热面模块2进行换热，具体可以根据除尘和脱硫等烟气处理设备条件确定受热面材料等级。

通过轮流地利用设置在各管式换热器分区1的空气流路3上独立的空气侧控制单元5对各分区中的空气量进行控制，实现各分区排烟温度的调整，进一步实现区域温度的升高并使得刚刚形成的硫酸氢铵结垢反复地被加热汽化分解，从而解决硫酸氢铵堵塞的问题。具体地，在锅炉总风量不变的情况下，当关闭一个分区的空气时，则通过其它分区的空气量增加，其它分区的排烟温度则会下降，而关闭空气的分区排烟温度则会上升。其中，空气侧控制单元5可以为关断挡板。

优选地，本实用新型通过在每个管式换热器分区2的烟气流路4上设置有进出口压力检测单元(未示出)或差压变送单元6，一方面能够实时监测每个分区的烟气侧阻力变化情况，另一方面能够将测得的进出口压差作为空气侧轮流关闭切换的判断依据。

根据本实用新型，同步考虑到了受热面模块管端的入口效应并以期延长受热面模块的使用寿命，本实用新型在每个受热面模块2的管端设置有100～200mm的反向延长假管，由此基本可做到零漏风，可进一步防止漏风引起的受热面低温腐蚀问题。

此外，本实用新型的管式预热器具有总空气流路7和/或总烟气流路，空气从总空气流路7的空气进口进入管式预热器后分别进入若干个管式换热器分区1的空气流路3后汇集到总空气流路7的空气出口流出，烟气从总烟气流路的烟气进口进入管式预热器后分别进入若干个管式换热器分区1的烟气流路4后汇集到总烟气流路的烟气出口流出。

本实用新型管式预热器的模块化受热面设计布置位置灵活，可充分利用除尘器前的尾部烟道进行布置，布置空间不仅限于锅炉主钢架内，在新建机组使用本专利甚至能节约机组重钢结构钢材耗量。在改造项目里使用本专利，若采用强化换热管，甚至可以替代常规的回转式预热器，为管式预热器大型化推广奠定了可行性基础。此外，结合模块化设计技术，可以根据不同的壁温使用不同管材可以进一步降排烟温度，提高机组效率。

利用了本实用新型预防硫酸氢铵沉积的管式预热器时，根据所述管式预热器中各管式换热器分区的烟气流路上的进出口压差对管式换热器分区的空气流路上的空气侧控制单元实施轮流关闭操作，轮流控制各管式换热器分区中无空气-烟气换热以控制该无空气-烟气换热的管式换热器分区的出口烟温高于硫酸氢铵的蒸发温度。其中，硫酸氢铵的蒸发温度为400℃左右。

具体操作时，可以根据每个分区的阻力变化情况，在运行中对每个分区轮流关闭空气侧控制单元，轮动时间根据各分区的进出口压差确定，要求正常运行工况下至少每班进行一个轮流关闭操作，其中所述的每班是指倒班操作中的每个班次。

优选地，当管式换热器分区1在同负荷下的进出口压差达到清洁状态的进出口压差初始值的1.1～2倍时进行管式换热器分区的关闭切换，其中，上述数据为推荐值，电厂可根据运行经验酌情调整。

其中，管式换热器分区的数量n的设计原则为：管式预热器中一个分区无空气-烟气换热条件下(或考虑该分区的空气侧关闭挡板存在一定漏风时的换热条件下)，该通道的最终排烟温度应高于硫酸氢铵的蒸发温度。

并且，管式换热器分区的数量n应保证n个管式换热器分区的平均出口烟气焓值能够满足最终排烟温度需求，其中，平均出口烟气焓值＝((n-1)*h1+h2)/n，h1为有空气-烟气换热的管式换热器分区的出口烟气焓值，h2为无空气-烟气换热的管式换热器分区的出口烟气焓值；最终排烟温度需求为：当关闭一个管式换热器分区的空气流路后，综合的最终排烟温度基本维持不变。

通俗地讲，在锅炉总风量不变的情况下，当关闭一个分区的空气，则通过其它分区的空气量增加，其它分区的排烟温度下降，而关闭空气的分区排烟温度上升，则综合的最终排烟温度基本维持不变。其中，根据除尘和脱硫等烟气处理设备条件确定锅炉的排烟温度。

以单台200MW机组为例初步计算，堵塞引起的电厂能耗增加大约每年损失约50万元，而每次停炉冲洗造成的直接经济损失可到达120万元，按硫酸氢铵堵塞冲洗周期频率约为60天计，则单台炉每年可为电厂减少停炉带来的经济损失约50+365/60*120＝770万元。

综上所述，本实用新型将管式预热器划分成若干个独立分区并加装空气控制单元，投资少实施难度低，具备广泛推广的可行性，对燃用高硫煤机组尾部受热面低温腐蚀提供了解决思路。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。