防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统及其控制方法与流程

本发明涉及锅炉的空气预热，尤其是一种能防止空预器及尾部余热利用设备发生硫酸氢铵沉积的系统。

背景技术：

燃煤锅炉用于发电的大型机组中，其锅炉的空气预热装置通常采用管式预热器或回转式预热器，较小功率机组采用管式预热器，大功率机组采用回转式预热器。随着国家环保政策越来越严格，燃煤锅炉烟气中nox的排放浓度越来越低，超低排放需求下的scr技术使得过量的喷氨与烟气中的so3反应生成硫酸氢铵，硫酸氢铵附着在回转式空预器冷端换热元件上，或管式预热器管壁上，从而造成：(1)换热效率下降、排烟温度升高、热风温度下降等；(2)烟气侧阻力增加，引风机转速升高，电耗增加。

目前回转式空预器硫酸氢铵堵塞、腐蚀问题非常严重，电厂常规的解决措施是在空预器后的烟道中增加低温省煤器，来回收烟气余热，回收的烟气余热用于暖风器以加热空预器入口的冷风，从而提高进入预热器的风温，提高预热器冷端综合温度，来进行预热器的防腐防堵。

但是增加低温省煤器和暖风器后，空预器的堵塞及腐蚀得到缓解，硫酸氢铵堵塞的风险转移至低温省煤器中，而低温省煤器的出口烟温一般较低，常规为90℃左右。根据相关的研究表明，硫酸氢铵在90℃的环境中为固态，经现场取样发现，硫酸氢铵垢样外形酷似瓦片状的“五花肉”形态，机组运行中难以清除。

在实际运行中，有效的解决硫酸氢铵堵塞的措施主要靠提高预热器的出口烟温解决，但这又影响到烟气余热的综合利用，故目前空预器或低温省煤器等后续余热利用设备的硫酸氢铵堵塞问题已成为影响锅炉效率及安全运行的非常大的隐患之一。解决燃煤机组预热器及尾部余热利用设备硫酸氢铵堵塞的技术成为非常迫切的需求。

为了降低回转式预热器冷端腐蚀和硫酸氢铵堵塞的风险，现有技术中提及了多种解决方案。例如，公开号为cn107191963a的中国发明专利申请“一种回转式空气预热器及该回转式空气预热器防硫酸氢铵堵塞的方法”，公开号为cn107642793a的中国发明专利申请“scr脱硝改造后防止硫酸氢铵堵塞空气预热器的系统及方法”，公开号为cn106765288a的中国发明专利申请“一种电站锅炉回转式空气预热器的分级换热系统”等。

以上技术均基于提高回转式空气预热器出口烟气温度以防止硫酸氢铵凝结而避免了对结构复杂的回转式空气预热器的清洗维护，仅是增加了回转式预热器的进口风温，减缓了回转式预热器的冷端腐蚀，但是，不能彻底清除回转式硫酸氢铵的堵塞和沉积，在如何综合利用锅炉现有设备及其余热等等方面，并未周详考虑，未瑧完备，有改进之必要。

技术实现要素：

为彻底解决回转式预热器及尾部余热利用设备硫酸氢铵堵塞的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统及其控制方法。本发明的构思为：(1)在空预器后的烟道中设置烟气换热器，回收烟气余热，用于加热空预器入口冷风，从而提高空预器冷端温度，将硫酸氢铵堵塞的风险转移至空预器下游的烟气换热器中；(2)间隙性地将烟气换热器的局部的金属壁温提升至232℃以上，使已经附着在该部分烟气换热器表面的固态硫酸氢铵挥发，从而达到完全消除空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统，包括空预器，所述尾部余热利用设备为空预器后的烟道中设置的烟气换热器，所述烟气换热器由至少两个以上并列的换热模块组成，每个换热模块对应一个液相工质通道和一个由所述烟道分流出的烟气通道，换热模块相互隔离并能独立控制单个换热模块中烟气-工质换热的进行，所述各烟气通道还分别设置有加热烟气入口，并为所述烟气换热器的工质配置有工质定压系统和工质加热装置，所述系统还包括风道、暖风器，风道的入口与送风机出口连接，风道的出口经暖风器连接至空预器的空气入口。

该技术方案在空预器后的烟道中布置烟气换热器作为尾部余热利用设备，锅炉系统中，从空预器出来的高温烟气经烟气换热器吸收烟气余热后再进入除尘器，所回收的烟气余热再经液相工质换热后送暖风器用于加热空预器入口冷风，大幅提高空预器冷端综合温度，降低空预器冷端硫酸氢铵堵塞及腐蚀的风险，将硫酸氢铵堵塞的风险下移至烟气换热器中，再利用工质加热装置和由加热烟气入口输入的高温烟气对烟气换热器发生硫酸氢铵沉积的管壁进行加热使其硫酸氢铵挥发，实现了整个空预系统防止硫酸氢铵堵塞，持续保证锅炉系统的顺利运行。

为确保上述系统的正常运行，所述工质定压系统包括工质管道，工质管道用于连接烟气换热器、暖风器、升压泵、定压罐及工质加热装置：定压罐的出口依次串联暖风器和升压泵，升压泵的出口与定压罐的入口之间并联各换热模块的液相工质通道，升压泵的出口与烟气换热器的工质入口之间利用工质管道并联工质加热装置，工质管道上还设置有阻断工质进入换热模块的关断阀。升压泵可为系统提供动力，克服液相工质系统的运行阻力；关断阀在需要对换热模块的管壁进行升温时关闭，阻断工质循环进入换热模块与烟气换热，此时通过并联的工质加热装置对截留在换热模块内的工质进行循环加热确保升温效果。

所述暖风器的工质入口、工质出口之间并联有再循环管道，再循环管道中串联有调节阀，可根据需要调节其开度，调节液相工质的中直接循环加热的部分流量与用于暖风器中换热的部分流量之比，进而调节空预器的入口风温等等。

所述烟气换热器出口的工质管道上设置有安全阀，可在事故工况或非正常工况时关闭，对系统进行保护。

综合考虑成本、安全及应用便利性等方面，建议所述液相工质为水，所述工质加热装置为蒸汽加热装置，工质加热装置的热源也可以是蒸汽以外的水、电等。工质加热装置的进、出口工质管道上均设置有关断阀，不同的管道对应不同的换热模块，系统在运行中，当需要提高换热器模块壁温时，则打开相应的关断阀，工质加热装置投入使用，否则关闭。

所述各换热模块的液相工质的进、出口均设置有集箱。集箱可与相应的关断阀门连接，方便独立控制。

所述烟道中设置有烟道分隔板将入口烟道分隔为相应的与换热模块对应的烟气通道，各烟气通道上独立设置有关断挡板，对应于各加热烟气入口也设置有相应的加热烟气挡板，各挡板均可远程独立控制，从而可对各换热模块进行远程独立控制。

所述加热烟气入口与空预器的烟气入口或热风出口连接，即可根据需要选择引入空预器的入口烟气或出口热风作为加热相应换热模块管壁的热源之一，所述空预器可以为回转式空预器或管式空预器。

根据具体参数，换热模块的换热管可采用不同的管型，如光管、h型翅片管、螺旋翅片管等。

进一步的是，为便于自动控制，本发明还提供了防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统的控制方法，对前述的防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统，进一步在烟气换热器的烟气进、出口之间设置有压力检测装置，在各换热模块的低温段均各自布置有温度检测装置，当所述压力检测装置检测到的进出口差压超出设定值时，控制工质加热装置处于投用状态，逐一控制各换热模块的相应加热烟气挡板处于打开状态，直至温度检测装置反馈温度已达到232℃以上并维持设定时间，重复该步骤直至检测到烟气换热器进出口差压回到设定值内时为止，此时控制工质加热装置处于停用状态，控制各加热烟气挡板处于关闭状态。

也可在烟气换热器的各换热模块的烟气进、出口之间均设置有压力检测装置，在各换热模块的低温段均各自布置有温度检测装置，当某一压力检测装置检测到换热模块进出口差压超出设定值时，控制工质加热装置处于投用状态，控制相应加热烟气挡板处于打开状态，直至温度检测装置反馈温度已达到232℃以上并维持至压力检测装置检测到烟气换热器进出口差压回到设定值内时为止，此时控制工质加热装置处于停用状态，控制各加热烟气挡板处于关闭状态。

压力检测装置可以是差压变送器或压力变送器，通过在线监测管式预热器烟气侧的阻力，若监测到烟气阻力超出设定值时，则说明管式预热器有积灰或者硫酸氢铵的堵塞。

也可为烟气换热器配置吹灰器，当监测到烟气阻力超出设定值时，先投运吹灰器一段时间，若烟气阻力仍超过设定值，再投用工质加热装置和引入高温烟气，使已经沉积的硫酸氢铵挥发。

本发明的有益效果是：本发明可降低系统烟风阻力，降低送风机及一次风机的电耗，降低空预器停炉清洗带来的损失，回收烟气余热至锅炉，降低锅炉的排烟温度，彻底解决空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵堵塞问题。本发明适合于锅炉预热系统的新设计或改造。

附图说明

图1是本发明的系统组成原理示意图。

图2是本发明中烟气换热器的布置示意图。

图3是本发明实施例的结构示意图。

图中标记为：1-烟道(入口段)；2-烟气换热器；3-烟道(出口段)；4-风道(入口段)；5-暖风器；6-风道(出口段)；7-工质管道；8-升压泵；9-关断阀；10-调节阀；11-再循环管道，12-换热模块，13-差压变送器，14-热风(烟)管道，15-烟道分隔板，16-烟气挡板，17-集箱，18-热电偶，19-定压罐，20-工质加热装置，21-安全阀，22-加热烟气入口，23-加热烟气挡板，24-烟气通道，25-总控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

如图1、图2和图3所示，以某300mw燃煤锅炉机组为例进行说明。

该机组应用本发明进行了改造。

改造前，其回转式空预器堵塞较为严重，烟气侧阻力约3000pa，大大超过原设计值，且空预器排烟温度较高，夏季最高达160℃(基于40℃进风)。

具体改造方案如下。

空预器后的烟道中设置烟气换热器2，烟气换热器2之前为烟道(入口段)1，烟气换热器2之后为烟道(出口段)3，烟气换热器2分四个换热模块12，每个换热模块12的低温段均设置有壁温热电偶18，烟道(入口段)1以相互平行的三块分隔板15分为四个相互隔离开的烟气通道24，每个烟气通道24分别布置有烟气挡板16控制是否将烟道中的烟气引入该烟气通道24，每个换热模块12位于其中一个烟气通道24之中，四个换热模块12的烟气进、出口均独立设置有差压变送器13，烟气换热器2的液相工质为水，其热媒水进口、出口均设置集箱17，并利用配置的总控制阀25对烟气换热器2进行总控调节，其热媒水入口前设置工质加热装置20，工质加热装置20用于加热热媒水，其热源可以是蒸汽、水、电等，工质加热装置20可分别独立加热流向四个换热模块12的热媒水，即在工质加热装置20的出口分别设置独立的管道及控制阀与相应换热模块12的工质入口连接，工质加热装置20的进口前分别设置独立的管道及控制阀与升压泵8的出口连接，升压泵8的出口分别通过另外的带关断阀9的管道与相应换热模块12的工质入口连接，升压泵8的入口分别通过再循环管道11和暖风器5连接到定压罐19的出口，定压罐19保证在提高换热器壁温时，热媒水的工质压力维持恒定，且保证热媒水不汽化。再循环管道11中串联有调节阀10，暖风器5布置在风道中，其热端靠近风道(入口段)4，其冷端靠近风道(出口段)6，用于加热从送风机或一次风机送来的冷风，加热后的热风则被送至空预器的冷端。连接在暖风器5、定压罐19、烟气换热器2和工质加热装置之间的管道统称为所述工质管道7，烟气换热器2出口的管道上设置有安全阀21。工质加热装置20的热源来自辅助蒸汽。此外，每个烟气通道24均可通过热风(烟)管道14和加热烟气入口22引入来自空预器出口的热风，该热风可通过关闭加热烟气挡板23阻断，所引入的热风(烟气)也可以来自于任何温度≥250℃的烟气或空气。

如图3所示，热风(烟)管道14可采用总管道引至烟气换热器2附近、然后再单独引入各烟气通道24。热风(烟)管道14也可单独引入每个换热模块12对应的烟气通道24中。

其运行方式如下。

当某一差压变送器13检测到其对应换热模块12所在烟道的进出口差压超出设定值时，首先打开吹灰器进行吹扫，吹扫一段时间后，若进出口差压仍超出设定值，则关闭对应烟气通道24的烟气挡板16，打开对应的加热烟气挡板23，打开工质加热装置20与该换热模块12相连接的工质管道上的控制阀，对换热器的金属管壁进行升温，当热电偶18检测到温度已达到232℃以上时，附着在管壁外的硫酸氢铵开始挥发维持此状态一段时间，，换热器模块的烟气侧阻力降低，当差压变送器13检测到烟气换热器进出口差压低于设定值时，可关闭对应的加热烟气挡板23，关闭工质加热装置20与该换热模块12相连接的工质管道上的控制阀，打开对应烟气通道24的烟气挡板16，该换热模块12恢复到正常换热状态。

改造后，所回收的烟气余热用于加热空预器入口冷风，空预器平均入口风温从25℃升高至100℃，空预器排烟温度升高至191℃，空预器冷端综合温度大幅度提高，回转式空预器的硫酸氢铵堵塞和冷端腐蚀得到根本性缓解，回转式空预器的运行阻力大幅降低，烟气侧和空气侧阻力降低至1500～2000pa。此外，锅炉的排烟温度由改造前的150℃(基于25℃进风)降低至131℃，排烟温度降低约19℃，锅炉效率提高约0.95％。

长期运行工况下，回转式空预器和烟气换热器阻力不增加。在提高某一模块换热器壁温时，烟气换热器出口综合烟气温度会短时升高至约160℃，基本不影响后续除尘器的正常运行。

基于该实施例可对本发明的防止空预器及尾部余热利用设备硫酸氢铵沉积的系统及其控制方法进行一定的改变。例如，烟气换热器可设置差压变送器监测换热器前后的差压，也可以在换热器前后烟道上分别设置压力变送器，差压变送器(压力变送器)可设置在烟气换热器前后烟道母管上，也可在每个模块的前后烟道均设置差压变送器(压力变送器)等。

此外，还可以增加空预器换热面积，将入口风温提升至更高的温度。