燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞系统及方法与流程

本发明公开了一种应用于燃煤电厂的多热源互补式空气预热器防堵塞的系统及方法。

背景技术：

2014年9月12日，国家发改委、环保部、国家能源局联合印发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014～2020年)》明确了新建煤电机组的节能目标：全国新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克/千瓦时；东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。在这样的背景条件下，燃煤机组的污染物排放限制为：二氧化硫35mg/m³，氮氧化物浓度小于50mg/nm³，烟尘浓度小于5mg/nm³。经过几年的技术升级，目前国内绝大部分燃煤电厂已经完成了超低排放改造。但是超低排放带来的另一个严重问题慢慢变成了现在困扰燃煤电厂运行的难题：即由于机组负荷、工况变化较大而引起的脱硝系统氨逃逸变大，逃逸的氨与烟气中的二氧化硫反应生成硫酸氢铵，从而造成硫酸氢铵堵塞。硫酸氢铵在146-207℃之间是粘性极大的鼻涕状液体，粘附在空气预热器蓄热元件表面，形成堵塞，引起三大风机负荷上升，压差增大，严重的甚至造成停机。硫酸氢铵的沉积对空气预热器造成的堵塞已经成为影响机组稳定运行的一大难题。

空气预热器是空气进入炉膛燃烧之前与烟气进行换热的一个装置，目的是提高入炉燃烧的空气温度，进而节约煤炭消耗量。主流的空气预热器是回转式的，在空气预热器内部填充高效的蓄热元器件，通过空气预热器本身的转动，在烟气端蓄热，然后在空气侧放热，达到能量转移的目的。在空气预热器内部，沿着纵向分布，随着温度梯度不同，分别会沉积三氧化硫so3、硫酸氢铵等粘性物质。so3在酸露点130℃左右会很快气化，而硫酸氢铵则需要207℃。从高度上来说，so3一般在蓄热元件冷端300mm高度以内沉积，硫酸氢铵则沉积在300-800mm高度区间。

为了解决空气预热器中硫酸氢铵的堵塞难题，针对空气预热器本体提出过很多改造思路，大部分技术路线都是利用现有热源(一般是热二次风)引入到空气预热器冷端，形成一个局部温度大于207℃的高温区域，及时将沉积下来的硫酸氢铵气化。顺利气化硫酸氢铵需要两个必要调节：一是有能带来足够热量的热源风，二是热源风具备很高的流速，可以快速通过蓄热元件的阻碍抵达硫酸氢铵的沉积区域。

如果硫酸氢铵在沉积下来短时间无法气化，则随着时间推移，硫酸氢铵会与飞灰形成板结效应，且板结效应不可逆。一旦板结形成，就很难通过热源气化的方式进行去除。这也是为何硫酸氢铵堵塞变成普遍问题的原因。

燃煤电厂超低排放改造后，空气预热器结垢、堵塞问题十分突出。究其原因，一方面，为控制nox排放浓度满足超低排放标准要求，脱硝催化剂用量增大，更多的so2被氧化成so3，烟气中so3的体积浓度增大，烟气酸露点随之提高，空气预热器冷端低温腐蚀加剧；另一方面，超低排放背景下，由于scr的脱硝效率一般需达到90％左右才能满足超低排放标准要求，氨氮摩尔比的均匀性难以保证，极易出现局部氨氮摩尔比远远超过标准要求的情况，导致氨逃逸率大的现象普遍存在，逃逸的nh3与烟气中的水蒸气和so3进一步生成硫酸氢铵(nh4hso4)，其在温度为146～207℃范围内，呈熔融状，粘性极大，易吸附在飞灰表面，最终粘附在空气预热器蓄热元件表面。

基于以上两点因素，空气预热器堵塞问题成为燃煤电厂超低排放改造后的共性问题。空气预热器堵塞导致锅炉引风机、送风机、一次风机电耗显著上升，其换热效率也显著下降，排烟温度随之上升，锅炉效率下降；当出现严重堵塞问题时，还可能造成三大风机失速或喘振、炉膛负压波动、机组限负荷等情况。因此，提升当前空气预热器防堵塞的能力，对发电机组的安全、经济与环保运行都相当重要。

目前已有的防堵塞技术，原理大致相似，都是通过循环风机，引一股热源(一般是热二次风，压力约为2kpa)到空气预热器的冷端，通过在冷端增设的独立分仓，使局部区域温度上升到207℃以上，达到气化硫酸氢铵，从而实现防治堵塞的目的。

但是这样简单设置的循环独立分仓，有其自身的弊端。其一在于单一使用二次风热源的情况下，由于风量较大，导致的循环风机的电功率较高，长期运行情况下能耗较大；其二在于在保证气化效果的前提下，无法根据机组负荷需求对热源的整体设计风量进行调节。风量调低的话，达不到气化流速，导致防堵效果差，调高的话需要增大循环风机的裕量，导致成本上升。

目前已有的空气预热器防堵塞技术，都存在的通病就是由于风量和风速的限制，循环风机本身配置的变频器或者永磁调速器基本都起不到调节作用，无法满足节能要求。

现有采用热源风解决空气预热器堵塞的技术，主要有以下三种：

(1)循环风量分切技术。热源采用热一次风(部分项目也可以采用热二次风)，在空气预热器冷端和热端同时设置防堵塞分仓，形成一个大分仓通道，热源风在大分仓通道内循环。缺点是能耗高，所需热量大。同时在大分仓通道内热风流速较低，对于so3沉积引起的堵塞效果明显，对于硫酸氢铵沉积引起的堵塞效果不明显。

(2)3.5分仓技术。热源采用热二次风，只在硫酸氢铵沉积的冷端设置防堵塞分仓，热源风在防堵塞分仓内高速通过，对沉积下来的硫酸氢铵进行气化吹扫。优点是可以同时处理so3和硫酸氢铵引起的堵塞，缺点是对流速和处理时间要求较高，不能根据锅炉运行情况对风量进行灵活调节，循环风机长期运行下能耗高，变频设备起不到应有的设计作用。

(3)烟气循环技术。热源采用热烟气。热烟气温度最高，加热气化的效果最好。但是热烟气是负压，对循环风机压头的要求最高。同时由于烟气中飞灰含量极高，所以造成循环风机的磨损和热风管路系统的振动也较大，整体系统运行不稳定。

技术实现要素：

本发明针对现有采用热源风解决空气预热器堵塞的三种技术存在的缺陷，提出一种燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞系统及方法，热源同时采用热一次风和热二次风，能够对多热源情况的风量实现自动互补调节，降低能耗。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞系统，包括防堵塞分仓、热一次风连接风道、热二次风连接风道、三通和循环风机；该防堵塞分仓设置在三氧化硫和硫酸氢铵沉积的冷端；该三通的出口通过管道连接防堵塞分仓的进风口；热一次风连接风道一端连接于燃煤电厂的热一次风主风道，另一端连接于三通的一入口，用于输送热一次风主风道的热风；热二次风连接风道一端连接于燃煤电厂的热二次风主风道，另一端连接于三通的另一入口，用于输送热二次风主风道的热风；循环风机设置于热二次风连接风道上，提供输气压力；在热一次风连接风道和热二次风连接风道上分别设有调节风量的自动阀门，在热一次风连接风道上设有减压装置。

进一步地，在热一次风连接风道、热二次风连接风道以及三通的出口管道上均设有自动插板阀，自动插板阀的阀门控制信号接入dcs(分散控制系统)。

进一步地，所述自动阀门为自动调节阀，该自动调节阀的阀门控制信号接入dcs。

进一步地，热一次风连接风道上的减压装置可选用节流孔板。

进一步地，防堵塞分仓的分仓位置位于冷一次风仓与冷二次风仓之间，或者位于冷一次风仓、冷二次风仓与烟气主风道之间。

进一步地，防堵塞分仓内气体流速要求大于等于30m/s，但不高于40m/s。

进一步地，防堵塞分仓的进风口为元件中温扇区吹扫仓入口。

进一步地，循环风机配置有变频器或者永磁调速器等调速装置。

进一步地，自动插板阀和自动调节阀的调节开度范围均为0-100％。

一种燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞方法，包括以下步骤：

通过热一次风连接风道、热二次风连接风道从热一次风主风道、热二次风主风道中同时输出热一次风、热二次风，输送到防堵塞分仓中；

热一次风从热一次风主风道中在压差作用下自流，作为主风；热二次风通过循环风机的抽力输送，作为辅助风；

在正常情况下，热一次风流量100％全开，通过计算所需热风总流量减去热一次风流量得到需要的热二次风流量，通过循环风机调节热二次风流量，该正常情况下通过此设计对比现有防堵塞技术可实现节能50％以上；

在特殊情况下，通过dcs对热一次风连接风道的自动调节阀的阀门的开度进行干预，关闭一定的开度，然后通过控制循环风机对总风量进行补充，该特殊情况下通过此设计对比现有防堵塞可实现节能10-30％；

在极端情况下，保持热一次风流量和循环风机均处于100％全开状态，提供正常情况下所需热风总流量的2倍热风，对防堵塞系统输送热量，该极端情况下通过此设计可以对空气预热器堵塞进行应急处理对比目前所有防堵塞技术均无法应急处理的通病进行了极大提升；

上述正常情况是指燃煤电厂机组负荷在50％-100％时的运行情况，上述特殊情况是指燃煤电厂机组负荷低于50％时的运行情况，上述极端情况是指燃煤电厂的空气预热器发生堵塞，烟气差压大于2.5kpa的情况。

进一步地，热一次风和热二次风均按满负荷状态下热量计算所需的100％风量设计。

进一步地，热一次风连接风道上的减压装置减压到4～5kpa，与循环风机出口压力相等。

本发明相对于现有的所述三种技术，优点在于：

本发明采用多种热源灵活互补调配的方式，解决所有现有技术无法根据锅炉运行情况对风量进行变频调节的通病，使得防堵塞系统运行真正能够匹配得上机组负荷，进一步实现在节能的基础上进行空气预热器防堵塞治理；由于部分电厂的热一次风裕量较大，只有在机组启动或者短时间调整负荷时对一次风用量有较严格要求，所以正常运行情况下可以多用一些一次风，降低二次风取风量。在整体风量不变的情况下，可以最大限度的减少循环风风机的出力，通过变频设备进行节能运行；增加了特殊情况下的应急处理能力。在空气预热器突然急剧堵塞，影响机组安全运行，需要进行应急防堵处理的时候，可以在短时间内将循环风机出力和热一次风出力同时调到最大开度，用平时2倍的风量对堵塞部分进行集中冲刷，待堵塞情况缓解后再恢复常态运行；本发明可以同时去除so3和硫酸氢铵，是缓解空气预热器堵塞最有效的方式。本发明开创性地提出了在不增加循环风机处理量，不增加设备投资情况下实现风量在0-200％之间自动调节的空气预热器防堵塞系统，一举打破了目前市场上所有已实施技术在风速要求前提下无法实现真正调节的窘状。实现了更大范围的调节，增加了系统的适应性和应用性，提高系统处理能力，增加了防堵塞效果。可以预见，一旦依据本发明进行设计，所有的空气预热器防堵塞系统将能够高效工作，为燃煤电厂的节能降效做出巨大贡献。

附图说明

图1是一种燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞系统的原理图。

图中：11-热一次风主风道，12-热二次风主风道，13-烟气主风道，21-热一次风连接风道，22-热二次风连接风道，23-三通，24-循环风机，25-防堵塞分仓，251-冷一次风仓，252-冷二次风仓，253-元件中温扇区吹扫仓入口，26-三通的出口管道，27-自动调节阀，28-节流孔板，29-自动插板阀。

具体实施方式

为使本发明的技术方案能更明显易懂，特举实施例并结合附图详细说明如下。

图1所示为一种燃煤电厂多热源互补式空气预热器防堵塞系统，采用两路热源同时取风的策略。设计计算时，热一次风连接风道21和热二次风连接风道22两者均按防堵塞系统计算所需总风量的100％进行设计。在防堵塞分仓25进风口之前设置三通23，连接热二次风、热一次风和进风口风道。热二次风由热二次风主风道12引到布置在地面上的循环风机24，经过循环风机24加压后接到三通23处，汇入防堵塞分仓25；热一次风由热一次风主风道11直接接到三通23处，汇入防堵塞分仓25。由于热一次风风压较高，约为10kpa，而热二次风经过循环风机24加压后压力约为4-5kpa，所以需要在热一次风管路上设置减压装置，即节流孔板28。为了便于调节风量，分别在热一次风连接风道21与三通23之间和热二次风连接风道22与三通23之间设置自动调节阀27，还可设有自动插板阀29，以便根据锅炉实际运行情况对两路热源的风量进行灵活调节。

防堵塞分仓25的设计还是只设置在so3和硫酸氢铵沉积的冷端，不在热端进行分仓的封闭式设计。分仓的位置可以放在冷一次风仓251、冷二次风仓252之间，也可以放在冷一次风仓251、冷二次风仓252与烟气主风道13之间，可以根据现场情况灵活布置。

本系统应该最大化的应用一次风裕量，不足部分再用热二次风经循环风机24加压后补充。循环风机24应配置变频器或者永磁调速器，能做到全负荷范围内的出力调整。系统的设计考虑节能效果最优化，尽量降低循环风机24电耗。

具体实施方案为：

(1))分别从热一次风主风道11和热二次风主风道12两路取风，两路取风风道均按满负荷状态下所需的100％风量进行设计。正常运行情况下，一次风管路的风量应该至少占总风量的10％-50％。

(2)需要在热一次风连接风道21上设置减压装置(节流孔板28)，减压到4kpa。为了便于调节风量，热一次风连接风道21与三通23之间和热二次风连接风道22与三通23之间的自动阀的调节开度范围为0-100％。

(3)防堵塞分仓25的设计还是只设置在so3和硫酸氢铵沉积的冷端，不在热端进行分仓的封闭式设计，分仓内气体流速要求大于等于30m/s，且小于40m/s。

(4)系统可以在正常设计风量的0-200％之间调节，既考虑平时运行的节能降耗，又考虑到极端情况下2倍正常设计风量的应急冲刷。在不改变风机处理，不增加设备投资的情况下，实现更大范围的调节，增加了系统的适应性和应用性，提高系统处理能力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，本发明的保护范围以权利要求所述为准。