阅读说明：本技术 一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置及方法 (Coupling primary air heat exchange and flue gas waste heat grading utilization device and method ) 是由 李晓金 钟洪玲 张华� 陈建 黄龙浩 劳俊 于 2020-04-09 设计创作，主要内容包括：一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置及方法,旨在多级利用烟气余热,包括主体分级利用路径和旁路防漏换路径。旁路防漏换路径即将一次风机单独设置旁路换热器,减少回转空预器的一次风泄漏问题；主体分级利用路径采用多级换热降温,第一级为气气换热,采用低温气气板式换热器利用除尘器前低温烟气将冷风加热为一级热风；第二级为气气换热,利用回转空预器原一次风仓加热一级热风形成二级热风；第三级为气水换热,二级热风加热给水后形成三级热风；第四级为气水换热,三级热风加热凝结水后形成四级热风；四级热风一路送至锅炉送风机入口与冷风混合,进入锅炉系统；另一路送至一次风机入口与冷风汇合,避免设备发生冷端腐蚀。(A device and a method for coupling primary air heat exchange and flue gas waste heat graded utilization aim at multi-grade utilization of flue gas waste heat and comprise a main body graded utilization path and a bypass anti-leakage exchange path. The bypass leakage-proof path is characterized in that a bypass heat exchanger is independently arranged on a primary fan, so that the primary air leakage problem of the rotary air preheater is reduced; the main body is cooled by multistage heat exchange in a staged utilization path, the first stage is gas-gas heat exchange, and a low-temperature gas-gas plate heat exchanger is adopted to heat cold air into primary hot air by using low-temperature flue gas in front of a dust remover; the second stage is gas-gas heat exchange, and primary hot air is heated by utilizing an original primary air bin of the rotary air preheater to form secondary hot air; the third stage is air-water heat exchange, and the second-stage hot air is heated and fed to form third-stage hot air; the fourth stage is gas-water heat exchange, and the third-stage hot air heats the condensed water to form fourth-stage hot air; one path of the four-level hot air is sent to an inlet of a boiler blower to be mixed with cold air and enters a boiler system; and the other path is conveyed to the inlet of the primary fan to be converged with cold air, so that the cold end corrosion of the equipment is avoided.)

一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置及方法

技术领域

本发明属于烟气余热节能提效改造技术领域，具体涉及一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置及方法。

背景技术

三分仓回转式空气预热器具有结构紧凑、布置方便、调节灵活、热效率高等优点,国际上大容量的火电机组大都采用该结构型式的空气预热器，通常一台锅炉配置两台一次风机。由于其压力较高，一次风在三分仓空气预热器中的漏风率远远高于整个预热器的漏风率；正常空预器的漏风率在6～8%左右，一次风的漏风量占空气预热器总漏风量的70%～80%；由此对机组能耗造成大巨大浪费。一般认为每增加1%的漏风率影响机组煤耗0.1g/kW.h, 同时会引起一次风机耗电量增加20~30%。

另外燃煤机组的排烟损失是锅炉运行中最重要的一项热损失，燃煤机组锅炉的排烟温度通常为130～150℃，相应的热损失相当于燃料热量的5％～12％，占锅炉热损失的60％～70％。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6％～1％，相应多耗煤1.2％～2.4％。

我国火力发电厂目前采用的三分仓回转空预器不可避免造成空预器漏风严重，尤其是一次风泄漏严重。另外很多锅炉排烟温度都超过设计值，约比设计值高20～50℃，因此降低空预器漏风和降低排烟温度对于节约燃料和降低污染具有重要的实际意义。

现有的三分仓空预器漏风解决办法主要是采用柔性密封或双通道轴向密封，不可能从根本上解决一次风泄漏较大的问题；另外烟气余热主要是靠设置低温省煤器，现有低温省煤器技术回收了锅炉排烟中的余热，这部分回收的热量进入了汽机系统，从而降低了汽机热耗，但没有进入锅炉系统，实质上锅炉的排烟温度仍是空气预热器烟侧出口温度，此温度在现有技术中没有发生变化因而锅炉效率也没有变化。此外，现有低温省煤器大都存在堵塞腐蚀等问题，影响低温省煤的烟气余热回收效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置及方法，解决现有三分仓回转空预器不可避免造成空预器漏风严重、尤其是一次风泄漏严重的技术问题，以及部分锅炉排烟温度超过设计值、低温省煤器易堵塞腐蚀等问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置，包括通过风管顺次连接的锅炉送风机、回转空预器、锅炉、SCR反应器、静电除尘器和脱硫设备，其中SCR反应器和静电除尘器之间风管再次经过回转空预器，所述锅炉上配置制粉系统和给水系统，所述制粉系统包括通过风管顺次连接的一次风机和制粉设备，所述给水系统包括前段的凝结水管路和后段的给水管路；还包括主体余热回收体系；所述主体余热回收体系包括通过风管顺次连接的低温送风机、一级换热器、二级换热器和三级换热器；

所述一级换热器设于静电除尘器的入口管路上，低温送风机出口的冷风与静电除尘器的入口高温烟气换热，形成一级热风；

所述一级换热器与二级换热器之间风管经过回转空预器，从一级换热器出来的一级热风在回转空预器内进行二次加热，形成二级热风；

所述二级换热器设于给水管路上，从回转空预器出来的二级热风与给水管路内的低温给水进行换热，形成三级热风；

所述三级换热器设于凝结水管路上，从二级换热器出来的三级热风与凝结水管路内的低温凝结水进行换热，形成四级热风；

三级换热器出风口的风管分成两路，分别为第一支管和第二支管，所述第一支管与锅炉送风机的入口风管汇合，所述第二支管与一次风机的入口风管汇合。

此外，作为本发明的优选技术方案，还包括旁路防漏换热体系；所述旁路防漏换热体系包括空预器旁路风管和设于其上的旁路空预器；所述空预器旁路风管的进风口与SCR反应器的出口风管连通，出风口与回转空预器的入口风管连通；所述旁路空预器设于制粉设备的入口风管上，从一次风机出来的冷一次风与SCR反应器出口的旁路烟气在旁路空预器内进行换热。

进一步的，所述一级换热器为低温气气板式换热器，采用波纹板式换热器，其入口高温烟气温度为130℃～160℃，出口低温烟气温度降至110℃以下，出口一级热风温度在120℃以上。

进一步的，所述回转空预器为三分仓回转空预器，一级热风进入回转空预器的原一次风仓，加热形成300℃以上的二级热风。

进一步的，所述二级换热器为高温气水管式换热器，采用高效翅片管式换热器，二级热风进入二级换热器将给水加热至150℃以上，形成温度140℃～160℃的三级热风。

进一步的，所述三级换热器为低温气水管式换热器，采用高效翅片管式换热器，将凝结水加热至80℃以上，形成温度50℃～70℃的四级热风。

进一步的，所述旁路空预器为一次风板式空预器，采用高效翅片板式换热器，其入口高温烟气温度为50℃～70℃，出口低温烟气温度降至150℃以下，出口热风温度为310℃～330℃。

进一步的，所述第一支管、第二支管和空预器旁路风管上均设置阀门。

进一步的，所述锅炉送风机和一次风机的出口风管、一级换热器的入口管和出口管上分别设置阀门。

此外，本发明还提供利用上述的装置进行的燃煤机组烟气余热分级利用方法，其特征在于，包括主体分级利用路径和旁路防漏换路径：

主体分级利用路径：

S1、冷风经过低温送风机送至一级换热器加热，一级换热器的热源是燃煤机组静电除尘器入口低温烟气，形成一级热风；

S2、经过一级换热器加热后的100℃以上一级热风进入回转式空预器原一次风仓进行二次加热，成为300℃以上的二级热风；

S3、二级热风进入二级换热器，将给水加热至150℃以上，形成三级热风；

S4、三级热风进入三级换热器，将凝结水加热至80℃以上，经三级换热器换热后的热风为四级热风；

S5、四级热风分成两路，一路与锅炉送风机入口冷风汇合，进入锅炉系统，另一路与一次送风机入口冷风汇合，进入制粉系统；

旁路防漏换路径：

冷风经过一次风机送至旁路空预器，旁路空预器的热源是燃煤机组SCR反应器进入空预器旁路风管的出口部分烟气，余热被回收进入制粉系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1. 本发明设置旁路防漏换路径，设置旁路空预器和空预器旁路风管，原有空预器一次风单独通过板式换热器进行换热，彻底消除一次风泄漏率；

2. 本发明深度回收梯级利用低温烟气余热，四级热风一路送至锅炉送风机入口与冷风混合，预热二次风，回收的热量进入了锅炉系统，降低机组发电煤耗率，提高锅炉效率，提高冷端温度避免空预器冷端腐蚀；另一路送至一次风机入口与冷风汇合，避免一次风板式空预器发生冷端腐蚀；

3. 本发明加热冷二次风，提高锅炉效率，缓解空预器冷端腐蚀；有效降低了除尘器入口烟气温度，提高了除尘效率；

4. 本发明脱硫设备的入口烟温下降，减少脱硫塔水的蒸发量，节约脱硫工艺水的消耗量；

5.本发明装置利用热风加热给水和凝结水排挤了一部分回热系统中的低压抽汽，这部分蒸汽在汽轮机低压汽缸中多做功而降低汽机热耗，达到节能提效的目的，解决了现有低温省煤器用烟气加热凝结水存在堵塞腐蚀的问题。

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步的解释：

图1为本发明涉及的烟气余热多级利用装置的整体结构示意图。

附图标记：1-锅炉送风机、2-回转空预器、3-锅炉、4- SCR反应器、5-静电除尘器、6-脱硫设备、7-制粉系统、7.1-一次风机、7.2-制粉设备、8-给水系统、8.1-凝结水管路、8.2-给水管路、9-主体余热回收体系、9.1-低温送风机、9.2-一级换热器、9.3-二级换热器、9.4-三级换热器、9.5-风管、9.6-第一支管、9.7-第二支管、10-旁路防漏换热体系、10.1-空预器旁路风管、10.2-旁路空预器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，针对某电厂节能提效改造工程的一种耦合一次风换热及烟气余热分级利用装置，包括通过风管顺次连接的锅炉送风机1、回转空预器2、锅炉3、SCR反应器4、静电除尘器5和脱硫设备6，其中SCR反应器4和静电除尘器5之间风管再次经过回转空预器2，锅炉1.3上配置制粉系统7和给水系统8，制粉系统7包括通过风管顺次连接的一次风机7.1和制粉设备7.2，给水系统8包括前段的凝结水管路8.1和后段的给水管路8.2，其特征在于：还包括主体余热回收体系9和旁路防漏换热体系10。

主体余热回收体系9包括通过风管顺次连接的低温送风机9.1、一级换热器9.2、二级换热器9.3和三级换热器9.4；

一级换热器9.2为低温气气板式换热器，采用波纹板式换热器，换热效率高占地小，设于静电除尘器5的入口管路上，冷风经过低温送风机9.1送至低温气气板式换热器，低温气气板式换热器的热源是燃煤机组电除尘器入口低温烟气。低温气气板式换热器出口温度在100℃上的一级热风进入回转式空预器原一次风仓，将其加热至300℃以上的二级热风，回收烟气余热。

一级换热器9.2与二级换热器9.3之间风管经过回转空预器2，回转空预器2为三分仓回转空预器，经过低温气气板式换热器加热后的一级热风进入回转式空预器原一次风仓进行二次加热，加热为二级热风。

二级换热器9.3为高温气水管式换热器，采用高效翅片管式换热器，设于给水管路8.2上，回转空预器2出口二级热风进入高温气水管式换热器，用以加热给水，经高温气水管式换热器换热后的热风为三级热风。经过加热后的300℃以上的二级热风进入高温气水管式换热器加热给水，将给水加热至150℃以上，利用烟气余热加热给水，排挤了一部分回热系统中的低压抽汽，这部分蒸汽在汽轮机低压汽缸中多做功而降低汽机热耗，达到节能提效的目的。高温气水管式换热器低温气水管式换热器为高效翅片管式换热器。

三级换热器9.4为低温气水管式换热器，采用高效翅片管式换热器，设于凝结水管路8.1上，经过高温气水管式换热器的三级热风进入低温气水管式换热器，用以加热凝结水，经低温气水管式换热器换热后的热风为四级热风。经过高温气水管式换热器的三级热风进入低温气水管式换热器，加热凝结水，将凝结水加热至80℃以上，利用低温烟气余热加热凝结水，排挤了一部分回热系统中的低压抽汽，这部分蒸汽在汽轮机低压汽缸中多做功而降低汽机热耗，达到节能提效的目的。低温气水管式换热器低温气水管式换热器为高效翅片管式换热器。

三级换热器9.4出风口的风管9.5分成两路，分别为第一支管9.6和第二支管9.7，第一支管9.6与锅炉送风机1的入口风管汇合，第二支管9.7与一次风机7.1的入口风管汇合。经过低温气水管式换热器的四级热风回至锅炉送风机入口与入口冷风汇合，一方面回收的热量进入了锅炉系统，降低机组发电煤耗率，提高锅炉效率，另一方面提高空气预热器二次风入口冷风温度，避免发生空气预热器冷端低温腐蚀。经过低温气水管式换热器的四级热风回至一次风机入口与入口冷风汇合，一方面回收的热量进入了锅炉系统，降低机组发电煤耗率，提高锅炉效率，另一方面提高一次风板式空预器入口冷风温度，避免发生一次风板式空预器冷端低温腐蚀。

旁路防漏换热体系10包括空预器旁路风管10.1和设于其上的旁路空预器10.2；空预器旁路风管10.1的进风口与SCR反应器4的出口风管连通，出风口与回转空预器2的入口风管连通；旁路空预器10.2为一次风板式空预器，采用高效翅片板式换热器，设于制粉设备7的入口风管上，从一次风机7.1出来的冷一次风与SCR反应器4出口的旁路烟气在旁路空预器10.2内进行换热。冷风经过一次风机送至一次风板式空预器，一次风板式空预器的热源是燃煤机组SCR反应器出口部分旁路烟气。利用除尘器前130℃~180℃低温烟气加热冷风至100℃以上，回收低温烟气余热降低排烟温度，排烟温度降至110℃以下。

综上，本发明独立设置一次风板式空预器用以加热冷一次风，回转式空预器原一次风仓用以加热低温气气板式换热器出口一级热风，旨在多级利用烟气余热，把电厂一次风机单独设置旁路板式换热器，减少回转式空预器的一次风泄漏问题；另外锅炉排烟温度采用多级换热降温，第一级为气气换热，采用低温气气板式换热器利用除尘器前低温烟气将冷风加热为一级热风，回收烟气余热降低除尘器入口烟气温度，提高除尘效率，脱硫塔的入口烟温下降，减少脱硫塔水的蒸发量，节约脱硫工艺水的消耗量。第二级为气气换热，利用回转空预器原一次风仓加热一级热风，加热后的热风为二级热风。第三级为气水换热，二级热风加热给水，提高给水温度，加热给水后的热风为三级热风。第四级为气水换热，三级热风加热凝结水，提高凝结水温度，加热凝结水后的热风为四级热风。第三级和第四级换热，回收的热量进入了汽机系统，排挤了一部分回热系统中的低压抽汽，从而降低了汽机热耗。第五级为气气直接换热，四级热风一路送至锅炉送风机入口与冷风混合，预热二次风，回收的热量进入了锅炉系统，降低机组发电煤耗率，提高锅炉效率，提高冷端温度避免空预器冷端腐蚀；另一路送至一次风机入口与冷风汇合，避免一次风板式空预器发生冷端腐蚀。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。