CN103776026B - 一种利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置及方法，该装置新增烟气-空气换热器、间接式空气预热器、罗茨风机及相应的烟气和空气管路。该方法流程为：烟气在进入空气预热器之前分流一部分进入烟气-空气换热器，其余烟气仍进入空气预热器加热一次风和二次风；从烟气-空气换热器排出的烟气汇入空气预热器出口的烟道，两股烟气混合后进入间接式空气预热器。间接式空气换热器由烟气-油换热器和空气-油换热器组成，以导热油为介质间接实现烟气和空气的换热。烟气-空气换热器中被加热的空气作为燃烧空气，从锅炉燃烧器部位的侧墙壁进入炉膛，保证侧墙壁燃烧区形成氧化性气氛，降低或减轻侧墙水冷壁的高温腐蚀。

Description

一种利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置及方法

技术领域

本发明属于电站锅炉防腐蚀领域，涉及一种利用烟气余热来降低电站锅炉高温腐蚀的装置及方法。

背景技术

在低温条件下，水冷壁管子中的Fe会发生氧化，但速度很慢，且氧化物为致密稳定的氧化铁，形成防止Fe进一步氧化的保护层。金属铁的氧化物可能有不同的结构，其中Fe₂O₃比较稳定，与管子结合比较紧密；磁性氧化铁Fe₃O₄(FeO·Fe₂O₃)稍次，其中的FeO比较疏松，容易脱落。一般来说管子温度在300℃以下时，腐蚀速度很低。

炉膛水冷壁的高温腐蚀为在高温条件下，含硫燃料燃烧时产生的腐蚀性媒介与高温水冷壁管接触时，将管子的铁基体变转变为FeS，或进而转变为FeO。这些产物质地疏松，不能阻止铁基体的进一步反应。影响水冷壁高温腐蚀的因素，有燃料品质(特别是燃煤的含硫量、含氯量等)、炉内燃烧的气氛和流场、水冷壁温度等。燃料含硫是造成水冷壁腐蚀的关键因素，含硫量越高，高温腐蚀越严重。炉内或局部燃烧区存在还原性气氛是水冷壁发生高温腐蚀的重要原因。炉内流场组织不良产生煤粉近壁燃烧或煤粉刷墙会加速水冷壁的高温腐蚀。

电站对冲燃烧布置锅炉的高温腐蚀通常发生在侧墙水冷壁上,这主要是因为采用前后墙对冲布置时采用旋流燃烧器，但一次风不旋转。因此，当一次风风速较大时,前后墙的一次风会相互碰撞，导致煤粉气流冲向侧墙水冷壁,煤粉在侧墙水冷壁附近燃烧,温度较高并可能会冲刷水冷壁,使得侧墙水冷壁发生高温腐蚀。

降低一次风的速度有利于炉内煤粉燃烧的稳定,同时略可缓解两侧墙的高温腐蚀,但不能从根本上解决该炉的高温腐蚀问题。增加内二次风的旋流强度有利于煤粉的提前着火和稳定燃烧,而增大内二次风量则会导致着火推迟和煤粉燃尽率变差。对于对冲锅炉侧墙水冷壁的高温腐蚀，可以采用贴壁风的方法来预防。在锅炉侧墙增加贴壁风可以降低侧墙水冷壁处的温度，改善区域还原性气氛并防止煤粉刷墙。可以有效降低侧墙水冷壁的高温腐蚀。

发明内容

技术问题：本发明提供一种降低电站锅炉水冷壁发生高温腐蚀的可能性、合理利用电站锅炉的烟气能量、尽量减少所需能量输入的利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置，同时提供一种基于该装置的利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的方法。

技术方案：本发明的利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置，包括空气预热器、与空气预热器连接的间接式空气预热器、与空气预热器并联的烟气-空气换热器、与烟气-空气换热器空气进口连接的风机。

间接式空气预热器包括烟气-油换热器、循环泵、空气-油换热器和膨胀槽，烟气-油换热器导热油路与空气-油换热器的导热油路通过循环泵连通，构成导热油循环回路；膨胀槽设置在烟气-油换热器的导热油路出口之后的导热油管路上；烟气-油换热器上设置有烟气进口和烟气出口，烟气进口同时与空气预热器和烟气-空气换热器的烟气出口连通，空气-油换热器上设置有空气进口和空气出口，空气出口与空气预热器的空气进口连接。

本发明的利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的方法，基于上述装置，具体流程为：

从省煤器排气口排出的烟气分成两路，一路进入空气预热器，另一路进入烟气-空气换热器，两路烟气经换热排出，混合后进入间接式空气预热器中的烟气-油换热器，释放热量后排出。经循环泵升压输送的导热油在换热回路中循环流动，导热油在烟气-油换热器中吸收烟气的热量后升温，进入空气-油换热器中释放热量，对一次风和二次风进行提前预热，膨胀槽作为保护装置，保证加热器在启动、变工况等情况下的正常运行。

一次风和二次风经烟气-油换热器提前预热后，进入空气预热器中加热到额定温度后输送至炉膛；风机将空气输送入烟气-空气换热器中，吸收烟气释放的热量后，经输送进入炉膛。

本发明方法中，风机将空气输送入烟气-空气换热器中，吸收烟气释放的热量后，从电站锅炉燃烧器部位的侧墙进入炉膛。此部分空气从侧墙进入炉膛，作为燃烧空气，保证侧墙壁燃烧区氧化性气氛，降低侧墙水冷壁发生高温腐蚀的可能性。

入口一次风和二次风在进入空气预热器之前先进入空气-油换热器，在空气-油换热器处，导热油温度较高可加热入口一次风、二次风，实现一次风和二次风的提前预热。导热油在烟气-油换热器和空气-油换热器之间循环流动。随后，一次风和二次风进入空气预热器，被加热到额定温度。一次风和二次风由温度较低的烟气提前预热可以置换出温度较高的烟气加以回收利用。

需要风机提供更多的空气时，增加空气预热器之前分流的烟气量，为了保证一次风和二次风温度的恒定，可以相应的提高循环泵的转速，提高间接式空气预热器的传热效果；需要提供的空气减少时，方法相同，减少分流的烟气量，并降低循环泵的转速，降低间接式空气预热器的换热能力。

一次风和二次风在进入空气预热器之前被间接式空气预热器提前预热，在空气预热器出口一次风和二次风温度基本保持不变的前提下，可以置换出温度较高的烟气，实现不同品位的能量的置换；置换出来的能量采用烟气分流的方式来利用，此部分烟气在进入空气预热器之前分流，烟气温度高，能量品位高，随后分流出来的烟气进入烟气-空气换热器，加热由风机提供的空气，并可以加热到较高的温度；由此，既可以保证一次风、二次风有恒定的温度，又可以利用回收的烟气余热加热用于降低锅炉高温腐蚀的空气。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明中，由风机提供额外的空气，在烟气-空气换热器中被加热，之后从电站锅炉燃烧器部位的侧墙进入炉膛炉膛。进入炉膛后，此部分空气作为燃烧空气，保证侧墙壁燃烧区氧化性气氛，降低侧墙水冷壁发生高温腐蚀的可能性。此装置增加了间接式空气预热器、烟气-空气换热器和风机及相应的管路，烟气、空气流程简单；在操作方法上，需要分流烟气，操作方法相对简单，借此装置和方法可简单有效实现高温腐蚀的降低。

本发明采用传热效果较好的间接式空气预热器来降低锅炉排烟温度。从装置上看，间接式空气预热器占地面积小，传热效果好；从操作方法上看，改变循环泵转速方便迅速，可以较好的适应变工况运行。

在间接式空气预热器中，由于存在换热温差，导热油温度高于入口一次风和二次风，提高了烟气-油换热器的壁面温度，可以有效降低烟气-油换热器发生低温腐蚀的可能性。

一次风和二次风在进入空气预热器之前被间接式空气预热器提前预热，在空气预热器出口一次风和二次风温度基本保持不变的前提下，可以置换出温度较高的烟气，实现不同品位的能量的置换；置换出来的能量采用烟气分流的方式来利用，此部分烟气在进入空气预热器之前分流，烟气温度高，能量品位高，随后分流出来的烟气进入烟气-空气换热器，加热由风机提供的空气，并可以加热到较高的温度；借此装置和操作方法，既可以保证一次风、二次风有恒定的温度，又可以利用回收的烟气余热加热用于降低锅炉高温腐蚀的空气，实现了能量的梯级利用。

此装置可以实现灵活方便的间接式空气预热器与烟气-空气换热器联合调节方式，需要风机提供更多的空气时，增加空气预热器之前分流的烟气量，为了保证一次风和二次风温度的恒定，可以相应的提高循环泵的转速，提高间接式空气预热器的传热效果；需要提供的空气减少时，原理相同，减少分流的烟气量，并降低循环泵的转速，降低间接式空气预热器的换热能力。

另外，加热从燃烧器区域侧墙进入炉膛的燃烧空气所需要的热量可以由烟气余热提供。借此装置和方法可以降低排烟温度，提高锅炉能量利用效率；减少炉膛高温腐蚀，提高锅炉安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中有：炉膛1、烟气-空气换热器2、风机3、烟气-油换热器4、循环泵5、空气-油换热器6、膨胀槽7、空气预热器8、空气A、烟气B、空气C、烟气D。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步具体说明。

实施例1：

本发明的利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置，包括空气预热器8、与空气预热器8连接的间接式空气预热器、与空气预热器8并联的烟气-空气换热器2、与烟气-空气换热器2的空气进口连接的风机3。本装置相比于原烟气、空气流程新增了间接式空气预热器、烟气-空气换热器2和风机3及相应的管路。

间接式空气预热器包括烟气-油换热器4、循环泵5、空气-油换热器6和膨胀槽7，烟气-油换热器4导热油路与空气-油换热器6的导热油路通过循环泵5连通，构成换热回路；烟气-油换热器后的导热油管路上设置有膨胀槽7，膨胀槽7作为安全保护装置，保证加热器在启动、变工况等情况下的安全运行；烟气-油换热器上设置有烟气进口和烟气出口，烟气进口同时与空气预热器8和烟气-空气换热器2的烟气出口连通，空气-油换热器6上设置有空气进口和空气出口，空气出口与空气预热器8的空气进口连接。

从省煤器排气口排出的烟气360℃左右的高温烟气分成两路，一路进入空气预热器8，另一路进入烟气-空气换热器2，进入烟气-空气换热器2的烟气份额大约为17％，两路烟气经换热排出，混合后进入间接式空气预热器中的烟气-油换热器4，释放热量后排出烟气排出温度大约为130℃，相比于原150℃左右的排烟温度下降了20℃；在烟气-油换热器中经过循环泵5，升压的传热介质导热油吸收烟气的热量，升温，在高温导热油管路上连接有膨胀槽7，高温导热油进入空气-油换热器6。

其工作过程分为以下三个方面：

1)烟气的降温过程。与常规的烟气只在空气预热器中降温不同，在本发明中烟气降温过程发生在并联的空气预热器8和烟气-空气换热器2及后部的间接式空气预热器中。烟气D在进入空气预热器8之前分流成两部分，大约17％的烟气进入烟气-空气加热器2，其余进入空气预热器8；分别加热由风机3提供的额外空气和一次风二次风，并降低温度其出口温度分别为240℃和190℃。随后不同温度的烟气混合进入间接式空气预热器中的烟气-油换热器4，加热导热油，降低温度到130℃，随后进入后续的烟气处理装置。间接式空气预热器的安装弥补了由于用于加热一次风、二次风的烟气总量减少导致的放热不足。

2)一次风、二次风的加热过程。外界大约为20℃的空气分别作为一次风、二次风首先进入间接式空气预热器中的空气-油换热器6，吸收导热油释放的热量，实现提前预热，温度达到75℃，随后进入空气预热器8，继续被加热温度达到310℃。间接式空气预热器增加了烟气和一次风、二次风的换热面积，而且传热效率较高，可以有效弥补烟气量的不足，并将一次风、二次风加热到满足炉膛燃烧要求的指定温度。

3)由风机3提供的额外空气的加热过程。加热此部分空气所需要的热量由烟气余热提供。一般排烟温度较低，不能将空气加热到满足炉膛燃烧要求的温度，因此本发明中采用能量置换的方法，增加间接式空气预热器用温度较低的烟气加热温度最低的入口一次风、二次风，置换出温度较高的烟气，在烟气-空气换热器中加热风机3提供的额外空气。

经过以上三个过程后分别实现来排烟温度的降低，一次风、二次风的预热和风机3提供的额外空气的加热。空气预热器8出口的一次风和二次风温度基本保持不变为310℃，排烟温度由150℃降低到130℃。

由风机3提供的空气从侧墙进入炉膛，作为燃烧空气，保证侧墙壁燃烧区氧化性气氛，降低侧墙水冷壁发生高温腐蚀的可能性。

间接式空气预热器与烟气-空气换热器联合调节方式灵活方便，需要风机3提供更多的空气时，增加空气预热器8之前分流的烟气量，为了保证一次风和二次风温度的恒定，可以相应的提高循环泵5的转速，提高间接式空气预热器的传热效果；需要提供的空气减少时，方法相同，减少分流的烟气量，并降低循环泵5的转速，降低间接式空气预热器的换热能力。

实施例2：

利用烟气余热来降低电站锅炉高温腐蚀的方法，烟气从省煤器排出后一部分被分流进入烟气-空气换热器2，另一部分进入空气预热器8。进入烟气-空气换热器2的烟气加热来自风机3的空气。烟气从烟气-空气换热器2排出后汇入空气预热器8后的烟道。烟气随后进入间接式空气预热器中的烟气-油换热器4，加热导热油。导热油由循环泵5驱动，在烟气-油换热器4和空气-油换热器6之间循环流动。导热油在空气-油换热器6中放热，提高入口一次风和二次风的温度。膨胀槽7作为安全装置，保证加热器在启动、变工况等情况下的正常运行。

为了降低炉膛的高温腐蚀，额外的一部分空气由风机3提供，此部分空气进入烟气-空气换热器2吸收分流烟气放出的热量，被加热到二次风温或更高的温度，之后从切圆燃烧锅炉燃烧器区域进入炉膛，作为燃烧空气，保证燃烧器区域氧化性气氛，降低高温腐蚀发生的可能性。

Claims (2)

1.一种利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的装置，其特征在于，该装置包括空气预热器（8）、与所述空气预热器（8）连接的间接式空气预热器、与空气预热器（8）并联的烟气-空气换热器（2）、与所述烟气-空气换热器（2）空气进口连接的风机（3）；

所述间接式空气预热器包括烟气-油换热器（4）、循环泵（5）、空气-油换热器（6）和膨胀槽（7），所述烟气-油换热器（4）的导热油路与空气-油换热器（6）的导热油路通过循环泵（5）连通，构成导热油循环回路，所述膨胀槽（7）设置在烟气-油换热器（4）的导热油路出口之后的导热油循环回路上；烟气-油换热器（4）上设置有烟气进口和烟气出口，所述烟气进口同时与空气预热器（8）和烟气-空气换热器（2）的烟气出口连通，空气-油换热器（6）上设置有空气进口和空气出口，所述空气出口与空气预热器（8）的空气进口连接。

2.一种利用烟气余热降低电站锅炉高温腐蚀的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的装置，具体流程为：

从省煤器排气口排出的烟气分成两路，一路进入空气预热器（8），另一路进入烟气-空气换热器（2），两路烟气经换热排出，混合后进入间接式空气预热器中的烟气-油换热器（4），释放热量后排出；

经循环泵（5）升压输送的导热油在换热回路中循环流动，导热油在烟气-油换热器（4）中吸收烟气的热量后升温，进入空气-油换热器中释放热量，对一次风和二次风进行提前预热，膨胀槽（7）作为保护装置，保证加热器在启动、变工况等情况下的正常运行；

所述一次风和二次风经烟气-油换热器（4）提前预热后，进入空气预热器（8）中加热到额定温度后输送至炉膛；风机（3）将空气输送入烟气-空气换热器（2）中，吸收烟气释放的热量后，经输送进入炉膛。