CN103542420B - 一种燃煤锅炉含so3烟气的换热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电站锅炉、工业锅炉烟气余热回收利用技术领域,具体为一种燃煤锅炉含SO3烟气的换热装置及方法。本发明将设置在电除尘器上游的换热装置分为两个区域:传热管管壁非结露区域和传热管管壁结露区域;烟气首先通过非结露区域,控制烟气温度降温至酸露点以上,随后进入结露区域,控制烟气温度继续降温5~15℃至酸露点以下,然后进入下游的电除尘器除尘;在结露区域的换热管束上加设有高压电场,通过静电吸附碱性粉尘用以中和换热管上凝结的酸露。本发明可除去烟气中SO3,降低粉尘比电阻,提高除尘效率;最大限度回收利用烟气余热,提高经济效益;有效防止换热装置本身的低温酸腐蚀;降低电耗,节省运行费用。
Description
技术领域
本发明属于电站锅炉、工业锅炉烟气余热回收利用技术领域,具体涉及一种电站锅炉、工业锅炉的烟气换热装置及方法。
背景技术
在电除尘器上游设置换热装置,降低电除尘器入口烟气温度,既能提高电除尘器效率又可回收烟气余热,是目前燃煤电厂常用的一种节能技术措施。回收的烟气余热可用于汽轮机组回热系统的凝结水加热、锅炉助燃空气加热、建筑空调采暖和生活热水等,其中用于汽轮机组回热系统的凝结水加热的系统流程如图1所示。
电除尘器入口的烟气温度降低,意味着进入电除尘器的烟气容积减少,烟气流速降低,电场作用时间延长,增加粉尘的捕获率。此外,烟气温度降低可以减小粉尘的比电阻进入电除尘的最佳效率区间,提高电除尘器的除尘效率。
如果进一步地将含SO3的烟气温度降低至酸露点以下,烟气热量的回收自然随之增加,更有利的是,低于酸露点温度的烟气中的SO3将以酸雾的形式析出,在烟气含尘浓度较高、粉尘总表面积很大的环境下,为SO3在粉尘表面的凝结附着提供了良好的条件。碱性粉尘结露后不仅能吸附中和烟气中的SO3,而且还可降低粉尘的比电阻,进一步提高除尘效率。
但是,将含有SO3烟气的温度降低至酸露点以下,对换热设备存在一个本身产生凝酸结露导致低温腐蚀的问题。
对于换热装置而言,其主要作用即是降低烟气温度,回收烟气余热。但由于其传热管的壁面温度始终低于附近的烟气平均温度,导致其烟气出口温度不能太低。因为当出口烟气温度接近酸露点温度时,换热器低温部分的壁温则已低于酸露点温度,从而将产生结露凝酸,不但会对传热管产生低温酸腐蚀,而且还会粘结烟气中的粉尘,造成通道堵灰。尽管被粘结的碱性粉尘可以中和部分凝酸,但根据相关报道,此情景下的酸腐蚀还是相当严重。对于必须工作在酸露点以下的场合,可以选用耐酸材料制作传热管或在管外壁涂覆耐腐蚀材料,然而前者难以制作复杂形状的换热面,后者对安装维护有极高要求且降低传热能力。
而对于电除尘器来说,其除尘过程的烟气温降很小,电极温度将不会低于烟气温度,上面的电极室和下面的出灰斗还需加热保温,因而当进口烟温高于酸露点温度以上时,在除尘过程中将不会产生结露现象。而如果进口烟温处于酸露点温度以下时,则会在粉尘表面产生结露并吸附烟气中的SO3,与其碱性成分中和后被除去。同时还因烟气流量减少和粉尘比电阻的降低,使得除尘效率提高。
由此可见,将换热装置与电除尘器相结合协同工作,使之发挥最佳作用,其关键问题在于如何解决降温结露与除尘增效两环节间的矛盾,既要保证换热装置内不致发生酸腐蚀,又要使电除尘器内烟温低至酸露点以下,使烟气中粉尘产生结露现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能防止降温结露,又能有效进行除尘增效的燃煤锅炉含SO3烟气的换热装置。
本发明提出的燃煤锅炉含SO3烟气的换热装置,将降温和碱性粉尘静电吸附技术结合,以解决换热装置在将烟气温度降低至酸露点以下时,其本身壁面产生凝酸结露而导致低温腐蚀的问题。
本发明提供的上述换热装置,在电站锅炉烟气余热回收利用系统中用于加热汽机凝结水的系统流程如图2所示。
本发明中,将设置在电除尘器上游烟道内的换热装置,分为两个区域:传热管管壁非结露区域和传热管管壁结露区域,如图5所示;烟气首先通过传热管管壁非结露区域,控制烟气温度降温至酸露点以上,随后进入传热管管壁结露区域,控制烟气温度继续降温5~15℃至酸露点以下,然后进入下游的电除尘器除尘。
本发明中,所述传热管管壁结露区域与传热管管壁非结露区域的布置方式为如下3种之一:传热管管壁结露区域与传热管管壁非结露区域组合成一体,布置在电除尘器的上游烟道内;或者传热管管壁结露区域单独布置在电除尘器的上游烟道内的传热管管壁非结露区域之后;或者传热管管壁结露区域单独布置在电除尘器进口异径烟道接口内。
传热管管壁结露区域单独布置在电除尘器的进口异径烟道接口内,除了充分利用原有烟道空间外,另有诸多优点:一是可以与电除尘器统一布置高压电源;二是换热装置管束的粉尘排放可以与电除尘器共用;三是换热装置的管束可以起到烟气的气流均布作用,使经过换热装置进入后续高压静电收尘电场的烟气,分布更为均匀,保证除尘效率。同样用于加热汽机凝结水的系统流程如图3所示。
本发明中,在传热管管壁结露区域的换热管束上加设高压电场,当低于酸露点的烟气在换热管外壁产生凝酸结露的同时,在高压电场作用下会有粉尘吸附在管壁上,于是通过使用碱性粉尘来中和所产生的酸露,以避免或减缓换热管的低温酸腐蚀,如图4所示。
本发明中,传热管管壁结露区域换热管管束上所加高压电场可根据烟气凝酸结露情况予以调节。
本发明中,传热管管壁结露区域换热管管束上的积聚粉尘由粉尘击打除灰装置去除。
本发明中,为减轻粉尘对换热管束的磨损,换热装置管束间的最大烟气流速控制在8~12m/s范围。
本发明中,传热管管壁非结露区域受热面的换热管的布置形式与常规换热装置类似,换热管形式可以是光管、针翅式鳍片管、H形肋片管,其中H形肋片管又可以是圆基管和椭圆基管,换热管的管束布置可以是顺排或错排,换热管的管束布置方向可以是水平或垂直。
传热管管壁结露区域受热面的换热管的形式可以是光管、针翅式鳍片管、H形肋片管,其中H形肋片管又可以是圆基管和椭圆基管,换热管的管束布置可以是顺排或错排,换热管的管束布置方向可以是水平或垂直。
本发明中,传热管管壁结露区域所有换热管均给予电气连接并接地后作为阳极板(收尘极),同时,传热管管壁结露区域换热管的每1~3列管束前面迎着烟气来向布置一组阴极线(电晕极),阴极线与换热管分别连接至高压电源的两个输出电极组成换热与粉尘静电吸附单元,直至将整个结露区域所有换热管组合完毕。
本发明中,调整各电除尘单元的高压电源输出电压或阴极线与换热管的距离,使得阴极线与换热管之间的电场强度为后续电除尘器电场强度的50~80%。
本发明中,传热管管壁结露区域换热管管束的进出口部位装有温度传感器,所加高压电场可根据烟气在管束上凝酸结露情况予以调节。
本发明中,传热管管壁结露区域换热管管束上设置有粉尘击打除灰装置。
本发明的特点为:
(1)减少烟气处理量,提高除尘效率,减少细微粉尘排放。烟气温度降低后进行电除尘处理,一是减少烟气流量,降低烟速,有利细微粉尘的捕集,减少PM2.5的排放;二是减小粉尘的比电阻,使之处于电除尘的最佳效率区间,提高除尘效率。
(2)除去烟气中SO3,降低粉尘比电阻。当烟气温度降到酸露点以下后,SO3将以酸雾的形式析出,在烟气含尘浓度较高、粉尘总表面积很大的环境下,为SO3在粉尘表面的凝结附着提供了良好的条件。碱性粉尘结露后不仅能吸附中和烟气中的SO3,而且还可降低粉尘的比电阻,进一步提高除尘效率。
(3)最大限度回收利用烟气余热,提高经济效益。将烟气温度降到酸露点以下再进行后续除尘、脱硫处理,可以最大限度回收烟气热量。对采用烟气-水形式的换热装置所回收的烟气余热,根据实际条件可分别用于:烟气再热、加热凝结水、采暖供热等,所产生的经济效益可在短时间内收回系统改造成本。
(4)有效防止换热装置本身的低温酸腐蚀。换热装置烟气出口部分的传热管壁面温度降低至酸露点以下时,烟气侧的管壁壁面将产生凝酸结露,但在高压电场作用下不断有粉尘吸附在管壁上,通过碱性粉尘来中和所产生的酸露,同时有粉尘击打除灰装置定时将积聚的粉尘清除,从而避免或减缓传热管的低温酸腐蚀。
(5)适应燃煤品种、成分变化,换热装置进水温度不受限制。有了中和酸露的手段之后,在燃煤品种的选择方面,可以不再顾虑燃煤成分特别是硫分对酸露点高低的影响。同时,换热装置的进水温度也可以根据节能最有利的状况进行调节,而不必受到换热装置壁面温度的限制。
(6)降低电耗,节省运行费用。烟气流量减少也有利于吸风机和增压风机降低功耗。布置在电除尘器前的换热装置所增加的阻力由吸风机克服,对吸风机来说,虽然压头增加,但处理烟气流量减少,两者相消,电耗基本持平。对脱硫风机而言,由于处理烟气流量的减少,电耗将会下降。从总体上来说,电耗将降低。
(7)避免后续工艺中SO3腐蚀的问题。烟气中产生酸腐蚀的主要因素SO3被脱除后,对下游设备和烟道可以节省防腐投资、维修工作量和费用,进一步提高了经济效益。
附图说明
图1为用于汽轮机组回热系统的凝结水加热的系统流程图示。
图2为用于加热汽机凝结水的系统流程图示。
图3为换热装置的传热管管壁结露区域布置在电除尘器的进口异径烟道接口内时,用于加热汽机凝结水的系统流程图示。
图4为传热管管壁结露区域的换热管束加有高压电场图示。图中表示为两个阴极线与换热管束组合单元,每个单元由一列阴极线和两列换热管束组成,高压电源可以分别设置,也可以合并在一起。
图5为电除尘器上游的换热装置分为传热管管壁非结露、结露两部分区域图示。
图6为换热装置的传热管管壁结露区域布置在电除尘器的进口异径烟道接口内图示。
图中标号:1为锅炉,2为电除尘器,3为引风机,4为脱硫吸收塔,5为烟囱,6表示中压蒸汽,7为汽轮发电机组的低压缸,8为汽轮发电机组的发电机,9为凝汽器,10为凝结水泵,11为第(n-1)级低压抽汽加热器,12为第(n)级低压抽汽加热器,13为第(n+1)级低压抽汽加热器,14为烟气换热装置,15为烟气换热装置非结露区,16为烟气换热装置结露区,17表示烟气流向,18为电晕示意,19为阴极线,20为换热管束(收尘极),21为高压电源,22表示第一列换热管束,23表示第二列换热管束,24表示第三列换热管束,25表示第四列换热管束,26表示第一排换热管束,27表示第二排换热管束,28表示第n排换热管束,29为第一级常规换热器,30为第二级带静电吸附的换热器,31为常规换热管束,32为电除尘器进口异径烟道接口(喇叭口)。
具体实施方式
下面通过实施例进一步具体描述本发明。
实施例1一种包括上述烟气换热装置的电站锅炉烟气余热回收利用系统。
将电除尘器进口异径烟道接口(喇叭口)内的一道或多道多孔气流分布板换成垂直或者水平布置的换热管管束,并接地后作为阳极板(收尘极)与布置在其前面的阴极电极(电晕极)组成粉尘静电吸附单元,其中:
换热管可用外径为20~50mm的圆管,也可用短外径为20~50mm、长短径之比为1~3的椭圆管,用椭圆管时应使长轴方向与气流平行,换热管的长度在垂直布置时根据进口异径烟道接口的高度而定,水平布置时根据进口异径烟道接口的宽度而定;
进一步地,也可使用以上述管型作为基管的针翅式鳍片管、H形肋片管;
换热管与鳍片、肋片的材料可以用碳钢,也可以采用ND钢;
在每1~3列换热管管束的迎风面之前300~400mm布置一层阴极线(电晕极),阴极线(电晕极)可以垂直或水平布置,线与线之间间隔600~800mm,;
换热管管束需要可靠接地,作为粉尘静电吸附的阳极板(收尘极);
每层阴极线(电晕极)与对应的1~3列换热管管束(收尘极)形成一组换热粉尘静电吸附单元,可以根据换热需要沿烟气流动方向布置多组换热粉尘静电吸附单元;
在换热管管束上部布置有粉尘击打除灰装置。
实施例2一种包括上述烟气换热装置的电站锅炉烟气余热回收利用系统。
将电除尘器进口异径烟道接口(喇叭口)内的一道或多道多孔气流分布板换成2~4片带垂直或者水平换热管的均流管板,每片均流管板均垂直于烟气流向,大小与所在烟道截面一致,并接地后作为阳极板(收尘极)与布置在其前面的阴极电极(电晕极)组成换热粉尘静电吸附单元,其中:
换热管可用外径为20~50mm的圆管,也可用短外径为20~50mm、长短径之比为1~3的椭圆管,用椭圆管时应使长轴方向与气流平行,换热管的长度在垂直布置时根据烟气通道高度而定,水平布置时根据烟气通道宽度而定;
每片均流管板的换热管之间沿管子轴线方向用膜式肋片间断地焊接连接,用椭圆管时应使膜式肋片垂直于长轴焊接,膜式肋片之间留有气流流通间距;
换热管之间的间隔和膜式肋片之间的间隔面积,形成气流通道,气流通道占均流管板的面积比例应该不低于改造前多孔气流分布板的均流占空比;
在每根换热管的背风面沿管子轴线方向连续焊接有导流条,导流条的宽度根据气流导流的要求确定;
在每块膜式肋片的背风面焊接有折角在60~120度的导流角;
换热管与膜式肋片、导流条、导流角可以根据需要拼合成一块或多块,以布满整个烟气通道截面;
换热管与膜式肋片、导流条、导流角的材料可以用碳钢,也可以根据防腐蚀要求采用抗腐蚀可焊接材料;
在每片拼装的带换热管的均流管板的迎风面之前300~400mm布置阴极线(电晕极),阴极线(电晕极)可以垂直或水平布置,线与线之间间隔600~800mm;
每片拼装的带换热管的均流管板需要可靠接地,作为电除尘的阳极板(收尘极);
在拼装的带换热管的均流管板上部布置有击打除灰装置;
拼装的带换热管的均流管板可以根据需要沿烟气流动方向布置2~4层(片);
单元迎风面积是指用直线将多孔气流分布板四个相邻均流孔的圆心连接后所形成的迎风投影面积;
均流占空比是指单元迎风面积中均流孔所占的面积(或称气流流通面积)与单元迎风面积之比。
Claims (2)
1.一种燃煤锅炉含SO3烟气的换热装置,其特征在于在电站锅炉、工业锅炉烟气余热回收利用系统中,将设置在电除尘器上游的换热装置分为两个区域:传热管管壁非结露区域和传热管管壁结露区域;
在传热管管壁结露区域的换热管束上加设有高压电场;在传热管管壁结露区域设有粉尘击打除灰装置;
所述传热管管壁结露区域与传热管管壁非结露区域的布置方式为如下3种之一:传热管管壁结露区域与传热管管壁非结露区域组合成一体,布置在电除尘器的上游烟道内;或者传热管管壁结露区域单独布置在电除尘器的上游烟道内的传热管管壁非结露区域之后;或者传热管管壁结露区域单独布置在电除尘器进口异径烟道接口内;
所述传热管管壁非结露区域受热面的换热管的形式是光管、针翅式鳍片管或H形肋片管,其中H形肋片管是圆基管或椭圆基管,换热管的管束布置是顺排或错排,布置方向是水平或垂直;所述传热管管壁结露区域受热面的换热管的形式是光管、针翅式鳍片管、H形肋片管,其中H形肋片管是圆基管或椭圆基管,换热管的管束布置是顺排或错排,布置方向是水平或垂直;
所述传热管管壁结露区域所有换热管均给予电气连接并接地后作为阳极板,同时,传热管管壁结露区域换热管的每1~3列管束前面迎着烟气来向布置一组阴极线,阴极线与换热管分别连接至高压电源的两个输出电极组成换热与粉尘静电吸附单元,直至将整个结露区域所有换热管组合完毕。
2.一种如权利要求1所述的燃煤锅炉含SO3烟气的换热装置的换热方法,其特征在于在电站锅炉、工业锅炉烟气余热回收利用系统中,将设置在电除尘器上游的换热装置分为两个区域:传热管管壁非结露区域和传热管管壁结露区域;烟气首先通过传热管管壁非结露区域,控制烟气温度降温至酸露点以上,随后进入传热管管壁结露区域,控制烟气温度继续降温5~15℃至酸露点以下,然后进入下游的电除尘器除尘;
传热管管壁结露区域换热管管束上所加高压电场根据烟气凝酸结露情况予以调节;
传热管管壁结露区域换热管管束上的积聚粉尘由粉尘击打除灰装置去除;
换热装置管束间的最大烟气流速控制在8~12m/s范围;
调整各电除尘单元的高压电源输出电压或阴极线与换热管的距离,使得阴极线与换热管之间的电场强度为后续电除尘器电场强度的50~80%。
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