CN119063017A - 省煤器及煤粉工业锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种省煤器及煤粉工业锅炉系统。其中，省煤器包括箱体、换热模组、m个挡板和阀门，箱体具有烟道、烟气进口和烟气出口，换热模组包括多个换热管件，换热管件设在烟道内形成换热区域，挡板设在烟道内，m个挡板将换热区域分隔开并形成n个子换热区，n＝m+1，其中一个子换热区为主换热区，m个换热区为辅助换热区，阀门设在辅助换热区的进口侧，以控制辅助换热区的烟气的流通。本发明的省煤器通过分区换热，实现燃煤工业锅炉宽负荷脱硝，不仅节约了省煤器外部改造所需空间，并且充分利用高温烟气流动惯性，经济有效地根据锅炉不同运行负荷调整换热面积和烟气流速，从而改变换热量，达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。

Description

省煤器及煤粉工业锅炉系统

技术领域

本发明涉及省煤器技术领域，尤其是涉及一种省煤器及煤粉工业锅炉系统。

背景技术

在煤粉工业锅炉运行日益严苛的现状下，对锅炉运行负荷范围提出更高的调节要求，在工业锅炉在过低负荷下，经省煤器换热后的烟气温度即SCR脱硝反应器入口的烟气温度不能满足催化剂活性反应温度，使得脱硝催化剂活性整体或局部无法维持在最佳状态，SCR脱硝反应器运行效率降低，氨水消耗量增大，氨逃逸率增大，无法满足环保排放要求。当锅炉负荷较大时，经省煤器换热后的烟气温度较高，导致后续布袋除尘烟温过高，对布袋造成损坏，排烟温度过高，造成热损失增大，甚至出现停炉现象。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种省煤器，通过分区换热，实现燃煤工业锅炉宽负荷脱硝，不仅节约了省煤器外部改造所需空间，并且充分利用高温烟气流动惯性，经济有效地根据锅炉不同运行负荷调整换热面积和烟气流速，从而改变换热量，达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。

本发明的实施例提出一种煤粉工业锅炉系统。

本发明实施例的省煤器，包括箱体、换热模组、m个挡板和阀门，所述箱体具有烟道、烟气进口和烟气出口，所述换热模组包括多个换热管件，所述换热管件设在所述烟道内形成换热区域，所述挡板设在所述烟道内，m个所述挡板将所述换热区域分隔开并形成n个子换热区，n＝m+1，其中一个子换热区为主换热区，m个换热区为辅助换热区，所述阀门设在所述辅助换热区的进口侧，以控制所述辅助换热区的烟气的流通。

本发明实施例的省煤器通过分区换热，实现燃煤工业锅炉宽负荷脱硝，不仅节约了省煤器外部改造所需空间，并且充分利用高温烟气流动惯性，经济有效地根据锅炉不同运行负荷调整换热面积和烟气流速，从而改变换热量，达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。

在一些实施例中，所述主换热区位于n个所述子换热区的中部。

在一些实施例中，m为偶数，m个所述挡板以所述烟道的中轴线为中心对称设置。

在一些实施例中，所述m为4，所述主换热区占所述换热区域的0.45-0.55。

在一些实施例中，m个所述辅助换热区的面积相同。

在一些实施例中，沿着远离所述主换热区的方向，0.5m个所述辅助换热区与相对应的所述阀门之间的距离逐渐减小。

在一些实施例中，相邻所述阀门在所述烟道的延伸方向上间隔开。

在一些实施例中，所述阀门具有0％、20％、40％、60％、80％和100％的开度档位。

在一些实施例中，所述换热管件具有进水口和出水口，所述换热模组还包括进水集箱和出水集箱，所述进水集箱和所述出水集箱均与所述箱体连接，所述进水口与所述进水集箱连通，所述出水口与所述出水集箱连通。

本发明实施例的煤粉工业锅炉系统包括任一实施例的所述省煤器。

附图说明

图1是本发明实施例的煤粉工业锅炉系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的省煤器的结构示意图；

图3是本发明实施例的省煤器的侧视结构示意图；

图4是本发明实施例的换热管件的结构示意图；

附图标记：

煤粉工业锅炉系统1000，

省煤器100，箱体1，烟道11，烟气进口12，烟气出口13，换热模组2，换热管件21，进水集箱22，出水集箱23，换热管211，挡板3，阀门4，主换热区5，辅助换热区6，第一辅助换热区61，第二辅助换热区62。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的煤粉工业锅炉系统1000包括锅、转弯烟室、高温受热面、高温蜗壳、省煤器100、SCR脱销反应器、低温受热面、除尘脱硫装置和烟囱，锅炉炉膛内的高温烟气经转弯烟室进入高温蜗壳进行换热，经高温受热面换热后，烟气通过进入省煤器100中进行换热，换热后进入SCR脱硝反应器，随后经脱硝后的高温烟气依次经过低温受热面、布袋除尘器和除尘脱硫装置，而后排放。

如图2至图4所示，本发明实施例的省煤器100包括箱体1、换热模组2、挡板3和阀门4。箱体1具有烟道11、烟气进口12和烟气出口13，烟气进口12和烟气出口13分别为烟道11的进口和出口。换热模组2包括多个换热管件21，换热管件21设在烟道11内形成换热区域。挡板3设在烟道11内，挡板3为隔热挡板。挡板3与箱体1连接，挡板3具有m个，m个挡板3将换热区域分隔开并形成n个子换热区，n＝m+1，其中一个子换热区为主换热区5，m个换热区为辅助换热区6。阀门4设在辅助换热区6的进口侧，以控制辅助换热区6的烟气的流通，阀门4的数量为m个。

当高温烟气经过省煤器100时，高温烟气经烟气进口12进入烟道11内，流经换热管件21时进行换热，而后从烟气出口13排出。如图2所示，烟气进口12位于烟道11的下侧，烟气出口13位于烟道11的上侧，高温烟气从下向上流动。

当锅炉处于较低运行负荷时，锅炉产生的高温烟气温度较低，关闭省煤器100的辅助换热区6的阀门4，使得高温烟气不能流向辅助换热区6，不能与辅助换热区6的换热管件21进行换热，高温烟气全部通过主换热区5进行换热，换热面积达到最小，同时烟气流速达到最大，从而换热量最小，使得从烟气出口13排出的烟气温度减小量最小，使得SCR脱硝反应器入口的平均烟温能够满足SCR脱硝催化剂的最低反应温度要求。

当锅炉运行负荷继续提升，打开辅助换热区6的阀门4，并逐步增加阀门4的开度和打开数量，从而逐步增加辅助换热区6流通的面积和数量，使高温烟气的一部分能够进入辅助换热区6，逐步增大换热区的面积，并逐步减小高温烟气的流速，逐步增大换热量，使得换热后的烟气能够满足SCR脱硝催化剂的反应温度要求。

当锅炉处于高运行负荷时，省煤器100的辅助换热区6的阀门4全部开启，高温烟气流经整个省煤器100的换热管件21，换热面积达到最大，同时烟气流速降低，换热能力达到最大。

本发明实施例的省煤器100，通过m个挡板3将换热区域分隔成一个主换热区5和n个辅助换热区6，主换热区5处于流通状态，并在辅助换热区6的进口侧设置阀门4，通过控制阀门4的开关控制辅助换热区6的流通，从而实现对省煤器100的换热区的分区及换热控制。并且，辅助换热区6与主换热区5同属于省煤器100的换热区域，辅助换热区6位于高温烟气流动的路径上，辅助换热区6的流通与否对高温烟气的流动方向的改变较小，能够保证在辅助换热区6的阀门4开启状态下，高温烟气能够流经辅助换热区6，从而可以根据锅炉的不同运行负荷，通过控制阀门4精确地调整省煤器100的换热面积及烟气流速，从而改变换热量，从而使从烟气出口13排出的烟气达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。同时，本发明实施例的阀门4位于辅助换热区6的进口侧，与阀门4设在辅助换热区6的中部或出口侧相比，在阀门4关闭状态下，能够隔绝高温烟气进入相对应的辅助换热区6内，避免高温烟气与辅助换热区6的换热管件21进行换热，避免：辅助换热区6通过进口侧与主换热区5和其他流通的辅助换热区6相连通，而造成本该不参与换热的换热管件21换热、其换热后的气体随高温烟气的主体气流进入其他流通的换热区(主换热区5和其他流通的辅助换热区6)，造成换热调节控制精度低的问题。

并且，与相关技术中的采用烟气旁路、水旁路或者分级省煤器进行调节相比，本发明实施例的省煤器100不仅能够充分利用高温烟气流动的惯性，保证辅助换热区6对高温烟气的引流效果，还能够在已有锅炉省煤器的基础上，利用已有的设备空间，对省煤器进行改造形成本发明的省煤器，其改造难度低、成本低。

由此，本发明实施例的省煤器100通过分区换热，实现燃煤工业锅炉宽负荷脱硝，不仅节约了省煤器100外部改造所需空间，并且充分利用高温烟气流动惯性，经济有效地根据锅炉不同运行负荷调整换热面积和烟气流速，从而改变换热量，达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。

具体的，换热管件21具有进水口和出水口，换热模组2还包括进水集箱22和出水集箱23，进水集箱22和出水集箱23均与箱体1连接，进水口与进水集箱22连通，出水口与出水集箱23连通。进水集箱22与低温受热面的水管路连通，出水集箱23与高温受热面的管路连通。

在一些实施例中，主换热区5位于n个子换热区的中部，则，主换热区5的两侧均分布有辅助换热区6。为便于描述，以逐渐远离主换热区5的方向对辅助换热区6进行排序，即，与主换热区5相邻的为第一辅助换热区61，与第一辅助换热区61相邻的为第二辅助换热区62，等等。在省煤器100逐步增加阀门4的打开数量过程中，沿着从内向外的方向逐个打开，即，先打开第一辅助换热区61的阀门，再打开第二辅助换热区62。主换热区5位于n个子换热区的中部，利于缩短辅助换热区6与主换热区5之间的距离，在调节辅助换热区6的流通或关闭过程中，能够减小流动的高温烟气的变化路径，保证高温烟气按照设定的变化路径流动，保证本发明实施例的省煤器100对换热面积和烟气流速的调节精准度，保证换热量的调节精度，进一步保证达到SCR脱硝反应器的活性反应温度要求。

在一些实施例中，m为偶数，m≥2，m个挡板3以烟道11的中轴线为中心对称设置，则，主换热区5的两侧均分布有0.5m个辅助换热区6，且两侧的辅助换热区6相对主换热区5对称。例如，两个第一辅助换热区61相对主换热区5对称，两个第二辅助换热区62相对主换热区5对称。当两个第一辅助换热区61的阀门4同时打开时，由于两个第一辅助换热区61相对主换热区5对称，则，两个第一辅助换热区61的面积相同，使得进入两个第一辅助换热区61的烟气的流速相近，换热量相近，换热后的烟气的两侧(即两个辅助换热区61换热后的烟气)温度相近。故，m个挡板3以烟道11的中轴线为中心对称设置，利于高温烟气在主换热区5的两侧辅助换热区6的分布的均衡性，从而利于缩小换热后的烟气的不同区域温差，保证进入SCR脱硝反应器的烟气的烟温分布均衡，从而进一步保证SCR脱硝反应器的正常运行。

在一些实施例中，m个辅助换热区6的面积相同。在多个辅助换热区6都参与换热的状态下，辅助换热区6的面积相同，利于进一步提升高温烟气在主换热区5的两侧辅助换热区6的分布的均衡性，利于进一步缩小换热后的烟气的不同区域温差，进一步保证进入SCR脱硝反应器的烟气的烟温分布均衡，从而进一步保证SCR脱硝反应器的正常运行。

在一些实施例中，沿着远离主换热区5的方向，0.5m个辅助换热区6与相对应的阀门4之间的距离逐渐减小。即，第一辅助换热区61与相对应的阀门4之间的距离最大，边沿的辅助换热区6与相对的阀门4之间的距离最小，也就是，边沿的辅助换热区6的阀门4最高。烟道11的边沿是烟气是烟气冲刷烟道11和磨损的严重区域，本发明实施例的省煤器100在烟道11边沿的阀门4位置最高，能够对高速流动的延期形成缓冲，减弱烟气的冲刷和磨损缓冲一下高速烟气。

在一些实施例中，相邻阀门4在烟道11的延伸方向上间隔开，能够为阀门4的操作或控制提供空间，便于人员控制阀门4的开关及开度。

具体的，阀门4为手动阀门4。阀门4材质为耐450℃不锈钢。

阀门4具有0％、20％、40％、60％、80％和100％的开度档位。阀门4在0％的开度档位时，阀门4处于关闭状态。阀门4在100％的开度档位时，阀门4处于全开状态。

具体的，m为4，则，辅助换热区6为4个，分别为两个第一辅助换热区61、两个第二辅助换热区62。主换热区5占换热区域的0.45-0.55。

本实施例中，换热管件21包括3个换热管211，直径为45mm，换热管件21具有80个。进水集箱22和出水集箱23均为并列的18个直径为377mm的水集箱。来自锅炉的低温受热面的水从进水集箱22进入换热模组2，流经省煤器100换热管充分换热后由出水集箱23流出，通过连接管引入锅炉的高温受热面，额定循环水量1147t/h，额定工作压力1.7MPa。

本发明实施例的省煤器100在使用状态下，具体调节作业过程如下。

当锅炉处于较低运行负荷，即满负荷的40％-50％时，省煤器100辅助换热区6的阀门4全部关闭，省煤器100换热区域为主换热区5，高温烟气全部通过主换热区5进行换热，换热面积达到最小，同时烟气流速达到最大，换热量最小，SCR脱硝反应器入口平均烟温达到310℃以上，满足SCR脱硝催化剂的最低反应温度要求。

当锅炉运行负荷继续提升，控制第一辅助换热区61的阀门4的开度，使之开度由0％逐步向100％调节，直到锅炉负荷达到满负荷的70％时，第一辅助换热区61的阀门4全部打开，期间SCR脱硝反应器入口平均烟温在350℃附近。

当锅炉运行负荷从70％继续提升时，保持第一辅助换热区61的阀门4全开，调节第二辅助换热区62的阀门4开度，使之开度由0％逐步向100％调节，期间SCR脱硝反应器入口平均烟温在350℃-380℃之间，达到SCR脱硝催化剂的最佳反应温度范围。

当锅炉处于高运行负荷时，即满负荷的90％以上，省煤器100的辅助换热区6的阀门4全部开启，高温烟气流经整个省煤器100，换热面积达到最大，同时烟气流速降低，换热能力达到最大，SCR脱硝反应器入口平均烟温不超过420℃。

本发明实施例的省煤器100将换热区域分区，形成不同的换热区域，实现分区换热，同时充分利用高温烟气惯性，而没有大幅增加高温烟气阻力，经济有效地解决了工业锅炉运行中，因不同负荷以及煤种导致SCR脱硝反应器入口烟温不能满足催化反应温度的问题，具有改造简单、调节简便、运行稳定、效果良好以及节约锅炉系统换热空间等优点，可实现煤粉工业锅炉在运行负荷范围在40％-100％内稳定长时间运行，为解决煤粉工业锅炉宽负荷脱硝省煤器100设计工程应用提供新的途径。

应用本发明实施例的省煤器100后，锅炉运行负荷范围增加27.5％，供暖季锅炉总运行时长增加59.69％，锅炉在满负荷下的总运行时长达到整个供暖季的52.52％，锅炉供热量提高了82.65％，整个供暖季未出现SCR脱硝反应器烟气入口温度过高或者过低现象，运行故障减少，保障了锅炉在宽负荷下稳定长时间运行，同时减少了工作人员的检修工作量，节约了人力和物力资源。

本发明实施例的省煤器100还可推广至电站锅炉燃煤发电机组深度灵活调峰脱硝领域。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种省煤器(100)，其特征在于，包括：

箱体(1)，所述箱体(1)具有烟道(11)、烟气进口(12)和烟气出口(13)；

换热模组(2)，所述换热模组(2)包括多个换热管件(21)，所述换热管件(21)设在所述烟道(11)内形成换热区域；

m个挡板(3)，所述挡板(3)设在所述烟道(11)内，m个所述挡板(3)将所述换热区域分隔开并形成n个子换热区，n＝m+1，其中一个子换热区为主换热区(5)，m个换热区为辅助换热区(6)；

阀门(4)，所述阀门(4)设在所述辅助换热区(6)的进口侧，以控制所述辅助换热区(6)的烟气的流通。

2.根据权利要求1所述的省煤器(100)，其特征在于，所述主换热区(5)位于n个所述子换热区的中部。

3.根据权利要求2所述的省煤器(100)，其特征在于，m为偶数，m个所述挡板(3)以所述烟道(11)的中轴线为中心对称设置。

4.根据权利要求3所述的省煤器(100)，其特征在于，所述m为4，所述主换热区(5)占所述换热区域的0.45-0.55。

5.根据权利要求3所述的省煤器(100)，其特征在于，m个所述辅助换热区(6)的面积相同。

6.根据权利要求2所述的省煤器(100)，其特征在于，沿着远离所述主换热区(5)的方向，0.5m个所述辅助换热区(6)与相对应的所述阀门(4)之间的距离逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的省煤器(100)，其特征在于，相邻所述阀门(4)在所述烟道(11)的延伸方向上间隔开。

8.根据权利要求1所述的省煤器(100)，其特征在于，所述阀门(4)具有0％、20％、40％、60％、80％和100％的开度档位。

9.根据权利要求1所述的省煤器(100)，其特征在于，所述换热管件(21)具有进水口和出水口，所述换热模组(2)还包括进水集箱(22)和出水集箱(23)，所述进水集箱(22)和所述出水集箱(23)均与所述箱体(1)连接，所述进水口与所述进水集箱(22)连通，所述出水口与所述出水集箱(23)连通。

10.一种煤粉工业锅炉系统(1000)，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述省煤器(100)。