一种锅炉超低灰尾部烟道系统.pdf

本发明涉及一种锅炉超低灰尾部烟道系统，包括省煤器、脱硝系统、空气预热器，在省煤器之后脱硝系统之前设有高温除尘系统，脱硝系统通过依次连接的空气预热器、烟气余热回收系统、引风机与脱硫系统相通，脱硫系统连接有烟囱。本发明可以降低脱硝系统、空气预热器、烟气余热回收系统、脱硫系统等的设备体积，可以把原来用于防治磨损、腐蚀、积灰、堵灰的措施去除，降低了成本，简化了结构，减少了空间。

权利要求书
1.  一种锅炉超低灰尾部烟道系统，包括省煤器、脱硝系统、空气预热器、烟气余热回收 系统，其特征是，在省煤器之后脱硝系统之前设有高温除尘系统，脱硝系统通过依次连接的 空气预热器、烟气余热回收系统、引风机与脱硫系统相通，脱硫系统连接有烟囱。

2.  根据权利要求1所述的一种锅炉超低灰尾部烟道系统，其特征是，所述的高温除尘 系统为高温电除尘器或高温陶瓷除尘器。

3.  根据权利要求1所述的一种锅炉超低灰尾部烟道系统，其特征是，所述高温除尘系 统采用高温陶瓷材料除尘器和高温电除尘器相结合的型式，高温电除尘器为初级除尘，陶瓷 除尘器为深度除尘。

4.  根据权利要求1所述的一种锅炉超低灰尾部烟道系统，其特征是，所述的烟气余热回 收系统包括进口联箱、出口联箱和换热管束，换热管束为螺旋翅片管或H型翅片管，翅片间 距为3-5mm。

5.  根据权利要求1所述的一种锅炉超低灰尾部烟道系统，其特征是，所述的翅片间距 选为4mm。

说明书一种锅炉超低灰尾部烟道系统
技术领域
本发明涉及一种锅炉烟道系统，特别涉及一种能够把锅炉省煤器出口的烟气含尘浓度大 幅度降低、使得整个尾部烟道均处于几乎无灰工作状态的锅炉烟道系统，属于热力发电领域。
背景技术
目前的锅炉尾部烟道系统，烟气除尘系统一般设置在空气预热器之后、脱硫装置之前的 烟道内。由于锅炉燃烧时，尤其是燃煤锅炉燃烧时，会产生大量的灰，在高灰尘烟气环境下 工作的设备均受到灰的影响。
含尘烟气流经脱硝系统时，飞灰中含有的Na、K、Si、As等元素会使催化剂污染或中毒， 而且含有微尘颗粒的烟气磨损反应器并使蜂窝状的催化剂堵塞，降低脱硝效率，增加运行成 本。也有学者对脱硝系统做出改进，在脱硝系统的入口部分增加除尘设备以便去除进入脱硝 系统的大颗粒灰尘，不过这种除尘设备仅是为了去除进入脱硝系统的大颗粒灰尘，为脱硝系 统服务，其除尘效果远远达不到国家的排放要求，烟道中的进一步除尘设备仍然不可或缺。 而且脱硝设备之后的烟道仍然处于有灰尘状态，这些设备依然工作在有灰的环境中。
空气预热器和烟气余热回收系统受到灰的磨损、积灰的影响，使得传热系数下降，可靠 性下降；空气预热器的换热波纹板，由于要考虑积灰的作用，所以波纹间距较大，也导致了 换热系数的降低。位于空气预热器之后的烟气冷却器，更会受到可能堵灰的影响，导致换热 性能快速下降，流动阻力急剧升高。
图1所示为改造前的现有锅炉烟道系统，锅炉炉膛(未示出)中燃烧产生的含尘烟气经 烟道入口在引风机的作用下依次进入省煤器、脱硝系统、空气预热器、烟气余热回收系统、 静电除尘器、引风机和脱硫系统，最终经过烟囱排出。脱硝系统采用选择性催化还原法，即 SCR法。在温度300℃左右时，催化剂处于较高活性，故能达到90％的脱硝效率，但是飞灰中 含有的Na、K、Si、As等元素，造成催化剂污染或中毒，减少催化剂寿命，而且含有微尘颗 粒的烟气磨损反应器并使蜂窝状的催化剂堵塞，故要保持90％的脱硝效率则需较高的投资和 运行成本。空气预热器运行于高浓度飞灰环境中，这带来两个方面的问题。一方面，空气预 热器存在较严重的磨损问题。经测量，额定负荷运行情况下，空气预热器位置处的平均飞灰 浓度达到18.6g/kg。由于飞灰浓度较高，烟速快，空气预热器磨损严重，因此设计时需要采 用刚性高、耐磨损性能好的钢材作为换热管材料，空气预热器的制造成本非常高。另一方面， 由于烟气中的微尘颗粒附着在换热表面上，造成换热器换热热阻增大，使得排烟温度偏高。 该比较例的实际运行过程中，满负荷时排烟温度为150℃，高于设计值130℃。而排烟温度每 升高10℃，锅炉效率降低0.5％。烟气余热回收系统布置在空气预热器与静电除尘之间，烟气 余热回收利用系统包括进口联箱61、出口联箱62和换热管束63，换热管束为螺旋翅片管。 由于该对比例中的烟气余热回收利用系统工作于高灰浓度的烟气环境中，换热管束的翅片之 间非常容易积灰而造成烟道堵塞，一方面造成烟气余热回收系统换热效率下降，另一方面给 整个烟道运行环境带来很大阻力，造成引风机出力增加，因此含尘环境中换热管束的翅片间 距设计时一般按照螺旋翅片管不低于10mm，H型翅片管不低于17mm进行设计。该现有技术中 翅片间距设计为10mm。额定功率运行情况下，烟气余热回收系统的进烟温度为135℃，排烟 温度为110℃，此时烟气余热回收系统的进水温度为80℃，流量为65t/h，出水温度为 95-105℃。静电除尘器布置在空气预热器的出口端，设计除尘效率为99.4％，除尘器出口含 尘浓度为200mg/m3。该静电除尘器初投资和运行费用较高，在运行过程中受锅炉负荷变化影 响，不能绝对保证除尘效率，无法应对今后国家更严格的排放标准。经过除尘后的烟气经过 引风机、脱硫装置和烟囱排出锅炉排烟系统进入大气。
因此，设置于锅炉尾部烟道的各种设备的可靠性和经济性均受到烟气含灰浓度的影响，导致 性能劣化。严重时还可以影响锅炉的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有设备技术的不足，而提供一种锅炉超低灰尾部烟道系统， 能给设备的可靠工作和高效工作带来了环境的保障，基本处于无灰环境，从而可以提高锅炉 乃至整个发电厂的可靠性。
本发明采取的技术方案为：
一种锅炉超低灰尾部烟道系统，包括省煤器、脱硝系统、空气预热器，在省煤器之后脱 硝系统之前设有高温除尘系统，脱硝系统通过依次连接的空气预热器、烟气余热回收系统、 引风机与脱硫系统相通，脱硫系统连接有烟囱。
高温除尘器之后的尾部烟道的烟气含尘量均处于较低水平，其后所有的设备均处于洁净 环境。
所述高温除尘系统采用高温电除尘器。
所述高温除尘系统采用高温陶瓷材料除尘器。
所述高温除尘系统采用高温陶瓷材料除尘器和高温电除尘器相结合的型式，高温电除尘 器为初级除尘，陶瓷除尘器为深度除尘。
所述烟气余热回收利用系统，采用的翅片管为螺旋翅片管或H型翅片管，换热管翅片间 距缩小，一般为3-5mm，使得换热系数更高。
所述的翅片间距优选为4mm。
本发明是对传统的锅炉尾部烟道系统的颠覆性改变，除尘系统由传统的位于空气预热器 之后，前移至脱硝系统之前，形成了整个锅炉尾部烟道的低尘烟气环境，用于锅炉改造，可 以使得脱硝催化剂使用温度变宽，效率更高，避免催化剂中毒；提高空气预热器和烟气余热 回收系统的换热系数，减小空气预热器换热波纹板的间距，避免受热面积灰、磨损、腐蚀， 可以深度降低排烟温度，提高烟气余热回收系统的能量回收率；减轻引风机的磨损，降低引 风机的耗电量；提高湿法脱硫系统的效率，保证了石膏的回收质量。因此本发明可以提高发 电厂锅炉的经济性和可靠性，提高环保设备的效率，降低锅炉尾部设备的维护工作量。
本发明完全克服了现有技术的不足，在高温除尘阶段就彻底地把灰尘降低到国家标准要 求的数值，尾部烟道处于几乎完全洁净的状态。本发明可以降低脱硝系统、空气预热器、烟 气余热回收系统、脱硫系统等的设备体积，可以把原来用于防治磨损、腐蚀、积灰、堵灰的 措施去除，降低了成本，简化了结构，减少了空间。
另外，本发明提供的结构还为进一步改进烟道其他系统提供了可能性。基于该结构，可 以构建洁净环境下的脱硝系统，降低脱硝系统采用的催化剂的要求，无需考虑运行中中毒的 可能性；脱硝反应器可以设计得紧凑，缩小占地空间，无需考虑反应器蜂窝的堵塞现象；可 以构建新的洁净环境空气预热器。换热波纹板槽道间隙可以更为密集，使得换热系数更高， 可以减小空气预热器的体积。
附图说明
图1为现有技术的锅炉烟道系统结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中烟气余热回收系统的结构示意图。
其中1为烟道入口，2为省煤器，3为高温除尘系统，4为脱硝系统，5为空气预热器， 6为烟气余热回收系统，7为引风机，8为脱硫系统，9为烟囱，10为除尘器，61为进口联箱， 62为出口联箱，63为换热管束。
具体实施方式
下面结合附图说明及实施例进一步说明本发明：
本发明提供的锅炉烟气超低灰尾部烟道系统包括烟道入口1、省煤器2、高温除尘系统3、 脱硝系统4、空气预热器5、烟气余热回收系统6、引风机7、脱硫系统8和烟囱9，高温除 尘系统3的出口烟气灰尘浓度满足国家排放标准，例如重点地区，控制排放灰尘浓度为 20mg/Nm3。这样在该除尘系统之后的尾部烟道，均处于超低灰浓度的烟气环境，为位于以后 的设备创造了洁净的工作环境。
实施例1
图2所示为本发明的具体实施例，其也采用125MW燃煤锅炉，所述锅炉使用布置在脱硝 系统4之前的高温除尘系统3代替了传统的静电除尘器11，锅炉炉膛(未示出)排出的含尘 烟气经烟道入口1进入省煤器2，经过高温除尘系统3除尘后依次进入脱硝系统4和空气预 热器5、烟气余热回收系统6、引风机7和脱硫系统8，最终经过烟囱9排出。
在本实施例运行过程中，高温除尘系统3采用能够耐受400℃温度的高温电除尘器，以 便正常运行在省煤器2和脱硝系统4之间的高温区域。高温除尘系统3为高温电除尘器，包 括5个电场，使得出口粉尘排放浓度始终低于20mg/m3，排放量达到国家标准，无需在烟道尾 部布置其他除尘装置。高温除尘系统3除尘效率能够达到99.8％，且不受入口粉尘浓度比、 比电阻的影响。本实施例中，高温除尘系统3也可以使用6电场的布置方式，以使排放量达 到更高标准的要求。
本实施例中，由于脱硝系统4所处的烟气环境中的微尘颗粒已经被除去，脱硝系统4工 作于净烟环境中，从而避免了催化剂的污染和中毒，使得脱硝效率可以长期保持在90％以上， 同时延长催化剂使用寿命，减少了运行和维护成本。
空气预热器5和烟气余热回收系统6的磨损问题同样得到了解决。
更重要的由于设备内壁积灰的减少，换热效果改善。满负荷工况下运行时，空气预热器 5的排烟温度能够达到设计值130℃甚至更低，直接带来可观的经济效益。本实施例中的烟气 余热回收系统6的结构与对比例中的相同。由于实施例中的烟气余热回收系统6处于净烟环 境中，因此不存在对比例中提到的积灰导致整体换热效率下降的问题、磨损问题。本实施例 中，额定功率运行情况下，烟气余热回收系统6的进烟温度为132℃，排烟温度为107℃时， 烟气余热回收系统6的进水温度为80℃，流量为65t/h，出水温度为100-110℃。
本实施例中，通过烟气余热回收系统6的烟气直接经引风机7、脱硫装置8和烟囱9排 出锅炉排烟系统进入大气。
实施例2
本实施例与实施例1相比区别在于使用高温陶瓷除尘器代替了高温电除尘器，高温陶瓷 除尘器内部主要由多孔陶瓷过滤管和结构支架组成，能够在最高1000℃的高温环境下运行， 温度变化对除尘效率影响较小，运行阻力小，高温陶瓷除尘器可使除尘效率高达99.96％以上， 比一般电除尘器高0.1％-0.5％，且初投资费用低，不受锅炉负荷改变影响。
另外，本发明的所述高温除尘系统还可以采用高温陶瓷材料除尘器和高温电除尘器相结 合的型式，高温电除尘器为初级除尘，陶瓷除尘器为深度除尘。
实施例3
本实施例是对实施例1的进一步改进，主要是对烟气余热回收系统6的结构做出了改造。
与实施例1相同，本实施例的高温除尘系统3布置在脱硝系统4之前，锅炉炉膛(未示 出)排出的含尘烟气经烟道入口1进入省煤器2，经过高温除尘系统3除尘后依次进入脱硝 系统4和空气预热器5、烟气余热回收系统6、引风机7和脱硫系统8，最终经过烟囱9排出。
本实施例中的烟气余热回收系统6包括进口联箱61、出口联箱62和换热管束63，换热 管束63为螺旋翅片管，翅片间距为4mm。由于实施例中的烟气余热回收系统6处于净烟环境 中，因此不存在对比例中提到的积灰导致烟道堵塞的问题，在相同长度的管束上可以更密集 的布置翅片，从而在不降低烟速的前提下增大换热面积，提高烟气余热回收系统6的整体换 热效率。本实施例中，额定功率运行情况下，烟气余热回收系统6的进烟温度为132℃，排 烟温度为105℃时，烟气余热回收系统6的进水温度为80℃，流量为65t/h，出水温度为 105-115℃。
申请人根据雷诺相似准则搭建实验室平台进行测量，计算得出相同锅炉负荷、相同换热 管长度、直径条件下烟气余热回收系统6在含尘和不含尘环境中采用各种换热管束时的主要 运行参数比较情况：

表1
通过对比可知，相同翅片间距情况下，无尘环境中的换热管换热性能明显优于含尘环境 中的换热管。在无尘环境中，随着翅片间距的减小，换热管换热性能不断加强，这是由于相 同换热管长度情况下，翅片间距越小，换热面积越大，因此换热管换热性能越强。随着翅片 间距从4mm减小到3mm，换热管换热性能提高并不明显，这是由于当翅片间距达到3mm时， 换热管对烟气的阻力造成烟速下降，换热管换热性能受到影响，因此，即使在无尘环境中， 也应当避免换热管的翅片布置过于密集。
本实施例的烟气余热回收系统6在结构上与现有技术的区别主要在于翅片间距，其包括 进口联箱61、出口联箱62和换热管束63，换热管束63为螺旋翅片管，翅片间距可以为3-5mm， 优选4mm。由于换热器换热系数得到提高，烟气余热回收系统6的换热效率得到大幅度提升， 烟气余热利用的效率更高，节能减排效果更好。
另外，当采用换热管束采用H型翅片管时，其积灰和换热特性与螺旋翅片管具有相同的 变化规律，在翅片间距3-5mm时达到较优效果，以4mm为最优。也就是说，净烟气环境中，H 型翅片管的翅片布置也可以比现有技术更加密集，从而提高换热器的换热系数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原 则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。