一種降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統的製作方法
2023-04-29 15:35:56 1
本實用新型涉及一種循環流化床，尤其涉及一種以熔鹽為傳熱工質，降低循環流化床鍋爐排煙溫度，並加熱空氣的循環流化床，屬於循環流化床鍋爐領域。
背景技術：
CFB鍋爐即循環流化床鍋爐，其具有燃料適應性廣、高效脫硫、NOx排放低的優點，在國際上得到迅速商業推廣，在很多工業領域得到了廣泛的應用。
目前350MW以上的大型CFB鍋爐多採用迴轉式空預器，排煙溫度可維持在120℃左右。然而對於350MW及以下的CFB機組，仍然有採用管式空預器的結構，此時鍋爐排煙溫度在140℃左右，若能進一步降低排煙溫度至120℃，則可減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率1%以上，經濟效益明顯。對於亞臨界及以下機組，煙氣溫度進一步降低所回收的熱量難以用於加熱水工質，因此考慮將其用於加熱熱空氣。此時空氣預熱器所需換熱面積將增加，體積也相應增大。
然而，管式空預器本來就存在換熱效率較低，所需換熱面多、耗材量大、造價高，體型龐大、佔用空間大的問題，在此基礎上再增加其體積，會出現管式空預器在煙道內無法布置的問題，即使犧牲耗材勉強布置進煙道，其空氣側及煙氣側的流動阻力也十分大。若能找到一種方式，既能增加空氣-煙氣換熱面積、提高換熱效率，還能保持煙道內受熱面的布置的緊湊性，則可降低煙溫，並且將該煙氣熱量有效地利用至鍋爐中，有效提高鍋爐效率。
另一方面，雖然迴轉式空預器較管式空預器有更高的換熱效率和更小的空間佔用率，但對於CFB鍋爐，其壓頭較大，若採用迴轉式空預器，其漏風率較管式空預器會更大，一般為7%左右，而管式空預器在2%左右。且迴轉式空預器的設計製造也較管式空預器更加複雜。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於：針對利用管式空預器的亞臨界及以下CFB機組，提供一種降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統，用以降低CFB鍋爐排煙溫度，並加熱空氣，從而能有效的解決上述現有技術中存在的問題。
本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現：一種降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統，包括CFB鍋爐本體，鍋爐內設有接於爐膛後方煙道中，從上往下設置的低溫過熱器、省煤器和管式空預器，熔鹽-煙氣換熱器、熔鹽-空氣換熱器和低溫熔鹽緩衝罐，熔鹽-煙氣換熱器的受熱面設置於低溫過熱器和省煤器之間，熔鹽-煙氣換熱器的後方通過管道與熔鹽-空氣換熱器相連，熔鹽-空氣換熱器通過管道與低溫熔鹽緩衝罐相連，低溫熔鹽緩衝罐與熔鹽-煙氣換熱器相連；管式空預器通過管道與熔鹽-空氣換熱器相連，熔鹽-空氣換熱器與爐膛相連。
作為一種優選方式，還包括低溫熔鹽泵，所述低溫熔鹽緩衝罐通過低溫熔鹽泵與熔鹽-煙氣換熱器相連。
作為一種優選方式，還設有加熱熔鹽的電加熱器，電加熱器設於低溫熔鹽緩衝罐內，靠近底部處。
作為一種優選方式，熔鹽-煙氣換熱器的受熱面布置在煙道內或者布置在煙道外作為外置式換熱器。
作為一種優選方式，熔鹽-空氣換熱器的受熱面布置在煙道內或者布置在煙道外作為外置式換熱器。
作為一種優選方式，熔鹽-煙氣換熱器和熔鹽-空氣換熱器中的熔鹽為二元熔鹽、三元熔鹽、硝酸鹽或碳酸鹽中的一種或者多種組合。
本實用新型的實現原理為：
採用熔鹽作為傳熱媒介，其工作溫度範圍在220℃~600℃，性質穩定、且在常壓下工作。利用其高溫特性可用於與CFB鍋爐尾部煙道中煙氣、空氣的換熱。
首先，為了進一步降低排煙溫度，在低溫過熱器及省煤器之間加入熔鹽-煙氣換熱器受熱面，使來自低溫過熱器出口的煙氣先進入熔鹽-煙氣換熱器中被熔鹽冷卻，而後進入省煤器等後續常規受熱面進行放熱。由於煙氣在進入省煤器之前被熔鹽額外冷卻，溫度已有所降低，因此最終可達到進一步降低鍋爐排煙溫度的目的，從而減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率。
而後，吸收煙氣熱量升溫後的熔鹽再進入熔鹽-空氣換熱器，在此加熱來自空氣預熱器出口的熱空氣，熱空氣升溫後進入爐膛。此時，熔鹽與煙氣或空氣的換熱為氣-液換熱，其換熱效率要遠大於煙氣和空氣的氣-氣換熱，因此受熱面布置可以更加緊湊；同時熔鹽-煙氣及熔鹽-空氣換熱面的布置也更加靈活，可以布置在煙道內，也可以在煙道外作為外置式換熱器。
利用這種設計，有效避免了空預器受熱面增加、體積增大而造成的在煙道內無法布置的難題。且由於增加了熔鹽-空氣換熱面，管式空預器的換熱面可得到減少，從而減少製造耗材，降低其造價，同時空預器體積及空間佔用率也可得到減小。
熔鹽則在熔鹽-煙氣換熱器、低溫熔鹽緩衝罐、熔鹽-空氣換熱器中進行循環利用，由低溫熔鹽泵提供循環動力。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果：通過本實用新型降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統，具備如下優點：
1.排煙溫度可在省煤器前得到額外降低，最終達到進一步降低CFB鍋爐排煙溫度的目的，從而減少排煙物理熱損失，提高鍋爐效率；
2.用熔鹽回收煙氣該部分熱量並加熱熱空氣，將熱量有效地回收進入鍋爐內，可實現能量的梯級利用；
3.有效地避免了因空氣溫度提高而增大空預器體積帶來的空預器在煙道內無法布置的難題；
4.減少管式空氣預熱器的換熱面面積，從而減少耗材，降低其製造成本，同時減小其體積及空間佔用率。
附圖說明
圖1是本實用新型降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統的結構示意圖。
煙氣走向如圖1中的點畫線所示，熱空氣走向如圖1中的虛線所示，熔鹽走向如圖1中的橫線所示。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了相互排斥的特質和/或步驟以外，均可以以任何方式組合，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換，即，除非特別敘述，每個特徵之一系列等效或類似特徵中的一個實施例而已。
如圖1所示，本實用新型降低循環流化床鍋爐排煙溫度並加熱熱風的系統，其包括接於爐膛1後方煙道中，從上往下設置的低溫過熱器2、省煤器3和管式空預器4，以及本實用新型增加的熔鹽-煙氣換熱器5、熔鹽-空氣換熱器6、低溫熔鹽緩衝罐7、低溫熔鹽泵8和加熱熔鹽的電加熱器9。熔鹽-煙氣換熱器5的受熱面設置於低溫過熱器2和省煤器3之間，熔鹽-煙氣換熱器5的後方通過管道與熔鹽-空氣換熱器6相連，熔鹽-空氣換熱器6通過管道與低溫熔鹽緩衝罐7相連，熔鹽-空氣換熱器6中的熔鹽工質通過管道接入低溫熔鹽緩衝罐7中，低溫熔鹽緩衝罐7與熔鹽-煙氣換熱器5相連；管式空預器4通過管道與熔鹽-空氣換熱器6相連，熔鹽-空氣換熱器6與爐膛1相連；管式空預器4中的工質通過熔鹽-空氣換熱器6後接回爐膛1。
煙氣走向如圖1中的點畫線所示，煙氣從鍋爐爐膛進入尾部煙道，再依次通過低溫過熱器2、熔鹽-煙氣換熱器5、省煤器3和管式空預器4後從煙道排出。
熱空氣走向如圖1中的虛線所示，熱空氣從管式空預器4排出，進入熔鹽-空氣換熱器6進行熱交換後，再通過管路回到爐膛1。
熔鹽走向如圖1中的橫線所示，熔鹽在低溫熔鹽緩衝罐中初步生成，然後通過低溫熔鹽泵吸入熔鹽-煙氣換熱器5中，與煙氣進行熱交換後，再進入熔鹽-空氣換熱器6中與空氣進行熱交換，最後通過熔鹽管路回到低溫熔鹽緩衝罐中。
其中，省煤器3為蛇形管布置，熔鹽走管內，煙氣走管外。
熔鹽-煙氣換熱器5為蛇形管布置，熔鹽走管內，煙氣走管外。熔鹽-煙氣換熱器5的受熱面布置在煙道內或者布置在煙道外作為外置式換熱器。
熔鹽-空氣換熱器6中的熔鹽走豎直管束內，空氣走管束外橫掠管束，管束錯列布置。熔鹽-空氣換熱器6的受熱面布置在煙道內或者布置在煙道外作為外置式換熱器。
熔鹽緩衝罐7起到保護、緩衝和儲存熔鹽的作用。
電加熱器9設於低溫熔鹽緩衝罐7內，靠近底部處，在熔鹽緩衝罐7中設置初次化鹽。初次化鹽直接在緩衝罐中進行，利用電加熱器將熔鹽加熱至450℃。電加熱器功率根據具體工程所需的熔鹽量、熔鹽種類、升溫幅度、升溫時間決定。
熔鹽-煙氣換熱器5和熔鹽-空氣換熱器6中的熔鹽為二元熔鹽、三元熔鹽、硝酸鹽或碳酸鹽中的一種或者多種組合。利用熔鹽吸收的煙氣熱量加熱熱空氣，可解決空預器體積增大造成的布置難題。
本實用新型的具體實現過程為：
在低溫過熱器2及省煤器3之間加入熔鹽-煙氣換熱器5受熱面，使低溫過熱器2出口500℃左右的煙氣全部進入熔鹽-煙氣換熱器5中。在此煙氣將被450℃左右的熔鹽冷卻，溫度降低至約480℃左右後的煙氣進入省煤器3進行放熱。熔鹽則由低溫熔鹽泵8將其從低溫緩衝罐7中抽出進入熔鹽-煙氣換熱器5。由於煙氣在進入省煤器3之前被熔鹽額外冷卻，溫度已有所降低，再經後續受熱面繼續放熱，最終可達到進一步降低鍋爐排煙溫度，從而減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率。
另外，吸收煙氣熱量升溫後520℃左右的熔鹽繼續進入熔鹽-空氣換熱器6，在此放出熱量，加熱來自空氣預熱器4出口的熱空氣，熱空氣被熔鹽加熱至設定的285℃左右溫度後進入爐膛1參與燃燒；降溫後的熔鹽則回到低溫熔鹽緩衝罐7中再次循環利用。利用這種方式，有效避免了管式空預器受熱面增加、體積增大時造成的在煙道內無法布置的難題，且由於增加了熔鹽-空氣換熱面，管式空預器的換熱面可得到減少，從而減少製造耗材，降低其造價，同時空預器體積及空間佔用率也可得到減小。
由於熔鹽與煙氣、熔鹽與空氣的換熱是液-氣換熱，熔鹽-氣體強制對流換熱係數在(30-50)W/m2.℃，煙氣-空氣強制對流換熱係數在(10-25)W/m2.℃。熔鹽與空氣的換熱效率高於煙氣與空氣的氣-氣換熱。同時煙氣溫度的降低幅度不大，因此系統中所需重新布置的各受熱面面積也不會太大，受熱面布置可以更加緊湊；同時熔鹽-煙氣及熔鹽-空氣換熱面的布置也更加靈活，可以布置在煙道內，也可以在煙道外作為外置式換熱器。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。