一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統的製作方法

2023-06-29 06:03:36

本實用新型屬於垃圾焚燒鍋爐技術領域，尤其涉及一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統。

背景技術：

電廠將垃圾在鍋爐中焚燒，產生的蒸汽用於發電和供汽，是目前對垃圾處理的有效方式之一，被廣泛應用的是爐排型垃圾焚燒技術。一方面，利用垃圾固有的熱值發電，是一種變廢為寶、節約資源的措施；另一方面，大幅度的減少了垃圾的填埋，不僅節約了土地資源，更是大大的減少了垃圾對環境的汙染。但是，鍋爐中垃圾如果沒有被充分燃燒，將會產生大量有害氣體，不僅會嚴重汙染環境，還增加排放氣體的處理成本，同時鍋爐效率也將大大降低。為了使鍋爐中的垃圾充分燃燒，需將送入鍋爐的一次風溫度提高到160℃~220℃，由於垃圾焚燒後產生的煙氣普遍具有腐蝕性，為避免尾部受熱面腐蝕，鍋爐排煙溫度一般控制在190℃以上。如果採用鍋爐煙氣加熱一次風的辦法，鍋爐空氣預熱器存在積灰嚴重和低溫腐蝕的問題，導致鍋爐連續運行小時數大幅降低。

目前，垃圾焚燒發電廠多採用蒸汽-空氣預熱系統對鍋爐進行預熱，垃圾焚燒發電廠的蒸汽-空氣加熱系統是利用鍋爐汽包和汽機排氣段抽出的蒸汽對鍋爐一次風進行預熱，具體的抽汽量與蒸汽參數是通過熱力系統的經濟性經計算得出的。現階段的蒸汽-空氣加熱系統多採用兩段式蒸汽-空氣加熱器進行抽氣，如圖2所示，兩段式蒸汽-空氣加熱器包括風道箱，風道箱內設有高壓段、低壓段的換熱管，換熱管的兩端均設有進、出口大集箱和進、出口小集箱，高壓段和低壓段之間設有閃蒸設備，高壓段和低壓端採用臥式布置。對空氣進行加熱時，高壓段從鍋爐汽包進行抽汽，低壓段從汽機排汽段進行抽汽，高壓段的凝結水經閃蒸設備後將閃蒸汽補充到低壓段繼續換熱，凝結水分兩路回送到除氧器。

上述蒸汽-空氣預熱系統在具體的使用過程中存在如下問題：1、凝結水直接被送回除氧器，凝結水的能量沒有得到利用，能量利用率低；空氣僅通過高壓段和低壓段進行加熱，加熱效率不高；2、上述蒸汽-空氣預熱系統臥式布置，佔地面積較大，不利於鍋爐的整體布置；3、上述蒸汽-空氣預熱系統中，集箱、閃蒸設備等都位於風道中，使風道箱體積龐大，同時高低壓段均需設置進、出口小集箱和進、出口大集箱，製造時需要消耗大量的鋼材，初期投資較大；4、上述蒸汽-空氣預熱系統中，使用了閃蒸設備，且凝結水分兩路送回除氧器，整個系統較為複雜；5、上述蒸汽-空氣預熱系統中，進、出口小集箱均布置在風道內，集箱與換熱管之間焊接，角焊縫布置在風道內，受到冷熱交替容易在使用過程容易開裂，導致鍋爐停爐。

技術實現要素：

本實用新型的目的在提供一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統，以解決兩段式蒸汽-空氣預熱系統中，空氣的加熱效率低、能量利用率低的問題。

為了達到上述目的，本實用新型的基礎方案為：一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統，包括除氧器、風道箱和四段式蒸汽空氣預熱器，所述風道箱上端設有空氣出口管，風道箱下端設有空氣入口管；所述四段式蒸汽空氣預熱器包括從上至下依次布置的高壓蒸汽段 、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段，所述高壓蒸汽段、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段內均設有位於風道箱內的換熱管、位於風道箱外的進口集箱和出口集箱；所述換熱管的上端與進口集箱連通，換熱管的下端與出口集箱連通；所述高壓蒸汽段的出口集箱與高壓凝水段的進口集箱之間連通有第一管道，所述低壓蒸汽段的出口集箱與低壓凝水段的進口集箱之間連通有第二管道，所述第一管道和第二管道上均設有疏水閥；所述高壓凝水段的出口集箱與低壓凝水段的出口集箱之間連通有第三管道，第三管道上設有減壓閥，所述低壓凝水段的出口集箱與除氧器連通。

本基礎方案的工作原理在於：使用本系統給通入鍋爐的空氣預熱時，將空氣從空氣入口管通入，空氣進入風道箱，經過四段式蒸汽空氣預熱器的加熱，將鍋爐的一次風預熱到160～220℃左右送入焚燒爐爐排內。四段式蒸汽空氣預熱器的換熱管中通入蒸汽，用於加熱風道箱內通入的空氣。高壓蒸汽段的進口集箱中通入高壓蒸汽，高壓蒸汽進入高壓蒸汽段的換熱管對空氣進行預熱後，凝結水夾著蒸汽流向高壓蒸汽段的出口集箱和第一管道，經過疏水閥進行汽液分離，凝結水從高壓凝水段的進口集箱進入高壓凝水段的換熱管中繼續對空氣進行加熱。低壓蒸汽段的進口集箱中通入低壓蒸汽，低壓蒸汽進入低壓蒸汽段的換熱管對空氣進行預熱後，凝結水夾著蒸汽流向低壓蒸汽段的出口集箱和第二管道，經過疏水閥進行汽液分離，凝結的水從低壓凝水段的進口集箱進入低壓凝水段的換熱管中繼續對空氣進行預熱。高壓凝水段的水通過高壓凝水段的出口集箱流入第三管道，並經過加壓閥的減壓，與低壓凝水段的水混合後，送回到除氧器中重複利用。

本基礎方案的有益效果在於：1、本系統中，由於高壓蒸汽段的溫度大於低壓段的溫度，高壓凝水段的溫度大於低壓凝水段的溫度，蒸汽段的溫度又大於凝水段的溫度，因此低壓凝水段、高壓凝水段、低壓蒸汽段、高壓蒸汽段的溫度依次遞增。本系統對空氣進行加熱時，從風道箱底部通入，從風道箱的頂部通出，空氣被低壓凝水段、高壓凝水段、低壓蒸汽段、高壓蒸汽段的換熱管依次加熱，空氣的加熱效率更高、加熱效果更好。2、本系統中充分利用了凝結水的能量，使能量利用率更高。3、本系統中，由於通入風道箱的空氣被依次加熱，使得設備處於較小溫差環境中，有效的防止了設備被損壞。4、本系統中，第一管道和第二管道設置了疏水閥，其主要作用是避免蒸汽進入凝水段，確保進入凝水段為飽和水，由於凝水段壓力較蒸汽段低，可以產生部分閃蒸汽，增加凝水段的換熱效果。5、本系統中，四段式蒸汽空氣預熱器各段結構採用立式布置，大大節省了佔地面積，有利於鍋爐的整體布置。6、本系統根據鍋爐空氣系統的設計特點，採用空氣下進上出、蒸汽上進下出的逆流布置方式，在保證傳熱效果的同時，還利用了蒸汽凝結後依靠重力可自動回流到下級設備的特點，減少了系統流程中的阻力損失。7、本系統在設計時取消了閃蒸設備和各段的進、出口小集箱，使高壓段與低壓段的蒸汽冷凝為飽和水後分別進入各自的冷凝段，在冷凝段冷卻到後送回到除氧器中重複利用，不但降低了系統的複雜程度同時還節省了閃蒸設備的製造費用，減少初期的投資成本。與現有技術相比，本系統能量利用率較高、空氣加熱效率高、整體結構簡單，四段式蒸汽空氣預熱器採用立式布置，大大的減少了佔地面積，方便了鍋爐的整體布置。

優選方案一：作為基礎方案的優選，還包括鍋爐汽包和汽輪機，所述高壓蒸汽段的進口集箱與鍋爐汽包連通，所述低壓蒸汽段的進口集箱與汽輪機連通。鍋爐汽包中的蒸汽為高壓蒸汽，高壓蒸汽段從鍋爐汽包抽汽；汽輪機中的蒸汽為低壓蒸汽，低壓蒸汽段從汽輪機中抽汽，使本系統充分利用已有的能量對空氣進行加熱。

優選方案二：作為基礎方案的優選，所述換熱管為螺旋翅片蛇形管。螺旋翅片蛇形管可加大風道箱內的換熱面積，更好的提高空氣換熱效果。

優選方案三：作為優選方案二的優選，所述換熱管的橫置部分沿蒸汽或者凝結水流動方向向下傾斜 3°-5°。換熱管為蛇形管且豎直放置，因此換熱管包括橫置部分和豎直部分。上述結構可使換熱管在進行換熱的過程中產生的凝結水依靠自身重力順著換熱管往下流動，有效避免換熱管內的凝結水沉積在換熱管內，還能加快換熱管中的疏水速度。凝結水流經換熱管的轉角處時，若凝結水不能順著換熱管向下流，水則會對換熱管管壁拍擊，該結構可防止在蒸汽冷凝的過程中產生「水擊」現象。

優選方案四：作為優選方案三的優選，所述高壓蒸汽段、低壓蒸汽段內的換熱管與高壓凝水段、低壓凝水段的換熱管垂直布置。由於高壓蒸汽段出口集箱與高壓凝水段的進口集箱通過第一管道連通，低壓蒸汽段出口集箱與低壓凝水段的進口集箱通過第二管道連通；高壓蒸汽段、低壓蒸汽段內的換熱管與高壓凝水段、低壓凝水段的換熱管垂直布置，可便於出口集箱和進口集箱的排布。

優選方案五：作為優選方案二-優選方案四任一項的優選，所述換熱管與進口集箱、出口集箱均焊接，且焊接的焊縫位於風道箱外部。若焊縫位於風道箱內部，換熱管內外溫差過大，焊縫將會因冷熱交替而開裂，影響四段式蒸汽空氣預熱器的運行壽命。

優選方案六：作為優選方案五的優選，所述高壓蒸汽段、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段相鄰段之間的風道箱壁上均設置人孔門。本系統在使用過程中，需要定期檢查修理，人孔門可便於本系統的檢修。

優選方案七：作為優選方案五的優選，所述空氣入口管、空氣出口管均與風道箱焊接。焊接加工可以將空氣入口管和空氣出口管非常牢固的固定在風道箱的上端和下端。

附圖說明

圖1是本實用新型一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統實施例的結構示意圖；

圖2是二段式蒸汽-空氣預熱系統的工作原理圖；

圖3是本實用新型一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統實施例的工作原理圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明：

說明書附圖中的附圖標記包括：風道箱10、空氣入口管20、空氣出口管21、換熱管30、進口集箱31、出口集箱32、第一管道40、第二管道41、疏水閥50。

如圖1所示，一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預熱系統，包括風道箱10，風道箱10下端焊接了空氣入口管20，風道箱10上端焊接了空氣出口管21，風道箱10內設置了四段式蒸汽空氣預熱器。四段式空氣預熱器包括從上至下依次布置的高壓蒸汽段、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段，高壓蒸汽段、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段內均包括位於風道箱10內的換熱管30、位於風道箱10外的進口集箱31和出口集箱32；換熱管30的上端與進口集箱31連通，換熱管30的下端與出口集箱32連通。高壓蒸汽段的進口集箱31與鍋爐汽包連通，低壓蒸汽段的進口集箱31與汽輪機連通，使高壓蒸汽段蒸汽來自與鍋爐汽包抽汽，低壓蒸汽段蒸汽來自與汽輪機抽汽。

高壓蒸汽段的出口集箱32與高壓凝水段的進口集箱31之間連通有第一管道40，低壓蒸汽段的出口集箱32與低壓凝水段的進口集箱31之間連通有第二管道41，第一管道40和第二管道41上均設置有疏水閥50，疏水閥50用於將蒸汽段的水和汽進行汽液分離，將凝結水通入凝水段。高壓凝水段的出口集箱32與低壓凝水段的出口集箱32之間連通有第三管道，第三管道上設有減壓閥，減壓閥將高壓凝水段的水減壓。低壓凝水段的出口集箱32與除氧器連通，水進入除氧器後將會被重複利用。

四段式蒸汽空氣預熱器內的換熱管30均使用螺旋翅片蛇形管，且換熱管30橫置部分沿蒸汽或者凝結水流動方向向下傾斜3°-5°角；採用該種結構形式的目的是避免換熱管30內凝結水沉積，在蒸汽冷凝的過程中產生水擊；同時採用該結構還可加大疏水速度，有利於換熱面積的有效利用。為了便於四段式蒸汽空氣預熱器內各段進口集箱31和出口集箱32的排出，蒸汽段的換熱管30與冷凝水段的換熱管30管垂直布置。

換熱管30與進口集箱31、出口集箱32連通處為焊接，且焊接的位置位於風道箱10外部；避免焊接的焊縫在風道箱10中受到冷熱交替而開裂，影響本系統的運行壽命。高壓蒸汽段、低壓蒸汽段、高壓凝水段、低壓凝水段相鄰段之間的風道箱10壁上均設置人孔門，人孔門與風道箱10箱壁之間通過螺栓固定，人孔門主要是為了方便對設備檢查修理。

具體實施時，如圖3所示，高壓蒸汽段從鍋爐汽包抽取為壓力為4.4MPa左右的飽和蒸汽，飽和蒸汽進入高壓蒸汽段的換熱管30對風道箱10內的空氣進行加熱，飽和蒸汽在對空氣進行加熱的過程中會形成壓力為4.0MPa左右的凝結水，凝結水在重力的作用下沿換熱管30流入第一管道40。疏水閥50對流經第一管道40的凝結水進行汽液分離，使飽和的凝結水通入高壓凝水段。凝結水進入高壓凝水段後繼續對風道箱10內的空氣進行加熱，凝結水對空氣進行加熱後形成壓力為1.3MPa左右的凝結水。凝結水在重力作用下沿換熱管30對流入第三管道，減壓閥對流經第三管道的凝結水降壓至壓強為0.4MPa溫度為90℃的凝結水。

低壓蒸汽段從汽輪機末段抽取壓力為1.3MPa左右的過熱蒸汽，蒸汽進入低壓蒸汽段的換熱管30對風道箱10內的空氣進行加熱，蒸汽在對空氣進行加熱的過程中會形成壓力為1.0MPa左右的凝結水，凝結水在重力的作用下沿換熱管30流入第二管道41。疏水閥50對流經第二管道41的凝結水進行汽液分離，使飽和的凝結水通入低壓凝水段。凝結水進入低壓凝水段後繼續對風道箱10內的空氣進行加熱，凝結水對空氣進行加熱後形成壓力為0.4MPa左右、溫度為90℃左右的凝結水。凝結水在重力作用下沿換熱管30對流入第三管道，與高壓凝水段的凝結水匯合，並送回除氧器中重複利用。減壓閥對流經第三管道的凝結水降壓至壓力為0.4MPa溫度為90℃的凝結水。

使用本系統給通入鍋爐的空氣預熱時，將鼓風機安裝在空氣入口管20處，由鼓風機出來的23℃左右的空氣從空氣入口管20進入風道箱10內。空氣從下至上依次經過低壓凝水段、高壓凝水段、低壓蒸汽段、高壓蒸汽段的換熱管30加熱，溫度達到220℃左右，經過空氣出口排出。將空氣出口管21處排出的空氣通入垃圾焚燒鍋爐中，使鍋爐中的垃圾充分燃燒。

以上所述的僅是本實用新型的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型系統的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本實用新型的保護範圍，這些都不會影響本實用新型實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護範圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用於解釋權利要求的內容。