一种锅炉烟气余热高效能系统及其设计方法

摘要

一种锅炉烟气余热高效能系统及其使用方法，用于锅炉烟气余热的回收，使得烟气与空气在流动时湍流度增强，强化换热，该高效能系统包括燃料制备系统、高效能空气预热器、锅炉、送风机、后处理系统、引风机和烟囱；其中，送风机通过空气进气管道连接至高效能空气预热器左侧，高效能空气预热器的右侧通过空气出气管道连接至燃料制备系统；燃料制备系统对锅炉供热；锅炉设置高温烟气管道连接至高效能空气预热器的顶部，高效能空气预热器的底部设置低温烟气管道连接至后处理系统，后处理系统通过引风机将烟气抽至烟囱，烟囱将烟气排至外部环境中。该高效能系统可充分利用烟气余热，能源利用率高，且系统中的高效能空气预热器结构紧凑，内部设置湍流通道，湍流度增强，换热效果好。

说明书

技术领域

本发明燃煤电站锅炉烟气余热高效回收节能设备技术领域。

背景技术

目前，燃煤电站锅炉烟气余热回收所采用的高效能空气预热器主要以回转式、管式和翅片管式为主。回转式高效能空气预热器虽适用于大风量工况，但其结构复杂且工艺要求高，同时在运行过程中会出现烟气与空气掺混，漏风率高等问题；管式和翅片管式换热器因体积大而占用大量空间，同时其存在换热效率低，容易积灰且积灰后难以处理以及烟气入口处换热管磨损较大等问题。

板式换热器结构紧凑，换热高效，但全焊板式空预器，难以满足烟气含尘量高，烟气量大，并且空气侧正压与烟气侧负压，两者压差较大的情况。传统板式换热器需要先加工模具，然后使用大型液压机压制板片，这必然增加了成本，延长了加工周期，并且传统的板式换热器未能充分利用烟气的热能，能源利用效率低下，不符合绿色发展的理念。

因此，有必要开发适用于高烟尘、大风量，空气侧与烟气侧压差大的高温烟气余热回收宽流道板式换热器，由此空气换热器组建的烟气余热高效利用装置系统可高效利用能耗，极具推广应用价值。以符合国家碳中和发展理念。

发明内容

本发明的目的在于克服目前燃煤电站锅炉烟气余热回收用效能低，高效能空气预热器换热能力差，易积灰且不易清灰等缺点，以及克服传统板式换热器板片加工过程中必须先加工模具再用液压机压制板片而造成加工周期长，成本高等缺点，从而提供一种锅炉烟气余热高效能系统及其使用方法，以达到高效利用烟气余热的目的。

为实现上述目的，本发明提供一种锅炉烟气余热高效能系统，该高效能系统包括燃料制备系统、高效能空气预热器、锅炉、送风机、后处理系统、引风机和烟囱；其中，所述的送风机通过空气进气管道连接至高效能空气预热器左侧，所述的高效能空气预热器的右侧通过空气出气管道连接至燃料制备系统；所述的燃料制备系统对锅炉供热；所述的锅炉设置高温烟气管道连接至高效能空气预热器的顶部，所述的高效能空气预热器得底部设置低温烟气管道连接至后处理系统，所述的后处理系统通过引风机将烟气抽至烟囱，所述的烟囱将烟气排至外部环境中。

进一步地，所述的燃料制备系统、锅炉、送风机、后处理系统、引风机和烟囱为现有的设备。

进一步地，所述的高效能空气预热器包括空气进口、空气出口、烟气进口、烟气出口、板式换热芯体和高效能空气预热器壳体，其中，所述的板式换热芯体内置于高效能空气预热器壳体中；所述的空气进口和空气出口分别安置于高效能空气预热器壳体的水平两侧，所述的烟气进口、烟气出口分别安置于高效能空气预热器壳体的竖直两侧。

进一步地，所述的烟气进口和烟气出口均为底部为方形，顶部为圆形的塔台结构。

进一步地，所述的空气进口和空气出口均为底部为方形，顶部为圆形的塔台结构。

进一步地，所述的高效能空气预热器壳体为立方体构造。

进一步地，所述的板式换热芯体由若干板束以一定间距叠放而成，间距范围在10～100mm之间调节，在所述的板束内部形成空气湍流通道，与空气进口、空气出口联通。

进一步地，所述的板束在相邻两组之间的外部形成烟气类波纹流道，烟气进口、烟气出口通过所述的烟气类波纹流道联通。

进一步地，所述的板束高度在5-30mm之间。

进一步地，所述的板束由若干板片和焊点交替布置通过激光渗透焊接形成。

进一步地，一种锅炉烟气余热高效能系统的使用方法，包括如下步骤：

第一步，通过送风机将冷空气通过空气进气管道进入高效能空气预热器中，经过空气湍流通道后从空气出气管道中流出，从而进入到燃料制备系统中；

第二步，燃料制备系统充分利用空气热能干燥煤粉，煤粉在锅炉内着火后，与空气混合燃烧产生高温烟气，该高温烟气通过高温烟气管道进入高效能空气预热器中，在通过烟气类波纹流道后由低温烟气管道排出后处理系统中；期间，空气湍流通道中的空气与烟气类波纹流道中的烟气在高效能空气预热器中内充分接触换热；

第三步，在高效能空气预热器中内充分接触换热烟气后，通过后处理系统处理，在引风机的作用下抽至烟囱，后由烟囱排出至外部环境中。

在第二步中，如图5所示的相邻两板束之间烟气流动示意图，烟气在相邻两板束之间的烟气类波纹流道内的烟气与空气湍流通道内的空气发生热交换，由于板束上的焊点起到一定的扰流作用，使得烟气侧和空气侧流体在流动过程中的湍流度增加，这可以起到强化换热的效果。

本发明有益效果在于：1)锅炉烟气余热高效利用装置的能耗利用率高；2)克服了现有目前燃煤电站锅炉余热回收用高效能空气预热器的缺点，结构紧凑，占地面积小，耐高温、耐高压，使用寿命长；2)本装置中的高效能空气预热器内设置的烟气类波纹湍流通道和空气湍流通道，以造成湍流，在较低流速下，也能增加空气侧和烟气侧的流体湍流度，进而强化换热效果；3)本装置中的烟气类波纹流道，流动阻力小，压力损失小，且不易积灰，即使积灰，也容易清理；

4)烟气宽流道新型板式高效能空气预热器加工方便，结构简单，生产成本低，加工周期短；5)高效能空气预热器适应性强，易于模块化组装。

附图说明

图1本发明的装置运行流程示意图。

图2本实施例中烟气宽流道板式高效能空气预热器的结构示意图。

图3本实施例中板束结构示意图(a)和轴测图(b)。

图4本实施例中板束截面及板束叠放示意图。

图5本实施例中相邻两板束之间烟气流动示意图。

图6本实施例中板式换热芯体结构示意图。

图中：1、高效能空气预热器；1-1、空气进口；1-2、空气出口；1-3、烟气进口；1-4、烟气出口；1-5、板式换热芯体；1-6、高效能空气预热器壳体；1-7、空气湍流通道；1-8、烟气类波纹流道；1-9、板束；1-10、板片；1-11、焊点。

2、燃料制备系统；3、锅炉；4、送风机；5、后处理系统；6、引风机；7、烟囱；

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行进一步详细说明。

本发明提供一种锅炉烟气余热高效能系统，该系统包括燃料制备系统2、高高效能空气预热器1、锅炉3、送风机4、后处理系统5、引风机6和烟囱7；其中，所述的送风机4通过空气进气管道连接至高效能空气预热器1左侧，所述的高效能空气预热器1的右侧通过空气出气管道连接至燃料制备系统2；所述的燃料制备系统2对锅炉3供热；所述的锅炉3设置高温烟气管道连接至高效能空气预热器1的顶部，所述的高效能空气预热器1的得底部设置低温烟气管道连接至后处理系统5，所述的后处理系统5通过引风机6将烟气抽至烟囱7，所述的烟囱7将烟气排至外部环境中。

本实施例中的高效能空气预热器包括空气进口1-1、空气出口1-2、烟气进口1-3、烟气出口1-4、板式换热芯体1-5和高效能空气预热器壳体1-6，其中，所述的板式换热芯体1-5内置于高效能空气预热器壳体1-6中；所述的空气进口1-1和空气出口1-2分别安置于高效能空气预热器壳体1-6的水平两侧，所述的烟气进口1-3、烟气出口1-4分别安置于高效能空气预热器壳体1-6的竖直两侧。

本实施例中的烟气进口1-3和烟气出口1-4均为底部为方形，顶部为圆形的塔台结构。

本实施例中的空气进口1-1和空气出口1-2均为底部为方形，顶部为圆形的塔台结构。

本实施例中的高效能空气预热器壳体1-6为立方体构造。

本实施例中的板式换热芯体1-5由若干板束1-9以一定间距叠放而成，间距范围在10～100mm之间调节，在所述的板束1-9内部形成空气湍流通道1-7，与空气进口1-1、空气出口1-2联通。

本实施例中的板束1-9在相邻两组之间的外部形成烟气类波纹流道1-8，烟气进口1-3、烟气出口1-4通过所述的烟气类波纹流道1-8联通。

本实施例中的板束1-9高度在5-30mm之间。

本实施例中的板束1-9由若干板片1-10和焊点1-11交替布置通过激光渗透焊接形成，经充压形成空气湍流通道1-7；两端的空气进口1-1、空气出口1-2通过中央的板式换热芯体1-5内空气湍流通道1-7联通。

本实施例中的燃料制备系统2、锅炉3、送风机4、后处理系统5、引风机6和烟囱7为现有的设备。

一种锅炉烟气余热高效能系统设计方法，基于高效能空气预热器促进了整个系统高效运行；

第一步，通过送风机6将冷空气通过空气进气管道进入高效能空气预热器1中，经过空气湍流通道1-7后从空气出气管道中流出，从而进入到燃料制备系统2中；

第二步，燃料制备系统2充分利用空气热能干燥煤粉，煤粉在锅炉3内着火后，与空气混合燃烧产生高温烟气，该高温烟气通过高温烟气管道进入高效能空气预热器1中，在通过烟气类波纹流道1-8后由低温烟气管道排出后处理系统5中；期间，空气湍流通道1-7中的空气与烟气类波纹流道1-8中的烟气在高效能空气预热器1中内充分接触换热；

第三步，在高效能空气预热器1中内充分接触换热烟气后，通过后处理系统5处理，在引风机6的作用下抽至烟囱7，后由烟囱7排出至外部环境中。

在第二步中，如图5所示的相邻两板束1-9之间烟气流动示意图，烟气在相邻两板束1-9之间的烟气类波纹流道1-8内的烟气与空气湍流通道1-7内的空气发生热交换，由于板束1-9上的焊点1-11起到一定的扰流作用，使得烟气侧和空气侧流体在流动过程中的湍流度增加，这可以起到强化换热的效果。

该高效能系统烟气余热高效利用，并且该装置中的高效能空气预热器结构紧凑，空气走板束内湍流通道，湍流度增强，从而换热效果好，同时，烟气走板束间距可调节的类波纹通道，烟气侧流动阻力减小，不易磨损板壁，不易积灰，便于清理，结构简单，生产成本低。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依据本申请的结构、形状以及原理等所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。