空气预热器

为解决大型火电机组空气预热器传统预防性维护手段的弊端，提出了一种基于数字孪生预测性维护的一般模式，并基于数字孪生技术，构建空气预热器数字孪生系统。 方法 所提系统包括回转式空气预热器物理实体、实时数据采集与分析模块、数字孪生模型构建模块、热力参数状态监测、转子热场视频与热变形可视化及积灰预测模块；实时采集温度参数状态和视频数据，通过温度场、视频图像、漏风计算等模块，实现热力参数的计算并进行积灰的预测。同时，以3D组态画面实时显示数据，利用软件算法不断优化热力参数计算及积灰预测的准确度，实现吹灰策略自动优化。 结果 所提方案实现了空气预热器热力计算过程的状态监测与动态控制，解决现有电站中回转式空气预热器积灰因素影响火电机组安全可靠运行的问题。 结论 通过实际机组的工程测试，所提方案有效提高了火电机组空气预热器运行维护的效率，验证了所提方法的可行性，为后期智慧电厂系统的开发提供技术支撑。

与本专利所提出的“一种空气预热器防堵灰方法”最接近的为“空气预热器风量分切防堵灰技术”。其技术方案是：在空气预热器转子进入烟气侧之前设置循环风仓，在空气预热器本体上隔出一个循环风分仓，由原来的三分仓空气预热器改为“四分仓”。循环风分仓冷、热两端用风道闭合连通，风道中加装循环风机作为驱动风机，风道中空气的流向为由热端到冷端，转子内空气的流向为由冷端到热端。此外，引入磨料补给系统，当蓄热板上灰分积累到一定程度后，在循环风道中加入磨料，以循环风携带的方式对蓄热板进行冲刷清扫，磨料选用省煤器灰。上述技术虽然与本专利的技术相似，却有很多实质性的不同点，上述技术在主权利要求中都已明确热一次风必须接至冷端空气与烟气侧相邻位置的结构特征，原专利申请文件描述分别为：“位于烟气通道与高压一次风通道之间或烟气通道与低压二次风通道之间沿竖直方向设有循环风通道”、“热回风管道的出风口位于低压二次风进口与烟气二次风间冷端扇形板之间”；相应的技术原理解释为：在受热面转子即将转入烟气侧冷却烟气时，也即在转子温度水平最低的位置，通入一股热一次风加热蓄热元件，使蓄热元件壁温升高至烟气露点温度以上，相应受热面在进入烟气侧后，无酸液沉积，避免转子粘附飞灰。 本专利所要求的权利中，中间热一次漏风、热一次风及冷二次风三股气源并联接至冷端一次风与二次风相邻位置（靠近二次风侧），并非靠近烟气侧；相应采用的技术原理为：把冷端用于防堵的中间热一次漏风、热一次风及冷二次风设在冷一次风和冷二次风之间，转子在经过防堵热一次加热后又经冷一次风或冷二次风冷却，从而尽量降低转子转入烟气侧时的壁温水平，以利于控制排烟温度上升幅度，相应的，粘附飞灰的酸液在在烟气侧转子壁面上仍不断沉积，但转子每转一圈，都经过一次风与二次风之间的局部高温、高流速扇形区，在“高温气化酸液”以及“高速携带飞灰”的双重作用下，不断清除转子表面积灰。

本项目通过理论研究，技术研讨，现场考证的方式共同设计创造《回转式空气预热器防堵灰技术》。空预器堵塞的主要原因是脱硝氨逃逸造成的NH4HS04黏附在空预器冷端壁面。发耳公司燃用煤种为高硫煤，烟气中有大量S03存在，然而当S03超标，将形成硫酸氢氨，当NH3超标，将形成硫酸氨。在对冷端垢样进行分析发现NH3含量高达13.56g/1.在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，其以液体形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于烟气中。疏酸氢铵在低温下具有吸湿性，当从烟气中吸水后会造成设备的堵塞及腐蚀。根据空预器冷端结垢机理及特点，发耳公司与华能达公司共同研究设计一套《回转式空气预热器防堵灰系统》。首先选择空预器冷端最低温点，隔出一个循环风分仓，并安装循环风道，利用循环风机带动风道内的热风循环。热风在循环风道中不断循环，从空预器热端吸热，生成300℃左右的热风，热风进入空预器冷端，对冷端进行加热，利用空预器自身产生的热风对冷端蓄热元件进行加热，加热的对象为即将进入烟气侧的蓄热元件，即冷端温度最低的蓄热元件。风机调节采用变频调节，可根据环境温度及空预器冷端加装的红外测点所测得的元件温度的高低进行风量调节，满足冷端蓄热元件加热前提下尽量降低风机电耗。这个技术路线主要有两个优势：首先，热量来源是自身产生的热风，空预器自身的热量来自于烟气余热，对于整个发电系统来说，烟气余热是品质最低的热量，用其加热冷端蓄热元件是符合能量最优化利用的；其次，加热的对象是即将进入烟气侧的蓄热元件，处于这个位置的蓄热元件是最易结露造成堵塞的，是最需要提高温度的，单独对这个位置的冷端蓄热元件进行加热，可以最大节约热量，减少对排烟温度的影响，同时单独的仓格利于热量集中。

本工程烟气系统脱硫装置，无GGH和增压风机的设置，在吸收塔前采用事故喷淋降温设计，防止锅炉单侧空气预热器故障跳闸情况下，高温烟气对脱硫吸收塔内防腐和除雾器的损害，保护了吸收塔及吸收塔后净烟道，保证了烟气系统的安全可靠；针对无旁路烟道脱硫系统与主机系统的逻辑，进一步细化了主机与脱硫系统启停、辅机故障等情况下的操作程序和配套措施，实现微油点火及电袋除尘器高效运行，避免因投油稳燃对石灰石浆液品质的影响，确保脱硫系统达标运行。本工程通过对原设计脱硫装置的局部治理技改，将脱硫系统原设计硫份由2.08%提高到3.0%，在合理参烧低硫煤的情况下，保证了机组不降负荷运行就能实现达标排放。机组自2011年8月投产到2011年年底共产生二氧化硫22608吨，排放765吨，削减21843吨，脱硫效率达到96.62%，满足设计要求，达到环保排放标准，有效的减少烟气对大气的污染；脱硫系统设计取消旁路的同时取消GGH，节约设计占地，而且减少了运行费用，进而降低了年运行成本，同时还可降低检修、维护成本。投产后的测试数据证明，大唐林州热电脱硫系统的设计及使用是成功的。目前多家单位来厂考察学习，我公司按照集团公司要求对高硫份无旁路脱硫工程进行了专项总结。

本成果属于能源生产过程、工艺创新技术领域，对大型电站风烟系统进行大量的试验研究和数值模拟数据，建立模型驱动的多系统异构数据源集成（EXA）数据库，创立多元状态监测系统（MSET），实现风烟系统模型驱动的实时状态评估和运行指导，并提供风机选型优化数据支持，充分运用大数据处理平台的挖掘分析和信息融合，开展风机叶型和轮毂比组合与风烟道匹配特性研究，提高风机中、低负荷段效率；突破煤电机组风烟系统设计选型和运行优化分段实施、分而治之的传统技术思路，开展送风风道、磨煤机进出口风道、脱硝系统烟道、回转式空气预热器前后烟道、除尘器进出口烟道、引风机进出口烟道和脱硫系统进口烟道典型布置参数分布和风门挡板特性研究，全面创立了风烟系统特性参数分析体系，实现风烟系统关键技术的协同优化研究和融合应用，获得良好节能效果，改善锅炉风烟系统流场分布；成功研发多种大型风烟道流量在线测量装置，攻克烟风道复杂流场中流量测量和控制难题，开发烟道脱硝出口氮氧化物智能巡测技术，实现氮氧化物和喷氨量的协同控制，以及空预器漏风控制和防低温结露、堵灰的新技术，同时提升发电机组灵活性改造和调峰技术水平；并通过大数据挖掘的方法，对动叶轴流可调风机不同步叶片特性研究、静叶可调汽动引风机运行特性与性能优化都获得了良好的效果。在空预器漏风控制、复杂流场环境的风量测量、脱硝系统喷氨调节和 NOx 检测、空预器防低温结露及堵灰、机组生产过程的大数据应用开发方面形成具有自主知识产权的新工艺、新技术和新产品。本项目取得 1 项发明专利和 6 项实用新型专利，专著一本（“十三五”普通高等教育规划教材 电站风机应用技术与实践），论文 10 余篇。

目前，燃煤电站的静电除尘器和 WFGD 等常规污染物控制设备对烟气中 SO3 脱除效率较低。主要的烟气 SO3 控制技术包括掺烧低硫煤、开发低 SO2/SO3 转化率的 SCR 脱硝催化剂、向燃煤中添加石灰石和采用湿式电除尘器进行物理脱除，上述设备和方法的 SO3 脱除效果也很难满足要求。目前公开了一种三氧化硫尾气吸收装置，包括吸收塔、三氧化硫反应塔等，该装置功能与 WESP 类似，无法解决 SO3 造成的空气预热器堵塞问题。另外一种利用天然碱浆液的 SO3脱除装置，该装置通过向烟道中注射天然碱浆液来脱除 SO3。浆液的物化特性和干粉理化特性不同，装置系统差别大，同时，浆液注射装置实现形式较复杂，可靠性较差。 本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备，可根据烟气中 SO2 浓度，使碱性吸附剂料粉的喷入量与烟气中 SO3 的量相匹配。从而保证了 SO3 脱除效果、节省碱性吸附剂料粉。本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备，所述储罐顶部装有微正压装置，用于保持储罐内 0.4kPa-0.8kPa 的微正压，实现粉料防潮和下料顺畅的功能。所述的气动给料机不仅给料速度快，且工作性能稳定可靠。另外，所述粉料储罐和称重罐顶部均设置有过滤器，用于过滤从所述罐中排出的含粉尘气体，减少污染环境和对操作人员的粉尘伤害。本发明的 SO3 脱除设备，可通过调节旋转阀改变料粉注射量，使碱性吸附剂注射量与烟气中 SO3 的量相匹配。从而保证了脱除效率、由此节省了碱性吸附剂。因此，本发明的干粉吸附剂烟道注射脱除 SO3 设备具有脱除 SO3效率高，脱除 SO3 彻底，性能稳定可靠，以延缓 SO3 造成的空气预热器堵塞，减少 SO3 引起的下游设备腐蚀，有效降低烟气中的 SO3 含量，减小对生态环境的破坏，并可有效节省碱性吸附剂的特点。