本發(fā)明屬于垃圾焚燒鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預(yù)熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電廠將垃圾在鍋爐中焚燒，產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電和供汽，是目前對垃圾處理的有效方式之一，被廣泛應(yīng)用的是爐排型垃圾焚燒技術(shù)。一方面，利用垃圾固有的熱值發(fā)電，是一種變廢為寶、節(jié)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(jié)約了土地資源，更是大大的減少了垃圾對環(huán)境的污染。但是，鍋爐中垃圾如果沒有被充分燃燒，將會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，不僅會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，還增加排放氣體的處理成本，同時(shí)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(fēng)溫度提高到160℃~220℃，由于垃圾焚燒后產(chǎn)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。如果采用鍋爐煙氣加熱一次風(fēng)的辦法，鍋爐空氣預(yù)熱器存在積灰嚴(yán)重和低溫腐蝕的問題，導(dǎo)致鍋爐連續(xù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)大幅降低。

目前，垃圾焚燒發(fā)電廠多采用蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱，垃圾焚燒發(fā)電廠的蒸汽-空氣加熱系統(tǒng)是利用鍋爐汽包和汽機(jī)排氣段抽出的蒸汽對鍋爐一次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，具體的抽汽量與蒸汽參數(shù)是通過熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)計(jì)算得出的?，F(xiàn)階段的蒸汽-空氣加熱系統(tǒng)多采用兩段式蒸汽-空氣加熱器進(jìn)行抽氣，如圖2所示，兩段式蒸汽-空氣加熱器包括風(fēng)道箱，風(fēng)道箱內(nèi)設(shè)有高壓段、低壓段的換熱管，換熱管的兩端均設(shè)有進(jìn)、出口大集箱和進(jìn)、出口小集箱，高壓段和低壓段之間設(shè)有閃蒸設(shè)備，高壓段和低壓端采用臥式布置。對空氣進(jìn)行加熱時(shí)，高壓段從鍋爐汽包進(jìn)行抽汽，低壓段從汽機(jī)排汽段進(jìn)行抽汽，高壓段的凝結(jié)水經(jīng)閃蒸設(shè)備后將閃蒸汽補(bǔ)充到低壓段繼續(xù)換熱，凝結(jié)水分兩路回送到除氧器。

上述蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)在具體的使用過程中存在如下問題：1、凝結(jié)水直接被送回除氧器，凝結(jié)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(jìn)行加熱，加熱效率不高；2、上述蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)臥式布置，占地面積較大，不利于鍋爐的整體布置；3、上述蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)中，集箱、閃蒸設(shè)備等都位于風(fēng)道中，使風(fēng)道箱體積龐大，同時(shí)高低壓段均需設(shè)置進(jìn)、出口小集箱和進(jìn)、出口大集箱，制造時(shí)需要消耗大量的鋼材，初期投資較大；4、上述蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)中，使用了閃蒸設(shè)備，且凝結(jié)水分兩路送回除氧器，整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜；5、上述蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)中，進(jìn)、出口小集箱均布置在風(fēng)道內(nèi)，集箱與換熱管之間焊接，角焊縫布置在風(fēng)道內(nèi)，受到冷熱交替容易在使用過程容易開裂，導(dǎo)致鍋爐停爐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在提供一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預(yù)熱系統(tǒng)，以解決兩段式蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)中，空氣的加熱效率低、能量利用率低的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案為：一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預(yù)熱系統(tǒng)，包括除氧器、風(fēng)道箱和四段式蒸汽空氣預(yù)熱器，所述風(fēng)道箱上端設(shè)有空氣出口管，風(fēng)道箱下端設(shè)有空氣入口管；所述四段式蒸汽空氣預(yù)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(nèi)均設(shè)有位于風(fēng)道箱內(nèi)的換熱管、位于風(fēng)道箱外的進(jìn)口集箱和出口集箱；所述換熱管的上端與進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shè)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(shè)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(chǔ)方案的工作原理在于：使用本系統(tǒng)給通入鍋爐的空氣預(yù)熱時(shí)，將空氣從空氣入口管通入，空氣進(jìn)入風(fēng)道箱，經(jīng)過四段式蒸汽空氣預(yù)熱器的加熱，將鍋爐的一次風(fēng)預(yù)熱到160～220℃左右送入焚燒爐爐排內(nèi)。四段式蒸汽空氣預(yù)熱器的換熱管中通入蒸汽，用于加熱風(fēng)道箱內(nèi)通入的空氣。高壓蒸汽段的進(jìn)口集箱中通入高壓蒸汽，高壓蒸汽進(jìn)入高壓蒸汽段的換熱管對空氣進(jìn)行預(yù)熱后，凝結(jié)水夾著蒸汽流向高壓蒸汽段的出口集箱和第一管道，經(jīng)過疏水閥進(jìn)行汽液分離，凝結(jié)水從高壓凝水段的進(jìn)口集箱進(jìn)入高壓凝水段的換熱管中繼續(xù)對空氣進(jìn)行加熱。低壓蒸汽段的進(jìn)口集箱中通入低壓蒸汽，低壓蒸汽進(jìn)入低壓蒸汽段的換熱管對空氣進(jìn)行預(yù)熱后，凝結(jié)水夾著蒸汽流向低壓蒸汽段的出口集箱和第二管道，經(jīng)過疏水閥進(jìn)行汽液分離，凝結(jié)的水從低壓凝水段的進(jìn)口集箱進(jìn)入低壓凝水段的換熱管中繼續(xù)對空氣進(jìn)行預(yù)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，并經(jīng)過加壓閥的減壓，與低壓凝水段的水混合后，送回到除氧器中重復(fù)利用。

本基礎(chǔ)方案的有益效果在于：1、本系統(tǒng)中，由于高壓蒸汽段的溫度大于低壓段的溫度，高壓凝水段的溫度大于低壓凝水段的溫度，蒸汽段的溫度又大于凝水段的溫度，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(tǒng)對空氣進(jìn)行加熱時(shí)，從風(fēng)道箱底部通入，從風(fēng)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(tǒng)中充分利用了凝結(jié)水的能量，使能量利用率更高。3、本系統(tǒng)中，由于通入風(fēng)道箱的空氣被依次加熱，使得設(shè)備處于較小溫差環(huán)境中，有效的防止了設(shè)備被損壞。4、本系統(tǒng)中，第一管道和第二管道設(shè)置了疏水閥，其主要作用是避免蒸汽進(jìn)入凝水段，確保進(jìn)入凝水段為飽和水，由于凝水段壓力較蒸汽段低，可以產(chǎn)生部分閃蒸汽，增加凝水段的換熱效果。5、本系統(tǒng)中，四段式蒸汽空氣預(yù)熱器各段結(jié)構(gòu)采用立式布置，大大節(jié)省了占地面積，有利于鍋爐的整體布置。6、本系統(tǒng)根據(jù)鍋爐空氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用空氣下進(jìn)上出、蒸汽上進(jìn)下出的逆流布置方式，在保證傳熱效果的同時(shí)，還利用了蒸汽凝結(jié)后依靠重力可自動(dòng)回流到下級(jí)設(shè)備的特點(diǎn)，減少了系統(tǒng)流程中的阻力損失。7、本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)取消了閃蒸設(shè)備和各段的進(jìn)、出口小集箱，使高壓段與低壓段的蒸汽冷凝為飽和水后分別進(jìn)入各自的冷凝段，在冷凝段冷卻到后送回到除氧器中重復(fù)利用，不但降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程度同時(shí)還節(jié)省了閃蒸設(shè)備的制造費(fèi)用，減少初期的投資成本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本系統(tǒng)能量利用率較高、空氣加熱效率高、整體結(jié)構(gòu)簡單，四段式蒸汽空氣預(yù)熱器采用立式布置，大大的減少了占地面積，方便了鍋爐的整體布置。

優(yōu)選方案一：作為基礎(chǔ)方案的優(yōu)選，還包括鍋爐汽包和汽輪機(jī)，所述高壓蒸汽段的進(jìn)口集箱與鍋爐汽包連通，所述低壓蒸汽段的進(jìn)口集箱與汽輪機(jī)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(jī)中的蒸汽為低壓蒸汽，低壓蒸汽段從汽輪機(jī)中抽汽，使本系統(tǒng)充分利用已有的能量對空氣進(jìn)行加熱。

優(yōu)選方案二：作為基礎(chǔ)方案的優(yōu)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(fēng)道箱內(nèi)的換熱面積，更好的提高空氣換熱效果。

優(yōu)選方案三：作為優(yōu)選方案二的優(yōu)選，所述換熱管的橫置部分沿蒸汽或者凝結(jié)水流動(dòng)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(jié)構(gòu)可使換熱管在進(jìn)行換熱的過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水依靠自身重力順著換熱管往下流動(dòng)，有效避免換熱管內(nèi)的凝結(jié)水沉積在換熱管內(nèi)，還能加快換熱管中的疏水速度。凝結(jié)水流經(jīng)換熱管的轉(zhuǎn)角處時(shí)，若凝結(jié)水不能順著換熱管向下流，水則會(huì)對換熱管管壁拍擊，該結(jié)構(gòu)可防止在蒸汽冷凝的過程中產(chǎn)生“水擊”現(xiàn)象。

優(yōu)選方案四：作為優(yōu)選方案三的優(yōu)選，所述高壓蒸汽段、低壓蒸汽段內(nèi)的換熱管與高壓凝水段、低壓凝水段的換熱管垂直布置。由于高壓蒸汽段出口集箱與高壓凝水段的進(jìn)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(jìn)口集箱通過第二管道連通；高壓蒸汽段、低壓蒸汽段內(nèi)的換熱管與高壓凝水段、低壓凝水段的換熱管垂直布置，可便于出口集箱和進(jìn)口集箱的排布。

優(yōu)選方案五：作為優(yōu)選方案二-優(yōu)選方案四任一項(xiàng)的優(yōu)選，所述換熱管與進(jìn)口集箱、出口集箱均焊接，且焊接的焊縫位于風(fēng)道箱外部。若焊縫位于風(fēng)道箱內(nèi)部，換熱管內(nèi)外溫差過大，焊縫將會(huì)因冷熱交替而開裂，影響四段式蒸汽空氣預(yù)熱器的運(yùn)行壽命。

優(yōu)選方案六：作為優(yōu)選方案五的優(yōu)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(fēng)道箱壁上均設(shè)置人孔門。本系統(tǒng)在使用過程中，需要定期檢查修理，人孔門可便于本系統(tǒng)的檢修。

優(yōu)選方案七：作為優(yōu)選方案五的優(yōu)選，所述空氣入口管、空氣出口管均與風(fēng)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(fēng)道箱的上端和下端。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預(yù)熱系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是二段式蒸汽-空氣預(yù)熱系統(tǒng)的工作原理圖；

圖3是本發(fā)明一種垃圾焚燒鍋爐的蒸汽空氣預(yù)熱系統(tǒng)實(shí)施例的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

說明書附圖中的附圖標(biāo)記包括：風(fēng)道箱10、空氣入口管20、空氣出口管21、換熱管30、進(jìn)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(yù)熱系統(tǒng)，包括風(fēng)道箱10，風(fēng)道箱10下端焊接了空氣入口管20，風(fēng)道箱10上端焊接了空氣出口管21，風(fēng)道箱10內(nèi)設(shè)置了四段式蒸汽空氣預(yù)熱器。四段式空氣預(yù)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(nèi)均包括位于風(fēng)道箱10內(nèi)的換熱管30、位于風(fēng)道箱10外的進(jìn)口集箱31和出口集箱32；換熱管30的上端與進(jìn)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(jìn)口集箱31與鍋爐汽包連通，低壓蒸汽段的進(jìn)口集箱31與汽輪機(jī)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(jī)抽汽。

高壓蒸汽段的出口集箱32與高壓凝水段的進(jìn)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(jìn)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(shè)置有疏水閥50，疏水閥50用于將蒸汽段的水和汽進(jìn)行汽液分離，將凝結(jié)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(shè)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(jìn)入除氧器后將會(huì)被重復(fù)利用。

四段式蒸汽空氣預(yù)熱器內(nèi)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(jié)水流動(dòng)方向向下傾斜3°-5°角；采用該種結(jié)構(gòu)形式的目的是避免換熱管30內(nèi)凝結(jié)水沉積，在蒸汽冷凝的過程中產(chǎn)生水擊；同時(shí)采用該結(jié)構(gòu)還可加大疏水速度，有利于換熱面積的有效利用。為了便于四段式蒸汽空氣預(yù)熱器內(nèi)各段進(jìn)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(jìn)口集箱31、出口集箱32連通處為焊接，且焊接的位置位于風(fēng)道箱10外部；避免焊接的焊縫在風(fēng)道箱10中受到冷熱交替而開裂，影響本系統(tǒng)的運(yùn)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(fēng)道箱10壁上均設(shè)置人孔門，人孔門與風(fēng)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(shè)備檢查修理。

具體實(shí)施時(shí)，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(jìn)入高壓蒸汽段的換熱管30對風(fēng)道箱10內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，飽和蒸汽在對空氣進(jìn)行加熱的過程中會(huì)形成壓力為4.0MPa左右的凝結(jié)水，凝結(jié)水在重力的作用下沿?fù)Q熱管30流入第一管道40。疏水閥50對流經(jīng)第一管道40的凝結(jié)水進(jìn)行汽液分離，使飽和的凝結(jié)水通入高壓凝水段。凝結(jié)水進(jìn)入高壓凝水段后繼續(xù)對風(fēng)道箱10內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，凝結(jié)水對空氣進(jìn)行加熱后形成壓力為1.3MPa左右的凝結(jié)水。凝結(jié)水在重力作用下沿?fù)Q熱管30對流入第三管道，減壓閥對流經(jīng)第三管道的凝結(jié)水降壓至壓強(qiáng)為0.4MPa溫度為90℃的凝結(jié)水。

低壓蒸汽段從汽輪機(jī)末段抽取壓力為1.3MPa左右的過熱蒸汽，蒸汽進(jìn)入低壓蒸汽段的換熱管30對風(fēng)道箱10內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，蒸汽在對空氣進(jìn)行加熱的過程中會(huì)形成壓力為1.0MPa左右的凝結(jié)水，凝結(jié)水在重力的作用下沿?fù)Q熱管30流入第二管道41。疏水閥50對流經(jīng)第二管道41的凝結(jié)水進(jìn)行汽液分離，使飽和的凝結(jié)水通入低壓凝水段。凝結(jié)水進(jìn)入低壓凝水段后繼續(xù)對風(fēng)道箱10內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱，凝結(jié)水對空氣進(jìn)行加熱后形成壓力為0.4MPa左右、溫度為90℃左右的凝結(jié)水。凝結(jié)水在重力作用下沿?fù)Q熱管30對流入第三管道，與高壓凝水段的凝結(jié)水匯合，并送回除氧器中重復(fù)利用。減壓閥對流經(jīng)第三管道的凝結(jié)水降壓至壓力為0.4MPa溫度為90℃的凝結(jié)水。

使用本系統(tǒng)給通入鍋爐的空氣預(yù)熱時(shí)，將鼓風(fēng)機(jī)安裝在空氣入口管20處，由鼓風(fēng)機(jī)出來的23℃左右的空氣從空氣入口管20進(jìn)入風(fēng)道箱10內(nèi)?？諝鈴南轮辽弦来谓?jīng)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(dá)到220℃左右，經(jīng)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。

以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識(shí)在此未作過多描述。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明系統(tǒng)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本申請要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說明書中的具體實(shí)施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。