CN103084064B - 一种用于提高电厂scr脱硝装置运行能力的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统和方法，系统包括省煤器、导流板、氨喷射装置、温度传感器、脱硝装置、低温换热器和空气预热器，省煤器给水入口管路旁支出一路与低温换热器进水口相连通的低温换热器入口管路，低温换热器的出水口与汽包之间设置一条低温换热器出口管路，省煤器给水入口管路与低温换热器出口管路之间设置一条串联管路，该串联管路上安装有串联阀，低温换热器出口管路上还安装有低温换热器出口阀，省煤器给水入口管路上还安装有省煤器入口流量调节阀，以实现低温换热器与省煤器的并联或串联，提高脱硝装置的运行时间和脱硝能力。本发明同时公开了用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的方法。
Description
技术领域
本发明涉及电站锅炉采用选择性催化还原脱硝法的领域，具体是指一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统和方法。
背景技术
由燃煤产生的氮氧化物（NO、NO2和N2O）是当今环境污染的重要来源之一，这些氮氧化物能够导致光化学烟雾、酸雨、臭氧层损耗、温室效应等一系列问题。为了适应越来越严格的排放要求，国内外电厂已陆续开始安装使用脱硝装置。而在众多脱硝方法中，选择性催化还原（SCR）脱硝装置以其成熟的技术工艺和稳定的脱硝效率得到了广泛应用。
SCR脱硝反应装置主要包括反应器壳体、催化剂、壳体内部所包含的支撑结构、密封装置等。其中，催化剂由支撑梁支撑而均匀布置在反应器的烟道内，烟气从催化剂的孔隙内通过，催化剂模块间和催化剂与反应器壳体间由密封原件密封，为增强进入催化剂烟气分布的均匀性，催化剂上方装有整流装置。受脱硝催化剂反应温度要求，SCR脱硝装置需安装在锅炉省煤器出口至空气预热器入口的高尘烟道之间。经省煤器降温的烟气与氨混合后进入脱硝反应器，通过脱硝催化剂层，NOx与NH3在催化剂的作用下发生化学反应，生成无害的N2和H2O，反应后的烟气再依次通过空气预热器、电除尘器以及其他后续设备。在SCR脱硝系统中，脱硝催化剂是其核心部件，而且，催化剂的成本很高，约占SCR系统总成本的20%～40%，催化剂的性能直接影响着NOx的脱除效果。为保持催化剂的脱硝性能并延长其使用寿命，脱硝装置设计运行温度一般要求为300℃～400℃，如果温度过低，催化剂活性较低，当投运脱硝装置时，会有大量脱硝还原剂氨无法与烟气中的氮氧化物反应完全，未参加反应而逃逸的氨易与烟气中的硫氧化物反应，生成硫酸铵或硫酸氢铵堵塞催化剂和脱硝装置后面的空气预热器，而且硫酸氢铵也具有较强的腐蚀性。当停止投运脱硝装置（即停止向脱硝装置内喷氨）时，虽然减少了催化剂表面硫酸铵和硫酸氢铵的生成量，但脱硝催化剂仍处于流动的烟气环境下，烟气对催化剂的磨损并未减少，且电厂氮氧化物的排放量也相应增加；如果脱硝装置运行温度过高，则催化剂易烧结，活性大大降低。研究结果表明，在该要求的运行温度范围内，脱硝催化剂的脱硝性能随着反应温度的升高而提高，因此，保证脱硝装置能够长期在允许投运的温度范围内投运，不但有利于保持催化剂在较高的活性下运行，提高催化剂的有效使用寿命，而且可以减少电厂对氮氧化物的排放量。
目前，国内脱硝装置入口设计烟气温度在BMCR工况下一般为350～380℃。受用电量需求波动的影响，电站锅炉无法长期满负荷运行，其在低负荷下的运行时间达到总运行时间的1/5到1/4，甚至更多。当锅炉在低负荷运行下，其脱硝装置入口温度难以达到脱硝装置投运的温度要求（或运行温度较低），因此，脱硝装置无法投运，即使投运，其脱硝能力也明显下降。此外，当锅炉在低负荷下运行时，氮氧化物的生成量也相对较高，因此，如不能有效解决低负荷下不能投运SCR脱硝反应装置或SCR脱硝反应装置运行温度低的问题，将严重影响着电厂脱硝催化剂的使用性能和电厂环保运行压力。
常规锅炉烟气自炉膛出口通过后续烟道内依次布置的屏式过热器、高温再热器、低温过热器、省煤器等换热设备并与其换热。其中，省煤器常由多排并列分布的管组构成，其工作原理为：省煤器由一条或者多条管道组成，管道弯折设置在锅炉烟道内，管道内设有水或者其他换热介质，管道外是高温流通的烟气，通过管道完成热交换，使水升温，烟气降温。因省煤器位于锅炉尾部烟道，作用是吸收低温烟气的热量，降低排烟温度，减少排烟损失，节省燃料，故称其为省煤器。
现有技术中的锅炉省煤器及脱硝装置的结构示意图如图1所示，包括沿锅炉烟气流动方向依次设置在锅炉烟道100内的汽包2、省煤器3、导流板5、氨喷射装置6、温度传感器7、脱硝装置10和空气预热器9，省煤器3的进水口与省煤器给水入口管路4相连通，省煤器3的出水口与汽包2相连通，脱硝装置10内放置脱硝催化剂8，烟气1经锅炉烟道内个各换热设备换热后再依次经过脱硝装置10、空气预热器9，以及其它后续设备。
上述结构中，与省煤器3换热后的低温烟气经过弯道处的对烟气起导流作用的导流板5进入一段上升烟道，与布置在烟道内的氨喷射装置6喷射的氨气混合，氨喷射装置6由多个喷嘴和管道组成，用于将氨气均匀的喷入烟道内，喷射的氨气由氨储存区的液氨蒸发器提供，混合烟气再依次通过后面布置于竖直下降烟道中脱硝装置10内的脱硝催化剂8，脱硝催化剂8一般装有2层或3层，最后进入空气预热器9以及其它后续设备。空气预热器9的结构常为可回转的蓄热式换热片，原理为换热片对通过的烟气吸热，再转到空气侧放热，实现烟气对空气的加热。同时，在脱硝催化剂8上方装有温度传感器7，用于探测进入脱硝装置10的烟气温度，并传送给机组控制室，机组控制室核心部件为计算机，温度传感器直接与该计算机连接。来自高压加热器的省煤器给水，由省煤器入口4直接进入省煤器3，不经过任何分流装置，经省煤器3后再进入汽包2。
上述结构中，在满负荷运行的锅炉中，进入锅炉烟道的烟气1的温度一般在400℃以上，经省煤器给水入口管路4进入省煤器3的给水水温在300℃以下，经省煤器3换热后进入脱硝装置入口的烟气温度在330℃～380℃。随着机组负荷的降低，上述各温度也会随之降低。如果要保证脱硝装置10能够在低负荷下投运，或保持脱硝催化剂8在较高的烟气温度下运行，则必须控制进入脱硝装置10前的烟气温度。
由于现有技术的锅炉省煤器3均不能对其给水流量进行可调性操作，且常规运行下其给水流量在任何负荷下也变化较小，因此，随着锅炉运行负荷的降低，锅炉出口烟气量明显降低，省煤器3出口烟气温度会随之降低，导致经省煤器3换热后进入脱硝装置10的烟气温度低于最低设计运行温度，从而使脱硝装置10无法正常投运。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，该系统能够有效提高电厂SCR脱硝装置运行能力，降低电厂氮氧化物排放量。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，该系统包括沿锅炉烟气流动方向依次设置在锅炉烟道内的汽包、省煤器、导流板、氨喷射装置、温度传感器、脱硝装置和空气预热器，省煤器的进水口与省煤器给水入口管路相连通，省煤器的出水口与汽包相连通，其特征在于：该系统还包括低温换热器，该低温换热器设置在脱硝装置与空气预热器之间的烟道内，所述的省煤器给水入口管路旁支出一路与低温换热器进水口相连通的低温换热器入口管路，该低温换热器入口管路上安装有低温换热器入口流量调节阀，低温换热器的出水口与汽包之间设置一条低温换热器出口管路，所述省煤器给水入口管路与低温换热器出口管路之间设置一条串联管路，该串联管路上安装有串联阀，所述低温换热器出口管路在与串联管路相交的交汇点之后的管路上还安装有低温换热器出口阀，所述省煤器给水入口管路在与串联管路、低温换热器入口管路分别相交形成的两个交汇点之间的管路上还安装有省煤器入口流量调节阀，通过对系统中各阀的控制实现低温换热器与省煤器之间的并联或串联连接，达到能够对省煤器分流改造的目的，从而提高SCR脱硝装置的有效运行时间和脱硝能力。
本发明可做如下改进：所述的低温换热器入口流量调节阀和省煤器入口流量调节阀均为能够控制流量的电动调节阀。
本发明可做如下改进：所述的串联阀和低温换热器出口阀均为全开/全关式气动调节阀或全开/全关式电动调节阀。
本发明可做如下改进：所述省煤器为管式换热器或其它形式的换热器，所述低温换热器也为管式换热器或其它形式的换热器。
本发明通过管路将省煤器和低温换热器实现串联或者并联，通过设置在串联或者并联管路上的阀门调节进入省煤器和低温换热器的给水量，调节省煤器对通过烟气的换热量，控制烟气在脱硝催化剂处的温度为300℃～400℃。
本发明的目的之二是提供一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的方法，该方法操作简单，能够有效提高电厂SCR脱硝装置运行能力，降低电厂氮氧化物排放量。
本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的方法，该方法包括沿锅炉烟气流动方向依次在锅炉烟道内设置汽包、省煤器、导流板、氨喷射装置、温度传感器、脱硝装置和空气预热器，同时在脱硝装置与空气预热器之间的烟道内加装低温换热器，在省煤器给水入口管路旁支出一路与低温换热器进水口相连通的低温换热器入口管路，低温换热器入口管路上安装有低温换热器入口流量调节阀，在低温换热器的出水口与汽包之间设置一条低温换热器出口管路，在省煤器给水入口管路与低温换热器出口管路之间设置一条串联管路，在串联管路上安装串联阀，在低温换热器出口管路在与串联管路相交的交汇点之后的管路上安装低温换热器出口阀，在省煤器给水入口管路与串联管路、低温换热器入口管路分别相交形成的两个交汇点之间的管路上安装省煤器入口流量调节阀，通过对串联或者并联管路上的阀调节进入低温换热器与省煤器的给水量，调节省煤器对通过烟气的换热量，以控制烟气在脱硝装置处的温度达到要求的投运温度。
与现有技术相比，本发明在脱硝装置与空气预热器之间的烟道内加装低温换热器；低温换热器与省煤器并联或串联连接，通过对SCR脱硝反应装置前的换热设备进行分流改造，使其能够根据SCR反应装置入口烟气温度的变化进行给水水量的灵活调整，实现对通过的烟气温降控制，最终满足SCR反应装置在任何负荷下均能投运或在目标运行温度下投运的要求，可以提高SCR反应装置的有效运行时间和脱硝能力，降低厂氮氧化物排放量，同时也利于延长催化剂的有效使用寿命。此外，通过对低温换热器的适当设计，本发明方法也不会影响空气预热器的原运行参数、不影响原锅炉效率，对排烟温度高的锅炉还可进一步提高其锅炉效率，并且对原锅炉构造改造较小，改进成本低。对于新建锅炉则只需按照本发明方法进行相应的结构设计。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是现有技术中锅炉省煤器及脱硝装置的结构示意图；
图2是本发明用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统的整体结构示意图。
附图标记说明
100、锅炉烟道； 1、烟气； 2、汽包； 3、省煤器； 4、省煤器给水入口管路； 5、导流板； 6、氨喷射装置； 7、温度传感器； 8、脱硝催化剂；9、空气预热器； 10、脱硝装置； 11、低温换热器； 12、低温换热器入口管路； 121、低温换热器入口流量调节阀； 13、省煤器入口流量调节阀；14、串联管路； 141、串联阀； 15、低温换热器出口管路； 151、低温换热器出口阀
具体实施方式
如图2所示的一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，该系统包括沿锅炉烟气流动方向依次设置在锅炉烟道100内的汽包2、省煤器3、导流板5、氨喷射装置6、温度传感器7、脱硝装置10和空气预热器9，省煤器3的进水口与省煤器给水入口管路4相连通，省煤器3的出水口与汽包2相连通，脱硝装置10内放置脱硝催化剂8，烟气1经锅炉烟道内个各换热设备换热后再依次经过脱硝装置10、空气预热器9，以及其它后续设备。该系统还包括低温换热器11，该低温换热器11设置在脱硝装置10与空气预热器9之间的烟道内，省煤器给水入口管路4旁支出一路与低温换热器11进水口相连通的低温换热器入口管路12，该低温换热器入口管路12上安装有低温换热器入口流量调节阀121，低温换热器11的出水口与汽包2之间设置一条低温换热器出口管路15，省煤器给水入口管路4与低温换热器出口管路15之间设置一条串联管路14，该串联管路14上安装有串联阀141，低温换热器出口管路15在与串联管路14相交的交汇点之后的管路上还安装有低温换热器出口阀151，省煤器给水入口管路4在与串联管路14、低温换热器入口管路12分别相交形成的两个交汇点之间的管路上还安装有省煤器入口流量调节阀13，通过对系统中各阀的控制实现低温换热器11与省煤器3之间的并联或串联连接，达到能够对省煤器3分流改造的目的，从而提高SCR脱硝装置的运行时间和脱硝能力。
本发明中，低温换热器入口流量调节阀121和省煤器入口流量调节阀13均为能够控制流量的电动调节阀，串联阀141和低温换热器出口阀151均为全开/全关式气动调节阀，也可以采用全开/全关式电动调节阀。
本发明中的省煤器3为管式换热器，也可以采用其它形式的换热器，低温换热器11也为管式换热器，也可以采用其它形式的换热器。
本发明的系统在原省煤器3进出口管路上进行分流改造，并在原脱硝装置10至空气预热器9之间的烟道内加装低温换热器11，将低温换热器11利用管道与省煤器3并联或串联连接。其中，省煤器3由一条或者多条管道组成，管道弯折设置在锅炉烟道内，管道内流经换热介质；省煤器后的烟道内还依次设有氨喷射装置6、脱硝装置10和空气预热器9；导流板5设置在烟道内弯角处；脱硝装置10内设有脱硝催化剂8，脱硝催化剂8上方装有温度传感器7。低温换热器11通过阀门以及管路与省煤器3实现并联或串联连接，用于对脱硝装置10出口的烟气进行换热，降低脱硝装置10出口烟气温度，提高低温换热器11内的给水温度。
给水通过串联或者并联的管路进入省煤器3和低温换热器11，通过设置在串联或者并联管路上的阀门调节进入省煤器和低温换热器的给水量，调节省煤器对通过烟气的换热量，控制烟气在脱硝催化剂8处的温度为300℃～400℃。
本发明将原省煤器3的入口管道由直通式改为三通式分流管路，一路管路通向省煤器3，另一路通向低温换热器11，低温换热器11的出口管路直接连接至省煤器3的出口管路上或汽包2上；上述两路配合实现两路并联使用；为能够实现低温换热器11和省煤器3的串联使用，在省煤器给水入口管路4与低温换热器出口管路15之间设置一条串联管路14，该串联管路14上安装有串联阀141。在锅炉满负荷运行时，如不需投用低温换热器11，则关闭低温换热器入口流量调节阀121和出口阀151，开通省煤器入口流量调节阀13；如需串联使用省煤器3和低温换热器11，则关闭省煤器入口流量调节阀13和低温换热器出口阀151，开通串联阀141，来自省煤器给水入口管路4的给水可以依次经过低温换热器11和省煤器3。由于省煤器3通常能够使通过的烟气温降达到数十摄氏度以上，因此，当锅炉运行负荷降低，且脱硝装置10入口烟气温度不能满足脱硝装置投运目标温度时，关闭串联阀141、打开低温换热器出口阀151、开大低温换热器入口流量调节阀121、关小省煤器入口流量调节阀13，降低进入省煤器3中的给水量，增大进入低温换热器11的给水量，减少省煤器3对烟气的吸热，从而提高进入脱硝装置10入口的烟气温度，使脱硝装置10能够达到投运的目标温度，保证烟气在脱硝催化剂8处的温度为300℃～400℃的最佳温度范围内。。
本发明同时公开了一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的方法，该方法包括沿锅炉烟气流动方向依次在锅炉烟道内设置汽包2、省煤器3、导流板5、氨喷射装置6、温度传感器7、脱硝装置10和空气预热器9，同时在脱硝装置10与空气预热器9之间的烟道内加装低温换热器11，在省煤器给水入口管路4旁支出一路与低温换热器11进水口相连通的低温换热器入口管路12，低温换热器入口管路12上安装有低温换热器入口流量调节阀121，在低温换热器11的出水口与汽包2之间设置一条低温换热器出口管路15，在省煤器给水入口管路4与低温换热器出口管路15之间设置一条串联管路14，在串联管路14上安装串联阀141，在低温换热器出口管路15在与串联管路14相交的交汇点之后的管路上安装低温换热器出口阀151，在省煤器给水入口管路4与串联管路14、低温换热器入口管路12分别相交形成的两个交汇点之间的管路上安装省煤器入口流量调节阀13，通过对串联或者并联管路上的阀调节进入低温换热器11与省煤器3的给水量，调节省煤器3对通过烟气的换热量，以控制烟气在脱硝装置处的温度达到要求的投运温度，使得烟气在脱硝催化剂8处的温度为300℃～400℃的最佳温度范围内。
如上所述，利用本发明既可以实现现有脱硝装置在机组低负荷下仍能满足投运的条件，减少因低负荷下不能投运脱硝装置而增加的氮氧化物排放量，又能实现脱硝装置稳定在较高温度下运行的要求，有利于提高脱硝催化剂的脱硝性能、降低脱硝还原剂氨的耗量、减少氨逃逸造成的脱硝装置后续设备堵塞和腐蚀等问题。
Claims (5)
1.一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，该系统包括沿锅炉烟气流动方向依次设置在锅炉烟道内的汽包(2)、省煤器(3)、导流板(5)、氨喷射装置(6)、温度传感器(7)、脱硝装置(10)和空气预热器(9)，省煤器(3)的进水口与省煤器给水入口管路(4)相连通，省煤器(3)的出水口与汽包(2)相连通，所述脱硝装置(10)内置有脱硝催化剂(8)，其特征在于：该系统还包括低温换热器(11)，该低温换热器(11)设置在脱硝装置(10)与空气预热器(9)之间的烟道内，所述的省煤器给水入口管路(4)旁支出一路与低温换热器(11)进水口相连通的低温换热器入口管路(12)，该低温换热器入口管路(12)上安装有低温换热器入口流量调节阀(121)，低温换热器(11)的出水口与汽包(2)之间设置一条低温换热器出口管路(15)，所述省煤器给水入口管路(4)与低温换热器出口管路(15)之间设置一条串联管路(14)，该串联管路(14)上安装有串联阀(141)，所述低温换热器出口管路(15)在与串联管路(14)相交的交汇点之后的管路上还安装有低温换热器出口阀(151)，所述省煤器给水入口管路(4)在与串联管路(14)、低温换热器入口管路(12)分别相交形成的两个交汇点之间的管路上还安装有省煤器入口流量调节阀(13)，通过对系统中各阀的控制实现低温换热器(11)与省煤器(3)之间的并联或串联连接，达到能够对省煤器(3)分流改造的目的，控制烟气在脱硝催化剂(8)处的温度为300℃～400℃，从而提高SCR脱硝装置的运行时间和脱硝能力，并且能够满足SCR脱硝装置在任何负荷下均能投运或在目标运行温度下投运的要求。
2.根据权利要求1所述的用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，其特征在于：所述的低温换热器入口流量调节阀(121)和省煤器入口流量调节阀(13)均为能够控制流量的电动调节阀。
3.根据权利要求1所述的用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，其特征在于：所述的串联阀(141)和低温换热器出口阀(151)均为全开/全关式气动调节阀或全开/全关式电动调节阀。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的系统，其特征在于：所述省煤器(3)为管式换热器，所述低温换热器(11)也为管式换热器。
5.一种用于提高电厂SCR脱硝装置运行能力的方法，该方法包括沿锅炉烟气流动方向依次在锅炉烟道内设置汽包(2)、省煤器(3)、导流板(5)、氨喷射装置(6)、温度传感器(7)、脱硝装置(10)和空气预热器(9)，脱硝装置(10)内置有脱硝催化剂(8)，同时在脱硝装置(10)与空气预热器(9)之间的烟道内加装低温换热器(11)，在省煤器给水入口管路(4)旁支出一路与低温换热器(11)进水口相连通的低温换热器入口管路(12)，低温换热器入口管路(12)上安装有低温换热器入口流量调节阀(121)，在低温换热器(11)的出水口与汽包(2)之间设置一条低温换热器出口管路(15)，在省煤器给水入口管路(4)与低温换热器出口管路(15)之间设置一条串联管路(14)，在串联管路(14)上安装串联阀(141)，在低温换热器出口管路(15)在与串联管路(14)相交的交汇点之后的管路上安装低温换热器出口阀(151)，在省煤器给水入口管路(4)与串联管路(14)、低温换热器入口管路(12)分别相交形成的两个交汇点之间的管路上安装省煤器入口流量调节阀(13)，通过对串联或者并联管路上的阀调节进入低温换热器(11)与省煤器(3)的给水量，调节省煤器(3)对通过烟气的换热量，控制烟气在脱硝催化剂(8)处的温度为300℃～400℃，以控制烟气在脱硝装置处的温度达到要求的运行温度，并且能够满足SCR脱硝装置在任何负荷下均能投运或在目标运行温度下投运的要求。
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