CN107044650B - 一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，包括位于锅炉烟道中的氨气脱硝装置和位于汽轮机冷端的凝汽器；所述氨气脱硝装置包括氨喷射器和脱硝反应装置；液氨补充罐内存储的液氨通过氨气缓冲罐气化后通过氨气空气混合器混合空气并从氨喷射器喷出；所述液氨补充罐内存储的液氨在进入氨气缓冲罐之前通过不锈钢换热管辅助凝汽器凝汽；不锈钢换热管与凝汽器形成氨‑凝汽联合蒸发器；该发明将氨气制冷运用于汽轮机凝汽器的换热过程，从而降低循环水流量，达到循环水泵节能的目的，同时减少了目前液氨脱硝装置的蒸发设备。

Description

一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统
技术领域
本发明涉及一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，属于火电领域。
背景技术
按照当前国家节能减排政策，火力发电厂锅炉均需要安装烟气脱硝装置（SCR系统）。而用液氨作为还原剂，不仅价格便宜，运行费用也相对低廉。工艺流程中需要将液氨蒸发为氨气，而后按一定比例和空气混合后进入锅炉烟道与NOX进行反应。液氨同时作为一种很好的制冷剂（R717）广泛运用于大型制冷设备中。汽轮机凝汽器作为汽轮机的冷端设备，通常是需要循环水或空气对低压排汽进行冷却，从而提高循环效率。纯氨需要气化才能和空气混合后进入烟道于烟气中的NOX进行化学反应，生成无害的氮气和水。现有电厂都配置一个蒸发器将液态氨蒸发成氨气。现有技术中汽轮机系统中锅炉气的脱硝与冷端的冷凝没有直接的联系，液氨利用率低，并且冷端设备多，占地大，成本高，需消耗大量水和电，能量浪费严重。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统。该发明将氨气制冷运用于汽轮机凝汽器的换热过程，从而降低循环水流量，达到循环水泵节能的目的，同时减少了目前液氨脱硝装置的蒸发设备。
本发明的技术方案如下：
一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，包括位于锅炉烟道中的氨气脱硝装置和位于汽轮机冷端的凝汽器；所述氨气脱硝装置包括氨喷射器和脱硝反应装置；液氨补充罐内存储的液氨通过氨气缓冲罐气化后通过氨气空气混合器混合空气并从氨喷射器喷出；所述液氨补充罐内存储的液氨在进入氨气缓冲罐之前通过不锈钢换热管辅助凝汽器凝汽；不锈钢换热管与凝汽器形成氨-凝汽联合蒸发器。
其中，所述液氨补充罐与氨气缓冲罐之间的管路还旁通有重压缩管路；重压缩管路上设置有压缩机。
其中，所述氨气空气混合器包括一鼓入空气的稀释风机。
其中，所述锅炉烟道中位于脱硝装置之前(后)还设置有空气预热器。
其中，所述氨-凝汽联合蒸发器还包括壳体以及设置在壳体内的液氨换热管和冷水换热管；所述液氨换热管设置在重压缩管路的旁通管路上，且液氨换热管的前端进氨端连通压缩机下游管路；所述液氨换热管前端进氨端设置有第一风扇；所述液氨换热管包括内管和套设在内管外的外管；内管的长度短于外管的长度；所述外管上具有扩径部；扩径部后端的液氨换热管内设置第二风扇；第一风扇与第二风扇同轴联动；内管末端连通液氨换热管进氨端；外管末端连通压缩机上游管路；所述外管末端与压缩机上游管路之间还设置有一气泵，所述气泵两端设置有一旁通管路，旁通管路上设置有第一阀门。
其中，所述扩径部的数量为多个，多个扩径部间隔设置且直径沿氨的流动方向依次扩大；每个扩径部后端均设置第二风扇。
其中，所述第二风扇通过轴承转动套设在内管外，所述第一风扇与第二风扇联动转动的轴为转动套设在内管外的管体。
其中，所述液氨换热管进氨端位置的内管相较外管内缩；所述第一风扇位于内管前端且在外管内，第一风扇与内管间距设置。
其中，所述扩径部由外管外扩和内管内缩围成；所述外管的直径以扩径部分界逐渐增大，所述内管的直径以扩径部分界逐渐减小。
其中，所述扩径部的轴向截面为鼓包型。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明将氨气制冷运用于汽轮机凝汽器的换热过程，从而降低循环水流量，达到循环水泵节能的目的，同时减少了目前液氨脱硝装置的蒸发设备。
2、本发明减少了原有的液氨脱硝方式中的蒸发器装置，通过液氨制冷减少了汽轮机冷端循环水的用量，降低了循环水泵的电流，从而达到了节能的目的。同时也增加了发电机组负荷出力。
3、本发明设置的氨-凝汽联合蒸发器使液氨通过膨胀吸热原理，通过液氨的膨胀气化快速吸热，产生较强的换热效果，液氨膨胀气化成氨气后，也可用于脱硝过程，提高了氨的利用率。
4、本发明设置旁通重压缩管路的液氨换热管，可以有效利用压缩机上下游的气液两相变化，并且大大提高了氨-凝汽联合蒸发器的换热效率。
5、本发明内管和外管的设置可以充分利用液氨，最大化利用换热面积，使液氨换热管向内方向的吸热效应也得到有效利用。
6、本发明设置的第一风扇和第二风扇，可以利用液氨气化的风力，将其转化为促进液氨和氨气流动的动力，充分利用液氨气化过程中的动能，使之不浪费掉。
7、本发明内外管的设置和缩颈部的设置可以充分利用液氨膨胀气化对内管吸热的作用，使内管中的液氨保持液化状态。
8、本发明第一风扇和第二风扇的设置可以在断电，各种泵停止工作时，使氨-凝汽联合蒸发器继续运行一段时间，保障系统安全。
附图说明
图1为本发明一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统的示意图；
图2为本发明一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统的液氨换热管的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-锅炉、2-氨-凝汽联合蒸发器、22-液氨换热管、221-内管、222-外管、223-扩径部、224-第一风扇、225-第二风扇、226-缩颈部、3-压缩机、4-脱硝反应装置、5-空气预热器、6-氨气缓冲罐、7-氨气空气混合器、8-稀释风机、9-氨喷射器、10-液氨补充罐、11-气泵、12-第一阀门、13-第二阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
如图1所示，一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，包括位于锅炉1烟道中的氨气脱硝装置和位于汽轮机冷端的凝汽器；所述氨气脱硝装置包括氨喷射器9和脱硝反应装置4；液氨补充罐10内存储的液氨通过氨气缓冲罐6气化后通过氨气空气混合器7混合空气并从氨喷射器9喷出；所述液氨补充罐10内存储的液氨在进入氨气缓冲罐6之前通过不锈钢换热管辅助凝汽器凝汽；不锈钢换热管与凝汽器形成氨-凝汽联合蒸发器2；所述液氨补充罐10与氨气缓冲罐6之间的管路还旁通有重压缩管路；重压缩管路上设置有压缩机3；液氨通过管路进入氨-凝汽联合蒸发器2中吸收汽轮机排汽的热量进行蒸发，形成氨气后，一部分进入压缩机3继续压缩循环，另一部分进入氨气缓冲罐6减压，随后与空气进行稀释至5%浓度的氨气空气混合气，最后通过氨喷射器9喷入锅炉尾部烟道与烟气进行化学反应，从而达到脱硝的目的。
进一步的，所述氨-凝汽联合蒸发器2还包括壳体、设置在壳体内的液氨换热管22和冷水换热管（图中未示出）；冷水换热管通入外部循环冷水，液氨换热管22设置在重压缩管路的旁通管路上，且液氨换热管22的前端进氨端连通压缩机3下游管路；不锈钢换热管、冷水换热管和液氨换热管22均作为氨-凝汽联合蒸发器2的换热管平行设置在壳体内，汽轮机排汽在壳体内与不锈钢换热管、冷水换热管和液氨换热管22进行热交换冷凝；冷水换热管采用热传导吸热模式，不锈钢换热管和液氨换热管22采用液氨膨胀气化吸热的主动吸热模式和传导吸热模式。
如图2所示，由于液氨换热管22的前端进氨端连通压缩机3下游管路，所以液氨从所述液氨换热管22前端进氨端通入，所述液氨换热管22前端进氨端设置有第一风扇224；所述液氨换热管22包括内管221和套设在内管221外的外管222；内管221的长度短于外管222的长度；所述外管222上具有扩径部223；扩径部223后端的液氨换热管22内设置第二风扇225；第一风扇224与第二风扇225同轴联动；内管221末端连通液氨换热管22进氨端；外管222末端连通压缩机3上游管路，使流出的氨气重新被压缩机3压缩成液态；本实施例中，第一风扇224和第二风扇225均采用涡轮风扇，利用液氨在扩径部223膨胀气化产生的风力，推动第二风扇225转动，第二风扇225从而带动第一风扇224转动，增加液氨和氨气流动速度，提高其通量，充分利用液氨气化过程中的动能，使之不浪费掉，并能进一步提高换热速度；所述外管222末端与压缩机3上游管路之间还设置有一气泵11，所述气泵11两端设置有一旁通管路，旁通管路上设置有第一阀门12，气泵11和第一阀门12均设置在氨-凝汽联合蒸发器2外，开始换热时，关闭第一阀门12，开启气泵11，助力液氨流动，第一风扇224和第二风扇225启动；正常运行后，打开第一阀门12，关闭气泵11；由于第一风扇224和第二风扇225的存在，压缩机3两端旁通有第二阀门13；若外部断电，管路中的各个泵停止工作，这时由于第一风扇224和第二风扇225无非外部能量就能带动，因此可以保障氨-凝汽联合蒸发器2继续工作一段时间。
进一步的，所述氨气空气混合器7包括一鼓入空气的稀释风机8，用于混合氨气形成利于与烟气反应的混合气体。
进一步的，所述锅炉1烟道中位于脱硝装置4之前(后)还设置有空气预热器5。
进一步的，所述扩径部223的数量为多个，多个扩径部223间隔设置且直径沿氨的流动方向依次扩大；每个扩径部223后端均设置第二风扇225，所有的风扇均同轴联动。
进一步的，所述第二风扇225通过轴承转动套设在内管221外，所述第一风扇224与第二风扇225联动转动的轴为转动套设在内管221外的管体，管体的形状和起伏配合内管221的形状和起伏。
进一步的，所述液氨换热管22进氨端位置的内管221相较外管222内缩；所述第一风扇224位于内管221前端且在外管222内，第一风扇224与内管221间距设置，此结构以保障第一风扇224推动液氨进入内管221和内管221与外管222之间的空间。
进一步的，所述扩径部223的扩径方向既向外也向内，向内的扩径使内管221在对应位置形成缩颈部226，由于氨气易液化，在常压下冷却至-33.5℃或在常温下加压至700-800kPa气态氨就液化成无色液体，因此，此结构可以提高液氨在内管221内的压强，并最大化利用换热面积，使外管222向内方向的吸热效应也得到有效利用，使内管中的液氨保持液化状态。
进一步的，所述扩径部223的轴向截面为鼓包型。
液氨补充罐10中的液氨通过不锈钢换热管吸热并气化，一部分进入重压缩管路通过压缩机3继续压缩循环，另一部分进入氨气缓冲罐6减压，进入重压缩管路的氨气经压缩机3压缩成液态后一部分从进氨端通入液氨换热管22中，通入液氨换热管22中的液氨，一部分液氨进入内管221，一部分液氨进入外管222与内管221之间的环形空间，进入外管222的液氨由于扩径部223的存在逐渐气化并吸收外界的热量以及内管221的热量，最终氨气通回压缩机3上游的重压缩管路中；内管221中的液氨由于内管221的直径变小且热量被外管222中的气化氨气吸收，因此能够保持液态形式，重新通入液氨换热管22进氨端；
此外，液氨在扩径部223气化时，会产生风力，带动第二风扇225旋转，从而带动第一风扇224旋转，第一风扇224挤压进氨端的液氨向外管222与内管221流动。
此外，当断电，各种泵停止工作时，第一风扇和第二风扇的设置可以使氨-凝汽联合蒸发器2继续运行一段时间，保障系统安全。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，包括位于锅炉(1)烟道中的氨气脱硝装置和位于汽轮机冷端的凝汽器；所述氨气脱硝装置包括氨喷射器(9)和脱硝反应装置(4)；液氨补充罐(10)内存储的液氨通过氨气缓冲罐(6)气化后通过氨气空气混合器(7)混合空气并从氨喷射器(9)喷出；其特征在于：所述液氨补充罐(10)内存储的液氨在进入氨气缓冲罐(6)之前通过不锈钢换热管辅助凝汽器凝汽；不锈钢换热管与凝汽器形成氨-凝汽联合蒸发器(2)；所述液氨补充罐(10)与氨气缓冲罐(6)之间的管路还旁通有重压缩管路；重压缩管路上设置有压缩机(3)；所述氨-凝汽联合蒸发器(2)还包括壳体以及设置在壳体内的液氨换热管(22)和冷水换热管；所述液氨换热管(22)设置在重压缩管路的旁通管路上，且液氨换热管(22)的前端进氨端连通压缩机(3)下游管路；所述液氨换热管(22)前端进氨端设置有第一风扇(224)；所述液氨换热管(22)包括内管(221)和套设在内管(221)外的外管(222)；内管(221)的长度短于外管(222)的长度；所述外管(222)上具有扩径部(223)；扩径部(223)后端的液氨换热管(22)内设置第二风扇(225)；第一风扇(224)与第二风扇(225)同轴联动；内管(221)末端连通液氨换热管(22)进氨端；外管(222)末端连通压缩机(3)上游管路；所述外管(222)末端与压缩机(3)上游管路之间还设置有一气泵(11)，所述气泵(11)两端设置有一旁通管路，旁通管路上设置有第一阀门(12)。
2.如权利要求1所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述氨气空气混合器(7)包括一鼓入空气的稀释风机(8)。
3.如权利要求2所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述锅炉(1)烟道中位于氨气脱硝装置之前还设置有空气预热器(5)。
4.如权利要求3所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述扩径部(223)的数量为多个，多个扩径部(223)间隔设置且直径沿氨的流动方向依次扩大；每个扩径部(223)后端均设置第二风扇(225)。
5.如权利要求4所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述第二风扇(225)通过轴承转动套设在内管(221)外，所述第一风扇(224)与第二风扇(225)联动转动的轴为转动套设在内管(221)外的管体。
6.如权利要求5所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述液氨换热管(22)进氨端位置的内管(221)相较外管(222)内缩；所述第一风扇(224)位于内管(221)前端且在外管(222)内，第一风扇(224)与内管(221)间距设置。
7.如权利要求6所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述扩径部(223)由外管(222)外扩和内管(221)内缩围成；所述外管(222)的直径以扩径部(223)分界逐渐增大，所述内管(221)的直径以扩径部(223)分界逐渐减小。
8.如权利要求7所述的一种火电厂液氨脱硝汽轮机联合节能循环系统，其特征在于：所述扩径部(223)的轴向截面为鼓包型。
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