CN107327863A - 适用于燃气轮机的烟气净化系统及烟气净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于燃气轮机的烟气净化系统，包括燃气轮机、余热锅炉、尾部烟道、原水喷淋系统、深度制冷系统以及收集系统。余热锅炉串联在燃气轮机尾部。尾部烟道连通于余热锅炉。原水喷淋系统包括喷水格栅和雾化装置，喷水格栅位于尾部烟道内，喷水格栅和雾化装置连通，雾化装置对原水进行雾化处理以形成水雾，水雾通过喷水格栅喷至尾部烟道。深度制冷系统包括蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器位于尾部烟道内，烟气经过蒸发器被而被降温冷凝以去除烟气中的水分、颗粒物以及酸性气体，烟气经过冷凝器以吸热升温至大气温度。收集系统连通于深度制冷系统以收集从烟气中去除的水分。本发明还提供一种烟气净化方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气净化技术领域，尤其涉及一种适用于燃气轮机的烟气净化系统，本发明还提供一种烟气净化方法。
背景技术
目前，随着国家环保政策的日益严格，各种清洁、环保的发电技术应用越来越广泛。燃气轮机作为一种老牌清洁发电设备也越来越受重视。相对而言，燃气轮机以天然气为原料，大大减少了对环境的污染。如果燃气轮机采用“燃气—蒸汽联合循环”技术发电，发电效率高达50％以上，并且在同样的发电量情形下，CO2排放量仅为燃煤电厂的40％左右，SO2排放量几乎零，NOX排放量通常在几到十几个PPM之间，排放的颗粒物含量甚微。因此，燃气轮机的烟气排放基本都能满足环保超低排放要求，燃气轮机的应用必定越来越广泛。
尽管如此，燃气轮机排放的烟气中仍然具有余热并含有大量的水分、细微颗粒以及酸性气体。目前的烟气洁净技术依然不能充分去除烟气中的诸如细微颗粒、酸性气体等有害物质，烟气中的余热和水分无法有效实现回收。烟气中的余热和水分被排放至大气中，造成资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于燃气轮机的烟气净化系统及烟气净化方法，解决现有烟气洁净技术未能实现回收烟气中的热量和水分并协同去除烟气中的细微颗粒、酸性气体等物质的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种烟气净化系统，所述烟气净化系统适用于燃气轮机，所述烟气净化系统包括燃气轮机、余热锅炉、尾部烟道、原水喷淋系统、深度制冷系统、收集系统以及烟囱。余热锅炉串联在燃气轮机尾部。尾部烟道连通于余热锅炉。原水喷淋系统包括喷水格栅和雾化装置，喷水格栅位于尾部烟道内，喷水格栅和雾化装置连通，雾化装置对原水进行雾化处理以形成水雾，水雾通过喷水格栅喷至尾部烟道。深度制冷系统包括蒸发器和冷凝器，蒸发器和冷凝器位于尾部烟道内，烟气经过蒸发器被而被降温冷凝以去除烟气中的水分、颗粒物以及酸性气体，烟气经过冷凝器以吸热升温至大气温度。收集系统连通于深度制冷系统以收集从烟气中去除的水分。烟囱连通于尾部烟道，烟气通过烟囱排放至大气。
根据本发明一实施例，原水喷淋系统进一步包括雾沫消除网，雾沫消除网是一种多层交错布置网集，雾沫消除网位于尾部烟道并面向喷水格栅，雾沫消除网用于消除水雾与烟气混合后产生的雾沫。
根据本发明一实施例，喷水格栅具有水压调节功能以调节喷射水雾的压力。
根据本发明一实施例，蒸发器为多级蒸发器。
根据本发明一实施例，深度制冷系统进一步包括压缩机和膨胀节，压缩机的两端分别连通于蒸发器和冷凝器，膨胀节的两端分别连通于蒸发器和冷凝器，从而深度制冷系统形成自循环。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种烟气净化方法，所述烟气净化方法适用于净化燃气轮机排放的烟气，所述烟气净化方法包括以下步骤：
余热回收步骤，燃气轮机排出的高温烟气进入余热锅炉以回收烟气余热，余热回收之后的烟气进入尾部烟道；
雾化换热步骤，运行原水喷淋系统的喷水格栅和雾化装置以使所述喷水格栅向所述尾部烟道喷射水雾，烟气与水雾混合进行热交换；
制冷净化步骤，烟气进入深度制冷系统并经过所述深度制冷系统的蒸发器，烟气中的水分被降温冷凝而去除，烟气中的颗粒物以及酸性气体随水分被去除，脱除水分、颗粒物以及酸性气体的烟气经过深度制冷系统中的冷凝器，烟气吸热升温至大气温度并通过烟囱排放至大气；
收集步骤，从烟气中去除的水分被收集至收集系统并进入余热锅炉。
根据本发明一实施例，所述烟气净化方法进一步包括以下步骤：
雾沫消除步骤，烟气和水雾混合后通过雾沫消除网以消除混合过程产生的雾沫；
根据本发明一实施例，所述雾沫消除步骤在所述制冷净化步骤之前。
根据本发明一实施例，于所述余热回收步骤中，烟气经过余热回收之后温度降低至100℃，于所述雾化换热步骤中，烟气与水雾混合之后烟气温度降低至60℃。
根据本发明一实施例，于所述制冷净化步骤中，烟气经过所述蒸发器被降温冷凝至30℃，烟气经过所述冷凝器被吸热升温至40℃。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明提供的所述烟气净化系统依次通过余热锅炉、原水喷淋系统、深度制冷系统对燃气轮机排放的烟气进行余热回收、换热降温、深度制冷并净化，实现脱除水分，同时在烟气脱除水分并形成冷凝水的过程中凝聚颗粒物以及吸收CO2、NO2、SO2等酸性气体，实现净化烟气的作用，达到环保超超低排放目标，降低环境污染。第二，本发明通过收集系统将从烟气中去除的水分回收，回收的水分可以重新被所述烟气净化系统充分利用，例如供给余热锅炉，节约水资源，降低水耗，形成自循环。第三，本发明通过余热回收设备可以充分地回收燃气轮机外排烟气中的余热，可以降低能耗，节约能源。
本发明通过设置雾沫消除网，可以消除烟气和水雾混合过程中产生的雾沫，避免雾沫于所述烟气净化系统内部结垢。另外，通过喷水格栅还可以冲洗雾沫消除网，便于雾沫消除网的清洁和维护。
本发明通过所述喷水格栅，一方面可以向尾部烟道喷射水雾，以使得水雾和烟气混合换热，另一方面喷水格栅可用于清洁雾沫消除网，通过调节喷水格栅的水压可以使得喷水格栅在喷射水雾的工作状态和清洁雾沫消除网的工作状态之间切换。
附图说明
图1是本发明实施例的烟气净化系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述只用于揭露本发明以使得本领域技术人员能够实施本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可应用于其他实施方案，变形方案，改进方案，等同方案以及其他未背离本发明精神和范围的其他方案。
如图1所示，本发明实施例提供一种烟气净化系统，所述烟气净化系统适用于燃气轮机，所述烟气净化系统包括燃气轮机1、余热锅炉2、尾部烟道3、原水喷淋系统4、深度制冷系统5、收集系统6以及烟囱7。
余热锅炉2串联在燃气轮机1的尾部。尾部烟道3的一端连通于余热锅炉2，尾部烟道3的另一端连通于烟囱7。尾部烟道3为余热锅炉2与烟囱7之间的烟气通道。
原水喷淋系统4是一种工艺水喷淋系统，原水喷淋系统4包括供水系统(图中未示出)、喷水格栅41、雾化装置42以及雾沫消除网43。喷水格栅41位于尾部烟道3内，喷水格栅41和雾化装置42连通，雾化装置42对原水进行雾化处理以形成水雾，水雾通过喷水格栅41喷至尾部烟道3。
供水系统包括供水水源、供水管道、输送水泵，供水水源主要为电厂工艺水，也可以是电厂废水处理后的中水。喷水格栅41的功能是向尾部烟道3中喷射水雾，降低烟温，并具有水压调节功能，可以喷出不同水压的水雾。
喷水格栅41具有水压调节功能以调节喷射水雾的压力。
雾化装置42包括压缩空气机及供气管道，雾化装置42使喷水格栅41的出水雾化，形成水雾。
雾沫消除网43是一种多层交错布置网集，雾沫消除网43位于尾部烟道3并面向喷水格栅41，雾沫消除网43用于消除水雾与烟气混合后产生的雾沫，避免后续设备污染结垢，并且具有整流作业，通过调节喷水格栅41的喷水压力来对雾沫消除网43进行清洁，对雾沫消除网43清洁后的冲洗水进入收集系统6。
深度制冷系统5包括蒸发器51、冷凝器52、冷媒(图中未示出)、压缩机53、膨胀节54。蒸发器51和冷凝器52位于尾部烟道3内，烟气经过蒸发器51而被降温冷凝以去除烟气中的水分、颗粒物以及酸性气体，烟气经过冷凝器52以吸热升温至大气温度。压缩机53的两端分别连通于蒸发器51和冷凝器52，膨胀节54的两端分别连通于蒸发器51和冷凝器52，从而深度制冷系统5形成自循环。
蒸发器51使得湿烟气释放热量，冷媒吸收热量蒸发。于本实施例中，蒸发器51为多级蒸发器。
冷媒的功能是“搬运”湿烟气中的热量，可以通过控制冷媒量和压缩机53做功来调节降温幅度和干烟气外排温度。
冷凝器52用于使高温、高压的冷媒与低温干烟气接触，释放热量用于加热干烟气，冷媒降温冷凝。
压缩机53对吸热后的冷媒做功，产生高温、高压的冷媒。
膨胀节54使放热完成后的冷媒进一步降温、降压，然后进入蒸发器51吸收热量。
深度制冷系统5深度降低过饱和烟气温度，使烟气中的水分充分冷凝，水分回收利用，除湿后的干烟气进入冷凝器52，吸收热量后的冷媒通过压缩机53做功后进入冷凝器52，与低温干烟气充分接触，冷媒放热后回到蒸发器51，形成循环，干烟气吸热后经烟囱7外排。
深度制冷系统5中的蒸发器51为多级蒸发器，以充分降低烟气温度，产生大量被冷凝的水分。于本实施例中，蒸发器51为二级蒸发器。湿烟气中的大量颗粒物凝聚，并随冷凝的水分进入收集系统6。
收集系统6连通于深度制冷系统5以收集从烟气中去除的水分。烟囱7连通于尾部烟道3，烟气通过烟囱7排放至大气。
所述烟气净化系统在实际运行过程中，燃气轮机1排放高温的烟气，高温的烟气进入余热锅炉2，进行余热回收后烟气温度下降至100℃左右。烟气进入尾部烟道3，此时开启原水喷淋系统4，雾化装置42运行，使待喷入尾部烟道3的原水变成水雾，水雾由喷水格栅41向尾部烟道3内喷射。水雾与干热的烟气在尾部烟道3中充分混合，水雾于烟气混合过程中烟气温度降低，水雾被加热升温，烟气的湿度增加而形成饱和湿烟气，同时产生少量雾沫。加湿后的饱和湿烟气通过雾沫消除网43，烟气中的雾沫被雾沫消除网43消除。
烟气通过雾沫消除网43之后，烟气进入深度冷凝系统5。烟气首先经过一级蒸发器511，烟气温度降低，烟气中的水分被降温冷凝而产生冷凝水，同时颗粒物、酸性气体被去除。降温后的烟气再经过二级蒸发器512并被进一步降温冷凝，同时大量的水分被冷凝而形成冷凝水，颗粒物、酸性气体等污染物被深度去除。去除的颗粒物、酸性气体等污染物随冷凝水进入收集系统6。收集系统6收集的水分进入余热锅炉2的给水处理系统。于本实施例中，经过蒸发器51深度降温后，烟气温度降低至30℃左右。
经蒸发器51深度降温后的低温干烟气沿尾部烟道3向下游流动，与深度制冷系统5中的冷凝器52充分接触，低温干烟气吸热升温。于本实施例中，烟气经过冷凝器52而吸热升温后，烟气的温度升高至40℃左右。最终，烟气通过烟囱7外排大气。可以理解的是，湿烟气通过深度制冷系统5被依次冷凝除湿、升温之后，湿烟气变成不饱和干烟气，并且烟气温度与大气温度相当，因此烟气外排时不会结露产生“白烟”。
另外，冷媒在整个深度制冷系统5内循环。具体而言，冷媒首先在一级蒸发器511内吸收烟气的热量，随后进入二级蒸发器512内进一步吸收烟气的热量。吸热后的冷媒通过压缩机53做功后变成高温、高压的冷媒。高温、高压的冷媒进入冷凝器52，并与低温干烟气充分接触换热，冷媒被冷凝降温。冷凝后的冷媒通过膨胀节54降温降压并返回一级蒸发器511，进入下一循环。
在使用中，以300MW机组为例，烟气量约150万Nm3/h(烟气含湿量按12％计算)，经核算，本发明的所述烟气净化系统中的深度制冷系统5使饱和湿烟气温度下降1℃，则冷凝形成的水分约5g/Nm3。因此，按烟气被深度降温30℃(烟气温度从60℃降温到30℃)计算，冷凝回收的水分量约27t/h(含喷入水量)，并且颗粒物脱除效率在80～90％，所述烟气净化系统的经济效益、环保效益相当可观。
本发明提供的所述烟气净化系统具有如下优点：第一，可深度回收烟气余热，降低系统能耗。第二，深度制冷系统5可以充分凝聚湿烟气中的细颗粒物，达到去除细颗粒物的目的。第三，可深度降温回收烟气中的水分，降低系统水耗。第四，烟气中的水分被冷凝过程中，可吸收烟气中的酸性气体如CO2、NO2、SO2等，具有协同去除颗粒物和酸性气体等的功能，基本实现环保超超低排放目标。第五，深度制冷系统5可实现能量自循环。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一种烟气净化方法，所述烟气净化方法适用于净化燃气轮机排放的烟气，所述烟气净化方法包括以下步骤：
余热回收步骤，燃气轮机1排出的高温烟气进入余热锅炉2以回收烟气余热，余热回收之后的烟气进入尾部烟道3；
雾化换热步骤，运行原水喷淋系统4的喷水格栅41和雾化装置42以使所述喷水格栅41向所述尾部烟道3喷射水雾，烟气与水雾混合进行热交换；
制冷净化步骤，烟气进入深度制冷系统5并经过所述深度制冷系统5的蒸发器51，烟气中的水分被降温冷凝而去除，烟气中的颗粒物以及酸性气体随水分被去除，去除水分、颗粒物以及酸性气体的烟气经过深度制冷系统5中的冷凝器52，烟气吸热升温至大气温度并通过烟囱7排放至大气；
收集步骤，从烟气中去除的水分被收集至收集系统6并进入余热锅炉2。
特别地，于所述余热回收步骤中，烟气经过余热回收之后温度降低至100℃，于所述雾化换热步骤中，烟气与水雾混合之后烟气温度降低至60℃。
特别地，于所述制冷净化步骤中，烟气经过所述蒸发器被降温冷凝至30℃，烟气经过所述冷凝器被吸热升温至40℃。具体而言，饱和湿烟气进入深度制冷系统5，深度制冷系统5的压缩机53运行，冷媒自循环。烟气先经过蒸发器51，烟气温度降低至30℃左右，同时烟气中的水分被冷凝成冷凝水而去除，烟气中的颗粒物、酸性气体等也随冷凝水一起被去除，冷凝水经收集系统6后进入余热锅炉2的给水处理系统。除湿后的干烟气向烟囱7尾部方向流动，烟气与深度制冷系统5的冷凝器52接触，烟气吸收冷媒释放的热量后温度升高，最终烟气经烟囱7外排。
可以理解的是，深度制冷系统5中的冷媒放热后经膨胀节54降压降温，冷媒随后进入蒸发器51再次吸收烟气热量，形成自循环。换句话说，深度制冷系统5可实现能量自循环。
值得一提的是，所述余热回收步骤、所述雾化换热步骤、所述制冷净化步骤以及所述收集步骤依次循环进行。
所述烟气净化方法进一步包括以下步骤：
雾沫消除步骤，烟气和水雾混合后通过雾沫消除网43以消除混合过程产生的雾沫；
特别地，所述雾沫消除步骤在所述制冷净化步骤之前。
本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本发明的实施例只作为举例，并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本发明的实施方式可以有任何变形和修改。
Claims (10)
1.一种烟气净化系统，适用于燃气轮机，其特征在于，所述烟气净化系统包括：
燃气轮机；
余热锅炉，串联在燃气轮机尾部；
尾部烟道，连通于余热锅炉；
位于尾部烟道的原水喷淋系统，所述原水喷淋系统包括喷水格栅和雾化装置，所述喷水格栅位于所述尾部烟道内，所述喷水格栅和所述雾化装置连通，所述雾化装置对原水进行雾化处理以形成水雾，水雾通过所述喷水格栅喷至所述尾部烟道；
位于尾部烟道的深度制冷系统，所述深度制冷系统包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器和所述冷凝器位于所述尾部烟道内，烟气经过所述蒸发器被而被降温冷凝以去除烟气中的水分、颗粒物以及酸性气体，烟气经过所述冷凝器以吸热升温至大气温度；
收集系统，连通于所述深度制冷系统以收集从烟气中去除的水分。
2.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述原水喷淋系统进一步包括雾沫消除网，所述雾沫消除网是一种多层交错布置网集，位于所述尾部烟道并面向所述喷水格栅。
3.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述喷水格栅具有水压调节功能。
4.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述蒸发器为多级蒸发器。
5.根据权利要求1所述的烟气净化系统，其特征在于，所述深度制冷系统进一步包括压缩机和膨胀节，所述压缩机的两端分别连通于所述蒸发器和所述冷凝器，所述膨胀节的两端分别连通于所述蒸发器和所述冷凝器，从而所述深度制冷系统形成自循环。
6.一种烟气净化方法，适用于净化燃气轮机排放的烟气，其特征在于，所述烟气净化方法包括以下步骤：
余热回收步骤，将燃气轮机排出的高温烟气输送至余热锅炉以回收烟气余热，余热回收之后的烟气进入尾部烟道；
雾化换热步骤，运行原水喷淋系统的喷水格栅和雾化装置以使所述喷水格栅向所述尾部烟道喷射水雾，烟气与水雾混合进行热交换；
制冷净化步骤，烟气进入深度制冷系统并经过所述深度制冷系统的蒸发器，烟气中的水分被降温冷凝而去除，烟气中的颗粒物以及酸性气体随水分被去除，脱除水分、颗粒物以及酸性气体的烟气经过深度制冷系统中的冷凝器，烟气吸热升温至大气温度并通过烟囱排放至大气；
收集步骤，从烟气中去除的水分被收集至收集系统并进入余热锅炉。
7.根据权利要求6所述的烟气净化方法，其特征在于，所述烟气净化方法进一步包括以下步骤：
雾沫消除步骤，烟气和水雾混合后通过雾沫消除网以消除混合过程产生的雾沫。
8.根据权利要求7所述的烟气净化方法，其特征在于，所述雾沫消除步骤在所述制冷净化步骤之前。
9.根据权利要求6所述的烟气净化方法，其特征在于，于所述余热回收步骤中，烟气经过余热回收之后温度降低至100℃，于所述雾化换热步骤中，烟气与水雾混合之后烟气温度降低至60℃。
10.根据权利要求6所述的烟气净化方法，其特征在于，于所述制冷净化步骤中，烟气经过所述蒸发器被降温冷凝至30℃，烟气经过所述冷凝器被吸热升温至40℃。
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