CN107998862B - 一种燃煤电厂烟气so3脱除系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，该系统储液箱内部的碱性溶液在变频泵的作用下，自储液箱中流出，最终回流至储液箱内部，形成闭合式碱性溶液循环回路，所有喷淋组件所需的碱性溶液均通过支管路自闭合式碱性溶液循环回路的主管路中引出，这样主管路可以设计为较大管径，并且变频泵的工作频率根据所述流量调节阀的开度调节，以保证碱性溶液循环回路的主管路内部溶液流速维持在预定范围，从而有效避免了碳酸钠溶液输送过程中极易发生结晶导致堵塞管道的技术问题，提高了机组运行的安全性和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，特别涉及一种燃煤电厂烟气SO3脱除系统。
背景技术
目前，国内燃煤电厂烟气SO3脱除的方式，均属于尾部协同脱除，即空预器尾部设置的电除尘器、湿法脱硫、湿式电除尘器等设备具有协同脱除烟气SO3的功能，这种功能属于辅助的协同功能，并非真正意义上的主动脱除，脱除效率低；同时这些设备均设置在空预器末端，对于前端的SCR脱硝和空预器，烟气SO3并未得到有效脱除，因此SO3的危害依然存在。
国外近年来采取了在SCR(英文全称selective catalytic reduction，以下简称SCR)脱硝前和空预器前喷入碱性溶液(例如碳酸钠溶液)的化学脱除SO3方法，采用这种工艺，能克服协同脱除方式的弊端，脱除效率高。现有燃煤电厂烟气SO3脱除系统存在显著缺陷：碳酸钠溶液输送泵通过管路输送到烟道内各喷枪完成喷射，此方式输送管路直径通常较小，机组负荷变化时管道流速波动较大，极易发生结晶从而堵塞管道，造成系统停机。
另外，除了以上技术问题外，由于碳酸钠溶液易结晶，在碳酸钠溶解、溶液储存和输送过程中，均需要保证一定温度。常规方式采用电加热作为溶解和伴热热源，加热功率大，伴热效果不好，安全性差，且存在加热方式不均匀，仍容易引起管道结晶现象。即便有采用蒸汽作为热源的，蒸汽经过溶解和伴热之后冷凝的冷凝水直接排出，造成冷凝水的浪费。
因此，如何提供一种机组工作稳定性较高的燃煤电厂烟气SO3脱除系统，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，包括储液箱和变频泵，二者通过管路形成闭合式碱性溶液循环回路；所述脱除系统还包括喷淋组件，所述喷淋组件包括喷淋部件，所述喷淋部件通过支管路连通所述碱性溶液循环回路的主管路，并且所述支管路上设置有流量调节阀，所述变频泵的工作频率根据所述流量调节阀的开度调节，以使所述碱性溶液循环回路的主管路内部溶液流速维持在预定范围。
与现有技术开式直流溶液喷淋系统相比，本发明所提供的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统中储液箱内部的碱性溶液在变频泵的作用下，自储液箱中流出，最终回流至储液箱内部，形成闭合式碱性溶液循环回路，所有喷淋组件所需的碱性溶液均通过支管路自闭合式碱性溶液循环回路的主管路中引出，这样主管路可以设计为较大管径，并且变频泵的工作频率根据所述流量调节阀的开度调节，以保证碱性溶液循环回路的主管路内部溶液流速维持在预定范围，从而有效避免了碳酸钠溶液输送过程中极易发生结晶从而堵塞管道的技术问题，提高了机组运行的安全性和工作效率。
可选的，还包括集水箱和冷凝水泵，所述集水箱用于收集电厂蒸汽管路中部分蒸汽换热后形成的冷凝水；所述集水箱和所述冷凝水泵通过管路形成闭式伴热循环回路，用于给所述碱性溶液循环回路中的主管路伴热，以及为喷淋部件提供冲洗用水。
可选的，还包括进汽管，所述进气管的进口通过流量阀连通电厂蒸汽管路，所述进汽管的出口浸入所述集水箱的冷凝水中。
可选的，还包括冷凝水温度传感器，用于获取所述集水箱内的冷凝水温度；所述进汽管上的流量阀根据所获取的冷凝水温度调节其阀口开度，以维持所述集水箱内冷凝水处于预定温度范围。
可选的，所述储液箱的内部还设置有第一换热管，所述第一换热管的进口、出口分别连通电厂蒸汽管路、所述集水箱的进口，部分蒸汽与所述储液箱内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水流至所述集水箱。
可选的，还包括溶解罐，用于溶解碱性固体以配制碱性溶液并为所述储液箱提供碱性溶液；所述溶解罐的内部具有第二换热管，所述第二换热管的进口管、出口管分别连通所述电厂蒸汽管路、所述集水箱的进口，以便部分蒸汽与所述溶液罐内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水流至所述集水箱。
可选的，还包括第一温度传感器和第二温度传感器，分别用于检测所述储液箱和所述溶解罐内部液体的温度；所述第一换热管的进口管和所述第二换热管的进口管分别安装有第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀和所述第二开关阀分别根据所述第一温度传感器和所述第二温度传感器所获取的温度信号调节阀口开度。
可选的，还进一步设置有分支管路，所述伴热循环回路的伴热主管路通过分支管路连通所述溶解罐，以便为所述溶解罐提供溶解用水，并且所述分支管路上设置有流量阀。
可选的，还设置有空气压缩机，用于给所述喷淋部件提供雾化动力。
可选的，还进一步设置有供水支路，所述供水支路的一端连接于所述伴热循环回路，另一端连接于与所述碱性溶液循环回路的支管路，并且所述供水支路上设置有供水流量阀。
附图说明
图1为本发明一种实施例中燃煤电厂烟气SO3脱除系统的原理示意图。
其中，图中部件名称与标号之间的一一对应关系如下：
溶解罐1、第二温度传感器1.1、第二换热管1.2、搅拌器1.3；
储液箱2、第一温度传感器2.1、第一换热管2.2；
变频泵3.1、主管路3.2；支管路3.3、流量调节阀3.4；
烟道4、喷淋部件4.1；
电厂蒸汽管路5、流量阀5.1、进汽管5.2、第二开关阀5.3、进口管5.4、疏水阀5.5、第一开关阀5.6、进口管5.7、疏水阀5.8；
集水箱6、冷凝水温度传感器6.1；
冷凝水泵7.1、伴热循环回路的伴热主管路7.2、冲洗水支路7.3、冲洗水流量阀7.4、分支管路7.5、流量阀7.6；
保温材料8；
空气压缩机9、流量阀9.1、流量阀9.2。
具体实施方式
针对背景技术中所提到的碳酸钠溶液输送过程中极易发生结晶从而堵塞管道的技术问题，本文进行了深入研究，研究发现：现有技术中的碳酸钠溶液的输送方式主要为开式直流方式，输送管的管径一定，当机组负荷不同时或燃煤含硫量发生变化时，烟气中的SO3浓度要即发生变化，因此为了保证脱除后烟气中的SO3浓度保持不变，单位时间喷出的溶液量也就不同。由于传统开式直流方式管径一定，故输送管内的流量发生变化时，管内液体流速也发生变化，导致管内液体波动较大，因此产生结晶堵塞管，进而造成停机。
在上述研究发现的基础上，本文进行了进一步探索并提出了一种解决上述技术问题的技术方案。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明一种实施例中燃煤电厂烟气SO3脱除系统的原理示意图。
本发明提供了一种燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，主要对进入SCR脱销装置之前和空气预热器之前的烟气进行SO3脱除。该系统包括储液箱2、变频泵3.1、喷淋部件4.1。其中储液箱2用于盛装已经配制好的碱性溶液溶液，碱性溶液可以为质量浓度约为20％的碳酸钠溶液，当然也可以为其他钠盐溶液或者其他碱性溶液。
储液箱2和变频泵3.1二者通过管路形成闭合式碱性溶液循环回路，即储液箱2的溶液出口、变频泵3.1的进口、变频泵3.1的出口、储液箱2的溶液进口依次通过管路连接，形成闭合回路。这样在变频泵3.1的作用下，储液箱2内的碱性溶液自其出口流出，然后经管路最终再返回至储液箱2内部。
变频泵3.1主要提供碱性溶液的循环动力，变频泵3.1有利于控制循环回路中溶液流速保持在一个恒定值。
本发明中的喷淋组件包括喷淋部件4.1，喷淋部件4.1的数量可以为一个或者一个以上，根据实际情况进行设置。喷淋部件4.1可以为喷淋管，喷淋管上设置有喷嘴，当然也可以为其他形式。本发明中的喷淋部件4.1通过支管路连通碱性溶液循环回路的主管路3.2，也就是说，碱性溶液循环回路的主管路3.2中部分溶液可以经支管路3.3流入喷淋部件4.1进行喷淋，与烟气中的SO3反应，生成固态硫酸盐颗粒被后端除尘器所收集，最终实现气态SO3向固态颗粒的转变，从而达到脱除烟气SO3的作用；主管路中另一部分溶液仍旧沿主管路3.2最终返回储液箱2内部。
对于机组中所有喷淋组件而言，流入所有支管路中的溶液量小于返回储液箱2中溶液量，二者比例大致为0.1至0.5。也就是说，主管路中少部分溶液被分流至支管路3.3，完成喷淋。
并且，连通喷淋部件4.1的支管路上还设置有流量调节阀3.4，用于调节流入支管路3.3的碱性溶液的流量，以适应机组不同工况和燃煤煤种的变化。变频泵3.1的工作频率根据所述流量调节阀3.4的开度调节，以保证碱性溶液循环回路的主管路3.2内部溶液流速维持在预定范围，理论上，保证碱性溶液循环回路的主管路3.2内部溶液流速维持恒定，但是考虑到实际控制状况，可以允许主管路3.2内的流速在一定偏差内变动。
其中，碱性溶液循环回路的主管路3.2内部溶液流速的预定范围可以根据具体机组进行合理选取。
与现有技术开式直流溶液喷淋系统相比，本发明所提供的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统中储液箱2内部的碱性溶液在变频泵3.1的作用下，自储液箱2中流出，最终回流至储液箱2内部，形成闭合式碱性溶液循环回路，所有喷淋组件所需的碱性溶液均通过支管路自闭合式碱性溶液循环回路的主管路3.2中引出，这样主管路3.2可以设计为较大管径，并且变频泵3.1的工作频率根据所述流量调节阀的开度调节，以保证碱性溶液循环回路的主管路3.2内部溶液流速维持在预定范围，从而有效避免了碳酸钠溶液输送过程中极易发生结晶从而堵塞管道的技术问题，提高了机组运行的安全性和工作效率。
对于背景技术中提及的现有技术采用电加热作为伴热热源，伴热效果不好，安全性差的另一技术问题，本文对系统提出了进一步的改进。
电厂蒸汽管路5是燃煤电厂中必然存在的，蒸汽的温度大约180℃～300℃，压力为0.6MPa～1.0MPa。电厂中的蒸汽其中一个作用是为各机构中的部件提供热源，部分蒸汽换热后形成冷凝水。现有技术中蒸汽换热后的冷凝水通常被排至外界，冷凝水的温度也相对比较高，造成能量浪费。
本文借助电厂蒸汽对系统进行了改进，具体设置如下。
上述燃煤电厂烟气中SO3脱除系统可以进一步设置集水箱6和冷凝水泵7.1，集水箱6用于收集电厂蒸汽管路5中部分蒸汽换热后形成的冷凝水。冷凝水泵7.1和集水箱6通过管路形成闭式伴热循环回路，用于给碱性溶液循环回路中的主管路3.2加热。
本文利用电厂蒸汽管路5中蒸汽换热后冷凝水的余热代替电加热，主管路中的碱性溶液进行伴热，冷凝水循环利用，降低能量损失，提高利用效率。
为了避免集水箱6内部冷凝水多次循环利用后，温度不能满足使用需求。故，本文还进一步设置进汽管5.2，进汽管5.2的进口通过流量阀5.1连通电厂蒸汽管路5，进汽管5.2的出口浸入集水箱6的冷凝水中，这样部分蒸汽经流量阀5.1可以为集水箱6中的冷凝水加热，大致维持集水箱6内冷凝水温度预定温度范围。
为了实现智能化控制，上述实施例中，本发明中的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统还可以包括冷凝水温度传感器6.1，用于获取集水箱6内的冷凝水温度。进汽管5.2上的流量阀根据所获取的冷凝水温度调节其阀口开度，以维持所述集水箱6内冷凝水处于预定温度范围。
也就是说，当集水箱6内冷凝水温度低于预定温度范围最小值时，流量阀打开，部分蒸汽沿进汽管5.2流入集水箱6内部对冷凝水加热，直至集水箱6内冷凝水温度达到预定温度范围的最大值，流量阀关闭。以碳酸钠溶液为例，集水箱6内冷凝水温度大致要求维持在50摄氏度左右。
以碳酸钠溶液为例，储液罐中的溶液温度需要大致控制在40℃至50℃，以避免其结晶。故储液箱2的内部还设置有第一换热管2.2，第一换热管2.2的进口管5.7、出口管分别连通电厂蒸汽管路5，集水箱6，以便电厂蒸汽管路5中的部分蒸汽与储液箱2内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水由第一换热管2.2的出口流至集水箱6。这样蒸汽可以对储液箱2内部的碱性溶液进行加热，以避免碱性溶质结晶，并且换热后的冷凝水流至集水箱6被循环利用于对碱性溶液循环回路的主管路伴热。
为了实现系统的集中设置，本文中燃煤电厂烟气中SO3脱除系统还进一步包括溶解罐1，用于溶解碱性固体以配制碱性溶液并为储液箱2提供碱性溶液；溶解罐1的内部具有第二换热管1.2，第二换热管1.2的进口管5.4、出口管分别连通电厂蒸汽管路5、集水箱6的进口，以便部分蒸汽与溶液罐内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水流至集水箱6。
如上设置有三方面的优势，第一、碱性物质在溶液罐中完成配制，溶解罐1直接对储液罐提供碱性溶液，可以实现系统的集中配制；第二、设置电厂蒸汽可以为溶解罐1中溶液的配置提供热量；第三、蒸汽换热后形成的冷凝水汇集于集水箱6内部，用于伴热作用，实现热量利用最大化。
从以上描述可以看出，本系统中蒸汽换热形成的冷凝水循环利用于系统中，无排出浪费。
该系统中还进一步设置有分支管路7.5，伴热循环回路的伴热主管路7.2通过分支管路7.5连通所述溶解罐1，并且分支管路上设置有流量阀，这样伴热循环回路可以为溶解罐1提供溶解配置溶液所需用水，流量阀7.6控制分支管路7.5上的冷凝水流量。
图1中给出了简单示意，溶解罐1内设置有搅拌器1.3，但是溶解罐1的结构并不限于图1中所示，关于溶解罐1内部的具体设置本文不做具体描述，只要能实现碱性溶液的配置即可。
为了保证蒸汽的完全换热以及流入集水箱6中的只有冷凝水，还可以在各换热管的出口设置疏水阀，如图1所示，第一换热管2.2的出口管设置有疏水阀5.8，第二换热管1.2的出口管设置有疏水阀5.5
为了实现智能控制，同样系统中还可以设置有第一温度传感器2.1和第二温度传感器1.1，分别用于检测储液箱2和溶解罐1内部液体的温度；第一换热管2.2的进口和第二换热管1.2的进口分别安装有第一开关阀5.6和第二开关阀5.3，第一开关阀5.6和第二开关阀5.3分别根据第一温度传感器2.1和第二温度传感器1.1所获取的温度信号调节阀口开度。这样利用蒸汽换热将储液箱2和溶液罐内部介质的温度维持在一定范围内。
喷淋组件中的管路和喷淋部件4.1需要定期清理，以清除管路和喷淋部件4.1的喷嘴上残余的固体颗粒。
上述各实施例中的系统还可以进一步设置有冲洗水支路7.3，冲洗水支路7.3的一端连接于伴热循环回路，另一端连接于与碱性溶液循环回路的支管路，并且冲洗水支路7.3上设置有冲洗水流量阀7.4。
这样伴热循环回路中的冷凝水可以通过冲洗水支路7.3对碱性溶液循环回路的支管路3.3中溶液进行供水，以满足停机冲洗使用需求。当喷淋部件4.1及与其连通的管路需要清理时，只需关闭主管路3.3及相关阀门，并打开冲洗水流量阀，伴热循环回路中的部分冷凝水就会进入喷淋部件4.1及与其连通的管路，无需另外设置清洗装置，简化系统结构，降低使用成本。
伴热循环回路的伴热主7.2管路和碱性溶液循环回路的主管路3.2的外部可以包裹保温材料8，以提高换热效率。
另外，上述各系统中还可以包括空气压缩机9，空气压缩机9通过管路连通各喷淋部件4.1，以使碱性溶液雾化喷至烟道4内部，提高溶液的利用率以及SO3脱除效率。空气压缩机9与喷淋部件4.1之间的管路设置可以参考现有技术，连接管路上可以设置流量阀9.1和流量阀9.2，其中压缩空气经过流量阀9.1进入喷淋部件4.1内部，起到雾化溶液的作用。在运行过程中，喷淋部件4.1若发生堵塞，流量阀9.2开启，压缩空气进入喷淋部件4.1内部起到反吹清堵作用。
以上对本发明所提供的一种燃煤电厂烟气SO3脱除系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，包括储液箱（2）和变频泵（3.1），二者通过管路形成闭合式碱性溶液循环回路；所述脱除系统还包括喷淋组件，所述喷淋组件包括喷淋部件（4.1），用于向烟气中喷淋碱性溶液；所述喷淋部件（4.1）通过支管路连通所述碱性溶液循环回路的主管路（3.2），以便所有所述喷淋组件所需的碱性溶液均通过所述支管路自所述闭合式碱性溶液循环回路的主管路中引出，并且所述支管路（3.3）上设置有流量调节阀，所述变频泵（3.1）的工作频率根据所述流量调节阀的开度调节，以使所述碱性溶液循环回路的主管路（3.2）内部溶液流速维持在预定范围，并且工作时，流入所有所述支管路中的溶液量小于所述主管路（3.2）中返回所述储液箱（2）中溶液量，二者比例为0.1至0.5。
2.如权利要求1所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还包括集水箱（6）和冷凝水泵（7.1），所述集水箱（6）用于收集电厂蒸汽管路（5）中部分蒸汽换热后形成的冷凝水；所述集水箱（6）和所述冷凝水泵（7.1）通过管路形成闭式伴热循环回路，用于给所述碱性溶液循环回路中的主管路进行伴热，以及为喷淋部件（4.1）提供冲洗用水。
3.如权利要求2所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还包括进汽管（5.2），所述进汽管（5.2）的进口通过流量阀连通电厂蒸汽管路（5），所述进汽管（5.2）的出口浸入所述集水箱（6）的冷凝水中。
4.如权利要求3所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还包括冷凝水温度传感器（6.1），用于获取所述集水箱（6）内的冷凝水温度；所述进汽管（5.2）上的流量阀根据所获取的冷凝水温度调节其阀口开度，以维持所述集水箱（6）内冷凝水处于预定温度范围。
5.如权利要求2至4任一项所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，所述储液箱（2）的内部还设置有第一换热管（2.2），所述第一换热管（2.2）的进口管、出口管分别连通电厂蒸汽管路（5）、所述集水箱（6）的进口，部分蒸汽与所述储液箱（2）内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水流至所述集水箱（6）。
6.如权利要求5所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还包括溶解罐（1），用于溶解碱性固体以配制碱性溶液并为所述储液箱（2）提供碱性溶液；所述溶解罐（1）的内部具有第二换热管（1.2），所述第二换热管（1.2）的进口管、出口管分别连通所述电厂蒸汽管路（5）、所述集水箱（6）的进口，以便部分蒸汽与所述溶解罐内部的碱性溶液换热冷凝形成的冷凝水流至所述集水箱（6）。
7.如权利要求6所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还包括第一温度传感器（2.1）和第二温度传感器（1.1），分别用于检测所述储液箱（2）和所述溶解罐（1）内部液体的温度；所述第一换热管（2.2）的进口和所述第二换热管（1.2）的进口分别安装有第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀和所述第二开关阀分别根据所述第一温度传感器（2.1）和所述第二温度传感器（1.1）所获取的温度信号调节阀口开度。
8.如权利要求6或者7所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还进一步设置有分支管路（7.5），所述伴热循环回路的伴热主管路通过分支管路（7.5）连通所述溶解罐（1），以便为所述溶解罐（1）提供溶解用水，并且所述分支管路（7.5）上设置有流量阀。
9.如权利要求2至4任一项所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还进一步设置有冲洗水支路（7.3），所述冲洗水支路（7.3）的一端连接于所述伴热循环回路的伴热主管路，另一端连接于与所述碱性溶液循环回路的支管路（3.3），并且所述冲洗水支路（7.3）上设置有冲洗水流量阀（7.4）。
10.如权利要求1至4任一项所述的燃煤电厂烟气中SO3脱除系统，其特征在于，还设置有空气压缩机（9），用于给所述喷淋部件提供雾化动力。
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