CN110793023A - 一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统 - Google Patents

一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统 Download PDF

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陶丽
丁士发
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Abstract

本发明涉及一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，包括烟气再热燃气燃烧器、燃气管道系统以及配风管道系统。烟气再热燃气燃烧器采用轴向双喷口预混两级点火设计，点火装置电火花点燃点火气枪，点火气枪引燃主气枪，以保证燃气的安全着火以及燃气在负压环境下的充分燃烧放热。基于脱硝系统温度测点反馈信号来实时计算SCR入口烟气温升需求以及天然气所需消耗量，通过控制相应管道上的自动控制调节阀，调节天然气和助燃风的流量，保证SCR入口烟气温度满足脱硝要求。本发明在燃煤机组启动及低负荷运行工况下均可大幅度提升脱硝系统入口烟气温度，可实现机组从启动到100％BMCR全负荷工况下脱硝设备的正常投运。

Description

一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统
技术领域
本发明涉及一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，用于提升燃煤机组SCR入口烟气温度，满足机组从机组启动到100％BMCR全负荷工况下的投运需求，属于锅炉环保技术领域。
背景技术
近年来，随着风电、太阳能等清洁能源装机容量的迅猛增长，我国发电结构和用电结构不断的发生变化，这就要求燃煤火电机组长期处于低负荷运行工况，以解决电网日益突出的调峰问题。而随着火电厂平均负荷率降低，低负荷运行时间增加，当调峰负荷低至40％以下时，进入SCR脱硝系统烟气温度过低，使SCR系统无法正常运行，会导致NOx排放超标。另一方面，随着环保要求的日益严格，部分省市已经开始对燃煤机组启动阶段NOx排放进行考核，而燃煤电站锅炉在启动阶段烟气温度偏低，均达不到SCR催化剂的正常投运温度窗口，也会导致NOx排放超标。
根据目前的实际应用情况来看，传统的宽负荷脱硝主要分为低温催化剂和锅炉侧改造。低温催化剂主要是通过拓宽脱硝催化剂温度窗口，使其能够在低负荷烟温条件下保证脱硝效率。锅炉侧改造主要是通过对锅炉烟风、汽水系统进行改造，以提高锅炉低负荷时SCR入口烟温，实现正常脱硝，主要技术有：烟气旁路、给水旁路、省煤器分级、省煤器给水置换、0#高加等。其技术思路主要通过提高低负荷下省煤器的入口水温，或者直接升高低负荷下省煤器出口烟温(SCR入口烟温)，保证了SCR脱硝系统在低负荷下的高效运行。上述技术各有其优缺点，烟气旁路在投运过程中可能存在挡板卡涩等问题；省煤器分级主要适用于新建机组，现有机组改造受空间布置局限性较大；省煤器给水置换和0#高加技术从水侧来进行调温，系统相对复杂，投资相对较高，且存在降低锅炉效率的问题。
发明内容
本发明目的是：提升脱硝设备入口烟气温度，保证脱硝设备的正常投运，满足NOx排放环保要求，从而实现燃煤电站锅炉从启动到100％BMCR全负荷工况下脱硝设备的全程投运。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，包括燃气管道系统、配风管道系统及N个烟气再热燃气燃烧器，N≥1，烟气再热燃气燃烧器的数量主要基于机组的设计参数以及模拟计算结果来确定，烟气再热燃气燃烧器通过设于燃煤机组省煤器灰斗斜坡区域上的嵌装孔嵌入并固定安装于省煤器灰斗斜坡区域，燃气管道系统和配风管道系统通过波纹管法兰连接于烟气再热燃气燃烧器上，可燃气体及助燃风分别通过燃气管道系统和配风管道系统进入烟气再热燃气燃烧器内，可燃气体及助燃风在烟气再热燃气燃烧器内充分混合后再点火后进入燃煤机组省煤器出口烟道燃烧放热，产生的高温烟气与烟道内烟气经导流后充分混合，使SCR催化剂入口烟气平均温度达到310℃以上。
优选地，所述烟气再热燃气燃烧器的数量为4～8个，单个所述烟气再热燃气燃烧器的设计燃气流量为200～500Nm3/h；所有所述烟气再热燃气燃烧器分上、下两层布置，以保证再热后烟气直接进入燃煤机组省煤器区域水平烟道，燃气火焰与烟气流向保持一致，保证温度场、流场的均匀性以及尾部烟道的安全性，且能够同时保证两侧脱销系统的烟温均能满足要求。
优选地，所述烟气再热燃气燃烧器包括点火燃气枪、燃气主气枪、火检冷却吹扫风管、燃气助燃配风管、高能点火器、紫外线火检装置以及预混腔体，点火燃气枪、高能点火器以及紫外线火检装置的一端插入火检冷却吹扫风管后延伸至预混腔体内，并在预混腔体内和燃气助燃配风管相通；点火燃气枪的另一端采用金软波纹管通过点火燃气枪喷口与所述燃气管道系统相连；高能点火器以及紫外线火检装置的另一端位于所述燃煤机组省煤器内；燃气主气枪的一端连接在预混腔体上，并与燃气助燃风管相通，另一端采用金软波纹管通过燃气主气枪喷口与所述燃气管道系统相连；火检冷却吹扫风管和燃气助燃风管采用金软波纹管分别通过火检冷却吹扫风管喷口和燃气助燃风管喷口与所述配风管道系统相连。
优选地，所述燃气管道经由两路进入所述烟气再热燃气燃烧器，其中一路为流量为50Nm3/h的小流量可燃气体，另一路为流量为150～450Nm3/h的大流量可燃气体，小流量可燃气体通过所述点火燃气枪与所述燃气助燃风管的助燃风在所述预混腔体内混合后经由所述高能点火器点燃，再进一步点燃所述燃气主气枪的大流量可燃气体。
优选地，所述燃气管道与所述点火燃气枪喷口之间的连接管道上设置有手动截止阀一和气动速断阀，用于所述点火燃气枪的启停；所述燃气主气枪的流量可调，所述燃气管道与所述燃气主气枪喷口之间的连接管道上设置有手动截止阀二、燃气流量控制阀和燃气压力变送器，用于调节和控制所述燃气主气枪的出力。
优选地，所述配风管道上设置有手动截止阀三、配风流量控制阀和配风压力变送器，用于调节配风和冷却风量。
优选地，基于燃煤机组脱硝系统现有温度、烟气流量的反馈信号来实时计算SCR入口烟气温升需求以及天然气所需消耗量，通过控制所述燃气流量控制阀、所述燃气压力变送器、所述配风流量控制阀、所述配风压力变送器来调节天然气和助燃风的流量和压力，保证SCR入口烟气温度满足脱硝要求。
本发明提供了一种能够提高燃煤机组锅炉脱硝设备入口烟气温度的烟气再热系统，在燃煤机组启动及低负荷运行工况下均可大幅度提升脱硝系统入口烟气温度，最大温升可达160℃，实现了机组从启动到100％BMCR全负荷工况下脱硝设备的全程投运，满足超低排放环保需求。
本发明具有如下特点：
本发明主要是在原SCR入口省煤器出口烟道处增设部分烟气再热燃气燃烧器，燃烧器内主要通入天然气等可燃气体。天然气通过燃烧器双喷嘴进入预混室内与空气进行充分混合，经由高能点火器点火后进入省煤器出口烟道燃烧放热，产生的高温烟气与原烟道内烟气经导流后充分混合，使SCR催化剂入口烟气平均温度达到310℃以上。
考虑到再热后烟气温度场、流场的均匀性以及尾部烟道的安全，本发明中所述的烟气再热燃燃烧器安装相关参数通过计算模拟，所述烟气再热燃气燃烧器采用嵌入安装的方式，通过在原有燃煤机组省煤器灰斗斜坡区域上开嵌装孔，将烟气再热燃气燃烧器嵌入并固定安装于省煤器灰斗斜坡区域，分两层布置。
考虑到尾部烟道的负压环境，本发明中所述的烟气再热燃气燃烧器采用双喷口两级点火预混设计，部分小流量(50Nm3/h)天然气通过点火燃气枪与燃气助燃风管的空气在预混腔体内混合后经由高能点火器点燃；再进一步点燃燃气主气枪的大流量(150～450Nm3/h)天然气，保证天然气喷嘴出口流速大于天然气的回火速度以及较宽的出力调节范围。
考虑到负荷的波动以及烟气再热系统的宽调节范围，本发明中所述的控制逻辑基于脱硝系统温度、烟气流量等测点反馈信号来实时计算SCR入口烟气温升需求以及天然气所需消耗量，通过控制天然气及助燃风进口管道上的自动控制调节阀以及压力变送器，来调节天然气和助燃风的流量，保证SCR入口烟气温度。
基于上述特点，与现有提升SCR入口烟气温度的其它技术路线相比，本发明系统简单、安全、可靠，通过天然气燃烧放热来加热烟气，SCR入口烟气最大温升可达160℃，温升效果明显，对锅炉本体不产生影响，并可根据SCR入口烟气温度实时反馈来控制调节燃气的消耗量，降低运行成本，实现燃煤电站锅炉从启动到100％BMCR全负荷工况下脱硝设备的全程投运。
附图说明
图1所示为本发明中的系统结构示意图。
图2所示为本发明中烟气再热燃气燃烧器结构示意图。
图3所示为本发明中烟气再热燃气燃烧器自控调温控制逻辑示意图。
图中，1表示燃煤机组省煤器灰斗斜坡区域，2表示烟气再热燃气燃烧器，3表示燃气管道系统，4表示配风管道系统，5表示燃煤机组省煤器水平烟道区域。
21表示烟气再热燃气燃烧器燃气点火枪，22表示烟气再热燃气燃烧器燃气主气枪，23表示烟气再热燃气燃烧器火检冷却吹扫风管，24表示烟气再热燃气燃烧器燃气助燃风管，25表示烟气再热燃气燃烧器上的高能点火器，26表示烟气再热燃气燃烧器上的紫外线火检装置，27表示烟气再热燃气燃烧器上的预混腔体。211表示燃气点火枪喷口，221表示燃气主气枪喷口，231表示火检冷却吹扫风管喷口，241表示燃气助燃风管喷口。
31表示燃气点火枪喷口前燃气管道上的燃气手动截止阀，32表示燃气点火枪喷口前燃气管道上的燃气气动速断阀，33表示燃气主气枪喷口前燃气管道上的燃气手动截止阀，34表示燃气主气枪喷口前燃气管道上的燃气流量控制阀，35表示燃气主气枪喷口前燃气管道上的燃气压力变送器。41表示配风管道上的配风手动截止阀，42表示配风管道上的配风流量控制阀，43表示配风管道上的配风压力变送器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明提供了一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，主要由燃气管道系统3、配风管道系统4、烟气再热燃气燃烧器2组成。除此之外，氮气吹扫系统、放散系统、防护报警系统等附属系统属于燃气系统的常规设计，本发明不做详细说明。烟气再热燃气燃烧器2采用嵌入安装的方式，通过在原有燃煤机组省煤器灰斗斜坡区域1上开嵌装孔，将烟气再热燃气燃烧器2嵌入并固定安装于省煤器灰斗斜坡区域1。燃气管道系统3和配风管道系统4通过波纹管法兰连接于烟气再热燃气燃烧器2上。
本发明的烟气再热系统涵盖4～8只烟气再热燃气燃烧器2，单只烟气再热燃气燃烧器2设计燃气流量为200～500Nm3/h。烟气再热燃气燃烧器2的数量主要基于机组的设计参数以及模拟计算结果来确定。所有烟气再热燃气燃烧器2采用两层嵌入式布置，以保证再热后烟气直接进入省煤器区域水平烟道，燃气火焰与烟气流向保持一致，保证温度场、流场的均匀性以及尾部烟道的安全性，且能够同时保证两侧脱销系统的烟温均能满足要求。
如图2所示，烟气再热燃气燃烧器2主要由点火燃气枪21、燃气主气枪22、火检冷却吹扫风管23、燃气助燃配风管24、高能点火器25、紫外线火检装置26以及预混腔体27组成。
点火燃气枪21、高能点火器25以及紫外线火检装置26的一端插入火检冷却吹扫风管23内，并在预混腔体27内和燃气助燃风管24相通，另一端采用金软波纹管通过点火燃气枪喷口211与燃气管道系统3相连。燃气主气枪22连接在预混腔体27上，并与燃气助燃风管24相通，另一端采用金软波纹管通过燃气主气枪喷口221与燃气管道系统3相连。火检冷却吹扫风管23和燃气助燃风管24采用金软波纹管分别通过火检冷却吹扫风管喷口231和燃气助燃风管喷口241与配风管道系统4相连。
为了满足较宽的出力调节范围，同时满足尾部烟道区域负压燃烧的要求，烟气再热燃气燃烧器2采用双喷嘴两级点火设计，部分小流量(50Nm3/h)天然气通过点火燃气枪21与燃气助燃风管24的空气在预混腔体27内混合后经由高能点火器25点燃；再进一步点燃燃气主气枪22的大流量(150～450Nm3/h)天然气，保证天然气喷嘴出口流速大于天然气的回火速度，单只燃烧器设计燃气流量为200～500Nm3/h。在燃烧器内点火燃烧后进入省煤器灰斗水平烟道5，以此来加热烟气，达到提升烟气温度的目的。
燃气管道3经由两路进入燃烧器，点火燃气枪21流量固定为50Nm3/h，燃气管道3与点火燃气枪喷口211之间的连接管道上设置有手动截止阀31和气动速断阀32，用于点火燃气枪21的启停；燃气主气枪22流量可调，燃气管道3与燃气主气枪喷口221之间的连接管道上设置有手动截止阀33、燃气流量控制阀34和燃气压力变送器35，用于调节和控制燃气主气枪22的出力。所述配风管道4上设置有手动截止阀41、配风流量控制阀42和配风压力变送器43，用于调节配风和冷却风量。
如图3所示，基于燃煤机组脱硝系统现有温度、烟气流量等反馈信号来实时计算SCR入口烟气温升需求以及天然气所需消耗量，通过控制燃气流量控制阀34、燃气压力变送器35、配风流量控制阀42、配风压力变送器43来调节天然气和助燃风的流量和压力，保证SCR入口烟气温度满足脱硝要求。
下以上海锅炉厂生产的某300MW亚临界锅炉为对象，本实施案例提供了一种用于提高锅炉脱硝设备入口烟气温度的烟气再热系统。
本实施案例中，当SCR入口烟气温度采集点检测到省煤器出口来烟气温度过低达不到催化剂的正常投运温度窗口时，运行人员发出指令，启动本发明所阐述的烟气再热系统提升烟气温度，具体操作如下：
(1)在机组启动及低负荷运行工况下，运行人员通过DCS控制系统输入指令，逐一启动烟气再热燃烧器，此时，烟气再热燃烧器按照设置好的逻辑程序进行启动。首先，调节配风管道上的配风流量控制阀42，使得配风管道上的配风压力变送器达到设定值，然后高能点火器25打火，打开燃气点火枪喷口前燃气管道上的燃气气动速断阀32，火焰检测装置26检测有火，则高能点火器25停止打火，调节燃气管道上的燃气流量控制阀34，使得燃气压力变送器达到35设定值，则单个烟气再热燃烧器投运成功。
(2)同样的启动方式，运行人员通过DCS控制系统输入指令，启动不同位置的烟气再热燃气燃烧器，保证脱硝系统两侧烟道烟气温度均能满足要求，此时，烟气再热系统启动成功。
(3)随着烟气温度的上升，温升需求逐渐降低，天然气消耗量也逐渐下降。此时控制系统根据烟气温度以对燃气流量进行计算，通过控制各支管上调节阀开度来控制天然气的消耗量，必要时关闭部分烟气再热燃气燃烧器入口燃气管道气动球阀，减少燃烧器投运数量。当锅炉负荷升至40％及以上时，此时SCR入口烟气温度能够满足投运需求，天然气消耗量为0，烟气再热系统退出投运。

Claims (7)

1.一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，包括燃气管道系统(3)、配风管道系统(4)及N个烟气再热燃气燃烧器(2)，N≥1，烟气再热燃气燃烧器(2)通过设于燃煤机组省煤器灰斗斜坡区域(1)上的嵌装孔嵌入并固定安装于省煤器灰斗斜坡区域(1)，燃气管道系统(3)和配风管道系统(4)通过波纹管法兰连接于烟气再热燃气燃烧器(2)上，可燃气体及助燃风分别通过燃气管道系统(3)和配风管道系统(4)进入烟气再热燃气燃烧器(2)内，可燃气体及助燃风在烟气再热燃气燃烧器(2)内充分混合后再点火后进入燃煤机组省煤器出口烟道燃烧放热，产生的高温烟气与烟道内烟气经导流后充分混合，使SCR催化剂入口烟气平均温度达到310℃以上。
2.如权利要求1所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，所述烟气再热燃气燃烧器(2)的数量为4～8个，单个所述烟气再热燃气燃烧器(2)的设计燃气流量为200～500Nm3/h；所有所述烟气再热燃气燃烧器(2)分上、下两层布置，以保证再热后烟气直接进入燃煤机组省煤器区域水平烟道，燃气火焰与烟气流向保持一致，保证温度场、流场的均匀性以及尾部烟道的安全性，且能够同时保证两侧脱销系统的烟温均能满足要求。
3.如权利要求1所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，所述烟气再热燃气燃烧器(2)包括点火燃气枪(21)、燃气主气枪(22)、火检冷却吹扫风管(23)、燃气助燃配风管(24)、高能点火器(25)、紫外线火检装置(26)以及预混腔体(27)，点火燃气枪(21)、高能点火器(25)以及紫外线火检装置(26)的一端插入火检冷却吹扫风管(23)后延伸至预混腔体(27)内，并在预混腔体(27)内和燃气助燃配风管(24)相通；点火燃气枪(21)的另一端采用金软波纹管通过点火燃气枪喷口(211)与所述燃气管道系统(3)相连；高能点火器(25)以及紫外线火检装置(26)的另一端位于所述燃煤机组省煤器内；燃气主气枪(22)的一端连接在预混腔体(27)上，并与燃气助燃风管(24)相通，另一端采用金软波纹管通过燃气主气枪喷口(221)与所述燃气管道系统(3)相连；火检冷却吹扫风管(23)和燃气助燃风管(24)采用金软波纹管分别通过火检冷却吹扫风管喷口(231)和燃气助燃风管喷口(241)与所述配风管道系统(4)相连。
4.如权利要求3所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，所述燃气管道(3)经由两路进入所述烟气再热燃气燃烧器(2)，其中一路为流量为50Nm3/h的小流量可燃气体，另一路为流量为150～450Nm3/h的大流量可燃气体，小流量可燃气体通过所述点火燃气枪(21)与所述燃气助燃风管(24)的助燃风在所述预混腔体(27)内混合后经由所述高能点火器(25)点燃，再进一步点燃所述燃气主气枪(22)的大流量可燃气体。
5.如权利要求4所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，所述燃气管道(3)与所述点火燃气枪喷口(211)之间的连接管道上设置有手动截止阀一(31)和气动速断阀(32)，用于所述点火燃气枪(21)的启停；所述燃气主气枪(22)的流量可调，所述燃气管道(3)与所述燃气主气枪喷口(221)之间的连接管道上设置有手动截止阀二(33)、燃气流量控制阀(34)和燃气压力变送器(35)，用于调节和控制所述燃气主气枪(22)的出力。
6.如权利要求5所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，所述配风管道(4)上设置有手动截止阀三(41)、配风流量控制阀(42)和配风压力变送器(43)，用于调节配风和冷却风量。
7.如权利要求6所述的一种用于燃煤机组脱硝全负荷投运的烟气再热系统，其特征在于，基于燃煤机组脱硝系统现有温度、烟气流量的反馈信号来实时计算SCR入口烟气温升需求以及天然气所需消耗量，通过控制所述燃气流量控制阀(34)、所述燃气压力变送器(35)、所述配风流量控制阀(42)、所述配风压力变送器(43)来调节天然气和助燃风的流量和压力，保证SCR入口烟气温度满足脱硝要求。
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CN113985762A (zh) * 2021-10-08 2022-01-28 北京华能新锐控制技术有限公司 一种风力发电气流监控系统

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