CN113669748A - 一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统及方法。在锅炉尾部烟道SCR脱硝装置之前设置烟气加热器，采用高温再热蒸汽对烟气进行加热，从而提升进入SCR脱硝装置的烟气温度。通过实时测量烟气温度，由烟气加热器上的流量调节阀精确控制高温再热蒸汽的流量，从而实现烟气温度的高效精准控制。该方法通过在锅炉尾部烟道设置间壁式换热器，由引入高温蒸汽来加热烟气，针对机组启动和低负荷下烟气温度低而蒸汽温度较高的特点，实现了锅炉在启机、运行、停机过程中的全负荷脱硝，相比已有的技术路线，有效实现了机组在全负荷范围内的脱硝运行；同时，采用系统内部蒸汽作为热源，有效降低了投资运行成本，提高了系统的安全性。
Description
技术领域
本发明属于燃煤发电机组技术领域，具体涉及一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统及方法。
背景技术
燃煤电厂作为我国最大的燃煤消耗企业，其烟气污染物的排放也最多。目前，随着环保政策的不断深入，烟气排放标准也越来越高。氮氧化物NOx作为烟气成分中的一种，排入大气中后会与氧气、水等物质反应产生HNO3最终生成酸雨，是电厂烟气污染物控制的主要指标之一。目前，燃煤电厂广泛采用的技术是SCR选择性催化还原技术，该技术应用的前提是烟气温度一般保持在300～400℃。根据政策要求，机组需要在启动、运行、停机全部过程中，不同负荷条件下均能够保证氮氧化物NOx的达标排放，即SCR脱硝系统的正常运行。而当SCR反应器的入口烟气温度过低时或过高时，就会导致脱硝效率低下，催化剂活性变差，氨逃逸率高，甚至系统退出运行，难以满足政策要求下的排放要求。
目前，已经发展出一些全(宽)负荷脱硝的技术改进方法，如烟气旁路技术、省煤器分级技术、热水再循环技术、外接燃气热源技术等方案，这些技术均能不同程度上实现拓宽SCR脱硝系统运行温度范围的作用效果，但与此同时仍然存在一些缺陷。比如烟气旁路技术在启机过程中因烟气量少、流速慢、温度低，不能实现全负荷范围内的脱硝运行要求；省煤器分级技术存在低负荷满足要求而高负荷超温的潜在风险，与机组特定的运行状态有很大关系，应用场景受限；热水再循环技术的温度烟气温度提升效果也较为有限，尤其对于超临界机组其可行性较差，同时改造费用较高；外接燃气热源技术的效果较好，但由于该方法需要额外消耗燃气等燃料提高烟气温度，运行费用高，同时由厂外部引入燃气还存在着施工难度大、安全风险高等不利因素。
针对以上问题，本方法提出了一种利用间壁式换热耦合燃煤锅炉的全负荷脱硝方法，该方法通过在锅炉尾部烟道SCR脱硝装置之前增设烟气加热器，尤其针对机组启动过程中和低负荷下烟气温度低而蒸汽温度较高的特点，引入高温再热蒸汽热源提升烟气温度，从而实现了燃煤锅炉的全负荷脱硝，该方法具有良好的安全性与经济性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统及方法，能够有效提升全负荷脱硝的安全性与经济性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，包括锅炉、汽轮机低压缸、空气预热器、SCR脱硝装置、低温再热器、高温再热器、烟气加热器、凝汽器，流量调节阀、温度变送器和除氧器；
由汽轮机中压缸而来的低温再热蒸汽，经低温再热器吸热后进入高温再热器，在高温再热器中进一步吸热后成为高温再热蒸汽，高温再热蒸汽从锅炉出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸做功，做功后由汽轮机低压缸排出进入凝汽器；另一路进入在锅炉尾部烟道设置的烟气加热器，作用后由烟气加热器排出进入除氧器，来自锅炉的烟气通过烟气加热器加热作用后温度升高，达到SCR脱硝装置的投运要求，经SCR脱硝装置脱硝作用后进入空气预热器，烟气温度由安装在尾部烟道的温度变送器实时监测，进而通过调整流量调节阀的开度来控制进入烟气加热器的蒸汽流量。
本发明进一步的改进在于，从锅炉出来的高温再热蒸汽从锅炉出来后分两路，第一路进入汽轮机低压缸做功，做功后由汽轮机低压缸排出进入凝汽器。
本发明进一步的改进在于，从锅炉出来的高温再热蒸汽从锅炉出来后分两路，第二路进入在锅炉尾部烟道设置的烟气加热器，作用后由烟气加热器排出进入除氧器。
本发明进一步的改进在于，来自锅炉的烟气通过烟气加热器加热作用后温度升高，达到SCR脱硝装置的投运要求，经SCR脱硝装置脱硝作用后进入空气预热器。
本发明进一步的改进在于，烟气的流程方向依次为：锅炉高温再热器、低温再热器、烟气加热器、SCR脱硝装置和空气预热器。
本发明进一步的改进在于，再热蒸汽的流动方向依次为：低温再热器、高温再热器、接下来分为两路，一路进入汽轮机低压缸，另一路进入烟气加热器。
本发明进一步的改进在于，烟气温度由安装在尾部烟道的温度变送器实时监测，进而通过调整流量调节阀的开度来控制进入烟气加热器的蒸汽流量。
一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，包括以下步骤：
由汽轮机中压缸而来的低温再热蒸汽，经低温再热器吸热后进入高温再热器，在高温再热器中进一步吸热后成为高温再热蒸汽；高温再热蒸汽从锅炉出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸做功，做功后由汽轮机低压缸排出进入凝汽器；另一路则进入设置在锅炉尾部烟道处的烟气加热器，烟气加热器的位置在SCR脱硝装置之前，通过外部热源提高烟气温度，使之达到满足SCR脱硝装置的运行要求；在烟气加热器作用后的高温再热蒸汽排出进入除氧器；烟气经烟气加热器加热作用后温度升高，进入SCR脱硝装置脱除烟气中的氮氧化物，最后依次进入空气预热器；烟气温度的控制由安装在尾部烟道的温度变送器实时监测，通过烟气温度的测量反馈调节流量调节阀的开度，进而控制进入烟气加热器的高温再热蒸汽流量。
本发明进一步的改进在于，该方法通过在锅炉尾部烟道SCR脱硝装置之前增设烟气加热器，引入高温再热蒸汽热源提升烟气温度，从而实现了一种间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，该方法能够有效实现燃煤锅炉在启动过程中和低负荷运行下的全负荷脱硝，保证了系统的安全性与经济性。
本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝系统和方法，在具体操作时，在锅炉尾部烟道SCR脱硝装置之前设置烟气加热器，采用高温再热蒸汽对烟气进行加热，从而提升进入SCR脱硝装置的烟气温度。通过实时测量烟气温度，由烟气加热器上的流量调节阀精确控制高温再热蒸汽的流量，从而实现烟气温度的高效精准控制。该系统方法通过在锅炉尾部烟道设置间壁式换热器，针对机组启动和低负荷下烟气温度低而蒸汽温度较高的特点，引入高温蒸汽来加热烟气，实现了锅炉在启机、运行、停机过程中的全负荷脱硝，相比已有的技术路线，有效实现了机组在全负荷范围内的脱硝运行，采用系统内部蒸汽作为热源，有效降低了投资运行成本，提高了系统的安全性。同时，由于其旁路了部分再热蒸汽，减少了进入中低压缸做功的蒸汽，也在一定程度上降低电负荷，从而有助于实现火电机组灵活性的热电解耦问题。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
附图标记说明：
1为锅炉、2为汽轮机低压缸、3为空气预热器、4为SCR脱硝装置、5为低温再热器、6为高温再热器、7为烟气加热器、8为凝汽器、9为流量调节阀、10为温度变送器、11为除氧器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参考图1，本发明所述的采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝系统，包括锅炉1、汽轮机低压缸2、空气预热器3、SCR脱硝装置4、低温再热器5、高温再热器6、烟气加热器7、凝汽器8，流量调节阀9、温度变送器10、除氧器11。
由汽轮机中压缸而来的低温再热蒸汽，经低温再热器5吸热后进入高温再热器6，在高温再热器6中进一步吸热后成为高温再热蒸汽。高温再热蒸汽从锅炉1出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸2做功，做功后由汽轮机低压缸2排出进入凝汽器8；另一路进入在锅炉1尾部烟道设置的烟气加热器7，作用后由烟气加热器7排出进入除氧器11。来自锅炉1的烟气通过烟气加热器7加热作用后温度升高，达到SCR脱硝装置4的投运要求，经SCR脱硝装置4脱硝作用后进入空气预热器3。烟气温度由安装在尾部烟道的温度变送器10实时监测，进而通过调整流量调节阀9的开度来控制进入烟气加热器7的蒸汽流量。
本发明所述的采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝系统调节方法，包括以下步骤：
由汽轮机中压缸2而来的低温再热蒸汽，经低温再热器5吸热后进入高温再热器6，在高温再热器6中进一步吸热后成为高温再热蒸汽。高温再热蒸汽从锅炉1出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸2做功，做功后由汽轮机低压缸2排出进入凝汽器8；另一路则进入设置在锅炉尾部烟道处的烟气加热器7，烟气加热器7的位置在SCR脱硝装置4之前，通过外部热源提高烟气温度，使之达到满足SCR脱硝装置4的运行要求。在烟气加热器7作用后的高温再热蒸汽排出进入除氧器11。烟气经烟气加热器7加热作用后温度升高，进入SCR脱硝装置5脱除烟气中的氮氧化物，最后依次进入空气预热器3。烟气温度的控制由安装在尾部烟道的温度变送器10实时监测，通过烟气温度的测量反馈调节流量调节阀9的开度，进而控制进入烟气加热器7的高温再热蒸汽流量。
本发明结合燃煤电站机组设备和运行状况，通过在锅炉尾部烟道设置间壁式换热器，由引入高温蒸汽来加热烟气，实现了锅炉在启机、运行、停机过程中的全负荷脱硝，相比已有的技术路线，有效实现了机组在全负荷范围内的脱硝运行；同时，采用系统内部热源提升烟气温度，有效降低了运行成本，提高了系统的安全性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
以下为本发明的具体实施例：
以本设计发明为基础，在某锅炉低负荷运行期间采集实际运行数据，进行了间壁式换热器设计与模拟计算。换热器采取管束式换热结构，具有良好的换热、耐腐蚀和防积灰特性，排列方式采用顺列布置，横向管排总计60、横向间距225mm；纵向管排总计14、纵向间距114；总换热面积2080m2。应用仿真模拟软件对发明设计进行了计算。结果参数如下。
| 项目 | 单位 | 数值 |
| 进口蒸汽压力 | MPa | 0.98 |
| 进口蒸汽温度 | ℃ | 484 |
| 蒸汽流量 | t/h | 78.5 |
| 出口蒸汽压力 | MPa | 0.93 |
| 出口蒸汽温度 | ℃ | 298 |
| 入口烟气温度 | ℃ | 270 |
| 出口烟气温度 | ℃ | 306 |
| 烟气流量 | m<sup>3</sup>/h | 881500 |
| 换热面积 | m<sup>2</sup> | 2080 |
由结果看到，在目前低负荷运行状态下，再热蒸汽压力为0.98MPa，温度484℃，流量为78.5t/h(约占总再热蒸汽流量的30％)，此时锅炉尾部烟道烟气温度约270℃，实测烟气量881500m3/h，经换热器换热后，烟气出口温度上升至306℃，达到一般SCR脱硝催化剂的最低运行温度要求(一般为300℃)。此时，再热蒸汽出口压力0.93MPa，温度298℃，可直接进入除氧器当中。
其结果显示，采用锅炉尾部烟道增设间壁式换热结构的发明创造，能够有效提升进入SCR脱硝装置的烟气温度，不采用外部热源与复杂设备，有效降低了投资运行成本，提高了系统的安全性。同时，由于其旁路了部分再热蒸汽，减少了进入中低压缸做功的蒸汽，也在一定程度上降低电负荷，从而有助于实现火电机组灵活性的热电解耦问题。
Claims (9)
1.一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，包括锅炉(1)、汽轮机低压缸(2)、空气预热器(3)、SCR脱硝装置(4)、低温再热器(5)、高温再热器(6)、烟气加热器(7)、凝汽器(8)，流量调节阀(9)、温度变送器(10)和除氧器(11)；
由汽轮机中压缸而来的低温再热蒸汽，经低温再热器(5)吸热后进入高温再热器(6)，在高温再热器(6)中进一步吸热后成为高温再热蒸汽，高温再热蒸汽从锅炉(1)出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸(2)做功，做功后由汽轮机低压缸(2)排出进入凝汽器(8)；另一路进入在锅炉(1)尾部烟道设置的烟气加热器(7)，作用后由烟气加热器(7)排出进入除氧器(11)，来自锅炉(1)的烟气通过烟气加热器(7)加热作用后温度升高，达到SCR脱硝装置(4)的投运要求，经SCR脱硝装置(4)脱硝作用后进入空气预热器(3)，烟气温度由安装在尾部烟道的温度变送器(10)实时监测，进而通过调整流量调节阀(9)的开度来控制进入烟气加热器(7)的蒸汽流量。
2.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，从锅炉出来的高温再热蒸汽从锅炉(1)出来后分两路，第一路进入汽轮机低压缸(2)做功，做功后由汽轮机低压缸(2)排出进入凝汽器(8)。
3.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，从锅炉出来的高温再热蒸汽从锅炉(1)出来后分两路，第二路进入在锅炉(1)尾部烟道设置的烟气加热器(7)，作用后由烟气加热器(7)排出进入除氧器(11)。
4.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，来自锅炉(1)的烟气通过烟气加热器(7)加热作用后温度升高，达到SCR脱硝装置(4)的投运要求，经SCR脱硝装置(4)脱硝作用后进入空气预热器(3)。
5.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，烟气的流程方向依次为：锅炉(1)、高温再热器(6)、低温再热器(5)、烟气加热器(7)、SCR脱硝装置(4)和空气预热器(3)。
6.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，再热蒸汽的流动方向依次为：低温再热器(5)、高温再热器(6)、接下来分为两路，一路进入汽轮机低压缸(2)，另一路进入烟气加热器(7)。
7.根据权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，其特征在于，烟气温度由安装在尾部烟道的温度变送器(10)实时监测，进而通过调整流量调节阀(9)的开度来控制进入烟气加热器(7)的蒸汽流量。
8.一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统，包括：
由汽轮机中压缸而来的低温再热蒸汽，经低温再热器(5)吸热后进入高温再热器(6)，在高温再热器(6)中进一步吸热后成为高温再热蒸汽，高温再热蒸汽从锅炉(1)出来后分两路，一路进入汽轮机低压缸(2)做功，做功后由汽轮机低压缸(2)排出进入凝汽器(8)；另一路则进入设置在锅炉(1)尾部烟道处的烟气加热器(7)，烟气加热器(7)的位置在SCR脱硝装置(4)之前，通过外部热源提高烟气温度，使之达到满足SCR脱硝装置(4)的运行要求；在烟气加热器(7)作用后的高温再热蒸汽排出进入除氧器(11)；烟气经烟气加热器(7)加热作用后温度升高，进入SCR脱硝装置(4)脱除烟气中的氮氧化物，最后依次进入空气预热器(3)；烟气温度的控制由安装在尾部烟道的温度变送器(10)实时监测，通过烟气温度的测量反馈调节流量调节阀(9)的开度，进而控制进入烟气加热器(7)的高温再热蒸汽流量。
9.根据权利要求8所述的一种采用间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的方法，其特征在于，该方法通过在锅炉尾部烟道SCR脱硝装置之前增设烟气加热器，引入高温再热蒸汽热源提升烟气温度，从而实现了一种间壁式换热耦合燃煤锅炉全负荷脱硝的系统。
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