CN117308127A - 提高火电机组启动过程中scr入口烟温的系统及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统及运行方法，该系统包括锅炉炉膛，锅炉炉膛后连接有末级换热器、烟气‑蒸汽换热器和SCR反应器，SCR反应器后连接有空气预热器；炉膛上方有主蒸汽和再热蒸汽管道，主蒸汽通过高主门、高旁分别进入高压缸、再热蒸汽管路，高压缸排汽通过高排逆止门前的高压缸排气阀而后经减温减压进入疏水扩容器，再热蒸汽通过中调门、中旁分别进入中压缸、疏水扩容器；烟气‑蒸汽换热器热源来自于高旁，换热后通过减温减压装置进入再热蒸汽冷段管路。本发明投切灵活，可以保证火电机组启动过程中烟气温度满足脱硝装置的投运条件，解决火电机组启动过程中SCR入口烟温过低的问题并回收部分能量。
Description
技术领域
本发明涉及SCR脱硝反应器技术领域，尤其涉及一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统及运行方法。
背景技术
随着风电、光伏等新能源电源装机容量不断增加，火电机组更加频繁地参与网调启停调峰。
对于火电机组氮氧化物的排放控制，目前国内采用最多的是选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction SCR)。现有的SCR技术的工作温度在310℃～420℃之间，虽然在机组正常运行情况下，脱硝系统超低排放改造能够达到环保要求，但在机组启动过程中无法获得稳定的氮氧化物脱除效率，氮氧化物排放量无法满足排放标准。这是由于SCR技术采用的催化剂受烟气温度条件限制，在机组启动过程中，脱硝系统入口烟气温度较低，催化剂表面发生了副反应，NH3和SO3、H2O反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，减少了NH3与NOX的反应，反应产物会吸附在催化剂表面，堵塞催化剂的通道和微孔，使催化剂活性降低，NH3逃逸增大。同时反应生成的NH4HSO4也会污染空气预热器及电除尘器，造成空气预热器的堵塞和电除尘极板的积灰。
同时，在启动过程中，为了可以自动地控制锅炉燃烧时的给水、主蒸汽压力、再热蒸汽压力、流量及温度，使这些参数能够平稳地、快速地提升到汽轮机启动所需的值，保证锅炉出口的蒸汽参数，有很大一部分蒸汽并没有通过汽轮机而是通过旁路系统进行减温减压后汇入再热蒸汽冷段管路或排入凝汽器，造成了很大一部分能量的浪费。
针对SCR入口烟温过低的问题，专利CN 204962817U公开了一种全负荷工况投运的SCR烟气脱硝系统，在锅炉省煤器和SCR烟气脱硝反应器之间的脱销烟道上设置补燃装置，可以实现锅炉从点火至100％BMCR工况任一负荷下的全负荷烟气脱硝。但是该发明设置的补燃装置需要消耗额外的能量，没有对启动过程中的能量进行回收。
中国专利CN 116412393A公开了一种提高SCR脱硝反应器入口烟气温度的烟气系统，在SCR反应器之前设置氢气燃烧器，可以实现全负荷范围内烟气温度满足脱硝投运的条件，增强了机组的调峰性能，提高了机组的安全性。该发明同样不能做到回收工质能量的效果，需要消耗大量的额外能源。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统及运行方法，用于解决火电机组启动过程中SCR入口烟温过低的问题并回收部分能量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，包括锅炉炉膛1，锅炉炉膛1后部依次设置有末级换热器7、烟气-蒸汽换热器8、烟气温度测点9和SCR反应器10，SCR反应器10后连接有空气预热器2；锅炉炉膛1上方有主蒸汽管道25和再热蒸汽管道26，主蒸汽通过高主门15、高旁27分别进入高压缸19、再热蒸汽冷段管路31，高压缸排汽通过高排逆止门29前的高压缸排气阀17而后经减温减压阀14进入疏水扩容器23，再热蒸汽26通过中调门16、中旁30分别进入中压缸20、疏水扩容器23；高旁27中的一路主蒸汽通过热源蒸汽管路28进入烟气-蒸汽换热器8，换热后通过第一减温减压器11进入再热蒸汽冷段管路31。
高旁27中的另一路主蒸汽通过第二减温减压装置12后汇入再热蒸汽冷段管路31，中旁30中的再热蒸汽通过第三减温减压装置13后汇入疏水扩容器23。
烟气-蒸汽换热器8的热源蒸汽管路28上装有控制阀门18。
中压缸20通过管路与低压缸21连接，低压缸21与疏水扩容器23及凝汽器24连接。
空气预热器2后依次连接有电除尘器3、引风机4、脱硫塔5和烟囱6。
高压缸19、中压缸20和低压缸21通过轴与发电机22相连。
所述的提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统的运行方法，火电机组启动过程中锅炉炉膛1产生的主蒸汽部分进高压缸19，另一部分会进入高旁27，高旁27中一部分主蒸汽通过第二减温减压装置12减温减压后汇入再热蒸汽冷段管路31，通过热源蒸汽管路28将另一部分主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器8进行加热烟气温度，换热完成后的蒸汽经过第一减温减压装置11后汇入再热蒸汽冷段管路31；为了实现温度的控制以及投切灵活，在热源蒸汽管路28上安装控制阀门18，通过控制阀门18的开度进而控制流经热源蒸汽管路28的主蒸汽流量；在SCR反应器10之前设置有烟气温度测点9，SCR入口烟温通过烟气温度测点9进行监视，当机组处于启动过程中时，烟气温度低于SCR脱硝投入的最低温度时，通过热源蒸汽管路28将部分高温主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器8用于加热烟气，通过控制阀门18控制热源蒸汽管路28中高温主蒸汽的流量，精确控制烟温，保证烟气温度不低于SCR脱硝要求的最低温度，达到提高SCR入口烟气温度的效果；烟气在经过SCR反应器10后进入空气预热器2，经过烟气-蒸汽换热器8加热后的烟气温度更高，在经过空气预热器2时能够给一二次风提供更多的能量，将一二次风加热到更高的温度，有助于锅炉在低负荷时的稳定燃烧，达到回收部分能量的效果；
当汽轮机高压缸19、中压缸20和低压缸21未启动时，锅炉炉膛1产生的蒸汽全都经过高旁27、第二减温减压装置12后进入再热蒸汽冷段管路31，此时启动烟气-蒸汽换热器8对旁路蒸汽的热量进行回收，通过调节阀门18对进入热源蒸汽管路28中的蒸汽流量进行控制，通过烟气温度测点9对烟气温度进行监视，保证SCR反应器10入口烟气温度在要求的范围内。
本发明的有益效果为：
本发明提出了一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，可以使机组在启动过程中的烟气温度满足SCR反应器的投入需求，减少火电机组启动过程中的污染物排放。
本发明投运或停运较为方便，灵活性较强，不会对机组正常运行产生影响。
本发明提出的系统利用了火电机组启动过程中旁路中的蒸汽，该系统在机组启动过程中利用旁路热量对烟气进行加热，烟气经过SCR反应器后进入空气预热器，可以对空气预热器中的一二次风进行加热，部分能量得到了回收利用，提高了火电机组启动过程的能量利用效率。
附图说明
图1为本发明的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示了，本发明提出的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，包括锅炉炉膛1，锅炉炉膛1后部依次设置有末级换热器7、烟气-蒸汽换热器8、烟气温度测点9和SCR反应器10，SCR反应器10后连接有空气预热器2，空气预热器2后依次连接有电除尘器3、引风机4、脱硫塔5和烟囱6；锅炉炉膛1上方有主蒸汽管道25和再热蒸汽管道26，主蒸汽通过高主门15、高旁27分别进入高压缸19、再热蒸汽冷段管路31，高压缸排汽通过高排逆止门29前的高压缸排气阀17而后经减温减压阀14进入疏水扩容器23，再热蒸汽26通过中调门16、中旁30分别进入中压缸20、疏水扩容器23，中压缸20通过管路与低压缸21连接，低压缸21与疏水扩容器23及凝汽器24连接；高旁27中的一路主蒸汽通过热源蒸汽管路28进入烟气-蒸汽换热器8，换热后通过第一减温减压器11进入再热蒸汽冷段管路31。
进一步地，高旁27中的另一路主蒸汽通过第二减温减压装置12后汇入再热蒸汽冷段管路31，中旁30中的再热蒸汽通过第三减温减压装置13后汇入疏水扩容器23。在火电机组启动过程中，在锅炉炉膛1产生的蒸汽参数未达到高压缸19与中压缸20的冲转参数时，通过高旁27与中旁30可将工质进行回收，防止造成浪费，节约补给水；在冲转高压缸19与中压缸20时，通过高旁27与中旁30可控制压力，防止压力波动。同时，进入再热蒸汽冷段管路31的蒸汽可保证锅炉炉膛1中的所有受热面都有一定的蒸汽通过，保证运行的安全；若火电机组进行热态启动，进入再热蒸汽冷段管路31的蒸汽可以使锅炉炉膛1快速暖管，缩短启动时间。
进一步地，高压缸19、中压缸20和低压缸21通过轴与发电机22相连。
进一步地，烟气-蒸汽换热器8的热源蒸汽管路28上装有控制阀门18，便于控制流经热源蒸汽管路28的主蒸汽流量。
火电机组启动过程中锅炉炉膛1产生的主蒸汽部分进高压缸19，另一部分会进入高旁27，高旁27中一部分主蒸汽通过第二减温减压装置12减温减压后汇入再热蒸汽冷段管路31，通过热源蒸汽管路28将另一部分主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器8进行加热烟气温度，换热完成后的蒸汽经过第一减温减压装置11后汇入再热蒸汽冷段管路31。为了实现温度的控制以及投切灵活，在热源蒸汽管路28上安装控制阀门18，通过控制阀门18的开度进而控制流经热源蒸汽管路28的主蒸汽流量。在SCR反应器10之前设置有烟气温度测点9，SCR入口烟温通过烟气温度测点9进行监视，当机组处于启动过程中时，烟气温度低于SCR脱硝投入的最低温度时，通过热源蒸汽管路28将部分高温主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器8用于加热烟气，通过控制阀门18控制热源蒸汽管路28中高温主蒸汽的流量，精确控制烟温，保证烟气温度不低于SCR脱硝要求的最低温度，达到提高SCR入口烟气温度的效果。烟气在经过SCR反应器10后进入空气预热器2，经过烟气-蒸汽换热器8加热后的烟气温度更高，在经过空气预热器2时可以给一二次风提供更多的能量，将一二次风加热到更高的温度，有助于锅炉在低负荷时的稳定燃烧，达到回收部分能量的效果。
当汽轮机高压缸19、中压缸20和低压缸21未启动时，锅炉炉膛1产生的蒸汽全都经过高旁27、第二减温减压装置12后进入再热蒸汽冷段管路31，此时启动烟气-蒸汽换热器8对旁路蒸汽的热量进行回收，通过调节阀门18对进入热源蒸汽管路28中的蒸汽流量进行控制，通过烟气温度测点9对烟气温度进行监视，保证SCR反应器10入口烟气温度在要求的范围内。
实施例
机组启动过程中利用汽轮机旁路热量加热烟气。SCR催化剂的正常工作温度在310℃～420℃之间，以下实施例按照最低的310℃进行计算。以某1000MW锅炉为例，当锅炉负荷低于30％BMCR(Boilermaximum continuous rating)时，末级换热器出口烟气温度会低于265℃，此时温差ΔT＝45℃。
锅炉烟气流量简化计算如下式所示：
其中：Aar为煤炭中的灰份含量，％；Car为煤炭中的碳含量，％；Sar为煤炭中的硫含量，％；Har为煤炭中的氢含量，％；Oar为煤炭中的氧含量，％；Fcoal为给煤量，kg/s；arfa为过量空气系数；Q4为锅炉中的机械不完全燃烧损失。
通过计算，当锅炉负荷低于30％BMCR时，流量约为360kg/s。烟气的质量定压比热容Cp会随着温度的变化而变化，本实施例计算过程中由于温度变化范围较小，所以假定烟气的质量定压比热容Cp为定值，取Cp＝1.07kJ/kg/K。
则每小时可利用的旁路热量：热量(q)＝流量(D)×温差(Δt)×比热容(Cp)，即
q＝360×45×1.07×3600＝62402400kJ
利用这些热量可以将SCR反应器入口烟气温度提升至310℃，同时，空气预热器入口的烟气温度也提高了。
空气预热器入口一二次风空气流量在锅炉负荷低于30％BMCR时可以取为345kg/s，假定空气的质量定压比热容为定值，取1.0046kJ/kg/K。
则不使用暖风器的热量，一二次风平均温度可以提高：
ΔT1＝62402400÷3600÷1.0046÷345≈50
通过计算，若每小时利用旁路热量62402400kJ，则可以满足SCR反应器即SCR脱硝系统的正常运行，同时回收的部分热量可以将一二次风的平均温度提高约50℃。若将此部分能量折算为标准煤，则每小时可以节约用煤约为B＝62402400/29270≈2.1t。由此可见，在火电机组启动过程中利用旁路热量，对烟气进行加热，用以提高烟气的温度，不仅可以使SCR反应器即SCR脱硝装置更快地投入，还可以利用这部分能量对一二次风进行加热，减少启动过程中加热一二次风所用到的辅助蒸汽用汽。
Claims (7)
1.一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：包括锅炉炉膛(1)，锅炉炉膛(1)后部依次设置有末级换热器(7)、烟气-蒸汽换热器(8)、烟气温度测点(9)和SCR反应器(10)，SCR反应器(10)后连接有空气预热器(2)；锅炉炉膛(1)上方有主蒸汽管道(25)和再热蒸汽管道(26)，主蒸汽通过高主门(15)、高旁(27)分别进入高压缸(19)、再热蒸汽冷段管路(31)，高压缸排汽通过高排逆止门(29)前的高压缸排气阀(17)而后经减温减压阀(14)进入疏水扩容器(23)，再热蒸汽(26)通过中调门(16)、中旁(30)分别进入中压缸(20)、疏水扩容器(23)；高旁(27)中的一路主蒸汽通过热源蒸汽管路(28)进入烟气-蒸汽换热器(8)，换热后通过第一减温减压器(11)进入再热蒸汽冷段管路(31)。
2.根据权利要求1所述的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：高旁(27)中的另一路主蒸汽通过第二减温减压装置(12)后汇入再热蒸汽冷段管路(31)，中旁(30)中的再热蒸汽通过第三减温减压装置(13)后汇入疏水扩容器(23)。
3.根据权利要求1所述的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：烟气-蒸汽换热器(8)的热源蒸汽管路(28)上装有控制阀门(18)。
4.根据权利要求1所述的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：中压缸(20)通过管路与低压缸(21)连接，低压缸(21)与疏水扩容器(23)及凝汽器(24)连接。
5.根据权利要求1所述的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：空气预热器(2)后依次连接有电除尘器(3)、引风机(4)、脱硫塔(5)和烟囱(6)。
6.根据权利要求1所述的一种提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统，其特征在于：高压缸(19)、中压缸(20)和低压缸(21)通过轴与发电机(22)相连。
7.权利要求1至6任一项所述的提高火电机组启动过程中SCR入口烟温的系统的运行方法，其特征在于：
火电机组启动过程中锅炉炉膛(1)产生的主蒸汽部分进高压缸(19)，另一部分会进入高旁(27)，高旁(27)中一部分主蒸汽通过第二减温减压装置(12)减温减压后汇入再热蒸汽冷段管路(31)，通过热源蒸汽管路(28)将另一部分主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器(8)进行加热烟气温度，换热完成后的蒸汽经过第一减温减压装置(11)后汇入再热蒸汽冷段管路(31)；为了实现温度的控制以及投切灵活，在热源蒸汽管路(28)上安装控制阀门(18)，通过控制阀门(18)的开度进而控制流经热源蒸汽管路(28)的主蒸汽流量；在SCR反应器(10)之前设置有烟气温度测点(9)，SCR入口烟温通过烟气温度测点(9)进行监视，当机组处于启动过程中时，烟气温度低于SCR脱硝投入的最低温度时，通过热源蒸汽管路(28)将部分高温主蒸汽引入烟气-蒸汽换热器(8)用于加热烟气，通过控制阀门(18)控制热源蒸汽管路(28)中高温主蒸汽的流量，精确控制烟温，保证烟气温度不低于SCR脱硝要求的最低温度，达到提高SCR入口烟气温度的效果；烟气在经过SCR反应器(10)后进入空气预热器(2)，经过烟气-蒸汽换热器(8)加热后的烟气温度更高，在经过空气预热器(2)时能够给一二次风提供更多的能量，将一二次风加热到更高的温度，有助于锅炉在低负荷时的稳定燃烧，达到回收部分能量的效果；
当汽轮机高压缸(19)、中压缸(20)和低压缸(21)未启动时，锅炉炉膛(1)产生的蒸汽全都经过高旁(27)、第二减温减压装置(12)后进入再热蒸汽冷段管路(31)，此时启动烟气-蒸汽换热器(8)对旁路蒸汽的热量进行回收，通过调节阀门(18)对进入热源蒸汽管路(28)中的蒸汽流量进行控制，通过烟气温度测点(9)对烟气温度进行监视，保证SCR反应器(10)入口烟气温度在要求的范围内。
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