CN204880082U - 一种改善脱硝效果的给水加热系统 - Google Patents

Abstract

一种改善脱硝效果的给水加热系统，包括喷射式热泵、高压蒸汽阀、抽汽进汽阀、混合蒸汽出口阀、喷射式热泵切换阀、锅炉、汽轮机、高压加热器，锅炉连接喷射式热泵和汽轮机，从汽轮机的回热抽汽管引出第一管路与高压加热器相连通，第二管路与喷射式热泵相连通，所述的喷射式热泵的出口与高压加热器蒸汽侧相连通，使低负荷下锅炉的给水温度提高30℃-60℃，使SCR装置的有效运行负荷区间大幅度拓展，保证了低负荷下烟气的脱硝效果，提高了锅炉的其安全可靠性。

Description

一种改善脱硝效果的给水加热系统

技术领域

本实用新型涉及一种火电机组给水加热系统，特别涉及一种改善脱硝效果的给水加热系统。

背景技术

目前我国火电机组装机容量占总装机容量的70％左右、发电量占总发电量的80％左右，火电在电力工业中占主导地位。我国火电机组不但承担基本负荷，还频繁参与调峰，低负荷及频繁变负荷已成为我国大型燃煤机组的正常运行状态。随着我国社会经济发展及生活方式的变化，电网峰谷差已高达50％。据中电联统计，近年来我国火电机组年平均利用小时数在5000小时左右，机组负荷率低于60％，机组在全生命周期中处于变工况运行的时间比已达70％。

目前阶段，我国燃煤火电机组脱硝普遍采用选择性催化还原法(SCR)，其原理是在催化剂的作用下，NO_x与NH₃发生反应，生成水蒸汽与氮气。为保证脱硝的效果，要求烟气的温度在一定范围之内，烟气温度过高，则催化剂易烧结、丧失活性；烟气温度过低，则反应速度下降、影响脱硝效果。在实际工程中，SCR装置安装在省煤器之后、空气预热器之前，以满足脱硝所要求的烟气温度。

当火电机组低负荷运行时，省煤器出口烟温下降，SCR装置内催化剂的活性削弱，一方面影响脱硝效果，使烟气中的NO_x含量增加；另一方面造成氨逃逸，在空预器及锅炉尾部烟道内形成NH₄F、(NH₄)₂SO₃等，阻塞流动通道，使烟气阻力上升，影响设备的安全稳定运行。当机组负荷下降时，烟气流量也随之下降，炉膛出口烟温降低，再热蒸汽温度及锅炉给水温度均下降，从而导致省煤器出口烟温下降；当负荷下降至一定值之后，SCR装置的脱硝效率急剧下降，使NOx排放升高；未反应的NH₃逃逸，在空预器及锅炉尾部烟道内形成NH₄F、(NH₄)₂SO₃等，阻塞流动通道，使烟气阻力上升；烟气温度下降，使空预器出口热风温度降低、影响锅炉的燃烧稳定性，并加剧锅炉尾部烟道相关设备的腐蚀。我国新的火电厂烟气污染物排放标准制定后，全国火电机组的SCR脱硝装置在低负荷运行时均出现了这些问题。

为解决上述问题，现有的措施主要有给水旁路、烟气旁路、省煤器分级布置等。给水旁路虽然系统简单、投资小，但在运行中会使给水温度及流量产生很大的扰动，威胁锅炉水冷壁的水动力安全性；烟气旁路投资大、且烟气温度不均匀，效果较差；省煤器分级布置可解决低负荷下SCR的脱硝问题，但在高负荷下SCR装置易超温、使催化剂烧结。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种用于改善火电机组低负荷脱硝效果给水加热系统，通过给水加热通过提高锅炉给水温度来减少烟气在省煤器中的放热，其安全性好、投资适中，具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种火电机组给水加热系统，包括喷射式热泵、高压蒸汽阀、抽汽进汽阀、混合蒸汽出口阀、喷射式热泵切换阀、锅炉、汽轮机、高压加热器，其特征在于：锅炉连接喷射式热泵和汽轮机，从汽轮机的回热抽汽管引出第一管路与高压加热器相连通，同时引出第二管路与喷射式热泵相连通，所述的喷射式热泵的出口与高压加热器蒸汽侧相连通，高压加热器出水侧接与锅炉相连通。

进一步地，在第一管路上安装有喷射式热泵切换阀，与高压加热器相连通。

进一步地，在锅炉与喷射式热泵之间的管路上安装有高压蒸汽阀。

进一步地，在第二管路上安装有抽汽进汽阀，与喷射式热泵相连通。

进一步地，喷射式热泵连接至锅炉的水冷壁出口联箱；汽轮机压力最高的回热抽汽管经抽汽进汽阀进入喷射式热泵。

进一步地，喷射式热泵通过喷射式热泵切换阀进行投运及停运之间的切换。

进一步地，喷射式热泵的工作参数范围为：引射比大于0，压缩比大于1。

进一步地，喷射式热泵的工作参数范围为：引射比为0.1～2.0，压缩比为1.2～2.5。

本实用新型的优点是：从锅炉水冷壁出口联箱引出温度较低的主蒸汽，引射压力汽轮机1段抽汽，以喷射式热泵出口混合蒸汽取代1段抽汽作为1号高加的汽源，通过大幅度提高锅炉给水给水温度来改善机组低负荷下的脱硝效果。采用该技术，可使低负荷下锅炉的给水温度提高30℃-60℃，使SCR装置的有效运行负荷区间大幅度拓展，保证了低负荷下烟气的脱硝效果，提高了锅炉的其安全可靠性。

附图说明

图1是本系统的结构示意图。

图2是喷射式热泵的原理图。

图中1、喷射式热泵；2、高压蒸汽阀；3、1段抽汽进汽阀；4、混合蒸汽出口阀；5、喷射式热泵切换阀；6、锅炉；7、汽轮机；8、1号高压加热器；9、高压喷嘴；10、混合腔；11、高压蒸汽；12、中压蒸汽；13、低压蒸汽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，本实用新型中系统包括喷射式热泵1、高压蒸汽阀2、1段抽汽进汽阀3、混合蒸汽出口阀4及喷射式热泵切换阀5；与锅炉相连通的喷射式热泵1和汽轮机7，在锅炉与喷射式热泵1之间的管路上安装有高压蒸汽阀2，汽轮机7中压力最高的回热抽汽经由回热抽汽管引出一路经喷射式热泵切换阀5与高压加热器8相连通，另一路经抽汽进汽阀3后与喷射式热泵1相连通，所述的喷射式热泵1的出口经混合蒸汽出口阀4与高压加热器8蒸汽侧相连通，高压加热器8加热锅炉给水，高压加热器8的出水侧与锅炉6相连通。

喷射式热泵1所需的高压蒸汽来自锅炉6的水冷壁出口联箱，经高压蒸汽进汽阀2进入喷射式热泵1；被引射蒸汽来自汽轮机7的1段回热抽汽，经1段抽汽进汽阀3进入喷射式热泵1；高压蒸汽在喷射式热泵内将1段抽汽压缩，所形成的混合蒸汽经混合蒸汽出口阀4进入1号高压加热器8加热锅炉给水；喷射式热泵1通过喷射式热泵切换阀5进行投运及停运之间的切换；

当火电机组运行负荷较大、锅炉省煤器出口烟温满足SCR装置脱硝的要求时，开启喷射式热泵切换阀5，关闭高压蒸汽进汽阀2、1段抽汽进汽阀3；当火电机组负荷较低、锅炉省煤器出口烟温不满足SCR装置脱硝的要求时，关闭喷射式热泵切换阀5，开启高压蒸汽进汽阀2、1段抽汽进汽阀3；当火电机组负荷很低、喷射式热泵1出口混合蒸汽压力不能满足给水加热要求时，关闭喷射式热泵切换阀5、1段抽汽进汽阀3，开启高压蒸汽进汽阀2；

喷射式热泵1的工作参数范围为：引射比(1段抽汽与高压蒸汽流量的比值)大于0，优选为0.1～2.0，压缩比(喷射式热泵出口混合蒸汽绝对压力与1段抽汽绝对压力的比值)大于1，优选为1.2～2.5。

本实用新型提出的方案属于给水加热，其原理是通过提高进入1号高压加热器的加热蒸汽压力，来提高锅炉的给水温度。由于低负荷时锅炉给水流量下降，该加热器的换热能力比较富裕，当加热蒸汽压力升高后，其出水温度也升高，从而实现了给水温度的提升。

为了提升进入1号高压加热器的加热蒸汽的压力，本实用新型采用了图2所示的喷射式热泵，利用锅炉水冷壁出口联箱上的预留接口引出高压蒸汽，经高压蒸汽阀进入喷射式热泵，而1段抽汽经过1段抽汽进汽阀进入喷射式热泵，所产生的混合蒸汽压力介于这两股进汽之间，代替1段抽汽进入1号高压加热器，从而实现低负荷下给水温度的提升。由于锅炉水冷壁出口联箱及1段抽汽温度均较低，相关的管道及阀门均可用普通的耐热钢材，系统投资较低。

喷射式热泵广泛应用于多种领域。图2给出了喷射式热泵的原理示意图，高压蒸汽11经过高压喷嘴9膨胀形成高速气流，与低压蒸汽13混合，经过混合腔10后形成压力介于高压蒸汽与低压蒸汽之间的中压蒸汽12，其实质是利用高压蒸汽的动能来提升低压蒸汽的压力。与其他类型的热泵相比，这种热泵结构简单，无运动部件，工作过程安全可靠。

由于采用部分锅炉水冷壁出口蒸汽代替1段抽汽作为1号高压加热器的加热汽源，采用本实用新型后机组的效率有所下降，经计算煤耗率上升约0.3g/kWh左右；因此该系统设计了切换功能，在高负荷下可采用切除喷射式热泵，恢复到原有的回热系统。

当机组负荷很低时，喷射式热泵的出口压力不能满足给水加热的需求，此时需要切除1段抽汽，来自锅炉水冷壁出口联箱的蒸汽经喷射式热泵后进入1号高压加热器，此时喷射式热泵相当于减压节流装置。

本实用新型的优点

(1)本实用新型利用喷射式热泵与低负荷给水加热器加热给水，提高了低负荷运行状况下的给水温度，保证了低负荷工况的脱硝效果。喷射式热泵结构简单，无运动部件，工作过程安全可靠；

(2)采用本实用新型可使给水温度提高30℃-60℃；

(3)本实用新型的低负荷给水加热系统，其系统简单，投资小，安全可靠；即可用于新建机组设计，也可用于既有机组的改造，具有广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的解释，并不用于限制本实用新型，尽管对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火电机组给水加热系统，包括喷射式热泵、高压蒸汽阀、抽汽进汽阀、混合蒸汽出口阀、喷射式热泵切换阀、锅炉、汽轮机、高压加热器，其特征在于：锅炉连接喷射式热泵和汽轮机，从汽轮机的回热抽汽管引出第一管路与高压加热器相连通，同时引出第二管路与喷射式热泵相连通，所述的喷射式热泵的出口与高压加热器蒸汽侧相连通，高压加热器出水侧接与锅炉相连通。

2.根据权利要求1所述火电机组给水加热系统，其特征在于：在第一管路上安装有喷射式热泵切换阀，与高压加热器相连通。

3.根据权利要求2所述火电机组给水加热系统，其特征在于：在锅炉与喷射式热泵之间的管路上安装有高压蒸汽阀。

4.根据权利要求3所述火电机组给水加热系统，其特征在于：在第二管路上安装有抽汽进汽阀，与喷射式热泵相连通。

5.根据权利要求1所述火电机组给水加热系统，其特征在于：喷射式热泵连接至锅炉的水冷壁出口联箱；汽轮机压力最高的回热抽汽管经抽汽进汽阀进入喷射式热泵。

6.根据权利要求2所述火电机组给水加热系统，其特征在于：喷射式热泵通过喷射式热泵切换阀进行投运及停运之间的切换。

7.根据权利要求1所述火电机组给水加热系统，其特征在于：喷射式热泵的工作参数范围为：引射比大于0，压缩比大于1。

8.根据权利要求7所述火电机组给水加热系统，其特征在于：喷射式热泵的工作参数范围为：引射比为0.1～2.0，压缩比为1.2～2.5。