CN216062679U - 一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，内含SCR脱硝系统，包括：CO催化燃烧装置,设置于燃机出口扩散段，通过高活性催化剂采用催化燃烧法对CO进行催化氧化；变频排烟风机，通过增加转速，减少烟气在高温段的停留时间；喷淋装置，通过喷水雾将NO₂和NH₃溶于水雾中，生成NO₂ ^_综合去除烟气中的黄烟和氨气；烟气采集装置，包括三组采集点，分别设置于SCR脱硝系统的输入输出端的第一组采集点、设置于CO催化燃烧装置的输入输出端的第二组采集点以及设置于喷淋装置输出端的第三组采集点，有益效果：整套系统可最大程度的缓解燃气电厂启动阶段及低负荷阶段冒黄烟的现象，并降低机组向大气的氨（NH3）逃逸量。

Description

一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统

技术领域

本发明涉及化工领域，尤其涉及一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统。

背景技术

目前，国内大部分重型燃气蒸汽联合循环机组在启动以及低负荷工况下普遍存在冒黄烟问题。对于日启夜停以及调峰为主的燃气蒸汽联合循环机组，如何科学合理的解决黄烟问题仍是当前困扰燃机电厂的一个技术难题。通过监测可知，黄烟是由烟气中NO2含量升高导致，如下表所示，启动阶段，NO2占总氮的比例高达95％，同时CO的排放浓度高达2800ppm。

表1某型号燃机污染物排放与机组负荷的关系

由于氮氧化物是燃料与空气在燃气轮机中高温燃烧产生，氮氧化物的产生机理，一氧化氮和二氧化氮的生成和转化机理如下：

根据研究发现CO对NO转化成NO2起着至关重要的作用，如下图3和图4 所示。

因此，在燃机出口余热锅炉扩散段处，烟温容易达到500-600℃，因此如图 4和图5所示，假如CO浓度达到100ppm左右，NO向NO2转化率将达到40-60％，甚至更高，导致最终的NO/NOX的占比降至5％，NOX中绝大部分将是NO2， NO2为黄色，最终导致机组“冒黄烟”现象。

根据数值仿真计算结果，假如烟气在余热锅炉中停留时间越长，NO向NO2 转化的几率更大，如图5所示。

因此为全面研究燃气电厂低负荷阶段氮氧化物排放规律以及烟气在经过余热锅炉各个模块成分变化情况，为电厂监测并控制氮氧化物排放和抑制“冒黄烟”现象，亟需研发一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的装置和方法。

发明内容

本发明目的在于上述现有技术的不足，提供了一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，具体由以下技术方案实现：

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，内含SCR脱硝系统，该系统包括：CO催化燃烧装置、变频排烟风机、喷淋装置以及用于各项气体的浓度与烟气流动速度的烟气采集装置，所述CO催化燃烧装置设置于燃机出口扩散段， SCR脱硝系统设置于锅炉的烟气通道中，变频排烟风机设置于锅炉烟气通道烟气的出口一侧，喷淋装置设置于燃机的烟囱内，烟气采集装置设置于锅炉的烟气通道中。烟气采集装置包括三组采集点，分别为：设置于SCR脱硝系统的输入输出端的第一组采集点、设置于CO催化燃烧装置的输入输出端的第二组采集点以及设置于喷淋装置输出端的第三组采集点，所述三组采集点均能够采集烟气速度，其中第二、第三组采集点采集各项气体的浓度。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述三组采集点均采用烟气分析仪。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述系统还包括废水处理装置，所述废水处理装置包括：反应池、中和池以及回收利用池，所述反应池与锅炉烟气通道联通；中和池与反应池单向联通；回收利用池与中和池联通并通过水泵直接供给喷淋系统。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述中和池通过增加酸碱物质将从反应池抽入的水调节成中性。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述回收利用池还包括备用水箱，所述备用水箱与回收利用池联通。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述CO催化燃烧装置内设有用于采用催化燃烧法对CO进行催化氧化的高活性催化剂。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述高活性催化剂成分包括：Al₂O₃-SiO₂、Al₂O₃-MgO和TiO₂-SiO₂。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述系统还包括数据分析控制模块，所述数据分析控制模块分别与烟气采集装置、SCR脱硝系统、喷淋装置以及变频排烟风机通信连接。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，所述SCR 脱硝系统设置于锅炉的烟气通道的中部位置。

本发明的优点如下：

整套系统最大程度的缓解燃气电厂启动阶段及低负荷阶段冒黄烟的现象，并降低机组向大气的氨(NH3)逃逸量。

附图说明

图1是本发明的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的运行逻辑图。

图2是本发明的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的硬件示意图。

图2中，A：燃气轮机，B：CO催化燃烧装置，C：CO催化燃烧装置前后烟气成分测点(2台烟气分析仪)，D：SCR脱硝系统前后烟气成分测点(2台烟气分析仪)，E：余热锅炉内SCR脱硝系统，F：数据分析控制模块，G：废水处理装置(G1是废水池，G2是处理池，G3是清洁池)，H：喷淋系统用变频水泵，I：水雾喷淋系统，J：喷淋系统后的烟气成分和流量测点(1台烟气分析仪)，K：余热锅炉，L：废水处理前后的酸碱性测点，M：备用水箱，N：变频排烟风机。

图3是有无CO对NO转化成NO2的效果示意图。

图4是CO浓度对NO转化成NO2的效果示意图。

图5是不同滞留时间下NO转化率随入口NO浓度的变化示意图。

图6是数据分析模块的数据分析示意图。(第一组采集点)

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明。

如图2，锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，与SCR脱硝系统连接，主要由：CO催化燃烧装置、烟气采集装置、变频排烟风机以及喷淋装置组成。 CO催化燃烧装置,设置于燃机出口扩散段，通过高活性催化剂采用催化燃烧法对CO进行催化氧化。变频排烟风机，通过增加转速，减少烟气在高温段的停留时间。喷淋装置，通过喷水雾将NO₂和NH₃溶于水雾中，生成

综合去除烟气中的黄烟和氨气。烟气采集装置，包括三组采集点，分别设置于SCR脱硝系统的输入输出端的第一组采集点(即检测点C或检测点1、2)、设置于CO催化燃烧装置的输入输出端的第二组采集点(即检测点D或检测点3、4)以及设置于喷淋装置输出端的第三组采集点(即检测点J或检测点6。三组采集点均能够采集烟气速度，其中第二、第三组采集点采集各项气体的浓度。本实施例的三组采集点均采用烟气分析仪。

烟气自燃机出口流出后经CO催化燃烧装置、SCR脱硝系统后由变频排烟风机鼓风后，通过喷淋装置由烟囱排出

本实施例的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统还包括废水处理装置，废水处理装置主要由：反应池G1、中和池G2以及回收利用池G3组成。反应池，根据第二、第三组采集点采集的NO2和NH3浓度，增加酸性物质或者增加碱性物质，得到喷淋装置对烟气的黄烟现象和氨逃逸的缓解程度。中和池，抽入反应池的水，检测酸碱性后，将中和池的池水通过微量增加酸碱物质调节成中性。回收利用池，通过水泵直接供给喷淋系统，若回收利用池水位较低，启动备用水箱为喷淋装置供水。

本实施例的第一组采集点通过检测到催化燃烧装置前后的CO和NO_X浓度，监测CO催化燃烧装置对CO、NO、以及NO₂浓度的影响。

第二组采集点检测到SCR脱硝系统前后的NO、NO₂以及NH₃的浓度，监测SCR 脱硝系统对NO和NO₂浓度的影响。

本实施例的高活性催化剂成分包括：Al₂O₃-SiO₂、Al₂O₃-MgO和TiO₂-SiO₂。

所述锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统的进一步设计在于，还包括分析控制模块，所述喷淋装置由数据分析控制模块对喷淋装置的喷水量进行控制，通过喷水雾，对烟气中的NO₂和NH₃进行吸收，同时实现NO₂和NH₃溶于水滴中，生成NO₂-综合去除烟气中的黄烟和氨气。

H₂O+NH₃＝NH₃.H₂O

3NO₂+H₂O＝2HNO₃+NO

具体喷雾水量，按照上面反应式进行如下计算：

废液处理装置中，废液中主要成分为NH₃H₂O和HNO₃，然后生成NH₄NO₃，根据水中酸碱度检测，如果反应一段时间后，废液呈酸性，说明HNO₃浓度更高，则需要在废液处理装置中增加碱性物质Ca(OH)₂；如果反应一段时间后，废液呈碱性，说明NH₃H₂O浓度更高，则需要在废液处理装置中增加碱性物质HNO₃。

结合图1、图6，本实施例的分析控制模块的控制逻辑为：在燃机启动或停机阶段(燃机负荷≤50％Base load基本负荷)，机组由于采用扩散燃烧模式会产生“冒黄烟”现象(J测点处NO2浓度大于等于15ppm)，燃机电厂由于加装了CO 催化氧化装置，对余热锅炉扩散段烟气中的CO进行催化氧化生成CO2，根据图 3可知，CO浓度的降低将有大大降低NO向NO2转化的几率，因此，CO催化氧化装置可初步缓解“冒黄烟”现象；后续控制逻辑包括如下步骤：

步骤1)若在CO催化氧化装置CO催化氧化装置发挥作用后，分析控制模块结合第三组采集点反馈的浓度数据，判定存在冒黄烟现象，则数据分析控制模块控制 SCR脱硝系统进行喷氨量的调控，通过氨水与二氧化氮的催化反应，来减少烟囱出口处的NO₂排放浓度并缓解黄烟现象；

步骤2)若分析控制模块判定冒黄烟现象依然存在，数据分析控制模块将启动水雾喷淋装置,喷雾量根据计算所得的C(喷水量，mg)执行，喷出的水雾将与烟气中NO₂和NH₃发生反应，烟气中大部分NO₂将溶于水中，如果检测到冒黄烟现象依然存在，则每次提高喷水量C(喷水量，mg)的5％，直至达到喷淋C(喷水量，mg) 的200％；并对最后流到废水处理装置进行处理，在处理后若回收利用池中水酸碱性达到要求，就通过水泵打入水雾喷淋装置进行循环利用；

步骤3)若分析控制模块判定冒黄烟现象依然存在，数据分析控制模块控制变频排烟风机增加余热锅炉内部的烟气流速，减少烟气在余热锅炉的停留时间，以此缓解低负荷时段冒黄烟现象，具体为：变频风机每次增加10％风机基本转速，当冒黄烟现象得到有效控制，就不再增加转速；当检测到冒黄烟现象依然存在，则继续对风机提速，直至提速至基本转速的200％。

本实施例中，分析控制模块判定冒黄烟现象为第三组采集点处NO₂浓度大于等于15ppm。

分析控制模块控制逻辑的步骤1)中喷氨量根据第三组采集点来测量获得NO 和NO₂浓度，通过NO和NO的催化反应，计算获得基本喷氨量，如果分析控制模块判定冒黄烟现象依然存在，则每次提高喷氨量5％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，内含SCR脱硝系统，其特征在于包括：CO催化燃烧装置、变频排烟风机、喷淋装置以及用于各项气体的浓度与烟气流动速度的烟气采集装置，所述CO催化燃烧装置设置于燃机出口扩散段，SCR脱硝系统设置于锅炉的烟气通道中，变频排烟风机设置于锅炉烟气通道烟气的出口一侧，喷淋装置设置于燃机的烟囱内，烟气采集装置设置于锅炉的烟气通道中，烟气采集装置包括三组采集点，分别为：设置于SCR脱硝系统的输入输出端的第一组采集点、设置于CO催化燃烧装置的输入输出端的第二组采集点以及设置于喷淋装置输出端的第三组采集点，所述三组采集点均能够采集烟气速度，其中第二、第三组采集点采集各项气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述三组采集点均采用烟气分析仪。

3.根据权利要求1所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述系统还包括废水处理装置，所述废水处理装置包括：反应池、中和池以及回收利用池，所述反应池与锅炉烟气通道联通；中和池与反应池单向联通；回收利用池与中和池联通并通过水泵直接供给喷淋系统。

4.根据权利要求3所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述中和池通过增加酸碱物质将从反应池抽入的水调节成中性。

5.根据权利要求4所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述回收利用池还包括备用水箱，所述备用水箱与回收利用池联通。

6.根据权利要求1所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述CO催化燃烧装置内设有用于采用催化燃烧法对CO进行催化氧化的高活性催化剂。

7.根据权利要求6所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述高活性催化剂成分包括：Al₂O₃-SiO₂、Al₂O₃-MgO和TiO₂-SiO₂。

8.根据权利要求1所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述系统还包括数据分析控制模块，所述数据分析控制模块分别与烟气采集装置、SCR脱硝系统、喷淋装置以及变频排烟风机通信连接。

9.根据权利要求1所述的锅炉侧缓解燃气机组冒黄烟现象的系统，其特征在于所述SCR脱硝系统设置于锅炉的烟气通道的中部位置。

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