CN217152124U - 一种燃气轮机运行全过程脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，包括余热锅炉，余热锅炉的烟道上安装有SCR装置和排烟旁路脱硝装置，SCR装置包括依次连接的高温升压风机、尿素制氨装置、安装在所述烟道内的喷氨装置和脱硝反应装置；排烟旁路脱硝装置包括氮氧化物吸附/解吸装置、低温烟气进口管路和低温烟气出口管路；低温烟气进口管路的两端分别连接氮氧化物吸附/解吸装置和烟道的后端；低温烟气出口管路的两端分别连接氮氧化物吸附/解吸装置和烟道的尾端，本实用新型将SCR脱硝装置与吸附脱硝装置进行深度的有机结合，充分发挥两种装置的优点，避免各自的不足，实现燃气轮机运行全过程脱硝，有效降低系统的复杂性，节约投资及运行维护成本。

Description

一种燃气轮机运行全过程脱硝系统

技术领域

本实用新型属于燃气轮机脱硝技术领域，具体涉及一种燃气轮机运行全过程脱硝系统。

背景技术

以燃气轮机为核心的联合循环发电是一种先进的发电方式，具有效率高、启停快、污染物较燃煤电站低的特点，在低碳、节能、减排中发挥重要的作用。现代燃气轮机的发展趋势是通过提高燃烧室出口温度，以提高效率。但燃烧室出口温度提高将增加排气中的氮氧化物浓度(NOx)。NOx是燃气轮机排放的主要污染物之一，NOx能引发酸雨、光化学污染及雾霾问题，危害人体及生态环境。

目前燃气轮机普遍采用低氮燃烧技术，在正常工作负荷下，排放的烟气中NOx浓度较低，满足国家规定的燃气轮机排放限值50mg/Nm³。随着可再生能源的不断发展并网，电网需要燃气轮机电站频繁调整负荷或频繁启停以进行调峰，而燃气轮机在低负荷及启停过程中，为保证燃烧稳定性，采用高温扩散燃烧模式，这就导致燃气轮机烟气中NOx浓度明显升高。

目前火电站烟气NOx后处理方法主要有两种：选择性非催化还原(SNCR) 与选择性催化还原(SCR)。SNCR的工作温度区间约为800～1200℃，SCR的工作区间一般在300～400℃。燃气轮机透平出口烟气温度约为500～600℃，因而燃气轮机联合循环电厂一般采用SCR方法进行脱硝。

SCR脱硝方法可解决燃气轮机在低负荷时烟气中NOx排放浓度高的问题，但由于其存在工作温度区间(300～400℃)，所以在燃气轮机启停阶段，因烟气温度低、流量小，SCR脱硝系统往往不能投入使用。燃气轮机启停机期间，其排烟出口NOx浓度可高达250mg/Nm³，远高于国家规定排放限值50mg/Nm³。一般燃气轮机热态启动大约需要1小时，冷态启动需要3～4小时，燃气轮机停机大约需要0.5小时。因此，对于频繁启停的调峰燃气轮机机组，其启停过程中NOx浓度超标是一个不容忽视的问题，而目前现有技术无法解决燃气轮机机组启停过程中 NOx浓度超标的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在提供一种燃气轮机运行全过程的脱硝系统和方法，可以实现燃气轮机运行全过程的脱硝，启停机期间吸附NOx，正常运行期间解吸NOx，并使用SCR脱硝装置脱除烟气中的NOx，降低机组NOx 总排放量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，包括余热锅炉，所述余热锅炉的烟道上安装有SCR装置和排烟旁路脱硝装置，所述SCR装置用于反应燃气轮机排气中的NOx；所述SCR装置包括高温升压风机、尿素制氨装置、安装在所述烟道内的喷氨装置和脱硝反应装置，所述高温升压风机的两端分别与入口烟道、尿素制氨装置连接，从余热锅炉入口抽取高温烟气，增加烟气的动能；所述排烟旁路脱硝装置，用于燃气轮机启停期间吸附低温烟气中的氮氧化物，燃气轮机正常运行时解吸已吸附的氮氧化物，所述排烟旁路脱硝装置包括氮氧化物吸附/解吸装置、低温烟气进口管路和低温烟气出口管路，所述氮氧化物吸附/解吸装置用于燃气轮机启停机期间吸附低温烟气中的氮氧化物，燃气轮机正常运行时解吸已吸附的氮氧化物；所述低温烟气进口管路的两端分别连接所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述烟道的后端，所述低温烟气出口管路的两端分别连接所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述余热锅炉烟囱的入口处；所述低温烟气进口管路从余热锅炉的烟道尾端至氮氧化物吸附/解吸装置；所述低温烟气出口管路从氮氧化物吸附/解吸装置至余热锅炉烟囱入口。

进一步地，所述排烟旁路脱硝装置还包括加热管路、还原性气体管路和解吸气体管路，所述加热管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述高温升压风机与尿素制氨装置之间的管路连接，所述还原性气体管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述尿素制氨装置与所述喷氨装置之间的管路连接；所述解吸气体管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述入口烟道连接，所述解吸气体管路与所述烟道连接处位于所述喷氨装置前方。

进一步地，所述烟道的尾端与余热锅炉烟囱连接，所述余热锅炉烟囱内安装有余热锅炉CEMS；用于监测烟囱出口烟气的NOx浓度。

进一步地，所述氮氧化物吸附/解吸装置包含多组氮氧化物吸附/解吸组件，重复使用，方便更换。

进一步地，所述低温烟气进口管路与所述烟道尾端连接处设置有三通调节挡板，用于控制烟气往氮氧化物吸附/解吸装置的流量，往排烟旁路脱硝装置的烟气流量占总烟气流量的0～100％；所述低温烟气出口管路与所述余热锅炉烟囱的入口连接处设置有两通挡板，用于配合氮氧化物吸附/解吸装置低温吸附功能的投入和退出。

进一步地，所述加热管路上设置有加热管路电动调阀；所述还原性气体管路上设置有还原性气体管路电动调阀；所述解吸气体管路上设置有解吸气体管路出口电动阀。

进一步地，所述解吸气体管路出口电动阀后布置多个烟气喷射口，均匀布置于所述喷氨装置前所述余热锅炉的烟道截面上。

使用所述燃气轮机运行全过程脱硝系统的脱硝方法：

燃气轮机启停期间，利用所述排烟旁路脱硝装置吸附低温烟气中的NOx，配合所述三通调节挡板控制旁路烟气流量，控制余热锅炉烟囱排气的NOx浓度；

燃气轮机稳定运行期间，使用所述尿素制氨装置排出的含NH₃高温烟气，以小烟气流量解吸出已吸附的NOx；解吸后，利用所述SCR装置除去烟气中的NOx，包含燃气轮机实时排放的NOx及排烟旁路脱硝装置解吸出的NOx；在稳定运行脱硝过程和燃气轮机启停脱硝过程中均不影响所述余热锅炉的正常吸热。

所述低温烟气进口管路与所述低温烟气出口管路配合使用；所述加热管路与所述解吸气体管路配合使用；所述还原性气体管路与所述解吸气体管路配合使用；三条路径同一时间仅能使用一条路径。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型可实现燃气轮机运行全过程的脱硝，启停机期间吸附NOx，正常运行期间解吸NOx，并使用SCR脱硝装置脱除烟气中的NOx(包含燃气轮机实时排放的NOx及排烟旁路脱硝装置解吸出的NOx)，降低机组NOx总排放量。

2、本实用新型的脱硝系统，将SCR脱硝装置与排烟旁路脱硝装置进行深度的有机结合，充分发挥两种装置的优点，避免各自的不足。相对于单独使用SCR 脱硝装置，本发明借助排烟旁路脱硝装置吸附/解吸脱硝实现启停机阶段烟囱出口烟气NOx的可控，并降低机组NOx总排放量；相对于单独使用排烟旁路脱硝装置吸附/解吸脱硝，本发明充分利用SCR脱硝装置产生的微正压、高温的还原性气体(NH₃)，充分利用燃气轮机排烟温度高而余热锅炉排烟温度低的特点，无需增加加热/冷却装置、风机、还原性气体产生装置，仅需要氮氧化物吸附/解吸装置、三通挡板、两通挡板及连接管道，就可实现燃气轮机运行全过程脱硝，有效降低系统的复杂性，可节约投资及运行维护成本。

3、本实用新型在启停机期间通过调节低温烟气进口管路入口三通调节挡板，控制排烟旁路脱硝装置的烟气流量占比，实现烟囱出口NOx浓度的可控，兼顾脱硝系统的环保性和经济性。

4、本实用新型在启停机期间，取用烟囱前低温烟气进行吸附脱硝，不影响余热锅炉热量利用；在解吸期间，使用小流量烟气，对锅炉热力系统运行几乎无影响；解吸完成后，排烟旁路脱硝装置退出，不影响燃气轮机烟风系统及余热锅炉吸热。

附图说明

附图1为本实用新型脱硝系统的示意图；

附图2为使用脱硝系统脱硝的方法流程示意图。

附图标记：1、入口烟道；2、余热锅炉烟囱；3、余热锅炉CEMS；4、高温升压风机；5、尿素制氨装置；6、喷氨装置；7、脱硝反应装置；8、加热管路电动调阀；9、还原性气体管路电动调阀；10、氮氧化物吸附/解吸装置；11、解吸气体管路出口电动阀；12、三通调节挡板；13、两通挡板。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1所示，一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，包括余热锅炉，余热锅炉的烟道上安装有SCR装置和排烟旁路脱硝装置，SCR装置用于反应燃气轮机排气中的NOx；SCR装置包括高温升压风机4、尿素制氨装置5、安装在烟道1内的喷氨装置6和脱硝反应装置7，高温升压风机4的两端分别与入口烟道1、尿素制氨装置5连接，高温升压风机4从余热锅炉的入口烟道1抽取高温烟气；尿素制氨装置5用于制取氨气；喷氨装置6用于喷射氨气混合气，并使其沿烟气界面均匀分布；脱硝反应装置7作为氨气与氮氧化物的反应区域，喷氨装置6在脱硝反应装置7稍前，以便于烟气与氨气混合，烟气脱硝流程为：高温升压风机→尿素制氨装置→喷氨装置→脱硝反应装置。

排烟旁路脱硝装置用于燃气轮机启停期间吸附低温烟气中的氮氧化物，燃气轮机正常运行时解吸已吸附的氮氧化物，排烟旁路脱硝装置包括氮氧化物吸附/ 解吸装置10、低温烟气进口管路和低温烟气出口管路，氮氧化物吸附/解吸装置 10用于燃气轮机启停机期间吸附低温烟气中的氮氧化物，燃气轮机正常运行时解吸已吸附的氮氧化物，氮氧化物吸附/解吸装置10包含多组氮氧化物吸附/解吸组件，重复使用，方便更换；低温烟气进口管路的两端分别连接氮氧化物吸附/解吸装置10和烟道1的后端，低温烟气出口管路的两端分别连接氮氧化物吸附/解吸装置10和余热锅炉烟囱的入口处，低温烟气进口管路从余热锅炉的烟道尾端至氮氧化物吸附/解吸装置10；低温烟气出口管路从氮氧化物吸附/解吸装置10至余热锅炉烟囱2的入口，烟道1的尾端与余热锅炉烟囱2连接，余热锅炉烟囱2内安装有余热锅炉CEMS 3；用于监测烟囱出口烟气的NOx浓度。

排烟旁路脱硝装置还包括加热管路、还原性气体管路和解吸气体管路，加热管路的两端分别与氮氧化物吸附/解吸装置10和高温升压风机4与尿素制氨装置 5之间的管路连接，将烟气从高温升压风机4的出口输送至氮氧化物吸附/解吸装置10；还原性气体管路的两端分别与氮氧化物吸附/解吸装置10和尿素制氨装置5与喷氨装置6之间的管路连接，将还原性气体从尿素制氨装置5的出口输送至氮氧化物吸附/解吸装置10；解吸气体管路的两端分别与氮氧化物吸附/解吸装置 10和余热锅炉的烟道1连接，解吸气体管路与烟道连接处位于喷氨装置6前方，将解吸后混合烟气从氮氧化物吸附/解吸装置10输送至喷氨装置6前的，烟道1内。

低温烟气进口管路与烟道1的尾端连接处设置有三通调节挡板12，用于控制烟气往氮氧化物吸附/解吸装置10的流量，往排烟旁路脱硝装置的烟气流量占总烟气流量的0～100％；低温烟气出口管路与余热锅炉烟囱2的入口连接处设置有两通挡板13，用于配合氮氧化物吸附/解吸装置10低温吸附功能的投入和退出。

加热管路上设置有加热管路电动调阀8，用于控制烟气往氮氧化物吸附/解吸装置10的流量，维持氮氧化物吸附/解吸装置10正式解吸前的高温，防止尿素制氨装置5的出口含NH₃的烟气出现低温结晶；往氮氧化物吸附/解吸装置10的烟气流量占高温升压风机4总烟气流量的0-50％。

还原性气体管路上设置有还原性气体管路电动调阀9，用于控制还原气体(含 NH3的烟气)往氮氧化物吸附/解吸装置10的流量，以控制氮氧化物吸附/解吸装置10的解吸速率，防止烟气中NOx浓度超越SCR装置的处理极限，往氮氧化物吸附/解吸装置10的烟气流量占尿素制氨装置5的出口总烟气流量的0-50％。

解吸气体管路上设置有解吸气体管路出口电动阀11，用于配合排烟旁路脱硝装置加热或高温解吸功能的投入和退出，解吸气体管路出口电动阀11后布置多个烟气喷射口，均匀布置于喷氨装置6前余热锅炉的烟道1截面上。

如图2所述，使用燃气轮机运行全过程脱硝系统的脱硝方法：

燃气轮机启停期间，利用排烟旁路脱硝装置吸附低温烟气中的NOx，配合所述三通调节挡板12控制旁路烟气流量，控制余热锅炉烟囱2排气的NOx浓度；

燃气轮机稳定运行期间，使用尿素制氨装置5排出的含NH3高温烟气，以小烟气流量解吸出已吸附的NOx；解吸后，利用SCR装置除去烟气中的NOx，包含燃气轮机实时排放的NOx及排烟旁路脱硝装置解吸出的NOx；在稳定运行脱硝过程和燃气轮机启停脱硝过程中均不影响所述余热锅炉的正常吸热。

低温烟气进口管路与低温烟气出口管路配合使用，经低温烟气进口管路往氮氧化物吸附/解吸装置10的烟气流量占总烟气流量的0～100％；加热管路与解吸气体管路配合使用，经加热管路往氮氧化物吸附/解吸装置10的烟气流量占高温升压风机4总烟气流量的0-50％；还原性气体管路与解吸气体管路配合使用，经还原性气体管路往氮氧化物吸附/解吸装置10的含NH3烟气流量占尿素制氨装置 5的出口总烟气流量的0-50％；三条路径同一时间仅能使用一条路径；氮氧化物吸附/解吸装置10包含多组吸附/解吸组件，可重复使用，可便于更换。

本实用新型的脱硝系统，将SCR脱硝装置与排烟旁路脱硝装置进行深度的有机结合，充分发挥两种装置的优点，避免各自的不足。相对于单独使用SCR 脱硝装置，本发明借助排烟旁路脱硝装置吸附/解吸脱硝实现启停机阶段烟囱出口烟气NOx的可控，并降低机组NOx总排放量；相对于单独使用排烟旁路脱硝装置吸附/解吸脱硝，本发明充分利用SCR脱硝装置产生的微正压、高温的还原性气体(NH3)，充分利用燃气轮机排烟温度高而余热锅炉排烟温度低的特点，无需增加加热/冷却装置、风机、还原性气体产生装置，仅需要氮氧化物吸附/解吸装置、三通挡板、两通挡板及连接管道，就可实现燃气轮机运行全过程脱硝，有效降低系统的复杂性，可节约投资及运行维护成本。

备注：本发明中氮氧化物吸附/解吸装置解吸条件是高温、还原性气氛。取自发明专利《一种锆基氮氧化物吸附剂及其再生方法，公开号为CN 1557537A》。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，包括余热锅炉，所述余热锅炉的入口烟道上安装有SCR装置和排烟旁路脱硝装置，所述SCR装置用于反应燃气轮机排气中的NOx；所述SCR装置包括高温升压风机、尿素制氨装置、安装在所述烟道内的喷氨装置和脱硝反应装置，所述高温升压风机的两端分别与所述入口烟道、所述尿素制氨装置连接；所述排烟旁路脱硝装置包括氮氧化物吸附/解吸装置、低温烟气进口管路和低温烟气出口管路；所述低温烟气进口管路的两端分别连接所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述烟道的后端连接，所述低温烟气出口管路的两端分别连接所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述余热锅炉烟囱的入口处，所述低温烟气进口管路从余热锅炉的烟道尾端至氮氧化物吸附/解吸装置；所述低温烟气出口管路从氮氧化物吸附/解吸装置至余热锅炉烟囱入口。

2.如权利要求1所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述排烟旁路脱硝装置还包括加热管路、还原性气体管路和解吸气体管路，所述加热管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述高温升压风机与尿素制氨装置之间的管路连接，所述还原性气体管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述尿素制氨装置与所述喷氨装置之间的管路连接；所述解吸气体管路的两端分别与所述氮氧化物吸附/解吸装置和所述烟道连接，所述解吸气体管路与所述烟道连接处位于所述喷氨装置前方。

3.如权利要求1所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述烟道的尾端与余热锅炉烟囱连接，所述余热锅炉烟囱内安装有余热锅炉CEMS；用于监测烟囱出口烟气的NOx浓度。

4.如权利要求2所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述氮氧化物吸附/解吸装置包含多组氮氧化物吸附/解吸组件，重复使用，方便更换。

5.如权利要求1所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述低温烟气进口管路与所述烟道的尾端连接处设置有三通调节挡板，用于控制烟气往氮氧化物吸附/解吸装置的流量。

6.如权利要求1所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述低温烟气出口管路与所述余热锅炉烟囱入口的连接处设置有两通挡板，用于配合氮氧化物吸附/解吸装置低温吸附功能的投入和退出。

7.如权利要求2所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述加热管路上设置有加热管路电动调阀；所述还原性气体管路上设置有还原性气体管路电动调阀；所述解吸气体管路上设置有解吸气体管路出口电动阀。

8.如权利要求7所述的一种燃气轮机运行全过程脱硝系统，其特征在于，所述解吸气体管路出口电动阀后布置多个烟气喷射口，均匀布置于所述喷氨装置前所述余热锅炉的烟道截面上。

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