CN110905662A - 采用湿烟气再循环的低nox燃气-蒸汽联合循环***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气‑蒸汽联合循环***及方法，包括压气机，压气机的高压气体出口依次经燃烧室、燃气透平和余热锅炉连接，余热锅炉通过烟气再循环管与喷淋塔的烟气进口连接，喷淋塔的烟气出口经烟气再循环风机与压气机的空气管道连接，余热锅炉通过管道与蒸汽轮机连接，蒸汽轮机同轴连接发电机。本发明可减小燃烧室内过量空气系数，在保证燃气轮机效率的前提下，有效降低NOX的排放；同时，变负荷情况下，可保证燃气轮机效率，减少循环水泵不必要的耗功。
Description
技术领域
本发明属于燃气-蒸汽联合循环技术领域，具体涉及一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***及方法。
背景技术
一个简单的燃气-蒸汽联合循环的热力***包括压气机、燃烧室、燃气透平、余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器、给水泵、发电机。空气在压气机中绝热压缩，后与燃料混合，在燃烧室中燃烧，产生的烟气进入燃气透平膨胀做功，利用燃气透平将烟气中的部分能量转化为机械能，由于燃气轮机排气温度高达450～600℃，为回收这部分热量，烟气从燃气轮机中排出并沿烟道进入余热锅炉，用余热锅炉吸收燃气轮机排气的热量产生蒸汽，然后用汽轮机将蒸汽的热量转换为机械能，余热锅炉尾部烟气经烟囱排向大气。
空气中氮气的含量高达78％，在高温条件(>1500℃)下，空气中的氮气会和氧气发生化学反应，生成热力型NOX，当温度超过1500℃后，NOX的生成量会随温度的升高而迅速增加。当燃气轮机以热化石油气为燃料时，燃烧室中火焰理论燃烧温度为1950℃，以天然气为燃料时，燃烧室中火焰理论燃烧温度高达2300℃，因此该情况下会产生大量的热力型NOX，排放到环境中会造成严重的污染。
为满足国家低NOX排放要求，现有技术大多采用较为极端的措施来降低NOX的排放。例如，湿式低NOX燃烧技术，通过向燃烧室注入高浓度除盐水或蒸汽，通过降低燃烧室温度以减少NOX的排放，但该技术存在很大的局限性，如采用高浓度除盐水不仅需要较高的制备成本，而且会缩短燃气轮机热部件的寿命。另一种可降低NOX排放的尾部烟道选择性催化还原技术，虽然在催化剂的作用下，能有效的降低NOX的排放，但成本较高，同时还会存在催化剂失效的情况，造成氨气排放到环境中，造成污染。目前，较为有效降低NOX排放的方法是分级燃烧技术，通过降低燃烧室温度，来抑制热力型NOX的生成。
当前，降低燃气-蒸汽联合循环中NOX排放的技术大多是通过降低燃烧室内温度来抑制NOX的生成或在尾部吸收NOX，以降低NOX的排放。现有技术往往忽略了燃烧室中过量空气系数对NOX生成的影响，而实际氮气与氧气反应过程中，NOX生成速率与氧气浓度的平方根呈正比，因此当过量空气系数减少时，可有效降低热力型NOX的生成速率，从而减少NOX的生成。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***及方法，从减少过量空气系数的角度，在保证燃气轮机效率的情况下，大幅降低NOX的排放。
本发明采用以下技术方案：
采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，包括压气机，压气机的高压气体出口依次经燃烧室、燃气透平和余热锅炉连接，余热锅炉通过烟气再循环管与喷淋塔的烟气进口连接，喷淋塔的烟气出口经烟气再循环风机与压气机的空气管道连接，余热锅炉通过管道与蒸汽轮机连接，蒸汽轮机同轴连接发电机。
具体的，喷淋塔的下方设置有循环水池，循环水池的出口管道经循环水泵与循环水管的循环水入口相连；循环水管的循环水出口与喷淋装置连接。
进一步的，循环水管上装有第二电动阀和第二流量计，第二流量计后端的循环水管设置有多个循环水管支路，每个循环水管支路上均安装有调节阀和喷淋装置。
具体的，烟气再循环管的一端与余热锅炉的尾部烟道连接，另一端与喷淋塔连接；烟气再循环管上依次安装有第一电动阀和第一流量计。
具体的，喷淋塔与烟气再循环风机之间的管道上设置有热电偶测温计。
本发明的另一个技术方案是，一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***的工作方法，采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***包括压缩机，压气机包括空气管道和烟气管道；空气管道入口与大气连接，压气机的高压气体出口依次经燃烧室、燃气透平和余热锅炉连接，余热锅炉通过烟气再循环管与喷淋塔的烟气进口连接，烟气再循环管上依次设置有第一电动阀和第一流量计，喷淋塔的烟气出口经烟气再循环风机与压气机的空气管道连接，喷淋塔的烟气出口处设置有热电偶测温计，余热锅炉的内部布置有多个锅炉受热面；锅炉受热面的出口管道依次经蒸汽轮机凝汽器和给水泵后与锅炉受热面的进口管道相连，蒸汽轮机同轴连接发电机；喷淋塔的下方设置有循环水池，循环水池经循环水泵与循环水管的循环水入口相连；循环水管的循环水出口经第二电动阀和第二流量计后分多个循环水管之路，每个循环水管支路上均安装有调节阀和喷淋装置；
空气和再循环烟气经进气管道进入压气机，经绝热压缩后进入燃烧室与燃料进行燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃气透平膨胀做功，将排气引入余热锅炉；排气与余热锅炉内的锅炉受热面进行热交换，产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机中膨胀做功，做过功的蒸汽在凝汽器中冷凝为凝结水，然后经给水泵再送入锅炉受热面；
余热锅炉的尾部烟气一部分经烟囱排出，另一部分经烟气再循环管分流；分流出的烟气经烟气再循环管进入喷淋塔，在喷淋装置的作用下，喷淋水与烟气进行逆流接触换热，最后流入循环水池，利用循环水泵将循环水池中的循环水送入各循环水管支路，进入下一循环；
烟气与喷淋水换热后，通过烟气再循环风机将低温烟气送入空气管道，与空气混合后进入压气机的进气管道；通过第一流量计测量再循环烟气流量并控制烟气再循环风机进口挡板开度来调节烟气再循环率，降低燃烧室中过量空气系数；
利用热电偶测温计测量减温后烟气温度，控制各循环水管支路的调节阀开度，时时调节喷淋水流量。
具体的，喷淋水与烟气进行逆流接触换热后，烟气温度为15～30℃。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，从减少过量空气系数的角度出发，在余热锅炉尾部烟道分流出部分烟气，利用喷淋塔除去烟气中灰尘、降低烟气温度，通过调整烟气再循环风机进口挡板开度来调节烟气再循环率，以减少燃烧室中的过量空气系数，从而降低燃烧室中NOX的生成速率，进而达到降低NOX排放的目的。
进一步的，在喷淋塔底部设置循环水池，可将与烟气换热的喷淋水冷却到环境温度，以避免循环水温不断升高和喷淋水与烟气的换热效果降低。通过在循环水管安装电动阀和流量计、循环水管支路安装调节阀，可以根据烟气流量，及时调节喷淋水流量，避免不必要的循环水泵耗功。
进一步的，当机组变负荷运行时，通过调节第一电动阀和第一流量计，及时调整再循环烟气的流量，在保证燃气轮机效率的前提下，降低NOX的排放。
进一步的，设置热电偶测温计来测量换热后再循环烟气温度，根据测量温度的高低调节循环水的流量，以降低喷淋塔出口再循环烟气的温度。
综上所述，本发明可减小燃烧室内过量空气系数，在保证燃气轮机效率的前提下，有效降低NOX的排放；同时，变负荷情况下，可保证燃气轮机效率，减少循环水泵不必要的耗功。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明***示意图
其中：1.压气机；2.燃烧室；3.燃气透平；4.余热锅炉；5.锅炉受热面；6.蒸汽轮机；7.发电机；8.凝汽器；9.给水泵；10.第一电动阀；11.第一流量计；12.烟气再循环管；13.喷淋塔；14.循环水池；15.循环水泵；16.循环水管；17.第二电动阀；18.第二流量计；19.调节阀；20.喷淋装置；21.热电偶测温计；22.烟气再循环风机。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，包括压气机1、燃烧室2、燃气透平3、余热锅炉4、锅炉受热面5、蒸汽轮机6、发电机7、凝汽器8，给水泵9、电动阀10、流量计11、烟气再循环管12、喷淋塔13、循环水池14、循环水泵15、循环水管16、电动阀17、流量计18、调节阀19、喷淋装置20、热电偶测温计21和烟气再循环风机22。
压气机1包括空气管道和烟气管道，压气机1的进气包括两部分，一部分是空气，另一部分是从余热锅炉4的尾部烟道分流出的部分烟气；空气管道入口与大气相连接，压气机1产生的高压气体依次经燃烧室2、燃气透平3和余热锅炉4后通过烟气再循环管12与喷淋塔13的烟气进口相连，喷淋塔13的烟气出口通过烟气再循环管与烟气再循环风机22入口连接，烟气再循环风机22的出口通过烟气再循环管道与压气机1的空气管道相连。
其中，喷淋塔13与烟气再循环风机22之间的管道上设置有热电偶测温计21。
烟气再循环管12的一端与余热锅炉4的尾部烟道连接；烟气再循环管12上依次安装有第一电动阀10和第一流量计11。
余热锅炉4的内部布置有多个锅炉受热面5；锅炉受热面5的出口管道与蒸汽轮机6的进气管道相连；蒸汽轮机6与发电机7同轴连接；蒸汽轮机6的排气管道依次经凝汽器8和给水泵9后与锅炉受热面5的进口管道相连。
喷淋塔13的下方布置有循环水池14，循环水池14的出口管道经循环水泵15与循环水管16的循环水入口相连；循环水管16的循环水出口与喷淋装置20相连。
循环水管16上装有第二电动阀17和第二流量计18，第二流量计18后端的循环水管16包括多个循环水管支路，每个循环水管支路上依次安装有调节阀19和喷淋装置20。
本发明一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环的工作过程为：
空气和再循环烟气经进气管道进入压气机1，经绝热压缩后进入燃烧室2与燃料进行燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃气透平3膨胀做功，将排气引入余热锅炉4；
排气与余热锅炉4内的锅炉受热面5进行热交换，产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机6中膨胀做功，做过功的蒸汽在凝汽器8中冷凝为凝结水，然后经给水泵9再送入锅炉受热面5；
余热锅炉4的尾部烟气分为两部分，一部分直接经烟囱排向大气，另一部分经烟气再循环管12分流出部分烟气；在机组启停时，控制第一电动阀10开关；在机组运行时，分流出的烟气经烟气再循环管12进入喷淋塔13，在喷淋装置20的作用下，喷淋水与烟气进行逆流接触换热，将烟气的温度降低至30℃，最后流入循环水池14，利用循环水泵15将循环水池14中的循环水送入各循环水管支路，进入下一循环；
烟气与喷淋水换热后，烟气温度大幅度降低；在烟气再循环风机22的作用下，将低温烟气送入空气管道，与空气混合后进入压气机1的进气管道；通过第一流量计11测量再循环烟气流量并控制烟气再循环风机22进口挡板开度来调节烟气再循环率，从而降低燃烧室中过量空气系数；
利用热电偶测温计21测量减温后烟气温度，控制各循环水管支路的第二调节阀19的开度，以便时时调节喷淋水流量，保证燃气轮机效率。
对于北方地区，夏季时，循环水温取20℃；冬季时，循环水温取5℃；此时，烟气再循环率的范围为0～15％；相应的，喷淋水流量的范围为300.5～845t/h。通过上述参数的选取，可将烟气温度控制在15～30℃内，这样既在降低NOX排放的同时，也避免了压气机进口温度太高，降低燃气轮机效率。以上数据会根据地区和季节发生一定的变化，这里仅作保守估计，对于其它环境下，不同的循环水温也在该专利考虑范围内。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (7)
1.采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，其特征在于，包括压气机(1)，压气机(1)的高压气体出口依次经燃烧室(2)、燃气透平(3)和余热锅炉(4)连接，余热锅炉(4)通过烟气再循环管(12)与喷淋塔(13)的烟气进口连接，喷淋塔(13)的烟气出口经烟气再循环风机(22)与压气机(1)的空气管道连接，余热锅炉(4)通过管道与蒸汽轮机(6)连接，蒸汽轮机(6)同轴连接发电机(7)。
2.根据权利要求1所述的采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，其特征在于，喷淋塔(13)的下方设置有循环水池(14)，循环水池(14)的出口管道经循环水泵(15)与循环水管(16)的循环水入口相连；循环水管(16)的循环水出口与喷淋装置(20)连接。
3.根据权利要求2所述的采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，其特征在于，循环水管(16)上装有第二电动阀(17)和第二流量计(18)，第二流量计(18)后端的循环水管(16)设置有多个循环水管支路，每个循环水管支路上均安装有调节阀(19)和喷淋装置(20)。
4.根据权利要求1所述的采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，其特征在于，烟气再循环管(12)的一端与余热锅炉(4)的尾部烟道连接，另一端与喷淋塔(13)连接；烟气再循环管(12)上依次安装有第一电动阀(10)和第一流量计(11)。
5.根据权利要求1所述的采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***，其特征在于，喷淋塔(13)与烟气再循环风机(22)之间的管道上设置有热电偶测温计(21)。
6.一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***的工作方法，其特征在于，采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环***包括压缩机(1)，压气机(1)包括空气管道和烟气管道；空气管道入口与大气连接，压气机(1)的高压气体出口依次经燃烧室(2)、燃气透平(3)和余热锅炉(4)连接，余热锅炉(4)通过烟气再循环管(12)与喷淋塔(13)的烟气进口连接，烟气再循环管(12)上依次设置有第一电动阀(10)和第一流量计(11)，喷淋塔(13)的烟气出口经烟气再循环风机(22)与压气机(1)的空气管道连接，喷淋塔(13)的烟气出口处设置有热电偶测温计(21)，余热锅炉(4)的内部布置有多个锅炉受热面(5)；锅炉受热面(5)的出口管道依次经蒸汽轮机(6)凝汽器(8)和给水泵(9)后与锅炉受热面(5)的进口管道相连，蒸汽轮机(6)同轴连接发电机(7)；喷淋塔(13)的下方设置有循环水池(14)，循环水池(14)经循环水泵(15)与循环水管(16)的循环水入口相连；循环水管(16)的循环水出口经第二电动阀(17)和第二流量计(18)后分多个循环水管之路，每个循环水管支路上均安装有调节阀(19)和喷淋装置(20)；
空气和再循环烟气经进气管道进入压气机(1)，经绝热压缩后进入燃烧室(2)与燃料进行燃烧，燃烧产生的高温烟气进入燃气透平(3)膨胀做功，将排气引入余热锅炉(4)；排气与余热锅炉(4)内的锅炉受热面(5)进行热交换，产生的高温蒸汽进入蒸汽轮机(6)中膨胀做功，做过功的蒸汽在凝汽器(8)中冷凝为凝结水，然后经给水泵(9)再送入锅炉受热面(5)；
余热锅炉(4)的尾部烟气一部分经烟囱排出，另一部分经烟气再循环管(12)分流；分流出的烟气经烟气再循环管(12)进入喷淋塔(13)，在喷淋装置(20)的作用下，喷淋水与烟气进行逆流接触换热，最后流入循环水池(14)，利用循环水泵(15)将循环水池(14)中的循环水送入各循环水管支路，进入下一循环；
烟气与喷淋水换热后，通过烟气再循环风机(22)将低温烟气送入空气管道，与空气混合后进入压气机(1)的进气管道；通过第一流量计(11)测量再循环烟气流量并控制烟气再循环风机(22)进口挡板开度来调节烟气再循环率，降低燃烧室中过量空气系数；
利用热电偶测温计(21)测量减温后烟气温度，控制各循环水管支路的调节阀(19)开度，时时调节喷淋水流量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，喷淋水与烟气进行逆流接触换热后，烟气温度为15～30℃。
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