一种加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高联合循环电厂性能的方法，特别是一种加热NOX注水提高联合循环电厂性能的方法，其要点在于，将常规联合循环电厂闭式冷却水系统中余热锅炉辅助设备部分独立为开式冷却水系统，其余闭式冷却水系统根据循环冷却水量相应调整；由独立的管道向余热锅炉辅助设备提供除盐水作为冷却水，与余热锅炉辅助设备配备的冷却器进行热交换，冷却辅助设备散热部件，同时被初步加热；除盐水进一步就近通往布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器中，被尾部烟气加热到燃机NOX注水模块允许的最高工作温度；最后除盐水经管道输送至燃机NOX注水模块，喷入燃机燃烧室，参与燃油燃烧。在满足NOX排放要求的前提下，同时起到吸收辅助设备散热、减少燃油消耗量和降低热耗率的作用，从而提高燃油联合循环电厂的性能。
【专利说明】
一种加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法
技术领域
[000? ]本发明涉及一种提尚联合循环电厂性能的方法，特别是一种加热NOx注水提尚联合循环电厂性能的方法。
【背景技术】
[0002]燃气-蒸汽联合循环电厂主要燃用天然气、轻柴油和重油等燃料。在以燃用轻柴油和重油等液体燃料为主的国家和地区，要使得燃机NOx排放满足环保要求，燃机通常配有NOx注水模块，用以将水质合格的除盐水喷入燃烧室参与燃烧。此外联合循环电厂通常配有闭式循环冷却水系统，用以不断地吸收辅助设备的散热、冷却辅助设备。闭式循环冷却水水质为除盐水。
[0003]闭式循环冷却水系统、除盐水系统和燃机NOx注水流程参照附图1:
闭式循环冷却水系统主要包括闭式膨胀水箱1、闭式循环水栗2、闭式循环水换热器3、汽机房辅助设备4、燃机房辅助设备5、余热锅炉辅助设备6和其他辅助设备7。闭式循环水通过闭式循环水栗2经闭式循环水换热器3冷却后，经闭式循环水管道输送至汽机房辅助设备
4、燃机房辅助设备5、余热锅炉辅助设备6和其他辅助设备7等并对这些辅助设备进行冷却，沿程闭式循环水温度逐渐升高、压头逐渐降低。升温后的闭式循环水返回经闭式循环水栗2升压后，再经闭式循环水换热器3通过与开式水进行换热冷却，如此完成循环冷却过程。开式水受热升温后返回至循环水系统或通风冷却塔进行散热，热量全部损失至自然环境中；同时由于循环冷却过程中存在闭式循环水损失，因此需要由除盐水管道向闭式膨胀水箱I补水，进而闭式膨胀水箱I向闭式循环冷却水系统进行补水。
[0004]燃机NOx注水的流程则具体为:NOx注水(即除盐水)经除盐水管道输送至燃机NOx注水模块8，进一步喷入燃机燃烧室9参与燃烧过程，最后随燃机烟气排入余热锅炉10，进而排入大气。该过程中，如果NOx注水未经加热或者加热不足而喷入燃机燃烧室后，会明显降低燃机出力、燃机效率和提高热耗率，很大程度上影响联合循环电厂的整体性能。
[0005]在满足NOx排放要求及电厂出力的前提下，减少燃油消耗量、降低热耗率，成为燃油联合循环电厂性能优化努力的方向。符合上述要求的解决方法就是对NOx注水进行预加热。本领域中给出了一种预加热方式，即在原有的基础上增加一套加热器11，该加热器引接余热锅炉10中的热水，这样就可以从余热锅炉10中抽取一定量的给水用以加热NOx注水，具体参照附图2，来自余热锅炉1中压系统的给水在加热器11中加热NOx注水后返回余热锅炉10凝结水系统，继续参与热力循环，经加热后再次流经给水加热器11。
[0006]然而此解决方案的问题在于:需要增设一套中压给水换热器及管道系统，增加初投资，而且，加热器11作为独立的设备，需要做一系列的防护处理，并就近外置于余热锅炉附近，这样一来就需要增加辅助设备的厂区占地，方案的实用性和适用性都不高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种实用性和适用性高、预加热效果好、提高燃机出力和燃机效率、从而提高机组性能的加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法。
[0008]本发明所述目的是通过以下途径来实现的:
加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法，提供燃机NOx注水加热系统和闭式循环冷却水系统:其中，燃机NOx注水加热系统，包括燃机NOx注水模块、燃机燃烧室以及余热锅炉，上述三者依序通过管道进行串接，除盐水管道设置一旁支管道为NOx注水管道，
闭式循环冷却水系统，包括闭式膨胀水箱、闭式循环水栗、闭式循环水换热器、汽机房辅助设备、燃机房辅助设备和余热锅炉辅助设备，除盐水管道接入闭式膨胀水箱，闭式膨胀水箱的输出端通过管道依序连接闭式循环水栗、闭式循环水换热器，闭式循环水换热器的输出端则分别连接到所述各辅助设备，而各个辅助设备的输出端连接到闭式循环水栗的输入端；
其要点在于，包括如下步骤:
余热锅炉辅助设备中的高中压给水栗和凝结水循环栗部分由原来的闭式循环冷却水系统中独立出来，成为开式冷却水系统，此时由闭式循环水换热器传送过来的冷却水不再经过高中压给水栗和凝结水循环栗部分，
NOx注水管道接入所述的开式冷却水系统的输入端口，NOx注水经由除盐水管道进入开式冷却水系统，并与开式冷却水系统进行热交换，所述高中压给水栗和凝结水循环栗部分被冷却，而NOx注水则被一级加热；
在余热锅炉的尾部烟道中设置烟囱加热器，余热锅炉辅助设备中的开式冷却水系统靠近余热锅炉尾部烟道布置，就近连接烟囱加热器的除盐水入口；烟囱加热器的除盐水出口和燃机NOx注水模块位于燃机-余热锅炉轴线的同一侧；
开式冷却水系统的输出端口通过管道连接到烟囱加热器的除盐水入口，并从烟囱加热器的除盐水出口引出，所引出的管道进一步连接到燃机NOx注水模块中；
被一级加热后的NOx注水进入位于余热锅炉中的烟囱加热器，由余热锅炉中的尾部烟气提供热量，使得位于烟囱加热器中的NOx注水被二级加热；
二级加热后的NOx注水经由管道传送到燃机NOx注水模块，进一步喷入燃机燃烧室参与燃烧过程，最后随燃机烟气排入余热锅炉，进而排入大气。
[0009]由于余热锅炉辅助设备中的高中压给水栗和凝结水循环栗被独立于原有的闭式循环冷却水系统之外，因此修改后的闭式循环冷却水系统中的循环水量将减少，根据新的循环水量及设计流速闭式水系统将得到以下优化，包括:
(I)缩小闭式冷却水系统母管规格;(2)减小闭式水栗特性参数，降低闭式水栗电功率；
(3)减少闭式水换热器换热面积，进而缩小设备尺寸。
[0010]通过NOx注水管道向开式冷却水系统提供的水量为联合循环电厂燃油工况时需要的NOx注水量，然后进一步根据开式冷却水系统中设备的冷却要求，调整高中压给水栗和凝结水循环栗等辅助设备冷却器的换热面积。通过NOx注水管道向开式冷却水系统提供的水为除盐水，该除盐水冷却完开式冷却水系统中的各个设备(高中压给水栗和凝结水循环栗)后成为一级加热水，经管道汇流在一起，沿同侧进入布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器中，此时的二级加热温度为燃机NOx注水模块允许的最高工作温度。
[0011]由此，本发明可取得以下积极效果: 1、充分利用原有的系统设备进行管路改造，避免增加设备，减少投资费用。
[0012]2、利用余热锅炉辅助设备较为靠近余热锅炉的关系，将余热锅炉辅助设备中部分开放，成为开式冷却水系统，同时在余热锅炉的尾气烟道中设置烟囱加热器，由此开式冷却水系统在实现对设备冷却的同时，成为NOx注水的一级加热系统，而烟囱加热器则为二级加热系统，两级加热确保NOx注水能够被充分加热到足够的温度，增加进入燃烧室NOx注水的显热，减少燃油、除盐水消耗，降低联合循环热耗率，提高机组性能。
[0013]3、对于同样的燃机NOx注水模块工作温度，除盐水吸收余热锅炉辅助设备散热后初步升温，可减少其从余热锅炉尾部烟气吸收的热量，有助于余热锅炉中压蒸汽产量，进一步有助于汽轮机出力的提高。
[0014]4、降低闭式冷却水系统的复杂性，减少闭式冷却水量，缩小闭式冷却水系统母管规格，减少管道系统工程量;减小闭式水栗特性参数，降低闭式水栗电功率;减少闭式水换热器换热面积，进而缩小设备尺寸;降低设备初投资。
【附图说明】
[0015]图1为本发明【背景技术】所述燃机NOx注水加热系统和闭式循环冷却水系统的系统
流程示意图；
图2为本发明【背景技术】所述燃机NOx注水加热系统改造后的系统流程示意图；
图3为本发明最佳实施例所述燃机NOx注水加热系统和闭式循环冷却水系统的系统流程不意图；
图4为与本发明最佳实施例进行对比的单一级加热的燃机NOx注水系统的系统流程示意图。
[0016]下面结合实施例对本发明做进一步描述。
【具体实施方式】
[0017]最佳实施例:
参照附图3，加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法，包括如下步骤:
1、首先，将常规联合循环电厂闭式冷却水系统中余热锅炉辅助设备部分独立为开式冷却水系统，所述的开式冷却水系统包括高中压给水栗和凝结水循环栗等辅助设备，如果系统中有省煤器循环栗，则也将该设备列入开式冷却水系统中，其余闭式冷却水系统根据循环冷却水量相应调整；
2、其次，由独立的管道向余热锅炉辅助设备提供除盐水作为冷却水，与余热锅炉辅助设备配备的冷却器进行热交换，冷却辅助设备散热部件，同时被一级加热；
3、再次，除盐水进一步就近通往布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器中，被尾部烟气二次加热到燃机NOx注水模块允许的最高工作温度；
4、最后，除盐水经管道输送至燃机NOx注水模块，喷入燃机燃烧室，参与燃油燃烧过程。
[0018]上述步骤进一步具体为:
1、联合循环电厂主厂房常规布置，即余热锅炉沿轴向布置在燃机扩散段之后，余热锅炉高中压给水栗、凝结水循环栗和省煤器循环栗(如有)等辅助设备靠近余热锅炉尾部烟道烟囱布置； 2、将余热锅炉辅助设备部分的闭式水系统独立为开式冷却水系统，即原闭式冷却水系统不再向高中压给水栗、凝结水循环栗和省煤器循环栗(如有)等提供冷却水，从而闭式冷却水系统循环水量减少。根据新的循环水量及推荐流速，重新设计闭式冷却水系统，包括:
(I)缩小闭式冷却水系统母管规格；(2)减小闭式水栗特性参数，降低闭式水栗电功率；(3)减少闭式水换热器换热面积，进而缩小设备尺寸；
3、由独立的管道向高中压给水栗、凝结水循环栗和省煤器循环栗(如有)等提供除盐水作为冷却水，其水量为联合循环电厂燃油工况时需要NOx注水量;按比例将水量分配给上述辅助设备。进一步根据上述辅助设备的冷却要求，调整辅助设备冷却器的换热面积。
[0019]4、除盐水冷却完上述辅助设备升温后，经管道汇流在一起，沿同侧进入布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器中，被加热至燃机NOx注水模块允许的最高工作温度；
5、烟囱加热器除盐水出口和燃机NOx注水模块位于燃机-余热锅炉轴线到同一侧。除盐水经管道输送至燃机NOx注水模块，喷入燃机燃烧室，参与燃油燃烧。
[0020]下面根据应用实例对各种方案进行数据比对，以进一步体现本发明的创造性:
以某多轴“二拖一”联合循环燃油电厂为例，该电厂配置有2套燃机发电机组、2台余热锅炉及I套汽机发电机组。燃用某低位发热量为42000Kj/kg的轻柴油，轻柴油中含有硫成分。根据计算，燃机排烟酸露点为132°C，取余热锅炉排烟温度为142°C;假定汽机蒸汽温度、压力等进汽参数不变。
[0021]附图1所述方案中NOx注水未经加热，水温为15°C。此时燃油消耗量每台燃机为19.17kg/s, NOx注水量为20.13 kg/s，高中压给水栗7A、凝结水循环栗7B闭式冷却水需求量为23.6 kg/s，闭式冷却水温升约为4.5 °C ;每台燃机毛出力为296.916MW，汽机出力为267.251MW，联合循环净热耗为6910.lkJ/kWh。
[0022]附图2所述方案中NOx注水在给水加热器11中经余热锅炉中压给水从15°C加热至NOx注水模块允许最高工作温度为130°C。中压给水取自中压省煤器出口，给水参数:给水量为22.42 kg/s压力3.42MPa(a)、温度236°C，给水返回凝结水系统时温度约为30°C。此时燃油消耗量每台燃机为18.91kg/s，每台燃机NOX注水量为19.85 kg/s;因闭式冷却水系统设置不变，闭式冷却水需求量及温升与附图1所示相同；燃机毛出力为296.916MW，汽机出力为261.691MW，联合循环净热耗为6859.9kJ/kWh。
[0023]附图3为本发明所述技术方案，其中，由独立的管道向高中压给水栗、凝结水循环栗提供除盐水作为冷却水，其总水量为联合循环电厂燃油工况时需要NOx注水量，约为19.85 kg/s。按比例将水量分配给上述辅助设备。调整辅助设备冷却器的换热面积，此时除盐水温升约为5.4°C，除盐水吸收热量为450kW。除盐水冷却完高中压给水栗、凝结水循环栗等辅助设备升温后，经管道汇流在一起，沿同侧进入布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器中，被加热至NOx注水模块允许最高工作温度130 °C。此时燃油消耗量每台燃机为18.9kg/s，燃机毛出力为296.916MW，汽机出力为262.176MW，联合循环净热耗为6857kJ/kWh。
[0024]为体现NOx注水未经吸收高中压给水栗7A、凝结水循环栗7B散热的区别，调整除盐水系统流程示意图如附图4所示。此时闭式冷却水系统设置与附图1、附图2—致。除盐水直接进入布置在余热锅炉尾部烟道的烟囱加热器12中，由15°C加热至130°C。此时燃油消耗量每台燃机为18.9kg/s，燃机毛出力为296.916MW，汽机出力为261.921MW，联合循环净热耗为6859.1kJ/kWh。
[0025]综上本发明与现有技术方案相比:
1、在满足电厂出力要求的情况下，可降低燃油消耗0.26kg/s，降低除盐水消耗0.28kg/s，减小热耗53.lkJ/kWh，明显提高燃油联合循环电厂的性能。并可减小闭式冷却水系统；
2、与附图2所述的方案相比，减小热耗2.9kJ/kffh，汽机出力提高557kW;并可减小闭式冷却水系统，避免增设一套外置的中压给水换热器及管道系统；
3、与附图4所述的NOx注水未吸收辅机散热方案相比，热耗降低2.lkJ/kWh，汽机出力提高255kW。除盐水吸收热量为450kW，则散热出力转换率56.6%。
[0026]本发明未述部分与现有技术相同。
【主权项】
1.加热NOx注水提高联合循环电厂性能的方法，提供燃机NOx注水加热系统和闭式循环冷却水系统:其中，燃机NOx注水加热系统，包括燃机NOx注水模块、燃机燃烧室以及余热锅炉，上述三者依序通过管道进行串接，除盐水管道设置一旁支管道为NOx注水管道， 闭式循环冷却水系统，包括闭式膨胀水箱、闭式循环水栗、闭式循环水换热器、汽机房辅助设备、燃机房辅助设备和余热锅炉辅助设备，除盐水管道接入闭式膨胀水箱，闭式膨胀水箱的输出端通过管道依序连接闭式循环水栗、闭式循环水换热器，闭式循环水换热器的输出端则分别连接到所述各辅助设备，而各个辅助设备的输出端连接到闭式循环水栗的输入端； 其特征在于，包括如下步骤: 余热锅炉辅助设备中的高中压给水栗和凝结水循环栗由原来的闭式水系统独立出来，成为开式冷却水系统，此时由闭式循环水换热器传送过来的冷却水不再经过高中压给水栗和凝结水循环栗部分， NOx注水管道接入所述的开式冷却水系统的输入端口，NOx注水经由除盐水管道进入开式冷却水系统，并与开式冷却水系统进行热交换，所述高中压给水栗和凝结水循环栗部分被冷却，而NOx注水则被一级加热； 在余热锅炉的尾部烟道中设置烟囱加热器，余热锅炉辅助设备中的开式冷却水系统靠近余热锅炉尾部烟道布置，就近连接烟囱加热器的除盐水入口；烟囱加热器的除盐水出口和燃机NOx注水模块位于燃机-余热锅炉轴线的同一侧； 开式冷却水系统的输出端口通过管道连接到烟囱加热器的除盐水入口，并从烟囱加热器的除盐水出口引出，所引出的管道进一步连接到燃机NOx注水模块中； 被一级加热后的NOx注水进入位于余热锅炉中的烟囱加热器，由余热锅炉中的尾部烟气提供热量，使得位于烟囱加热器中的NOx注水被二级加热； 二级加热后的NOx注水经由管道传送到燃机NOx注水模块，进一步喷入燃机燃烧室参与燃烧过程，最后随燃机烟气排入余热锅炉，进而排入大气。
【文档编号】F23J15/06GK106090985SQ201610418094
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月13日 公开号201610418094.3, CN 106090985 A, CN 106090985A, CN 201610418094, CN-A-106090985, CN106090985 A, CN106090985A, CN201610418094, CN201610418094.3
【发明人】陈小琛, 陈胤密, 张朋, 庄发成, 余建中, 郑昀
【申请人】福建省电力勘测设计院