一种燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置及其脱销方法与流程

本发明涉及大气污染物控制技术领域，具体涉及一种燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置及其脱销方法。

背景技术

随着我国西气东输、近海天然气开发和进口国外液化天然气的全面展开，燃气发电装机容量不断增加。相比燃煤发电企业，燃气发电具有能源转换效率高、污染物排放少、启停迅速、运行灵活等特点。目前燃-蒸联合循环机组普遍采用了先进的干式低氮燃烧器dln技术，正常运行时nox排放基本能满足gb13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》规定限值50mg/m³。但在机组启动和低负荷段时，为防止火焰熄灭，采用扩散燃烧控制方式为主，主燃料投入少，掺混比低，造成烟气氮氧化物排放超标，且由于no2含量比重较高，经常出现烟囱冒“黄烟”的现象。

国外新建燃气-蒸汽联合循环机组最普遍采用的控制nox排放方法是干式低氮燃烧器加余热锅炉scr尾部烟气脱硝，可将nox排放控制到低于5ppm，如申请号为201710884611.0的中国专利。随着我国电网峰谷差日益加大，大型燃机面临频繁参与调峰及气源供气量不足等问题，造成燃机机组频繁启停及长时间在较低负荷段运行。传统余热锅炉scr脱硝技术存在改造投资成本高，催化剂活性受到烟温限制，氨泄漏、氨逃逸及废弃催化剂处理等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理的燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置及其脱销方法，达到了燃机全负荷段氮氧化物超低排放要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置，其特征在于，包括燃气轮机、发电机、余热锅炉、臭氧发生装置、稀释风机、文氏高效混合器、一号原烟道隔绝门、二号原烟道隔绝门、增压风机、单塔两段逆向喷淋吸收塔、吸收液循环泵、吸收塔内筒喷淋层、环型气流通道喷淋层、除雾器、净烟道隔绝门和烟囱；所述燃气轮机与发电机连接，所述燃气轮机还与余热锅炉连接；所述臭氧发生装置和稀释风机均与文氏高效混合器连接；所述余热锅炉与烟囱连通，所述余热锅炉与烟囱之间设置有一号原烟道隔绝门；所述余热锅炉还与单塔两段逆向喷淋吸收塔连通，所述文氏高效混合器也与单塔两段逆向喷淋吸收塔连通，所述余热锅炉与单塔两段逆向喷淋吸收塔之间设置有二号原烟道隔绝门和增压风机；所述单塔两段逆向喷淋吸收塔包括内筒和外筒，所述内筒设置在外筒内，所述内筒和外筒同轴布置；所述内筒的底端敞口布置，所述外筒的底端为封闭式结构，所述内筒的底端高度高于外筒的底端高度，所述外筒的下部盛装有吸收液，所述内筒的底端高度高于吸收液的液面高度；所述内筒内设置有吸收塔内筒喷淋层，所述外筒内设置有环型气流通道喷淋层，所述吸收塔内筒喷淋层和环型气流通道喷淋层分别通过吸收液循环管路与吸收液循环泵连通，所述吸收液循环管路与所述吸收液连通；所述单塔两段逆向喷淋吸收塔的顶部设置有水平烟道，所述水平烟道内设置有除雾器，所述水平烟道与烟囱连通，所述水平烟道与烟囱之间的设置有净烟道隔绝门。

进一步而言，燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置还包括尿素料仓、电子物料称重系统、搅拌罐、尿素吸收液用水管路、吸收液贮存罐、输送泵和废液回收泵；所述尿素料仓、电子物料称重系统和搅拌罐依次连接，所述尿素吸收液用水管路与单塔两段逆向喷淋吸收塔和搅拌罐连通，所述尿素吸收液用水管路上设置有废液回收泵，所述搅拌罐、吸收液贮存罐、输送泵和单塔两段逆向喷淋吸收塔依次连通。

进一步而言，所述稀释风机与文氏高效混合器之间设置有阀门，所述臭氧发生装置与文氏高效混合器之间设置有阀门；所述废液回收泵与单塔两段逆向喷淋吸收塔之间设置有阀门，所述吸收液贮存罐与输送泵之间设置有阀门。

进一步而言，所述外筒顶端与内筒外壁面密封焊接，内筒外壁与外筒内壁面之间形成一个环型气流通道。

一种如上所述的燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置的脱销方法，其特征在于，所述脱销方法如下：在燃-蒸联合循环发电机组启机及低负荷段，通过二号原烟道隔绝门切换至单塔两段逆向喷淋吸收塔进行湿法脱硝；在燃气轮机正常运行过程中，根据烟气氮氧化物排放水平切换部分或全部烟气进行湿法脱硝，稀释风机产生的低压空气通过文氏高效混合器喷管所产生的负压，与臭氧发生装置产生的o3相互混合后进入烟道，将烟气中的no快速氧化为no2；经臭氧发生装置产生的o3/空气混合气与余热锅炉出口原烟气混合均匀后，由增压风机进入单塔两段逆向喷淋吸收塔以及除雾器，经脱硝后送回尾部烟道进入烟囱排放。

进一步而言，根据燃气轮机不同负荷段原烟气中no含量的不同，通过调节臭氧发生装置与文氏高效混合器之间的阀门开度来控制o3注入量，保持o3/no＜1，使得进入单塔两段逆向喷淋吸收塔前原烟气中的no部分或全部转化为no2。

进一步而言，尿素料仓中的尿素由电子物料称重系统称重后进入搅拌罐，并与尿素吸收液用水管路提供的工艺水混合均匀得到尿素吸收液，尿素吸收液进入吸收液贮存罐中进行贮存，并通过输送泵送入单塔两段逆向喷淋吸收塔中供喷淋使用。

进一步而言，在单塔两段逆向喷淋吸收塔内，原烟气首先经吸收塔内筒喷淋层脱销处理，再经环型气流通道喷淋层进行处理，最终通过除雾器进行烟气净化；为增强气液传质效果，吸收塔内筒喷淋层采用逆向旋流雾化喷嘴，吸收塔内筒喷淋层和环型气流通道喷淋层所需的工作压力分别由两台吸收液循环泵提供；原烟气经湿法脱硝处理后经过顶部水平烟道中的除雾器，将烟气中携带的液滴分离出来，最后由净烟道引入烟囱超净排放。

进一步而言，在单塔两段逆向喷淋吸收塔中进行湿法脱硝，是通过烟气中的no2溶于尿素吸收液，发生化学反应生成n2、co2和h2o，反应无废液产生，且不会造成环境二次污染；尿素吸收液的浓度为15%～20%。

进一步而言，尿素吸收液调配所需的工艺水包括余热锅炉排污水、吸收塔废液和除雾器冲洗水；通过在单塔两段逆向喷淋吸收塔内布置尿素溶液浓度在线监测装置，合理控制尿素进料量和工艺水量，使单塔两段逆向喷淋吸收塔内尿素吸收液维持在正常浓度范围。尿素吸收液调配系统提高了电厂废水回用率，同时降低了废水处理设备运行压力和成本。为满足吸收塔设备检修需要，尿素溶液贮存罐可作为临时事故吸收液箱。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明具有工艺设计简便，投资运行成本低，无二次污染，烟气脱硝率高等特点。与传统余热锅炉选择性催化还原（scr）脱硝技术相比，不受烟温影响，投资成本较低，烟气净化效果显著，不存在氨泄漏、氨逃逸及废弃催化剂处理等问题，可实现燃-蒸联合循环机组全负荷段烟气超低排放的目标。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：燃气轮机1、发电机2、余热锅炉3、臭氧发生装置4、稀释风机5、文氏高效混合器6、一号原烟道隔绝门7、二号原烟道隔绝门8、增压风机9、尿素料仓10、电子物料称重系统11、搅拌罐12、尿素吸收液用水管路13、吸收液贮存罐14、输送泵15、废液回收泵16、单塔两段逆向喷淋吸收塔17、吸收液循环泵18、吸收塔内筒喷淋层19、环型气流通道喷淋层20、除雾器21、净烟道隔绝门22、烟囱23。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，一种燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置，包括燃气轮机1、发电机2、余热锅炉3、臭氧发生装置4、稀释风机5、文氏高效混合器6、一号原烟道隔绝门7、二号原烟道隔绝门8、增压风机9、单塔两段逆向喷淋吸收塔17、吸收液循环泵18、吸收塔内筒喷淋层19、环型气流通道喷淋层20、除雾器21、净烟道隔绝门22和烟囱23；燃气轮机1与发电机2连接，燃气轮机1还与余热锅炉3连接；臭氧发生装置4和稀释风机5均与文氏高效混合器6连接；余热锅炉3与烟囱23连通，余热锅炉3与烟囱23之间设置有一号原烟道隔绝门7；余热锅炉3还与单塔两段逆向喷淋吸收塔17连通，文氏高效混合器6也与单塔两段逆向喷淋吸收塔17连通，余热锅炉3与单塔两段逆向喷淋吸收塔17之间设置有二号原烟道隔绝门8和增压风机9；单塔两段逆向喷淋吸收塔17包括内筒和外筒，内筒设置在外筒内，内筒和外筒同轴布置；内筒的底端敞口布置，外筒的底端为封闭式结构，内筒的底端高度高于外筒的底端高度，外筒的下部盛装有吸收液，内筒的底端高度高于吸收液的液面高度；内筒内设置有吸收塔内筒喷淋层19，外筒内设置有环型气流通道喷淋层20，吸收塔内筒喷淋层19和环型气流通道喷淋层20分别通过吸收液循环管路与吸收液循环泵18连通，吸收液循环管路与吸收液连通；单塔两段逆向喷淋吸收塔17的顶部设置有水平烟道，水平烟道内设置有除雾器21，水平烟道与烟囱23连通，水平烟道与烟囱23之间的设置有净烟道隔绝门22。

本实施例中，还包括尿素料仓10、电子物料称重系统11、搅拌罐12、尿素吸收液用水管路13、吸收液贮存罐14、输送泵15和废液回收泵16；尿素料仓10、电子物料称重系统11和搅拌罐12依次连接，尿素吸收液用水管路13与单塔两段逆向喷淋吸收塔17和搅拌罐12连通，尿素吸收液用水管路13上设置有废液回收泵16，搅拌罐12、吸收液贮存罐14、输送泵15和单塔两段逆向喷淋吸收塔17依次连通。

本实施例中，稀释风机5与文氏高效混合器6之间设置有阀门，臭氧发生装置4与文氏高效混合器6之间设置有阀门；废液回收泵16与单塔两段逆向喷淋吸收塔17之间设置有阀门，吸收液贮存罐14与输送泵15之间设置有阀门。

本实施例中，外筒顶端与内筒外壁面密封焊接，内筒外壁与外筒内壁面之间形成一个环型气流通道。

上述的燃-蒸联合循环机组新型烟气湿法脱硝的装置的脱销方法如下：在燃-蒸联合循环发电机组启机及低负荷段，通过二号原烟道隔绝门8切换至单塔两段逆向喷淋吸收塔17进行湿法脱硝；在燃气轮机1正常运行过程中，根据烟气氮氧化物排放水平切换部分或全部烟气进行湿法脱硝，稀释风机5产生的低压空气通过文氏高效混合器6喷管所产生的负压，与臭氧发生装置4产生的o3相互混合后进入烟道，将烟气中的no快速氧化为no2；经臭氧发生装置4产生的o3/空气混合气与余热锅炉3出口原烟气混合均匀后，由增压风机9进入单塔两段逆向喷淋吸收塔17以及除雾器21，经脱硝后送回尾部烟道进入烟囱23排放。

本实施例中，根据燃气轮机1不同负荷段原烟气中no含量的不同，通过调节臭氧发生装置4与文氏高效混合器6之间的阀门开度来控制o3注入量，保持o3/no＜1，使得进入单塔两段逆向喷淋吸收塔17前原烟气中的no部分或全部转化为no2。

本实施例中，尿素料仓10中的尿素由电子物料称重系统11称重后进入搅拌罐12，并与尿素吸收液用水管路13提供的工艺水混合均匀得到尿素吸收液，尿素吸收液进入吸收液贮存罐14中进行贮存，并通过输送泵15送入单塔两段逆向喷淋吸收塔17中供喷淋使用。

本实施例中，在单塔两段逆向喷淋吸收塔17内，原烟气首先经吸收塔内筒喷淋层19脱销处理，再经环型气流通道喷淋层20进行处理，最终通过除雾器21进行烟气净化；为增强气液传质效果，吸收塔内筒喷淋层19采用逆向旋流雾化喷嘴，吸收塔内筒喷淋层19和环型气流通道喷淋层20所需的工作压力分别由两台吸收液循环泵18提供；原烟气经湿法脱硝处理后经过顶部水平烟道中的除雾器21，将烟气中携带的液滴分离出来，最后由净烟道引入烟囱23超净排放。

本实施例中，在单塔两段逆向喷淋吸收塔17中进行湿法脱硝，是通过烟气中的no2溶于尿素吸收液，发生化学反应生成n2、co2和h2o，反应无废液产生，且不会造成环境二次污染；尿素吸收液的浓度为15%～20%。

本实施例中，尿素吸收液调配所需的工艺水包括余热锅炉排污水、吸收塔废液和除雾器冲洗水；通过在单塔两段逆向喷淋吸收塔17内布置尿素溶液浓度在线监测装置，合理控制尿素进料量和工艺水量，使单塔两段逆向喷淋吸收塔17内尿素吸收液维持在正常浓度范围。

本实施例中脱销工艺的具体实施方案步骤如下：

(1)大型燃气轮机1燃烧室高压空气与燃料混合燃烧，驱动发电机2做功，产生的高温烟气通过余热锅炉3再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机发电。由于燃气轮机1在启机及低负荷段运行过程中，为防止火焰熄灭，采用扩散燃烧方式为主，燃烧区的温度通常高达2000~2200℃以上，造成no大量生成；同时启动阶段烟气中氧量较高，以及燃烧不完全而生成的co、未燃尽碳氢等，进一步促进了no转化no2，使原烟气中no2浓度显著升高，观测到烟囱23冒黄烟。

(2)随着燃-蒸联合循环机组负荷的上升，燃气轮机1燃烧控制系统减少值班喷嘴的燃料量，增加主喷嘴的燃料量，增加预混燃烧比重，采用均相预混湍流火焰传播燃烧方式，并实时控制其掺混比，使火焰面温度低于热力型nox生成的温度，从而有效降低了nox生成量，使原烟气中no2含量逐渐减少。当负荷升至60%以上时，原烟气中氮氧化物主要以no形式存在，nox总体排放水平低于50mg/m³限值。

(3)由稀释风机5产生的低压空气通过文氏高效混合器6喷管所产生的负压，吸取臭氧发生装置4产生的o3气体充分混合后进入烟道。为满足系统经济运行条件，可根据原烟气中no浓度在线值，自动调节电动蝶阀开度，合理控制o3注入量，控制o3/no＜1，目的是将原烟气中部分no快速氧化为no2。

(4)当燃气轮机1启机及低负荷运行阶段时，关闭一号原烟道隔绝门7，打开二号原烟道隔绝门8和净烟道隔绝门22，臭氧氧化系统产生的o3/空气混合气与余热锅炉3出口原烟气混合均匀后，再经增压风机9进入单塔两段逆向喷淋吸收塔17。增压风机9主要用来克服原烟道、吸收塔本体、喷淋雾化层、除雾器、净烟道、挡板门等设备的阻力。

(5)原烟气经臭氧氧化后，经单塔两段逆向喷淋吸收塔17入口烟道导流板，首先通过吸收塔内筒喷淋层19初步吸收和降温，由内筒出口自流至环型气流通道喷淋层20进行二次湿法脱除。原烟气经过两段逆向喷淋吸收处理达到烟气净化目的。净烟气由吸收塔外筒顶部烟道，经塔顶水平烟道高效除雾器21，将烟气中携带的液滴分离出来，最后由净烟道引入烟囱23超净排放。

(6)为增强气液传质效果，吸收塔内筒喷淋层19采用逆向旋流雾化喷嘴，喷淋层所需工作压力分别由两台吸收液循环泵18提供。单塔两段逆向喷淋吸收塔17具有较高的no2脱除效率。

(7)尿素吸收液调配系统主要包括尿素料仓10、螺旋给料机、电子物料称重系统11、电磁流量计、搅拌罐12、吸收液贮存罐14、输送泵15、废液回收泵16和电动调节门等设备。吸收液贮存罐14内尿素溶液浓度控制在15%~20%之间。尿素吸收液调配所需工艺水采用尿素吸收液用水管路13、吸收塔废液和除雾器冲洗水，提高了电厂废水回用率，同时降低了废水处理设备运行压力和成本。单塔两段逆向喷淋吸收塔17配备尿素溶液浓度在线监测装置，合理控制尿素进料量和工艺水量，使单塔两段逆向喷淋吸收塔17内尿素吸收液维持在正常浓度范围。为满足吸收塔设备定期检修需要，吸收液贮存罐14可作为临时事故吸收液箱。

(8)原烟气中的no2易溶于水，与单塔两段逆向喷淋吸收塔17内尿素吸收液发生化学反应主要生成n2、co2和h2o，整个反应过程无废液产生，不会造成环境二次污染。

(9)当燃气轮机1高负荷段运行出现氮氧化物排放超标情况时，可调节一号原烟道隔绝门7和二号原烟道隔绝门8，切换部分原烟气至单塔两段逆向喷淋吸收塔17。随着大型燃机频繁参与电网调峰，采用本系统不仅可以降低燃机低氮燃烧器dln在不同的燃烧模式间频繁切换造成的燃烧不稳定风险，而且可实现燃-蒸联合循环机组全负荷段脱硝及超低排放要求。相比传统余热锅炉scr脱硝技术，不存在改造投资成本高，催化剂活性受到烟温限制，氨泄漏、氨逃逸及废弃催化剂处理等问题。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。