一种高效的燃气轮机SCR脱硝结构及工艺方法与流程

本发明涉及燃气轮机scr脱硝，具体涉及一种高效的燃气轮机scr脱硝结构及工艺方法。

背景技术：

1、为了响应国家环保政策，燃气轮机烟气nox的排放越来越严苛。北京市《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》(db 11/847-2011)中规定新建燃用天然气的燃气轮机组颗粒物、so2及nox的排放限值分别为5mg/m3、20mg/m3和30mg/m3。天津市《火电厂大气污染物排放标准》(db12/810-2018)中规定现有、新建燃用天然气的燃气轮机组nox的排放限值分别为35mg/m3和30mg/m3。2018年4月深圳出台了《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》，要求燃气电厂2018年11月前所有机组nox均达到15mg/m3以下。江苏省《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》(db32/3967-2021)规定现有、新建燃用天然气的燃气轮机组nox的排放限值分别为30mg/m3和15mg/m3。

2、相对于燃煤机组，燃气轮机烟气中nox初始浓度较低，烟气温度较低，空间结构更加紧凑，要求系统阻力更低。因此传统scr脱硝无法直接应用。目前适应燃气轮机机组的scr脱硝催化剂以小孔径，高比表面积，高活性多孔催化剂为主。这类型催化剂在稳定高负荷工况下活性较高，脱硝效率稳定，但是在起机或者低负荷阶段活性较低，无法满足脱硝排放要求，易造成新的环保考核、经济损失和社会形象等问题。

3、因此需要开发一种高效的燃气轮机scr脱硝工艺及脱硝方法，提高运行的安全性、经济性和可靠性。

4、与本发明相关的现有技术如下：

5、中国专利文献cn110508132b公开了一种燃气轮机机组scr高效脱硝的脱硝系统及脱硝方法。通过在燃气轮机出口烟道内置尿素溶液喷枪，实现烟道内尿素热解并于烟气混合，并通过设置消旋装置加强烟气和氨气的混合及保持稳定流向，以提高进入scr脱硝催化剂的氨氮摩尔比分布均匀性和流速均匀性，进而达到高效的脱硝效果；

6、中国专利文献cn113230860a公开了一种燃气轮机烟气脱硝系统及方法。该方法需要在燃气轮机尾部加设臭氧发生器，利用臭氧和烟气中的no反应生成no2，随后利用吸附剂将no2吸附，进而通过布袋除尘器将吸附剂和烟气分离，干净烟气拖过烟囱排出，从而达到脱硝的目的；

7、上述现有技术存在以下技术问题:

8、中国专利文献cn110508132b与现有的脱硝工艺类似，主要是提高进入scr脱硝催化剂的氨氮摩尔比分布均匀性和流速均匀性，无法改变低负荷下脱硝效率较低和scr催化剂对于no和no2的选择性问题，受限于催化剂实际性能的发挥；

9、中国专利文献cn113230860a利用臭氧氧化和吸附剂吸附，脱除烟气中的no和no2，通过布袋除尘器达到分离净化烟气的目的，但是该工艺系统阻力明显增加，对于燃气轮机来说，背压增加后燃气效率降低，且臭氧发生器的能耗较高，综合来看，整套系统经济性较差，运行成本高。

10、综上所述，目前已公开的旨在解决燃气轮机烟气脱硝的工艺方法中，低温下的脱硝效果以及运行经济性问题突出，需要重新设计开发。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供的一种高效的燃气轮机scr脱硝结构及工艺方法，使得scr脱硝反应在较低温度下进行，既能降低催化剂使用量，又能够实现全负荷脱硝，对于当前燃气轮机脱硝改造甚至远期的燃气轮机全负荷脱硝均具有很好的借鉴作用，且具有明显经济优势和实际可行性。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种高效的燃气轮机scr脱硝结构，包括:scr脱硝入口nox浓度监测器、scr脱硝出口nox浓度监测器、scr脱硝出口h2o2浓度监测器和锅炉负荷监测器，所述锅炉负荷监测器用于检测锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，所述scr脱硝入口nox浓度监测器、所述scr脱硝出口nox浓度监测器、所述scr脱硝出口h2o2浓度监测器和所述锅炉负荷监测器分别与控制器电连接，所述控制器分别与h2o2溶液计量分配器和尿素溶液计量分配器电连接，所述控制器用于分别计算控制h2o2溶液计量分配器和尿素溶液计量分配器分配喷入燃机出口的h2o2量和尿素量以能够实现scr脱硝反应过程中烟气的no浓度与no2浓度摩尔比为1.0～1.1。

4、本发明提供的一种高效的燃气轮机scr脱硝结构及工艺方法，使得scr脱硝反应在较低温度下进行，既能降低催化剂使用量，又能够实现全负荷脱硝，对于当前燃气轮机脱硝改造甚至远期的燃气轮机全负荷脱硝均具有很好的借鉴作用，且具有明显经济优势和实际可行性。

5、作为优选技术方案，包括：燃机，所述燃机一端的内腔中设有燃机出口，所述燃机出口处分别设有h2o2溶液喷枪和尿素溶液喷枪，所述h2o2溶液喷枪通过h2o2溶液计量分配传输管道与所述h2o2溶液计量分配器一端连接，所述尿素溶液喷枪通过尿素溶液计量分配传输管道与尿素溶液计量分配器一端连接。

6、作为优选技术方案，从燃机出口到所述燃机另一端在燃机内腔中依次设有蒸发器、scr反应器和过热器。

7、作为优选技术方案，所述h2o2溶液计量分配器另一端与h2o2溶液储罐连接；所述尿素溶液计量分配器另一端与尿素溶液储罐连接。

8、作为优选技术方案，所述scr脱硝入口nox浓度监测器设置于所述蒸发器与所述scr反应器之间的位置；所述scr脱硝出口nox浓度监测器和所述scr脱硝出口h2o2浓度监测设置于所述scr反应器和所述过热器之间的位置。

9、本发明提供一种高效的燃气轮机scr脱硝工艺方法，包括以下步骤：

10、分别检测到scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据；

11、根据scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，计算控制分配喷入燃机出口的h2o2溶液的量，喷入燃机出口的h2o2溶液通过蒸发形成h2o2气体，与烟气中no发生如下反应：

12、h2o2+no＝no2+h2o；

13、根据scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，计算控制分配喷入燃机出口的尿素溶液的量，喷入燃机出口的尿素溶液通过蒸发进行热解，随烟气至下游scr反应器，与烟气中的no和no2发生如下反应：

14、2no+4nh3+2no2+o2＝4n2+6h2o

15、4no+4nh3+o2＝4n2+6h2o。

16、作为优选技术方案，根据scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，计算控制分配喷入燃机出口的h2o2溶液的量，包括以下步骤:

17、检测到scr入口no浓度和no2浓度，当no/no2摩尔比不在1.0～1.1范围时，计算需要的h2o2的物质的量，需要的h2o2的物质的量根据以下计算公式计算得到，计算公式如下：

18、mh2o2＝1/2(mno-mno2)；

19、上述公式中，mh2o2为需要的h2o2的物质的量，mno为scr入口no浓度；mno2为scr入口no2浓度；

20、检测到锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，根据锅炉负荷相关数据中的烟气量数据通过计算公式计算得到所需要的h2o2的量，计算公式如下：

21、所需要的h2o2的量＝q×mh2o2×22.4；

22、上述公式中q为锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，mh2o2为需要的h2o2的物质的量；

23、根据所需要的h2o2的量控制分配喷入燃机出口的h2o2溶液的量。

24、作为优选技术方案，根据scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，计算控制分配喷入燃机出口的h2o2溶液的量，还包括以下步骤:

25、预设scr脱硝出口h2o2浓度阈值数据，scr脱硝出口h2o2浓度数据与scr脱硝出口h2o2浓度阈值数据比对，得到比对数据，根据比对数据控制喷入燃机出口的h2o2溶液的量以能够实现scr脱硝出口h2o2浓度数据不超过预设scr脱硝出口h2o2浓度阈值数据。

26、作为优选技术方案，根据scr脱硝入口nox浓度数据、scr脱硝出口nox浓度数据、scr脱硝出口h2o2浓度数据和锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，计算控制分配喷入燃机出口的尿素溶液的量，包括以下步骤:

27、根据scr脱硝入口nox浓度数据和scr脱硝出口nox浓度数据计算nox差值，计算公式如下：

28、所需要的尿素的物质的量＝1/2(入口nox浓度-出口nox浓度)；

29、入口nox浓度为scr脱硝入口nox浓度数据，出口nox浓度为scr脱硝出口nox浓度数据；

30、检测到锅炉负荷相关数据中的烟气量数据，根据锅炉负荷相关数据中的烟气量数据通过计算公式计算得到所需要的尿素的量，计算公式如下：

31、所需要的尿素的量＝q×所需要的尿素的物质的量×22.4；

32、上述公式中q为锅炉负荷相关数据中的烟气量数据；

33、根据所需要的尿素的量控制分配喷入燃机出口的尿素溶液的量。

34、作为优选技术方案，计算控制分配喷入燃机出口的h2o2量和尿素量使得烟气的no浓度与no2浓度摩尔比为1.0～1.1，以能够实现烟气中保持以2no+4nh3+2no2+o2＝4n2+6h2o反应为主，以4no+4nh3+o2＝4n2+6h2o反应为辅。

35、本发明提供的一种高效的燃气轮机scr脱硝结构及工艺方法，区别于现有技术多采用标准scr脱硝反应，本工艺采用在燃机出口喷射h2o2溶液后气化h2o2气体对原烟气no进行转化形成部分no2气体，提高烟气中no2的比例，实现烟气中no浓度微过量于no2浓度，控制计算分配喷入燃机出口的h2o2量和尿素量，利用快速scr脱硝反应使得scr脱硝反应在较低温度下进行，既能降低催化剂使用量，又能够实现全负荷脱硝；此工艺路线和方法，对于新建燃气轮机脱硝和在役燃气轮机脱硝改造均适用，对于当前燃气轮机脱硝改造甚至远期的燃气轮机全负荷脱硝均具有很好的借鉴作用，且具有明显经济优势和实际可行性。