一种燃气-蒸汽联合循环机组SCR脱硝尿素热解制氨系统的制作方法

一种燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统
技术领域
1.本发明涉及scr脱硝技术领域，尤其是涉及一种燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统。


背景技术：

2.近年来燃气-蒸汽联合循环发电因清洁高效、调峰能力强等优点得到了大力发展，目前较多地区对于燃气轮机的nox排放提出了更加严格的要求，仅依靠燃气轮机的低氮燃烧技术无法满足nox排放要求。对于燃气蒸汽联合循环机组，在余热锅炉中合适位置布置催化剂，采用选择性催化还原(scr)烟气脱硝技术是可行的技术方案。
3.通常scr脱硝反应还原剂可选择液氨、氨水和尿素。液氨是重大危险源，限制液氨制氨技术的应用。而氨水运输成本高，且氨水的来源也不广泛，应用较少。因此尿素制氨在scr脱硝技术中得到了越来越多的关注。由于燃气-蒸汽联合循环机组烟气中几乎不含灰尘，可从燃机出口烟道将高温烟气引入尿素热解炉，有效降低了尿素热解炉的能耗，尿素热解装置结构比尿素水解装置更简单，更适合燃气-蒸汽机组脱硝。
4.公布号为cn 111229039 a的发明专利提出一种布置在燃机出口烟道内部的尿素直喷热解脱硝装置，该工艺方式虽然节省了热解炉和喷氨格栅，但难以保证尿素热解产生的氨气与烟气的充分均匀混合，对于低nox浓度的燃气轮机烟气脱硝而言，容易导致还原剂利用率低，氨逃逸量大。公布号为cn 103803582 a的发明专利提出了采用高温风机抽取燃气-蒸汽机组余热锅炉高温烟气作为尿素热解炉热源的方法，但没有辅助加热装置，燃气轮机变工况运行时，热烟气温度容易波动，影响尿素热解炉稳定运行，其热解炉为传统形式，无法解决传统热解炉下部尿素不完全分解产物结晶的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统，能够解决上述提到的技术问题。
6.本发明提供一种燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统，包括高温烟气抽气烟道，所述高温烟气抽气烟道位于燃气轮机排气出口，所述高温烟气抽气烟道上设有用于抽取高温烟气的高温引风机，所述高温引风机通过主进气烟道连接有热解炉，所述主进气烟道上并联有支路：电加热旁路烟道，所述电加热旁路烟道上设有辅助电加热器；所述热解炉的顶部和底部分别设有热解炉顶部旋流进气口和热解炉底部旋流进气口，使得气体进入热解炉之后产生强烈旋转，所述主进气烟道上设有热解炉顶部旋流进气烟道和热解炉底部旋流进气烟道，分别与热解炉顶部旋流进气口和热解炉底部旋流进气口对应连接；还包括尿素溶液储罐，所述尿素溶液储罐中的尿素溶液通过尿素溶液输送泵输送到热解炉中形成雾化液滴与烟气进行混合。
7.优选地，所述热解炉的顶部设有热解炉顶部进气口，所述主进气烟道与所述热解炉顶部进气口连接。
8.优选地，所述热解炉为圆筒形。
9.优选地，所述热解炉顶部旋流进气口为矩形进气口，且其外侧矩形壁面与所述热解炉主体相切，烟气进入圆筒形热解炉后产生旋转，并带动顶部进入的烟气随之发生旋转；所述热解炉底部设置热解炉底部旋流进气口为矩形进气口，且其外侧矩形壁面与热解炉主体相切，烟气进入圆筒形热解炉主体后产生强烈旋转，在热解炉底部近壁面处形成高温保护气。
10.优选地，所述尿素储罐一侧设有与其配合使用的空气压缩机，所述空气压缩机通过压缩空气管道与所述热解炉的内部相通，且所述压缩空气管道的末端设有双流体喷枪组，所述尿素溶液储罐通过管道与所述压缩空气管道相连通，尿素溶液储罐中的尿素溶液通过尿素溶液输送泵进入到压缩空气管道，然后通过压缩空气的推动作用进入到热解炉。
11.优选地，所述双流体喷枪组布置于所述热解炉顶部旋流进气口下方0.2m-0.5m处。
12.优选地，所述双流体喷枪组与所述热解炉顶部进气口之间设有整流多孔板，所述整流多孔板设在所述热解炉的炉顶渐扩段。
13.优选地，所述热解炉出口管道中布置有消旋格栅，消旋格栅由6-10片钢板焊接而成，顺着气体流动方向布置，用于消除气流的残余旋转。
14.优选地，所述燃气轮机排气出口处设有喷氨格栅，所述热解炉的出口管道与所述喷氨格栅相连。
15.优选地，还包括冷却风机，所述冷却风机从环境中抽取室温空气，通过管道与所述热解炉的出口管道连接，调温后的氨空混合气送入喷氨格栅。
16.有益效果：
17.本发明采用高温引风机将燃气轮机烟气引入热解炉，大幅降低了尿素热解炉运行能耗，在进气烟道上布置辅助电加热器，保证热解炉在燃气轮机变工况时的连续稳定运行。通过在尿素热解炉炉体侧面布置两个切向进气烟道，形成强旋流，避免了尿素溶液粘壁凝结，减小了炉体内的温度梯度，进而减小了尿素在热解炉内反应不充分的问题，提高了尿素热解炉系统的运行可靠性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明整体示意图。
20.附图标记说明：1-高温烟气抽气烟道；2-抽气烟道阀门；3-高温引风机；4-电加热旁路烟道阀门；5-辅助电加热器；6-主进气烟道阀门；7-热解炉顶部进气烟道阀门；8-热解炉顶部进气口；9-整流多孔板；10-热解炉顶部旋流进气烟道阀门；11-热解炉顶部旋流进气口；12-双流体喷枪组；13-热解炉底部旋流进气烟道阀门；14-热解炉底部旋流进气口；15-消旋格栅；16-压缩空气机；17-压缩空气管道阀门；18-尿素溶液储罐；19-尿素溶液输送泵；20-冷却风机；21-冷却风管道阀门；22-喷氨格栅。
具体实施方式
21.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，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。
24.实施例1
25.本发明提出的燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统，如图1所示，其中包括：高温烟气抽气烟道1，抽气烟道阀门2，高温引风机3，电加热旁路烟道阀门4，辅助电加热器5，主进气烟道阀门6，热解炉顶部进气烟道阀门7，热解炉顶部进气口8，整流多孔板9，热解炉顶部旋流进气烟道阀门10，热解炉顶部旋流进气口11，双流体喷枪组12，热解炉底部旋流进气烟道阀门13，热解炉底部旋流进气口14，消旋格栅15，压缩空气机16，压缩空气管道阀门17，尿素溶液储罐18，尿素溶液输送泵19，冷却风机20，冷却风管道阀门21，喷氨格栅22。
26.高温烟气抽气烟道1位于燃气轮机排气出口，通过抽气烟道阀门2开度和高温引风机3功率控制抽气量，根据燃气轮机排烟温度判断是否需要开启辅助电加热器5，若燃气轮机排烟温度较低，则开启电加热旁路烟道阀门4，关闭主进气烟道阀门6开启辅助电加热器5，对烟气进行加热。若燃气轮机排烟温度较高，可关闭电加热旁路烟道阀门4，开启主进气烟道阀门6。通过控制热解炉顶部进气烟道阀门7、热解炉顶部旋流进气烟道阀门10和热解炉底部旋流进气烟道阀门13开度调节各路进气管道的进气量，保证热解炉顶部进气口8流量为总烟气流量的40％-60％，热解炉顶部旋流进气口11流量为总流量的30％-40％，热解炉底部旋流进气口14流量为总流量的10％-20％。热解炉顶部进气口8为直流进气，热空气经过渐扩段并在整流多孔板9的作用下充满整个管道，消除由于管道变径导致的流速分布不均。热解炉顶部旋流进气口11为矩形进气口，且其外侧矩形壁面与热解炉主体相切，热空气进入圆筒形热解炉主体后产生强烈旋转，并带动顶部进入热空气随之发生旋转。双流体喷枪组12布置于热解炉顶部旋流进气口11下方0.2m-0.5m处。雾化尿素液滴与旋转流动的热烟气发生充分接触，快速完成蒸发、尿素热解及异氰酸水解反应生成氨气。由于热烟气的旋流运动，延长了烟气在热解炉内的停留时间有利于尿素彻底分解。由于粘滞力的作用烟
气的旋流强度下降，同时因为尿素溶液蒸发吸热致使烟气温度降低，容易形成尿素未完全分解产物结晶。因此在热解炉底部设置热解炉底部旋流进气口14，为矩形进气口，且其外侧矩形壁面与热解炉主体相切，热空气进入圆筒形热解炉主体后产生强烈旋转，在热解炉底部近壁面处形成高温保护气，防止出现结晶。在热解炉出口管道内布置消旋格栅15，消除氨空混合气的残余旋转。由于在热解炉底部加入了10％-20％的高温烟气，可能导致出口烟气温度超过普通碳钢管道的承受温度，系统设置有冷却风机20，向氨空混合气出口管道内补充少量冷空气以降低气体温度，调整氨气体积浓度低于5％。氨空混合气进入喷氨格栅22后，均匀喷射到烟道内。
27.本发明提出了一种燃气-蒸汽联合循环机组scr脱硝尿素热解制氨系统。采用高温引风机将燃气轮机烟气引入热解炉，在进气烟道上布置辅助电加热器，以保证燃气轮机工况变化时进入热解炉的烟气温度稳定在600℃以上，保证热解炉在燃气轮机变工况时的连续稳定运行。针对传统热解炉顶部进气，热空气在热解炉内停留时间短，流速分布不均，热解炉下部容易产生结晶的问题，采用多烟气进口方式，在热解炉主体布置两个切向烟气进口，在炉内形成强旋流烟气，强化尿素液滴与烟气的混合，促进尿素分解，同时防止尿素液滴碰壁，可在热解炉底部近壁面处形成高温保护气，预防尿素未完全分解产物结晶。同时，为防止热解炉出口气体温度超过碳钢材料承受温度，采用冷空气送风机送风稀释氨空混合气并降低气体温度。
28.工作和使用过程：
29.燃气轮机-蒸汽联合循环机组运行稳定后，燃气轮机排烟温度为520℃，需要辅助电加热器将烟气温度升温至600℃，打开抽气烟道阀门2，关闭主进气烟道阀门6，开启电加热旁路烟道阀门4，将热解炉顶部进气烟道阀门7开度置于40％，将解炉顶部旋流进气烟道阀门10开度置于40％，将热解炉底部旋流进气烟道阀门13开度置于20％。启动高温引风机3抽取高温烟气，开启辅助电加热器5，将烟气出口温度设定为600℃。通过调节高温引风机变频器逐步增大引风量，直至达到额定流量。
30.待热解炉入口烟气温度达到设定值时，此时热解炉具备尿素溶液喷射条件，尿素喷射量由计量分配模块控制，打开压缩空气管道阀门17，再打开尿素喷枪电动门，根据氨需量计算出所需尿素流量，打开尿素喷枪调节阀同尿素电磁流量计，调节尿素喷枪调节阀，尿素溶液与雾化空气共同供给到喷枪，经由喷枪喷嘴雾化后喷入热解炉，在热解炉内分解成氨气。若热解炉出口混合气温度超过350℃，可打开冷却风管道阀门21，启动冷却风机20，控制变频器控制冷却风流量，最后氨空混合气进入喷氨格栅，均匀向烟道内喷射氨气。
31.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。