一种燃煤火电机组全工况脱硝系统及调节方法与流程

1.本发明涉及燃煤火电厂烟气脱硝技术领域，特别是涉及一种燃煤火电机组全工况脱硝系统及调节方法。


背景技术：

2.为满足机组nox排放浓度要求，燃煤机组大部分设置有scr脱硝装置。脱硝装置的催化剂通常工作温度范围在300～420℃之间，超过温度范围催化剂将不能发挥其应有的作用。当机组参与深度调峰(低负荷运行)或者机组需要启停时，机组脱硝系统入口烟温通常会低于300℃，故不能满足脱硝系统的正常投运的要求，从而造成环保指标不达标。
3.随着环保政策持续收紧，燃煤机组全时段(从点火到带负荷再到停运的各个阶段)脱硝将逐步成为常态化要求。2016年11月，环境保护部环境监察局颁发紧急通知，要求对北京市、天津市、河北省、山东省、河南省等省份重点地区的部分企业实行超标排放直接督办，要求污染源自动监控小时数据(折算)浓度均值不超标。这不但要求锅炉在带负荷运行时污染物排放浓度不超标，锅炉在全时段排放均要达标。同时，随着能源结构转型持续推进，燃煤火电机组将更多地承担灵活性调峰的作用。未来一段时间，燃煤机组长期低负荷运行以及频繁启停机将成为常态。因此，机组长期低负荷下脱硝系统经济稳定运行也是现实需求。
4.为解决低负荷脱硝退出问题，已有较为成熟的改造技术及应用业绩，如省煤器分级、热水再循环、省煤器旁路(水侧)、省煤器烟道旁路(烟气侧)、增设0号高加等等。但这些技术总体上来说都属于机组内部热量转移的形式来提高scr入口烟气温度达到脱硝许用温度，提温幅度有限。而机组启动阶段，整个炉膛不存在合适的温度区间，无法通过机组内部热量转移的方式实现全时段脱硝。因此，如何实现燃煤机组长期低负荷运行以及频繁启停机状态下实现脱硝系统的正常工作是行业亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种一种燃煤火电机组全工况脱硝系统及调节方法。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种燃煤火电机组全工况脱硝系统，包括依次连通的省煤器、主烟道和脱硝装置，还包括主烟道调节挡板、旁路烟道装置和旁路烟气加热装置，所述主烟道调节挡板设置在所述主烟道与所述省煤器之间，所述旁路烟道装置包括旁路烟道、旁路烟道关断挡板和旁路烟道调节挡板，所述旁路烟道关断挡板设置在所述省煤器的顶部和所述旁路烟道的入口之间，所述旁路烟道调节挡板设置在所述旁路烟道的出口和所述主烟道之间；所述旁路烟气加热装置设置在所述旁路烟道中，
8.还包括控制模块，所述控制模块与所述主烟道调节挡板、所述旁路烟道关断挡板、所述旁路烟道调节挡板和所述旁路烟气加热装置连接，用于根据所述脱硝装置入口处的烟气温度控制所述主烟道调节挡板、所述旁路烟道关断挡板、所述旁路烟道调节挡板的开度
以及所述旁路烟气加热装置的工作状态。
9.优选地，所述旁路烟气加热装置设置在所述旁路烟道的顶部，且所述旁路烟气加热装置的燃烧出口朝向所述旁路烟道的出口。
10.优选地，所述旁路烟气加热装置包括燃料通道、燃烧器和燃烧室，所述燃料通道与所述燃烧器连通，所述燃烧室环绕所述燃烧器设置，且所述燃烧室的所述燃烧出口朝向所述旁路烟道的出口。
11.优选地，旁路烟气加热装置还包括助燃风管道，所述助燃风管道连通外部与所述燃烧室，且平行装设于所述燃料通道的两侧。
12.优选地，所述旁路烟气加热装置通过固定肋板安装固定在所述旁路烟道的顶部。
13.优选地，所述旁路烟道装置还包括旁路烟道膨胀节，所述旁路烟道膨胀节设置在所述旁路烟道的出口处。
14.为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：
15.一种燃煤火电机组全工况脱硝系统的调节方法，采用上述燃煤火电机组全工况脱硝系统，包括如下步骤：
16.在机组启动投粉阶段和机组停机阶段，打开所述旁路烟道关断挡板，控制所述旁路烟气加热装置对旁路烟道内的旁路烟气进行加热，控制所述主烟道调节挡板、所述旁路烟道关断挡板和所述旁路烟道调节挡板的开度使旁路烟气与所述主烟道中的烟气混合，提高脱硝装置的入口烟温至脱硝催化剂最低许用温度；随机组的负荷提升，逐步降低所述旁路烟气加热装置的加热量；随机组的负荷降低，逐步提高所述旁路烟气加热装置的加热量；
17.在机组从最低调峰负荷阶段进入常规负荷阶段，降低所述旁路烟气加热装置的加热量直至为零，控制所述旁路烟道关断挡板、所述主烟道调节挡板和所述旁路烟道调节挡板的开度，调节旁路烟气的烟气流量和主烟道中的烟气流量，使脱硝装置的入口烟温达到脱硝催化剂最低许用温度。
18.优选地，调节方法还包括如下步骤：
19.在机组的最低调峰低负荷运行阶段，随机组的负荷提升，优先控制所述旁路烟道关断挡板、所述主烟道调节挡板和所述旁路烟道调节挡板的开度来调整脱硝装置的入口烟温，同时逐步降低所述旁路烟气加热装置的加热量；随机组的负荷降低，优先控制所述旁路烟道关断挡板、所述主烟道调节挡板和所述旁路烟道调节挡板的开度来调整脱硝装置的入口烟温，同时逐步提高所述旁路烟气加热装置的加热量。
20.优选地，调节方法还包括如下步骤：
21.在机组停机阶段，优先控制所述旁路烟道关断挡板、所述主烟道调节挡板和所述旁路烟道调节挡板的开度来调整脱硝装置的入口烟温，同时逐步提高所述旁路烟气加热装置的加热量。
22.优选地，所述旁路烟气加热装置包括燃料通道；调节方法还包括如下步骤：
23.通过控制所述燃料通道的燃料量来控制所述旁路烟气加热装置的加热量，调节所述旁路烟道出口的旁路烟气的温度。
24.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
25.上述技术方案中所提供的燃煤火电机组全工况脱硝系统及调节方法，通过主烟道调节挡板、旁路烟道关断挡板、旁路烟道调节挡板以及旁路烟气加热装置的合理配合，将高
温的旁路烟气与低温的主烟道烟气充分混合，提高scr入口的烟气温度，实现了机组的全工况脱硝，包括机组的启停机阶段、低负荷阶段和常负荷阶段，脱硝装置入口处烟气温度达到催化剂许用温度以上，减少nox的排放，解决了现阶段低负荷和启停时脱硝系统无法投入的问题，为燃煤火电机组在探索更低负荷调峰能力方面提供关键技术。
26.且由于增设了旁路烟气加热装置，可在加热低温烟气的同时，还可以消除锅炉启动阶段未完全燃烧的煤粉等可燃物，突破现阶段全负荷(含启停机)脱硝技术烟气提温能力的限制。而在机组处于低负荷阶段，可充分发挥锅炉内部热源在低负荷阶段对scr入口烟气提温作用，避免常规带负荷阶段烟气加热系统频繁启停带来的燃料成本上升以及对系统寿命的影响。
27.同时，在机组的全工况的不同阶段，通过主烟道调节挡板、旁路烟道关断挡板、和旁路烟道调节挡板三者的开度调整，使主烟道内的气体可以主动稳定地进入到旁路烟道内，再通过与旁路烟气加热装置的配合，使高温烟气主动进入主烟道与低温烟气混合，减少循环风机的装设；降低了设备成本以及维护成本。
附图说明
28.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。
29.图1为本发明实施方式中燃煤火电机组全工况脱硝系统的结构示意图。
30.图2为本发明实施方式中旁路烟气加热装置的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1、省煤器；2、主烟道；3、脱硝装置；4、主烟道调节挡板；5、旁路烟道装置；51、旁路烟道；52、旁路烟道关断挡板；53、旁路烟道调节挡板；54、旁路烟道膨胀节；6、旁路烟气加热装置；61、燃料通道；62、燃烧器；63、燃烧室；64、助燃风管道；65、固定肋板。
具体实施方式
33.下面将结合附图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。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.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。
36.如附图1所示，本发明实施例提供了一种燃煤火电机组全工况脱硝系统，包括依次连通的省煤器1、主烟道2和脱硝装置3，机组烟气通过省煤器1进入主烟道2，而后通过主烟道2进入脱硝装置3入口，这一部分为锅炉机组原烟道；同时，本发明实施例的系统还包括还包括主烟道调节挡板4、旁路烟道装置5和旁路烟气加热装置6，主烟道调节挡板4设置在主烟道2与省煤器1之间，旁路烟道装置5包括旁路烟道51、旁路烟道关断挡板52和旁路烟道调节挡板53，旁路烟道关断挡板52设置在省煤器1的顶部和旁路烟道51的入口之间，旁路烟道调节挡板53设置在旁路烟道51的出口和主烟道2之间；旁路烟气加热装置6设置在旁路烟道51中；本发明实施例还包括控制模块(未画出)，控制模块与主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53和旁路烟气加热装置6连接，用于根据脱硝装置3入口处的烟气温度控制主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53的开度以及旁路烟气加热装置6的工作状态。
37.本发明实施例通过在原有的烟道系统上增设旁路烟气加热装置6、旁路烟道装置5和主烟道调节挡板4，主烟道调节挡板4可调节主烟道2的低温烟气的流量，旁路烟道关断挡板52可调节进入旁路烟道51的烟气流量，旁路烟道调节挡板53可调节流出旁路烟道51的烟气流量，旁路烟气加热装置6可控制旁路烟气的温度，将主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53以及旁路烟气加热装置6结合调控，可控制旁路烟气和主烟气的混合烟气温度，使其至少达到脱硝装置3催化剂的最低使用温度。控制器通过控制主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53以及旁路烟气加热装置6的工作状态，包括各个挡板的开度，旁路烟气加热装置6的开关以及加热量，实现了机组的全工况脱硝，同时，通过各个挡板的开度与旁路烟气加热装置6的加热量的配合，旁路烟道51中的旁路烟气利用温差和压力差可自动进入主烟道2中与低温烟气混合，无需额外设置风机，系统整体结构简单，调节方便。
38.基于上述系统，本发明实施例还公开一种燃煤火电机组全工况脱硝系统的调节方法，包括如下步骤：
39.在机组启动投粉阶段和机组停机阶段，打开旁路烟道关断挡板52，控制旁路烟气加热装置6对旁路烟道51内的旁路烟气进行加热，控制主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度使旁路烟气与主烟道2中的烟气混合，提高脱硝装置3的入口烟温至脱硝催化剂最低许用温度；随机组的负荷提升，逐步降低旁路烟气加热装置6的加热量；随机组的负荷降低，逐步提高旁路烟气加热装置6的加热量；
40.在机组启动投粉阶段，机组产生的烟气温度很低，烟气中的含氧量可以达到16％，调小主烟道调节挡板4的开度，调大旁路烟道调节挡板53的开度，利用压力差使部分低温烟气通过旁路烟道关断挡板52进入旁路烟道51，设置在旁路烟道51中的旁路烟气加热装置6对烟气进行加热，在加热旁路烟气的同时可以点燃未充分燃尽的煤粉等可燃物，此时，由于旁路烟气的压力和温度均高于主烟道2中的烟气，高温的旁路烟气无需风机也可主动平稳地进入主烟道2中与经过省煤器1的低温主烟气充分混合，使到达脱硝装置3入口处的混合烟气温度达到300℃以上，满足scr脱硝装置3的运行需求。
41.在机组启动投粉阶段至最低调峰负荷阶段，随着机组的负荷提升，机组产生的烟气温度逐渐提升，一部分进入旁路烟道51的烟气温度本身就比较高，则可逐步降低旁路烟
气加热装置6的加热量，而经过省煤器1进入主烟道2的烟气温度会适当降低，但仍高于投粉阶段的主烟道2中的烟气温度，将这部分低温烟气与高温旁路烟气混合，使其温度达到300℃以上，此时，除了降低旁路烟气加热装置6的加热量，还可调大主烟道调节挡板4的开度，调小旁路烟道调节挡板53的开度，同时旁路烟气加热装置6仍在工作，可利用旁路烟气加热装置6产生的温度差与调下的旁路烟道出口提高旁路烟气流出旁路烟道51的流速，无需风机也可使省煤器1顶部的烟气自动进入旁路烟道51，也可使旁路烟道51内的高温烟气主动进入主烟道2，实现高温旁路烟气与较低温的主烟道2烟气顺利混合，提升脱硝装置3入口处的烟气温度，可以满足燃煤机组在低负荷(20％～40％)上升到常规负荷情况下烟气脱硝系统正常运行，减少nox的排放。
42.具体的，在机组长期低负荷运行以及频繁启停机状态时，随机组的负荷提升，优先控制旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度来调整脱硝装置3的入口烟温，同时逐步降低旁路烟气加热装置6的加热量；随机组的负荷降低，优先控制旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度来调整脱硝装置3的入口烟温，同时逐步提高旁路烟气加热装置6的加热量。通过旁路烟气加热装置6与旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53之间的配合，无需频繁调整旁路烟气加热装置6的加热量，而是优先调整旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度，延长旁路烟气加热装置6的使用寿命。
43.在机组停机阶段，随机组的负荷降低，逐步提高旁路烟气加热装置6的加热量。与此同时，优先控制旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度来调整脱硝装置3的入口烟温，具体为，逐步调小主烟道调节挡板4的开度，调大旁路烟道调节挡板53的开度，利用压力差使部分低温烟气通过旁路烟道关断挡板52进入旁路烟道51，且由于机组负荷降低，机组产生的烟气温度下降，因此逐步提高旁路烟气加热装置6的加热量，在加热旁路烟气的同时可以点燃未充分燃尽的煤粉等可燃物，此时，由于旁路烟气的压力和温度均高于主烟道2中的烟气，高温的旁路烟气无需风机也可主动平稳地进入主烟道2中与经过省煤器1的低温主烟气充分混合，使到达脱硝装置3入口处的混合烟气温度达到300℃以上，满足scr脱硝装置3的运行需求，突破现阶段全负荷(含启停机)脱硝技术烟气提温能力的限制。
44.而在机组从最低调峰负荷阶段进入常规负荷阶段，机组产生的烟气温度已经足够高，因此可降低旁路烟气加热装置6的加热量直至为零，只控制旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度，调节旁路烟气的烟气流量和主烟道2中的烟气流量，直接利用未经过省煤器1的高温烟气与经过省煤器1的主烟道2中的较低温烟气混合，使脱硝装置3的入口烟温达到脱硝催化剂最低许用温度，无需旁路烟气加热装置6频繁启动，延长旁路烟气加热装置6的使用寿命。
45.在常规负荷阶段，旁路烟气加热装置6可不工作，只控制旁路烟道关断挡板52、主烟道调节挡板4和旁路烟道调节挡板53的开度，来使脱硝装置3的入口烟温达到脱硝催化剂最低许用温度。
46.上述实施例的调节方法中，主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53以及旁路烟气加热装置6的工作状态根据脱硝装置3入口处的烟气温度来控制，具体可在脱硝装置3入口处、主烟道2和旁路烟道51中分别设置温度传感器，在主烟道2的入口
处和旁路烟道51的出口设置流量传感器，从而精准控制主烟道2中的低温烟气流量、旁路烟道51出口处的高温旁路烟气流量和温度，将脱硝装置3入口处的烟气温度与旁路烟气加热装置6的加热量、主烟道调节挡板4、旁路烟道关断挡板52、旁路烟道调节挡板53三者的开度参数彼此关联，避免盲调，提高调节效率。
47.优选地，如附图1和附图2所示，旁路烟气加热装置6设置在旁路烟道51的顶部，且旁路烟气加热装置6的燃烧出口朝向旁路烟道51的出口，旁路烟气加热装置6的燃烧出口会产生朝向旁路烟道51的出口的冲力，充分加热旁路烟气。
48.具体的，旁路烟气加热装置6包括燃料通道61、燃烧器62和燃烧室63，燃料通道61与燃烧器62连通，燃烧室63环绕燃烧器62设置，且燃烧室63的燃烧出口朝向旁路烟道51的出口。
49.基于此，本发明实施例的燃煤火电机组全工况脱硝系统的调节方法还包括如下步骤：
50.通过控制燃料通道61的燃料量来控制旁路烟气加热装置6的加热量，调节旁路烟道51出口的旁路烟气的温度，更精准方便地控制旁路烟气加热装置6的加热量。
51.除了在燃煤机组启停阶段以及在启动到20％负荷运行过程中，主烟气内的含氧量可以达到16％以外，其他阶段机组产生的烟气中氧气含量较低，因此，优选地，旁路烟气加热装置6还包括助燃风管道64，助燃风管道64连通外部与燃烧室63，且平行装设于燃料通道61的两侧，用来补充旁路烟道51中的氧气，使燃料燃烧更充分，利用率更高。
52.进一步地，旁路烟气加热装置6通过固定肋板65安装固定在旁路烟道51的顶部，固定肋板65可通过焊接等方式将旁路烟气加热装置6固定在旁路烟道51的顶部，不仅装配方式简单，且足够牢固稳定，保证燃煤火电机组全工况脱硝系统的正常工作。
53.优选地，旁路烟道装置5还包括旁路烟道膨胀节54，旁路烟道膨胀节54设置在旁路烟道51的出口处，用于补偿由于烟气的的温度差与机械应力所引起的附加应力。
54.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。