超临界煤气发电锅炉及其运行方法

技术领域

本发明属于超临界煤气发电技术领域，具体涉及一种超临界煤气发电锅炉以及该超临界煤气发电锅炉的运行方法。

背景技术

钢厂富余煤气发电技术大致经历了中温中压、高温高压、高温超高压、超高温亚临界等阶段，发电效率逐步提升。随着对环保更严格的要求，需要对现有低热值煤气发电技术进行升级换代，以达到更高程度的节能和环保要求。冶金煤气小型化超临界发电技术在是在超高压和亚临界煤气发电技术基础上的进一步发展而来，其基于低热值煤气的燃烧反应动力学模型，使煤气在锅炉中高效燃烧，产生压力参数高达24.2MPa、温度参数高达600℃的主蒸汽(超临界状态)，随即送入高参数小型化汽轮发电机组高效发电，其发电效率相比现有常规机组可进一步提升8～10％。

目前的超临界煤气发电锅炉皆采用直流锅炉，布置型式为双跨布置，各受热面之间布置紧凑。有部分超临界煤气发电锅炉采用内置SCR脱硝技术，SCR脱硝适温段一般位于上级主省煤器和下级主省煤器的竖直烟道之间，然而，SCR内置后导致烟道内流场调整空间被压缩，另外由于在上级主省煤器上方有大烟气偏折角，而且烟气挡板门开度不断变化也会造成烟气流场不均问题，这些因素叠加都导致SCR前烟气参数不佳，烟气脱硝效果不足。

发明内容

本发明涉及一种超临界煤气发电锅炉以及该超临界煤气发电锅炉的运行方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种超临界煤气发电锅炉，包括炉膛、水平烟道和竖直烟道，在所述竖直烟道中布置有上级主省煤器和下级主省煤器，

在所述水平烟道中布置有第一喷氨机构；

在两级主省煤器之间布置有第二喷氨机构、流场优化机构和SCR反应机构，其中，流场优化机构位于所述SCR反应机构的上游。

作为实施方式之一，所述流场优化机构包括沿烟气流通方向依次布置的导流板、多孔板、静态混合器和整流格栅。

作为实施方式之一，所述导流板采用多态板面、弧面分区的结构；所述多孔板采用异距可拆卸式多孔板；所述静态混合器为多片V型对称组合式混流静态混合器；所述整流格栅采用蜂窝型多孔薄壁整流格栅。

作为实施方式之一，所述第二喷氨机构布置在所述流场优化机构的上游。

作为实施方式之一，所述竖直烟道中还布置有旁路省煤器和低温再热器，旁路省煤器和低温再热器布置为双通道结构，在所述双通道结构与所述上级主省煤器之间布置有烟气调节挡板门。

作为实施方式之一，该超临界煤气发电锅炉还包括介质配制机构，所述介质配制机构包括氨空混合器、氨蒸汽制取单元和供风管路，所述氨蒸汽制取单元通过氨蒸汽供给管与所述氨空混合器的进氨口连接，所述供风管路与所述氨空混合器的进风口连接，所述氨空混合器的介质出口管分别与所述第一喷氨机构和所述第二喷氨机构连接。

本发明还涉及如上所述的超临界煤气发电锅炉的运行方法，包括：

通过第一喷氨机构和第二喷氨机构进行组合式分区域向烟道中喷氨，以将SCR反应机构入口烟气的氨氮摩尔比控制在目标范围内；

通过流场优化机构优化SCR反应机构之前的烟气流场，以将催化剂床层前的流场数据控制在目标范围内；

从竖直烟道的出口侧获得达标烟气。

作为实施方式之一，进入催化剂床层之前的烟气流场满足：

速度偏差＜±15％，烟气夹角＜±10°，烟气温度偏差＜±10℃，NH

本发明至少具有如下有益效果：

本发明中，采用第一喷氨机构和第二喷氨机构进行组合式分区域喷氨，能实现分区、分组、分工况多态均匀喷氨，针对SCR反应器内置导致流场调整空间被压缩的情况，上述喷氨方式可以便于进行氨氮摩尔比偏差的调优，保证氨逃逸指标在排放标准内，减轻对后续受热面的腐蚀问题。结合流场优化机构的流场优化作用，解决超临界煤气发电锅炉存在的烟气流场缺陷，能提高SCR反应效果和效率。

本发明进一步具有如下有益效果：

本发明中，采用流场优化机构对SCR前的烟气流场依次进行导流、充分再分布、静态混合和整流，有效地优化SCR前的烟气流场，克服了超临界煤气发电锅炉所存在的大烟气偏折角、两侧烟气挡板门开度不断变化所造成的烟气流场不均等问题，确保催化剂床层前的流场数据达标，让催化剂有较理想的工作状态，显著地提高SCR反应效果和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的超临界煤气发电锅炉的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种超临界煤气发电锅炉，包括炉膛1、水平烟道和竖直烟道，在所述竖直烟道中布置有上级主省煤器9和下级主省煤器16，

在所述水平烟道中布置有第一喷氨机构5；

在两级主省煤器之间布置有第二喷氨机构10、流场优化机构和SCR反应机构15，其中，流场优化机构位于所述SCR反应机构15的上游。

其中，炉膛1、水平烟道、竖直烟道形成双跨布置结构形式，水平烟道与竖直烟道相交处存在大烟气偏折角。

其中，水平烟道中布置有换热器组，上述第一喷氨机构5优选为布置在换热器组的下游；可选地，换热器组包括沿烟气流向依次布置的高温过热器2、高温再热器3和低温过热器4。

采用SCR反应机构15内置方式，缩减了常规脱硝入口烟道，采用在上下级主省煤器16之间的竖直烟道内进行SCR反应器布置，既可以实现优于超净排放要求，又能明显降低系统投资成本和运行成本。

进一步地，如图1，竖直烟道中还布置有旁路省煤器6和低温再热器7，旁路省煤器6和低温再热器7布置为双通道结构，在所述双通道结构与所述上级主省煤器9之间布置有烟气调节挡板门8。

在其中一个实施例中，如图1，所述流场优化机构包括沿烟气流通方向依次布置的导流板11、多孔板12、静态混合器13和整流格栅14，可以对SCR前的烟气流场依次进行导流、充分再分布、静态混合和整流，有效地优化SCR前的烟气流场，克服了超临界煤气发电锅炉所存在的大烟气偏折角、两侧烟气挡板门8开度不断变化所造成的烟气流场不均等问题，确保催化剂床层前的流场数据达标，让催化剂有较理想的工作状态，显著地提高SCR反应效果和效率。

其中：

导流板11主要用于对进入多孔板12之前因为烟气调节挡板门8及大偏折角造成的烟气不均进行强制大范围纠偏；包括但不限于采用多态板面、弧面分区的结构；

多孔板12主要用于对纠偏后的烟气进行强行再分布，进一步提高烟气流场均匀度；包括但不限于采用异距可拆卸式多孔板12；

静态混合器13旨在增强氨/烟混合效果，降低氨氮比偏差；包括但不限于采用多片V型对称组合式混流静态混合器13；

整流格栅14主要用于控制烟气垂直进入催化剂层，并进一步对烟气流场进行修整，提高烟气流场均匀度；包括但不限于采用蜂窝型多孔薄壁整流格栅14；

以上各流场优化段相互配合，确保进入催化剂层之前的各项指标。

在其中一个实施例中，基于上述流场优化机构的优化作用，使得进入催化剂床层之前的烟气流场满足：

速度偏差＜±15％，烟气夹角＜±10°，烟气温度偏差＜±10℃，NH

在其中一个实施例中，所述第二喷氨机构10布置在所述流场优化机构的上游，喷氨截面较小，喷氨设计较为简便。在另外的实施例中，所述第二喷氨机构10布置在所述流场优化机构之内(即流场优化机构中的任意相邻两个流场优化段之间)，例如布置在导流板11与多孔板12之间，或者布置在多孔板12与静态混合器13之间；在该方式中，烟气流场已趋于稳定，喷氨混合效果更佳。相较而言，将第二喷氨机构10布置在导流板11与多孔板12之间时，既能获得相对较小的喷氨截面，又能获得相对稳定的烟气流场，因而脱硝效果更好。

在其中一个实施例中，对应于旁路省煤器6和低温再热器7，上述第二喷氨机构10分为炉左炉右两个喷氨调节分区；每个次调节分区设置3～4组调节阀组，每组调节阀组设置3～6根喷氨管道，每根喷氨管道设置1～10支喷嘴。这种喷氨分区方式可以有效地提高喷氨灵活性和可靠性，能较好地匹配烟气流场特性，从而显著地提高烟气处理效果。

上述第一喷氨机构5也可采用上述分区方式，喷氨调节的灵活性和可靠性更高，可以进一步提高烟气处理效果。

其中，喷氨机构中，喷嘴优选为采用逆流向布置方式，流速约为N倍(例如2～4倍)烟气流速，进行逆向伞形混流喷射，可以扩大重叠喷射面及增强混合效果。

上述第一喷氨机构5和第二喷氨机构10用于向烟道内喷氨，相应地，该超临界煤气发电锅炉还包括介质配制机构，用于向第一喷氨机构5和第二喷氨机构10供应喷淋介质。在其中一个实施例中，如图1，所述介质配制机构包括氨空混合器17、氨蒸汽制取单元和供风管路，所述氨蒸汽制取单元通过氨蒸汽供给管与所述氨空混合器17的进氨口连接，所述供风管路与所述氨空混合器17的进风口连接，所述氨空混合器17的介质出口管分别与所述第一喷氨机构5和所述第二喷氨机构10连接。

其中，优选地，在供风管路上布置有加热器19，将空气加热升温后，再进入氨空混合器17与氨蒸汽混合，可以较好地稀释氨蒸汽，并且加热氨蒸汽或者避免造成氨蒸汽温度下降，可以提高氨气脱硝效果。该加热器19包括但不限于采用电加热器。

另外，供风管路可与锅炉的空预器连接，即空气先经空预器预热后，再经加热器加热，升高到预设温度后，用于对氨蒸汽稀释。

优选地，上述氨蒸汽制取单元包括氨水蒸发器18，该氨水蒸发器18连接有氨水供管和蒸汽供管，采用蒸汽加热氨水，以获得氨蒸汽。进一步地，氨水蒸发器18加热蒸汽由锅炉四抽蒸汽提供，优选为在蒸汽供管上设置减温减压器，将蒸汽参数降至设定范围(例如1MPa左右)的低压饱和蒸汽供氨水蒸发器18使用。

本实施例中，采用第一喷氨机构5和第二喷氨机构10进行组合式分区域喷氨，能实现分区、分组、分工况多态均匀喷氨，针对SCR反应器内置导致流场调整空间被压缩的情况，上述喷氨方式可以便于进行氨氮摩尔比偏差的调优，保证氨逃逸指标在排放标准内，减轻对后续受热面的腐蚀问题。

本实施例提供的超临界煤气发电锅炉，可达到很高的脱硝效率和氨逃逸控制，污染物排放可优于超净要求，例如NO

实施例二

本发明实施例提供上述超临界煤气发电锅炉的运行方法，包括：

通过第一喷氨机构5和第二喷氨机构10进行组合式分区域向烟道中喷氨，以将SCR反应机构15入口烟气的氨氮摩尔比控制在目标范围内；

通过流场优化机构优化SCR反应机构15之前的烟气流场，以将催化剂床层前的流场数据控制在目标范围内；

从竖直烟道的出口侧获得达标烟气。

其中，优选地，进入催化剂床层之前的烟气流场满足：

速度偏差＜±15％，烟气夹角＜±10°，烟气温度偏差＜±10℃，NH

在其中一个实施例中，当锅炉负荷波动或燃料波动造成排放口NOx超标时，联锁调控增大第一喷氨机构5调节阀开度，增大总喷氨量。

旁路省煤器6和低温再热器7出口侧的烟气调节挡板门8肩负锅炉受热面的调温作用，挡板门8开度会根据锅炉运行状态波动进行调整，当挡板门8开度调整时，联锁调控第二喷氨机构10对应喷氨分区调节阀开度(跟随挡板门8开度增减而对应喷氨分区调节阀开度增减)，进行针对性喷氨量调节。两组喷氨机构相互结合又相互独立，应对不同工况下可保证出口NOx达标同时也可以保证氨逃逸指标及喷氨经济性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。