超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统及方法

摘要

本发明公开了一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统，包括：给水旁路管路，其进水端与位于省煤器上游的锅炉的主给水管道连通，给水旁路管路的出水端与位于省煤器的出口的下降管道连接，给水旁路管路上设有闸阀和调节阀。可以调节给水旁路管路的给水流量，减少进入省煤器内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器的吸热量，从而提高脱硝装置入口烟温。公开了一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环方法，包括：将位于省煤器入口上游的主给水管道上的水分流至省煤器出口的下降管道上，调节分流的水量。具有减少进入省煤器内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器的吸热量，提高脱硝装置入口烟温的有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及全负荷脱硝领域。更具体地说，本发明涉及一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统及方法。

背景技术

目前电站锅炉的脱硝装置大多数采用选择性催化还原(SCR)技术，采用的催化剂要求的通常工作温度范围在300～400℃之间(与煤种、催化剂类型等相关)。常规锅炉设计中，会存在如下问题：在机组负荷较高时，脱硝装置进口烟温正好在催化剂正常运行范围，而在机组负荷较低时，脱硝装置进口烟温较低，低于催化剂的正常使用温度。若在低负荷时将脱硝装置进口的设计烟温提高到满足催化剂的要求，则在高负荷时烟温会更高，引起排烟温度高，锅炉效率低，经济性差。因此，一般情况下锅炉设计时，都按在高负荷时满足较低的排烟温度来进行设计，以确保锅炉的高效率，提高机组经济性；但是这将致使电站锅炉在低负荷时只能将脱硝装置解列运行，从而不能适应最新的电厂氮氧化物排放指标的要求，因为SCR入口烟温过低时，催化剂活性降低，氨逃逸增加，从而与烟气中三氧化硫反应形成硫酸氢铵，导致下游设备如空预器堵塞，甚至损坏催化剂。

随着近年来国家环保标准、环保政策的相继出台，火电机组大气污染物排放要求越来越严格，同时为响应国家深度调峰政策要求，火电机组需提高深度调峰能力，电站锅炉需要实现机组并网及以上负荷满足脱硝装置入口烟温达到脱硝装置投入使用温度的要求势在必行，超临界火电机组也需要适应政策要求，实现机组深度调峰能力。

目前电站机组大多仅能实现宽负荷脱硝，采用的方法有省煤器分级布置、烟气旁路系统、省煤器水侧旁路系统等。分级省煤器存在高低负荷匹配性较差，无法满足全负荷脱硝的要求；烟气旁路存在烟气温度场分布差、烟气挡板可靠度低等缺点；省煤器水侧旁路存在提温幅度有限、工质容易汽化等缺点；上述几种常规方案都无法满足国家对火电机组深度调峰的严苛要求，无法实现全负荷条件下安全稳定的提升SCR入口烟温。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统，可以调节给水旁路管路的给水流量，减少进入省煤器内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器的吸热量，从而提高脱硝装置入口烟温。

提供一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环方法，在机组负荷较低时，脱硝装置进口烟温较低，通过使部分给水不经过省煤器而直接旁路到省煤器下降管与经过原省煤器加热后的其他工质混合，减少省煤器换热量，提高脱硝装置入口烟温。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统，包括：

给水旁路管路，其进水端与位于省煤器上游的锅炉的主给水管道连通，所述给水旁路管路的出水端与位于所述省煤器的出口的下降管道连接，所述给水旁路管路上设有闸阀和调节阀。

优选的是，所述给水旁路管路上位于调节阀下游还设有止回阀和流量计。

优选的是，还包括再循环管路组，其包括：

强制再循环管路，其进水端与所述省煤器的出口的下降管道连接，并且接口位于所述给水旁路管路出水端的上游，所述强制再循环管路上设有闸阀、调节阀、止回阀、流量计；

循环泵，其进水端和出水端分别对应连接有循环泵入口管路和循环泵出口管路，所述循环泵入口管路进水端与所述强制再循环管路的出水端连通，所述循环泵出口管路的出水端与位于所述省煤器上游的主给水管道连通，并且位于所述给水旁路管路的进水端下游，其中，所述循环泵入口管路上设有过滤器，所述循环泵出口管路上设有流量计、调节阀、截止止回阀。

优选的是，还包括：

贮水箱，其底部与所述循环泵入口管路的进水端连通，位于所述贮水箱与所述强制再循环管路之间的循环泵入口管路上设有调节阀和闸阀，其中，所述循环泵入口管路上的调节阀和闸阀均位于所述强制再循环管路与所述循环泵入口管路的接口上游；

循环泵再循环管路，其进水端与所述循环泵出口管路连通，并且位于所述循环泵出口管路上的流量计上游，所述循环泵再循环管路出水端与所述贮水箱连通，所述循环泵再循环管路上设有调节阀。

优选的是，所述循环泵入口管路上位于其闸阀两侧并联设有循环泵旁路，所述循环泵旁路上设有截止阀。

优选的是，所述主给水管道上位于所述循环泵出口管路出水端上游和所述给水旁路管路进水端下游的位置上设有高压节流阀。

提供一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环方法，包括：将位于省煤器入口上游的主给水管道上的水分流至所述省煤器出口的下降管道上，调节分流的水量。

优选的是，还包括：将所述省煤器出口的下降管道上，并且位于上述方法中分流流入处上游的水强制循环回流至所述省煤器入口上游的主给水管道上，调节强制循环回流的水量，并且强制循环回流的流入处位于上述方法中分流流出处的下游。

优选的是，强制循环回流的回流环路上具有提供循环回流动力的动力装置；

在所述动力装置两侧增加并联环路，调节并联环路上的循环水量，并在并联环路上设置具有贮水功能的装置。

优选的是，在位于省煤器入口上游的主给水管道上设置高压节流阀，所述高压节流阀位于上述方法中分流流入处下游。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、在机组低负荷时，通过打开闸阀，调节调节阀开度大小，可以调节给水旁路管路的给水流量，减少进入省煤器内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器的吸热量，从而提高脱硝装置入口烟温。

第二、在给水旁路管路需要进一步增大其流量时，可以通过主给水管道上的高压节流阀通过“憋压”作用，将更多的冷水分流到给水旁路管路上，从而增大调节能力，减少进入省煤器内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器的吸热量，提高脱硝装置入口烟温。

第三、机组低负荷工况运行时，通过循环泵的压头，通过强制再循环管路上的阀组调节，将部分省煤器出口热水引出，流经强制再循环管路、循环泵入口管路、循环泵、循环泵出口管路回到省煤器入口管道，可以提高省煤器入口水温度，降低省煤器水和烟气的换热端差，减少烟气换热量，提高脱硝装置入口烟温。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案的复合热水再循环系统的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，并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。

如图1所示，本发明提供一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环系统，包括：

给水旁路管路S1，其进水端与位于省煤器101上游的锅炉102的主给水管道S6连通，所述给水旁路管路S1的出水端与位于所述省煤器101的出口的下降管道连接，所述给水旁路管路S1上设有闸阀1和调节阀2。

在上述技术方案中，在机组低负荷时，通过打开闸阀1，调节调节阀2开度大小，可以调节给水旁路管路S1的给水流量，减少进入省煤器101内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器101的吸热量，从而提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，所述主给水管道S6上位于所述循环泵出口管路S4出水端上游和所述给水旁路管路S1进水端下游的位置上设有高压节流阀9。

在给水旁路管路S1的调节阀2开度较大却仍然需要进一步增大其流量时，可以通过主给水管道S6上的高压节流阀9通过“憋压”作用，将更多的冷水分流到给水旁路管路S1上，从而增大调节能力，减少进入省煤器101内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器101的吸热量，提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，所述给水旁路管路S1上位于调节阀2下游还设有止回阀3和流量计4。止回阀3可以防止水倒流，流量计4可以统计水流量大小，协助流量的调节。

在另一种技术方案中，还包括再循环管路组，其包括：

强制再循环管路S2，其进水端与所述省煤器101的出口的下降管道连接，并且接口位于所述给水旁路管路S1出水端的上游，所述强制再循环管路S2上设有闸阀5、调节阀6、止回阀7、流量计8；

循环泵103，其进水端和出水端分别对应连接有循环泵入口管路S3和循环泵出口管路S4，所述循环泵入口管路S3进水端与所述强制再循环管路S2的出水端连通，所述循环泵出口管路S4的出水端与位于所述省煤器101上游的主给水管道S6连通，并且位于所述给水旁路管路S1的进水端下游，其中，所述循环泵入口管路S3上设有过滤器14，所述循环泵出口管路S4上设有流量计16、调节阀17、截止止回阀18。

在上述技术方案中，再循环管路组的运行如下：机组低负荷工况运行时，通过循环泵103的压头，同时开启强制再循环管路S2上的闸阀5、逐步缓慢开大调节阀6开度，将部分省煤器101出口热水引出，流经强制再循环管路S2、循环泵入口管路S3、循环泵103、循环泵出口管路S4回到省煤器101入口管道，可以提高省煤器101入口水温度，降低省煤器101水和烟气的换热端差，减少烟气换热量，提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，还包括：

贮水箱104，其底部与所述循环泵入口管路S3的进水端连通，位于所述贮水箱104与所述强制再循环管路S2之间的循环泵入口管路S3上设有调节阀11和闸阀12，其中，所述循环泵入口管路S3上的调节阀11和闸阀12均位于所述强制再循环管路S2与所述循环泵入口管路S3的接口上游；循环泵再循环管路S5，其进水端与所述循环泵出口管路S4连通，并且位于所述循环泵出口管路S4上的流量计16上游，所述循环泵再循环管路S5出水端与所述贮水箱104连通，所述循环泵再循环管路S5上设有调节阀19。

在上述技术方案中，循环泵再循环管路S5布置在循环泵103和贮水箱104之间，其上设置调节阀19，其作用为满足循环泵103最小流量的要求。循环泵入口管路S3的调节阀11为根据需要调节开度，匹配强制再循环管路S2流量和自贮水箱104进入循环泵入口管路S3的流量匹配。

在另一种技术方案中，所述循环泵入口管路S3上位于其闸阀12两侧并联设有循环泵旁路，所述循环泵旁路上设有截止阀13。此截止阀13通常为关闭状态。作为旁路，当启动系统不投运时且循环泵入口管路S3上的闸阀12由于故障处于关闭状态，循环泵103的暖管水可以通过此旁路进入贮水箱104。

提供一种超临界电站锅炉全负荷脱硝的复合热水再循环方法，包括：将位于省煤器101入口上游的主给水管道S6上的水分流至所述省煤器101出口的下降管道上，调节分流的水量。

在上述技术方案中，锅炉102的主给水管道S6将冷水输入省煤器101，经水烟换热后，从省煤器101出口流出热水，进入锅炉102内，在机组负荷较高时，脱硝装置进口烟温正好在催化剂正常运行范围，而在机组负荷较低时，脱硝装置进口烟温较低，通过使部分给水不经过省煤器101而直接旁路到省煤器101下降管与经过原省煤器101加热后的其他工质混合，减少省煤器101换热量，提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，在位于省煤器101入口上游的主给水管道S6上设置高压节流阀9，所述高压节流阀9位于上述方案中分流流入处下游。

在上述技术方案中，在需要进一步增大回流的流量时，可以通过主给水管道S6上的高压节流阀9的“憋压”作用，将更多的冷水分流到回流路线上，从而增大调节能力，减少进入省煤器101内参与烟气换热的冷水流量，减少省煤器101的吸热量，提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，还包括：将所述省煤器101出口的下降管道上，并且位于上述方案中分流流入处上游的水强制循环回流至所述省煤器101入口上游的主给水管道S6上，调节强制循环回流的水量，并且强制循环回流的流入处位于上述方案中分流流出处的下游。

在上述技术方案中，将省煤器101出口部分热水引出，经强制再循回流进入省煤器101入口管道，提高省煤器101进口水温，减少省煤器101换热端差，提高脱硝装置入口烟温。

在另一种技术方案中，强制循环回流的回流环路上具有提供循环回流动力的动力装置；

在所述动力装置两侧增加并联环路，调节并联环路上的循环水量，并在并联环路上设置具有贮水功能的装置。

在上述技术方案中，动力装置通常具有最小输送量，若强制循环回流的水量达不到动力装置的最小输送量时，采用为动力装置并联环路的方法，当强制循环回流的水量低于动力装置的最小流量时，调节并联环路的流量，以匹配强制循环回流的流量。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：结合附图1为本专利实现全负荷脱硝的复合热水再循环系统和方法作以详细说明。

一种实现全负荷脱硝的复合热水再循环系统，该系统包括给水旁路管路S1和其上布置的闸阀1、调节阀2、止回阀3、流量计4；强制再循环管路S2和其上布置的闸阀5、调节阀6、止回阀7、流量计8；循环泵入口管路S3及其上布置的调节阀11、闸阀12，旁路及截止阀13、过滤器14；循环泵出口管路S4及其上布置的流量计16、调节阀17、截止止回阀18；循环泵再循环管路S5及其上布置的调节阀19；循环泵103、主给水管道S6上的高压节流阀9、止回阀10和省煤器101出口下降管上的工质温度测点23。

其中，闸阀1、调节阀2、闸阀5、调节阀6、高压节流阀9、调节阀11调节阀17、截止止回阀18、调节阀19均包括阀体和电动执行机构；流量计4、流量计8包含流量孔板和一、二次阀门、变送器、仪表阀及疏水阀等。

所述给水旁路管路S1，在机组启动过程中，低负荷工况下脱硝装置入口烟温低于脱硝装置投入使用要求烟温时，通过S1上阀组的控制，使部分给水不经过省煤器101系统而直接旁路到省煤器101下降管与经过原省煤器101加热后的其他工质混合，减少省煤器101系统换热量，提高脱硝装置入口烟温。

所述强制再循环管路S2，在上述投入给水旁路管路S1后，通过S2上阀组的控制，将省煤器101出口部分热水引出，经强制再循环管路S2接入循环泵入口管路S3接口，经循环泵103、循环泵出口管路S4进入省煤器101入口管道，提高省煤器101系统进口水温，减少省煤器101系统换热端差，提高脱硝装置入口烟温。

所述复合热水再循环系统投运后，逐步关小高压节流阀9开度，起到憋压作用，通过调节阀6开度提高强制再循环热水流量、提高冷水旁路流量，可以极大提高脱硝装置入口烟温。通过调节阀11开度控制，以保持机组升负荷过程中产汽量增加后贮水箱104的水位。

所述复合热水再循环系统投运后，当机组负荷逐步升高，脱硝装置入口烟温不断提高，所需给水旁路管路S1冷水流量和强制再循环管路S2热水流量降低，通过S1和S2上阀组控制，调节S1和S2工质流量。

所述复合热水再循环系统投运后，直到锅炉102由湿态运行转入直流运行时，通过S1和S2两路上的阀组控制调节流量，当循环泵103的流量接近其最小流量时，开启调节阀19来维持循环泵103的流量大于其所需的最小流量。

所述复合热水再循环系统投运后，随着负荷进一步升高，仅通过给水旁路管路S1即可满足脱硝装置入口烟温要求时，关闭S2管路上阀组。随着负荷进一步升高，脱硝装置入口烟温进一步升高，可逐步关小直至关闭S1管路上阀组。此时，复合热水再循环系统解列。

所述复合热水再循环系统投运时，通过省煤器101出口下降管工质温度测点，监控省煤器101出口热水保持一定的过冷度。

通过上述复合热水再循环系统和方法，可极大提高超临界锅炉102脱硝装置入口烟温，实现机组并网及以上全负荷范围内投入脱硝装置，提高机组深度调峰适应性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。