一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統的製作方法

2023-12-02 11:43:16 1

本實用新型涉及一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統，屬於火電領域。

背景技術：

按照當前國家節能減排政策，火力發電廠鍋爐均需要安裝煙氣脫硝裝置 (SCR系統)。而用液氨作為還原劑，不僅價格便宜，運行費用也相對低廉。工藝流程中需要將液氨蒸發為氨氣，而後按一定比例和空氣混合後進入鍋爐煙道與NOX進行反應。液氨同時作為一種很好的製冷劑(R717)廣泛運用於大型製冷設備中。汽輪機凝汽器作為汽輪機的冷端設備，通常是需要循環水或空氣對低壓排汽進行冷卻，從而提高循環效率。純氨需要氣化才能和空氣混合後進入煙道於煙氣中的NOX進行化學反應，生成無害的氮氣和水。現有電廠都配置一個蒸發器將液態氨蒸發成氨氣。現有技術中汽輪機系統中鍋爐氣的脫硝與冷端的冷凝沒有直接的聯繫，液氨利用率低，並且冷端設備多，佔地大，成本高，需消耗大量水和電，能量浪費嚴重。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統。該實用新型將氨氣製冷運用於汽輪機凝汽器的換熱過程，從而降低循環水流量，達到循環水泵節能的目的，同時減少了目前液氨脫硝裝置的蒸發設備。

本實用新型的技術方案如下：

一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統，包括位於鍋爐煙道中的氨氣脫硝裝置和位於汽輪機冷端的凝汽器；所述氨氣脫硝裝置包括氨噴射器和脫硝反應裝置；液氨補充罐內存儲的液氨通過氨氣緩衝罐氣化後通過氨氣空氣混合器混合空氣並從氨噴射器噴出；所述液氨補充罐內存儲的液氨在進入氨氣緩衝罐之前通過不鏽鋼換熱管輔助凝汽器凝汽；不鏽鋼換熱管與凝汽器形成氨-凝汽聯合蒸發器。

其中，所述液氨補充罐與氨氣緩衝罐之間的管路還旁通有重壓縮管路；重壓縮管路上設置有壓縮機。

其中，所述氨氣空氣混合器包括一鼓入空氣的稀釋風機。

其中，所述鍋爐煙道中位於脫硝反應裝置之前還設置有空氣預熱器。

其中，所述氨-凝汽聯合蒸發器還包括殼體以及設置在殼體內的液氨換熱管和冷水換熱管；所述液氨換熱管設置在重壓縮管路的旁通管路上，且液氨換熱管的前端進氨端連通壓縮機下遊管路；所述液氨換熱管前端進氨端設置有第一風扇；所述液氨換熱管包括內管和套設在內管外的外管；內管的長度短於外管的長度；所述外管上具有擴徑部；擴徑部後端的液氨換熱管內設置第二風扇；第一風扇與第二風扇同軸聯動；內管末端連通液氨換熱管進氨端；外管末端連通壓縮機上遊管路；所述外管末端與壓縮機上遊管路之間還設置有一氣泵，所述氣泵兩端設置有一旁通管路，旁通管路上設置有第一閥門。

其中，所述擴徑部的數量為多個，多個擴徑部間隔設置且直徑沿氨的流動方向依次擴大；每個擴徑部後端均設置第二風扇。

其中，所述第二風扇通過軸承轉動套設在內管外，所述第一風扇與第二風扇聯動轉動的軸為轉動套設在內管外的管體。

其中，所述液氨換熱管進氨端位置的內管相較外管內縮；所述第一風扇位於內管前端且在外管內，第一風扇與內管間距設置。

其中，所述擴徑部由外管外擴和內管內縮圍成；所述外管的直徑以擴徑部分界逐漸增大，所述內管的直徑以擴徑部分界逐漸減小。

其中，所述擴徑部的軸向截面為鼓包型。

本實用新型具有如下有益效果：

1、本實用新型將氨氣製冷運用於汽輪機凝汽器的換熱過程，從而降低循環水流量，達到循環水泵節能的目的，同時減少了目前液氨脫硝裝置的蒸發設備。

2、本實用新型減少了原有的液氨脫硝方式中的蒸發器裝置，通過液氨製冷減少了汽輪機冷端循環水的用量，降低了循環水泵的電流，從而達到了節能的目的。同時也增加了發電機組負荷出力。

3、本實用新型設置的氨-凝汽聯合蒸發器使液氨通過膨脹吸熱原理，通過液氨的膨脹氣化快速吸熱，產生較強的換熱效果，液氨膨脹氣化成氨氣後，也可用於脫硝過程，提高了氨的利用率。

4、本實用新型設置旁通重壓縮管路的液氨換熱管，可以有效利用壓縮機上下遊的氣液兩相變化，並且大大提高了氨-凝汽聯合蒸發器的換熱效率。

5、本實用新型內管和外管的設置可以充分利用液氨，最大化利用換熱面積，使液氨換熱管向內方向的吸熱效應也得到有效利用。

6、本實用新型設置的第一風扇和第二風扇，可以利用液氨氣化的風力，將其轉化為促進液氨和氨氣流動的動力，充分利用液氨氣化過程中的動能，使之不浪費掉。

7、本實用新型內外管的設置和縮頸部的設置可以充分利用液氨膨脹氣化對內管吸熱的作用，使內管中的液氨保持液化狀態。

8、本實用新型第一風扇和第二風扇的設置可以在斷電，各種泵停止工作時，使氨-凝汽聯合蒸發器繼續運行一段時間，保障系統安全。

附圖說明

圖1為本實用新型一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統的示意圖；

圖2為本實用新型一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統的液氨換熱管的結構示意圖。

圖中附圖標記表示為：

1-鍋爐、2-氨-凝汽聯合蒸發器、22-液氨換熱管、221-內管、222-外管、223- 擴徑部、224-第一風扇、225-第二風扇、226-縮頸部、3-壓縮機、4-脫硝反應裝置、5-空氣預熱器、6-氨氣緩衝罐、7-氨氣空氣混合器、8-稀釋風機、9-氨噴射器、10-液氨補充罐、11-氣泵、12-第一閥門、13-第二閥門。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來對本實用新型進行詳細的說明。

如圖1所示，一種火電廠液氨脫硝汽輪機聯合節能循環系統，包括位於鍋爐1煙道中的氨氣脫硝裝置和位於汽輪機冷端的凝汽器；所述氨氣脫硝裝置包括氨噴射器9和脫硝反應裝置4；液氨補充罐10內存儲的液氨通過氨氣緩衝罐 6氣化後通過氨氣空氣混合器7混合空氣並從氨噴射器9噴出；所述液氨補充罐 10內存儲的液氨在進入氨氣緩衝罐6之前通過不鏽鋼換熱管輔助凝汽器凝汽；不鏽鋼換熱管與凝汽器形成氨-凝汽聯合蒸發器2；所述液氨補充罐10與氨氣緩衝罐6之間的管路還旁通有重壓縮管路；重壓縮管路上設置有壓縮機3；液氨通過管路進入氨-凝汽聯合蒸發器2中吸收汽輪機排汽的熱量進行蒸發，形成氨氣後，一部分進入壓縮機3繼續壓縮循環，另一部分進入氨氣緩衝罐6減壓，隨後與空氣進行稀釋至5％濃度的氨氣空氣混合氣，最後通過氨噴射器9噴入鍋爐尾部煙道與煙氣進行化學反應，從而達到脫硝的目的。

進一步的，所述氨-凝汽聯合蒸發器2還包括殼體、設置在殼體內的液氨換熱管22和冷水換熱管(圖中未示出)；冷水換熱管通入外部循環冷水，液氨換熱管22設置在重壓縮管路的旁通管路上，且液氨換熱管22的前端進氨端連通壓縮機3下遊管路；不鏽鋼換熱管、冷水換熱管和液氨換熱管22均作為氨-凝汽聯合蒸發器2的換熱管平行設置在殼體內，汽輪機排汽在殼體內與不鏽鋼換熱管、冷水換熱管和液氨換熱管22進行熱交換冷凝；冷水換熱管採用熱傳導吸熱模式，不鏽鋼換熱管和液氨換熱管22採用液氨膨脹氣化吸熱的主動吸熱模式和傳導吸熱模式。

如圖2所示，由於液氨換熱管22的前端進氨端連通壓縮機3下遊管路，所以液氨從所述液氨換熱管22前端進氨端通入，所述液氨換熱管22前端進氨端設置有第一風扇224；所述液氨換熱管22包括內管221和套設在內管221外的外管222；內管221的長度短於外管222的長度；所述外管222上具有擴徑部 223；擴徑部223後端的液氨換熱管22內設置第二風扇225；第一風扇224與第二風扇225同軸聯動；內管221末端連通液氨換熱管22進氨端；外管222末端連通壓縮機3上遊管路，使流出的氨氣重新被壓縮機3壓縮成液態；本實施例中，第一風扇224和第二風扇225均採用渦輪風扇，利用液氨在擴徑部223膨脹氣化產生的風力，推動第二風扇225轉動，第二風扇225從而帶動第一風扇 224轉動，增加液氨和氨氣流動速度，提高其通量，充分利用液氨氣化過程中的動能，使之不浪費掉，並能進一步提高換熱速度；所述外管222末端與壓縮機3 上遊管路之間還設置有一氣泵11，所述氣泵11兩端設置有一旁通管路，旁通管路上設置有第一閥門12，氣泵11和第一閥門12均設置在氨-凝汽聯合蒸發器2 外，開始換熱時，關閉第一閥門12，開啟氣泵11，助力液氨流動，第一風扇224 和第二風扇225啟動；正常運行後，打開第一閥門12，關閉氣泵11；由於第一風扇224和第二風扇225的存在，壓縮機3兩端旁通有第二閥門13；若外部斷電，管路中的各個泵停止工作，這時由於第一風扇224和第二風扇225無非外部能量就能帶動，因此可以保障氨-凝汽聯合蒸發器2繼續工作一段時間。

進一步的，所述氨氣空氣混合器7包括一鼓入空氣的稀釋風機8，用於混合氨氣形成利於與煙氣反應的混合氣體。

進一步的，所述鍋爐1煙道中位於脫硝反應裝置4之前還設置有空氣預熱器5。

進一步的，所述擴徑部223的數量為多個，多個擴徑部223間隔設置且直徑沿氨的流動方向依次擴大；每個擴徑部223後端均設置第二風扇225，所有的風扇均同軸聯動。

進一步的，所述第二風扇225通過軸承轉動套設在內管221外，所述第一風扇224與第二風扇225聯動轉動的軸為轉動套設在內管221外的管體，管體的形狀和起伏配合內管221的形狀和起伏。

進一步的，所述液氨換熱管22進氨端位置的內管221相較外管222內縮；所述第一風扇224位於內管221前端且在外管222內，第一風扇224與內管221 間距設置，此結構以保障第一風扇224推動液氨進入內管221和內管221與外管222之間的空間。

進一步的，所述擴徑部223的擴徑方向既向外也向內，向內的擴徑使內管221在對應位置形成縮頸部226，由於氨氣易液化，在常壓下冷卻至-33.5℃或在常溫下加壓至700-800kPa氣態氨就液化成無色液體，因此，此結構可以提高液氨在內管221內的壓強，並最大化利用換熱面積，使外管222向內方向的吸熱效應也得到有效利用，使內管中的液氨保持液化狀態。

進一步的，所述擴徑部223的軸向截面為鼓包型。

液氨補充罐10中的液氨通過不鏽鋼換熱管吸熱並氣化，一部分進入重壓縮管路通過壓縮機3繼續壓縮循環，另一部分進入氨氣緩衝罐6減壓，進入重壓縮管路的氨氣經壓縮機3壓縮成液態後一部分從進氨端通入液氨換熱管22中，通入液氨換熱管22中的液氨，一部分液氨進入內管221，一部分液氨進入外管 222與內管221之間的環形空間，進入外管222的液氨由於擴徑部223的存在逐漸氣化並吸收外界的熱量以及內管221的熱量，最終氨氣通回壓縮機3上遊的重壓縮管路中；內管221中的液氨由於內管221的直徑變小且熱量被外管222 中的氣化氨氣吸收，因此能夠保持液態形式，重新通入液氨換熱管22進氨端；

此外，液氨在擴徑部223氣化時，會產生風力，帶動第二風扇225旋轉，從而帶動第一風扇224旋轉，第一風扇224擠壓進氨端的液氨向外管222與內管221流動。

此外，當斷電，各種泵停止工作時，第一風扇和第二風扇的設置可以使氨- 凝汽聯合蒸發器2繼續運行一段時間，保障系統安全。

以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。