本發(fā)明涉及一種煙氣凈化技術領域，尤其涉及一種適用于燃氣輪機的煙氣凈化系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種煙氣凈化方法。
背景技術：
目前，隨著國家環(huán)保政策的日益嚴格，各種清潔、環(huán)保的發(fā)電技術應用越來越廣泛。燃氣輪機作為一種老牌清潔發(fā)電設備也越來越受重視。相對而言，燃氣輪機以天然氣為原料，大大減少了對環(huán)境的污染。如果燃氣輪機采用“燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)”技術發(fā)電，發(fā)電效率高達50％以上，并且在同樣的發(fā)電量情形下，co2排放量僅為燃煤電廠的40％左右，so2排放量幾乎零，nox排放量通常在幾到十幾個ppm之間，排放的顆粒物含量甚微。因此，燃氣輪機的煙氣排放基本都能滿足環(huán)保超低排放要求，燃氣輪機的應用必定越來越廣泛。
盡管如此，燃氣輪機排放的煙氣中仍然具有余熱并含有大量的水分、細微顆粒以及酸性氣體。目前的煙氣潔凈技術依然不能充分去除煙氣中的諸如細微顆粒、酸性氣體等有害物質，煙氣中的余熱和水分無法有效實現(xiàn)回收。煙氣中的余熱和水分被排放至大氣中，造成資源的浪費。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種適用于燃氣輪機的煙氣凈化系統(tǒng)及煙氣凈化方法，解決現(xiàn)有煙氣潔凈技術未能實現(xiàn)回收煙氣中的熱量和水分并協(xié)同去除煙氣中的細微顆粒、酸性氣體等物質的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種煙氣凈化系統(tǒng)，所述煙氣凈化系統(tǒng)適用于燃氣輪機，所述煙氣凈化系統(tǒng)包括燃氣輪機、余熱鍋爐、尾部煙道、原水噴淋系統(tǒng)、深度制冷系統(tǒng)、收集系統(tǒng)以及煙囪。余熱鍋爐串聯(lián)在燃氣輪機尾部。尾部煙道連通于余熱鍋爐。原水噴淋系統(tǒng)包括噴水格柵和霧化裝置，噴水格柵位于尾部煙道內，噴水格柵和霧化裝置連通，霧化裝置對原水進行霧化處理以形成水霧，水霧通過噴水格柵噴至尾部煙道。深度制冷系統(tǒng)包括蒸發(fā)器和冷凝器，蒸發(fā)器和冷凝器位于尾部煙道內，煙氣經(jīng)過蒸發(fā)器被而被降溫冷凝以去除煙氣中的水分、顆粒物以及酸性氣體，煙氣經(jīng)過冷凝器以吸熱升溫至大氣溫度。收集系統(tǒng)連通于深度制冷系統(tǒng)以收集從煙氣中去除的水分。煙囪連通于尾部煙道，煙氣通過煙囪排放至大氣。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，原水噴淋系統(tǒng)進一步包括霧沫消除網(wǎng)，霧沫消除網(wǎng)是一種多層交錯布置網(wǎng)集，霧沫消除網(wǎng)位于尾部煙道并面向噴水格柵，霧沫消除網(wǎng)用于消除水霧與煙氣混合后產(chǎn)生的霧沫。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，噴水格柵具有水壓調節(jié)功能以調節(jié)噴射水霧的壓力。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，蒸發(fā)器為多級蒸發(fā)器。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，深度制冷系統(tǒng)進一步包括壓縮機和膨脹節(jié)，壓縮機的兩端分別連通于蒸發(fā)器和冷凝器，膨脹節(jié)的兩端分別連通于蒸發(fā)器和冷凝器，從而深度制冷系統(tǒng)形成自循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明進一步提供一種煙氣凈化方法，所述煙氣凈化方法適用于凈化燃氣輪機排放的煙氣，所述煙氣凈化方法包括以下步驟：
余熱回收步驟，燃氣輪機排出的高溫煙氣進入余熱鍋爐以回收煙氣余熱，余熱回收之后的煙氣進入尾部煙道；
霧化換熱步驟，運行原水噴淋系統(tǒng)的噴水格柵和霧化裝置以使所述噴水格柵向所述尾部煙道噴射水霧，煙氣與水霧混合進行熱交換；
制冷凈化步驟，煙氣進入深度制冷系統(tǒng)并經(jīng)過所述深度制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，煙氣中的水分被降溫冷凝而去除，煙氣中的顆粒物以及酸性氣體隨水分被去除，脫除水分、顆粒物以及酸性氣體的煙氣經(jīng)過深度制冷系統(tǒng)中的冷凝器，煙氣吸熱升溫至大氣溫度并通過煙囪排放至大氣；
收集步驟，從煙氣中去除的水分被收集至收集系統(tǒng)并進入余熱鍋爐。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述煙氣凈化方法進一步包括以下步驟：
霧沫消除步驟，煙氣和水霧混合后通過霧沫消除網(wǎng)以消除混合過程產(chǎn)生的霧沫；
根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述霧沫消除步驟在所述制冷凈化步驟之前。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，于所述余熱回收步驟中，煙氣經(jīng)過余熱回收之后溫度降低至100℃，于所述霧化換熱步驟中，煙氣與水霧混合之后煙氣溫度降低至60℃。
根據(jù)本發(fā)明一實施例，于所述制冷凈化步驟中，煙氣經(jīng)過所述蒸發(fā)器被降溫冷凝至30℃，煙氣經(jīng)過所述冷凝器被吸熱升溫至40℃。
與現(xiàn)有技術相比，本技術方案具有以下優(yōu)點：
本發(fā)明提供的所述煙氣凈化系統(tǒng)依次通過余熱鍋爐、原水噴淋系統(tǒng)、深度制冷系統(tǒng)對燃氣輪機排放的煙氣進行余熱回收、換熱降溫、深度制冷并凈化，實現(xiàn)脫除水分，同時在煙氣脫除水分并形成冷凝水的過程中凝聚顆粒物以及吸收co2、no2、so2等酸性氣體，實現(xiàn)凈化煙氣的作用，達到環(huán)保超超低排放目標，降低環(huán)境污染。第二，本發(fā)明通過收集系統(tǒng)將從煙氣中去除的水分回收，回收的水分可以重新被所述煙氣凈化系統(tǒng)充分利用，例如供給余熱鍋爐，節(jié)約水資源，降低水耗，形成自循環(huán)。第三，本發(fā)明通過余熱回收設備可以充分地回收燃氣輪機外排煙氣中的余熱，可以降低能耗，節(jié)約能源。
本發(fā)明通過設置霧沫消除網(wǎng)，可以消除煙氣和水霧混合過程中產(chǎn)生的霧沫，避免霧沫于所述煙氣凈化系統(tǒng)內部結垢。另外，通過噴水格柵還可以沖洗霧沫消除網(wǎng)，便于霧沫消除網(wǎng)的清潔和維護。
本發(fā)明通過所述噴水格柵，一方面可以向尾部煙道噴射水霧，以使得水霧和煙氣混合換熱，另一方面噴水格柵可用于清潔霧沫消除網(wǎng)，通過調節(jié)噴水格柵的水壓可以使得噴水格柵在噴射水霧的工作狀態(tài)和清潔霧沫消除網(wǎng)的工作狀態(tài)之間切換。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例的煙氣凈化系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施方式
以下描述只用于揭露本發(fā)明以使得本領域技術人員能夠實施本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變形。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可應用于其他實施方案，變形方案，改進方案，等同方案以及其他未背離本發(fā)明精神和范圍的其他方案。
如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種煙氣凈化系統(tǒng)，所述煙氣凈化系統(tǒng)適用于燃氣輪機，所述煙氣凈化系統(tǒng)包括燃氣輪機1、余熱鍋爐2、尾部煙道3、原水噴淋系統(tǒng)4、深度制冷系統(tǒng)5、收集系統(tǒng)6以及煙囪7。
余熱鍋爐2串聯(lián)在燃氣輪機1的尾部。尾部煙道3的一端連通于余熱鍋爐2，尾部煙道3的另一端連通于煙囪7。尾部煙道3為余熱鍋爐2與煙囪7之間的煙氣通道。
原水噴淋系統(tǒng)4是一種工藝水噴淋系統(tǒng)，原水噴淋系統(tǒng)4包括供水系統(tǒng)(圖中未示出)、噴水格柵41、霧化裝置42以及霧沫消除網(wǎng)43。噴水格柵41位于尾部煙道3內，噴水格柵41和霧化裝置42連通，霧化裝置42對原水進行霧化處理以形成水霧，水霧通過噴水格柵41噴至尾部煙道3。
供水系統(tǒng)包括供水水源、供水管道、輸送水泵，供水水源主要為電廠工藝水，也可以是電廠廢水處理后的中水。噴水格柵41的功能是向尾部煙道3中噴射水霧，降低煙溫，并具有水壓調節(jié)功能，可以噴出不同水壓的水霧。
噴水格柵41具有水壓調節(jié)功能以調節(jié)噴射水霧的壓力。
霧化裝置42包括壓縮空氣機及供氣管道，霧化裝置42使噴水格柵41的出水霧化，形成水霧。
霧沫消除網(wǎng)43是一種多層交錯布置網(wǎng)集，霧沫消除網(wǎng)43位于尾部煙道3并面向噴水格柵41，霧沫消除網(wǎng)43用于消除水霧與煙氣混合后產(chǎn)生的霧沫，避免后續(xù)設備污染結垢，并且具有整流作業(yè)，通過調節(jié)噴水格柵41的噴水壓力來對霧沫消除網(wǎng)43進行清潔，對霧沫消除網(wǎng)43清潔后的沖洗水進入收集系統(tǒng)6。
深度制冷系統(tǒng)5包括蒸發(fā)器51、冷凝器52、冷媒(圖中未示出)、壓縮機53、膨脹節(jié)54。蒸發(fā)器51和冷凝器52位于尾部煙道3內，煙氣經(jīng)過蒸發(fā)器51而被降溫冷凝以去除煙氣中的水分、顆粒物以及酸性氣體，煙氣經(jīng)過冷凝器52以吸熱升溫至大氣溫度。壓縮機53的兩端分別連通于蒸發(fā)器51和冷凝器52，膨脹節(jié)54的兩端分別連通于蒸發(fā)器51和冷凝器52，從而深度制冷系統(tǒng)5形成自循環(huán)。
蒸發(fā)器51使得濕煙氣釋放熱量，冷媒吸收熱量蒸發(fā)。于本實施例中，蒸發(fā)器51為多級蒸發(fā)器。
冷媒的功能是“搬運”濕煙氣中的熱量，可以通過控制冷媒量和壓縮機53做功來調節(jié)降溫幅度和干煙氣外排溫度。
冷凝器52用于使高溫、高壓的冷媒與低溫干煙氣接觸，釋放熱量用于加熱干煙氣，冷媒降溫冷凝。
壓縮機53對吸熱后的冷媒做功，產(chǎn)生高溫、高壓的冷媒。
膨脹節(jié)54使放熱完成后的冷媒進一步降溫、降壓，然后進入蒸發(fā)器51吸收熱量。
深度制冷系統(tǒng)5深度降低過飽和煙氣溫度，使煙氣中的水分充分冷凝，水分回收利用，除濕后的干煙氣進入冷凝器52，吸收熱量后的冷媒通過壓縮機53做功后進入冷凝器52，與低溫干煙氣充分接觸，冷媒放熱后回到蒸發(fā)器51，形成循環(huán)，干煙氣吸熱后經(jīng)煙囪7外排。
深度制冷系統(tǒng)5中的蒸發(fā)器51為多級蒸發(fā)器，以充分降低煙氣溫度，產(chǎn)生大量被冷凝的水分。于本實施例中，蒸發(fā)器51為二級蒸發(fā)器。濕煙氣中的大量顆粒物凝聚，并隨冷凝的水分進入收集系統(tǒng)6。
收集系統(tǒng)6連通于深度制冷系統(tǒng)5以收集從煙氣中去除的水分。煙囪7連通于尾部煙道3，煙氣通過煙囪7排放至大氣。
所述煙氣凈化系統(tǒng)在實際運行過程中，燃氣輪機1排放高溫的煙氣，高溫的煙氣進入余熱鍋爐2，進行余熱回收后煙氣溫度下降至100℃左右。煙氣進入尾部煙道3，此時開啟原水噴淋系統(tǒng)4，霧化裝置42運行，使待噴入尾部煙道3的原水變成水霧，水霧由噴水格柵41向尾部煙道3內噴射。水霧與干熱的煙氣在尾部煙道3中充分混合，水霧于煙氣混合過程中煙氣溫度降低，水霧被加熱升溫，煙氣的濕度增加而形成飽和濕煙氣，同時產(chǎn)生少量霧沫。加濕后的飽和濕煙氣通過霧沫消除網(wǎng)43，煙氣中的霧沫被霧沫消除網(wǎng)43消除。
煙氣通過霧沫消除網(wǎng)43之后，煙氣進入深度冷凝系統(tǒng)5。煙氣首先經(jīng)過一級蒸發(fā)器511，煙氣溫度降低，煙氣中的水分被降溫冷凝而產(chǎn)生冷凝水，同時顆粒物、酸性氣體被去除。降溫后的煙氣再經(jīng)過二級蒸發(fā)器512并被進一步降溫冷凝，同時大量的水分被冷凝而形成冷凝水，顆粒物、酸性氣體等污染物被深度去除。去除的顆粒物、酸性氣體等污染物隨冷凝水進入收集系統(tǒng)6。收集系統(tǒng)6收集的水分進入余熱鍋爐2的給水處理系統(tǒng)。于本實施例中，經(jīng)過蒸發(fā)器51深度降溫后，煙氣溫度降低至30℃左右。
經(jīng)蒸發(fā)器51深度降溫后的低溫干煙氣沿尾部煙道3向下游流動，與深度制冷系統(tǒng)5中的冷凝器52充分接觸，低溫干煙氣吸熱升溫。于本實施例中，煙氣經(jīng)過冷凝器52而吸熱升溫后，煙氣的溫度升高至40℃左右。最終，煙氣通過煙囪7外排大氣?？梢岳斫獾氖牵瑵駸煔馔ㄟ^深度制冷系統(tǒng)5被依次冷凝除濕、升溫之后，濕煙氣變成不飽和干煙氣，并且煙氣溫度與大氣溫度相當，因此煙氣外排時不會結露產(chǎn)生“白煙”。
另外，冷媒在整個深度制冷系統(tǒng)5內循環(huán)。具體而言，冷媒首先在一級蒸發(fā)器511內吸收煙氣的熱量，隨后進入二級蒸發(fā)器512內進一步吸收煙氣的熱量。吸熱后的冷媒通過壓縮機53做功后變成高溫、高壓的冷媒。高溫、高壓的冷媒進入冷凝器52，并與低溫干煙氣充分接觸換熱，冷媒被冷凝降溫。冷凝后的冷媒通過膨脹節(jié)54降溫降壓并返回一級蒸發(fā)器511，進入下一循環(huán)。
在使用中，以300mw機組為例，煙氣量約150萬nm3/h(煙氣含濕量按12％計算)，經(jīng)核算，本發(fā)明的所述煙氣凈化系統(tǒng)中的深度制冷系統(tǒng)5使飽和濕煙氣溫度下降1℃，則冷凝形成的水分約5g/nm3。因此，按煙氣被深度降溫30℃(煙氣溫度從60℃降溫到30℃)計算，冷凝回收的水分量約27t/h(含噴入水量)，并且顆粒物脫除效率在80～90％，所述煙氣凈化系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益相當可觀。
本發(fā)明提供的所述煙氣凈化系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：第一，可深度回收煙氣余熱，降低系統(tǒng)能耗。第二，深度制冷系統(tǒng)5可以充分凝聚濕煙氣中的細顆粒物，達到去除細顆粒物的目的。第三，可深度降溫回收煙氣中的水分，降低系統(tǒng)水耗。第四，煙氣中的水分被冷凝過程中，可吸收煙氣中的酸性氣體如co2、no2、so2等，具有協(xié)同去除顆粒物和酸性氣體等的功能，基本實現(xiàn)環(huán)保超超低排放目標。第五，深度制冷系統(tǒng)5可實現(xiàn)能量自循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明進一步提供一種煙氣凈化方法，所述煙氣凈化方法適用于凈化燃氣輪機排放的煙氣，所述煙氣凈化方法包括以下步驟：
余熱回收步驟，燃氣輪機1排出的高溫煙氣進入余熱鍋爐2以回收煙氣余熱，余熱回收之后的煙氣進入尾部煙道3；
霧化換熱步驟，運行原水噴淋系統(tǒng)4的噴水格柵41和霧化裝置42以使所述噴水格柵41向所述尾部煙道3噴射水霧，煙氣與水霧混合進行熱交換；
制冷凈化步驟，煙氣進入深度制冷系統(tǒng)5并經(jīng)過所述深度制冷系統(tǒng)5的蒸發(fā)器51，煙氣中的水分被降溫冷凝而去除，煙氣中的顆粒物以及酸性氣體隨水分被去除，去除水分、顆粒物以及酸性氣體的煙氣經(jīng)過深度制冷系統(tǒng)5中的冷凝器52，煙氣吸熱升溫至大氣溫度并通過煙囪7排放至大氣；
收集步驟，從煙氣中去除的水分被收集至收集系統(tǒng)6并進入余熱鍋爐2。
特別地，于所述余熱回收步驟中，煙氣經(jīng)過余熱回收之后溫度降低至100℃，于所述霧化換熱步驟中，煙氣與水霧混合之后煙氣溫度降低至60℃。
特別地，于所述制冷凈化步驟中，煙氣經(jīng)過所述蒸發(fā)器被降溫冷凝至30℃，煙氣經(jīng)過所述冷凝器被吸熱升溫至40℃。具體而言，飽和濕煙氣進入深度制冷系統(tǒng)5，深度制冷系統(tǒng)5的壓縮機53運行，冷媒自循環(huán)。煙氣先經(jīng)過蒸發(fā)器51，煙氣溫度降低至30℃左右，同時煙氣中的水分被冷凝成冷凝水而去除，煙氣中的顆粒物、酸性氣體等也隨冷凝水一起被去除，冷凝水經(jīng)收集系統(tǒng)6后進入余熱鍋爐2的給水處理系統(tǒng)。除濕后的干煙氣向煙囪7尾部方向流動，煙氣與深度制冷系統(tǒng)5的冷凝器52接觸，煙氣吸收冷媒釋放的熱量后溫度升高，最終煙氣經(jīng)煙囪7外排。
可以理解的是，深度制冷系統(tǒng)5中的冷媒放熱后經(jīng)膨脹節(jié)54降壓降溫，冷媒隨后進入蒸發(fā)器51再次吸收煙氣熱量，形成自循環(huán)。換句話說，深度制冷系統(tǒng)5可實現(xiàn)能量自循環(huán)。
值得一提的是，所述余熱回收步驟、所述霧化換熱步驟、所述制冷凈化步驟以及所述收集步驟依次循環(huán)進行。
所述煙氣凈化方法進一步包括以下步驟：
霧沫消除步驟，煙氣和水霧混合后通過霧沫消除網(wǎng)43以消除混合過程產(chǎn)生的霧沫；
特別地，所述霧沫消除步驟在所述制冷凈化步驟之前。
本領域技術人員應當理解，上述描述以及附圖中所示的本發(fā)明的實施例只作為舉例，并不限制本發(fā)明。本發(fā)明的目的已經(jīng)完整并有效地實現(xiàn)。本發(fā)明的功能和結構原理已在實施例中展示和說明，在沒有背離所述原理情況下，本發(fā)明的實施方式可以有任何變形和修改。