專利名稱：燃?xì)猓驼羝啓C(jī)設(shè)備及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備，它具有一既可用燃?xì)庥挚捎萌加妥魅剂蟻?lái)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)。該燃?xì)廨啓C(jī)安裝有一劑量系統(tǒng)，通過(guò)它往煙氣中送入還原劑，使燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣得到催化性凈化。本發(fā)明還涉及這類燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方法。
在燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備中，從燃?xì)廨啓C(jī)排出的膨脹后工質(zhì)中所含熱量被用于產(chǎn)生供蒸汽輪機(jī)所需的蒸汽。熱量傳遞在安裝在燃?xì)廨啓C(jī)后面的一余熱蒸氣生成器中完成，其加熱面為管道或管束形式。這些管道接入蒸汽輪機(jī)的水-汽-循環(huán)系統(tǒng)中，一般情況下，該水-汽-循環(huán)系統(tǒng)包括多個(gè)，例如兩個(gè)壓力級(jí)，而每一個(gè)壓力級(jí)通常各自都擁有一預(yù)熱加熱面(燃料節(jié)省器)，一蒸發(fā)器加熱面和一過(guò)熱器加熱面。
為了減少此類燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)中煙氣的氮氧化物含量，可以運(yùn)用選擇性催化還原方法，即所謂的SCR方法。在SCR方法中，可以借助于一種還原劑和一催化器將氮氧化物(NOx)減小還原為氮?dú)?N2)和水(H2O)。
通常，在為SCR方法而設(shè)計(jì)的燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備中，其余熱蒸汽發(fā)生器里安裝有一催化器。該催化器的用途在于，引導(dǎo)輸入煙氣中的還原劑與煙氣中的氮氧化物產(chǎn)生反應(yīng)和／或確保其反應(yīng)。本方法所需還原劑通常以空氣為載流被噴入流經(jīng)余熱蒸汽發(fā)生器的燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣里。而用燃油驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)的氮氧化物排放量通常高于用燃?xì)庾鲃?dòng)力的燃?xì)廨啓C(jī)。為了遵守法定的氮氧化物排放指標(biāo)，燃?xì)廨啓C(jī)用燃油驅(qū)動(dòng)時(shí)比用燃?xì)怛?qū)動(dòng)時(shí)需噴入更多的還原劑。所以，還原劑的噴入量一般隨用于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料的不同而有所變化。而這一過(guò)程會(huì)使燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的功率根據(jù)不同工況受到不同程度的影響。
本發(fā)明的目的在于，提供上述類型的一種燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備，其燃?xì)廨啓C(jī)在所有工況下僅需非常小的技術(shù)投入，就可達(dá)到非常高的功效。本發(fā)明的另一目的還在于，提供一種最適合于此類設(shè)備的運(yùn)行方法。
本發(fā)明提供新型燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的目的是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即，在燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的劑量系統(tǒng)中裝備有數(shù)個(gè)空氣壓縮機(jī)，其運(yùn)輸能力可視送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料種類的不同而調(diào)節(jié)。
本發(fā)明基于以下構(gòu)思，即，只有當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣所產(chǎn)生的用于余熱蒸汽發(fā)生器的熱能在蒸發(fā)過(guò)程中幾乎全部被利用時(shí)，燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備才能達(dá)到一非常高的功效。所以，在運(yùn)用SCR方法時(shí)，應(yīng)該確保因噴入還原劑和空氣混合物后導(dǎo)致的所不期望的煙氣降溫被控制在最小程度。噴入非常少量的作為載體的空氣，便可以達(dá)到這一要求。而作為載體的空氣量應(yīng)該-尤其應(yīng)視燃?xì)廨啓C(jī)燃料種類的不同-與有待輸入的還原劑量相匹配，這一點(diǎn)無(wú)需一昂貴的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)。根據(jù)輸入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料種類的不同，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)輸能力，就可以非常簡(jiǎn)單地控制作為載體的空氣量。
優(yōu)選將第一空氣壓縮機(jī)與第二空氣壓縮機(jī)并聯(lián)設(shè)置，第一空氣壓縮機(jī)和第二空氣壓縮機(jī)既可同時(shí)又可有選擇地交替運(yùn)行。用燃?xì)庾魅剂蟻?lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)可開(kāi)動(dòng)其中一臺(tái)空氣壓縮機(jī)，而用燃油作燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)則同時(shí)開(kāi)動(dòng)兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)。前提當(dāng)然是要對(duì)空氣壓縮機(jī)作相應(yīng)設(shè)計(jì)。用此方法可以非常簡(jiǎn)單地控制所需的進(jìn)氣量。
從運(yùn)輸空氣能力的角度，每一空氣壓縮機(jī)優(yōu)選使用轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)的驅(qū)動(dòng)裝置。在此設(shè)計(jì)中，既可以通過(guò)各個(gè)空氣壓縮機(jī)又可以通過(guò)各個(gè)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)調(diào)控運(yùn)輸空氣的能力。由此，還可以使需噴入的作為載體的空氣量更好地適應(yīng)輸入燃?xì)廨啓C(jī)中的不同燃料的要求。
本發(fā)明提供用于燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方法的目的這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，把用于催化凈化燃?xì)廨啓C(jī)煙氣的還原劑通過(guò)一劑量系統(tǒng)導(dǎo)入煙氣中。分配給劑量系統(tǒng)的一些空氣壓縮機(jī)的運(yùn)輸能力，依據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)燃料種類的不同來(lái)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，通過(guò)空氣壓縮機(jī)可以調(diào)節(jié)用于還原劑劑量系統(tǒng)的空氣進(jìn)氣量，并且僅需特別小的技術(shù)投入。而對(duì)進(jìn)氣量則根據(jù)輸入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料種類的不同而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。藉此，因運(yùn)用SCR方法而導(dǎo)致的對(duì)流經(jīng)余熱蒸汽發(fā)生器的煙氣的冷卻，在燃?xì)廨啓C(jī)任何工況下都只會(huì)導(dǎo)致煙氣出現(xiàn)極小幅度的降溫。這樣，在燃?xì)廨啓C(jī)的各種工況下，均能保證該燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備有特別高的工作效率。
下面借助附圖
所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說(shuō)明，附圖中所示為一燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備。
圖示燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備2包括一燃?xì)廨啓C(jī)裝置2a和一蒸汽輪機(jī)裝置2b。燃?xì)廨啓C(jī)裝置2a包括一安裝有空氣壓縮機(jī)6的燃?xì)廨啓C(jī)4?？諝鈮嚎s機(jī)6在入口一側(cè)與一吸氣管道8連接。燃?xì)廨啓C(jī)4安裝在一燃燒室10之后，該燃燒室與空氣壓縮機(jī)6的一根新鮮空氣管道12連接。一燃料管14通入燃?xì)廨啓C(jī)4的燃燒室10中。作為燃料B的燃油或燃?xì)馔ㄟ^(guò)該管道輸入燃?xì)廨啓C(jī)4中。一管道16用于將燃燒室10中的工作介質(zhì)AM送入燃?xì)廨啓C(jī)4。燃?xì)廨啓C(jī)4和空氣壓縮機(jī)6以及一發(fā)電機(jī)18位于一共同的軸20上。
蒸汽輪機(jī)2b包括與一發(fā)電機(jī)24連接的蒸汽輪機(jī)22和設(shè)置在一水-汽循環(huán)26中并連接在汽輪機(jī)22之后的一冷凝器28，以及一呈水平位置安裝的余熱蒸汽發(fā)生器30。該蒸汽輪機(jī)22由一初壓級(jí)或一高壓段22a和一次壓級(jí)或一低壓段22b組成，它們通過(guò)一共同的軸32驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)24。
通過(guò)一與余熱蒸汽發(fā)生器30的一入口30a連接的排氣管34，將燃?xì)廨啓C(jī)4中膨脹后的工質(zhì)AM′或煙氣輸入余熱蒸汽發(fā)生器30。燃?xì)廨啓C(jī)4排出的煙氣通過(guò)余熱蒸汽發(fā)生器30的出口30b，通往附圖中未示出的一煙鹵。
余熱蒸汽發(fā)生器30在水-汽循環(huán)26中的一初壓級(jí)或一高壓段中包括一高壓預(yù)熱器或燃料節(jié)省器36，該高壓預(yù)熱器或燃料節(jié)省器36通過(guò)一可用一閥門(mén)38阻斷的管道40與一高壓箱42連接。該高壓箱42與一安裝在一余熱蒸汽發(fā)生器30中的高壓蒸發(fā)器44連接在一起，以構(gòu)成一水-汽-循環(huán)回路46。為排出新鮮蒸汽F，高壓箱42與一設(shè)置在一余熱蒸汽發(fā)生器30中的高壓過(guò)熱器48相連。該高壓過(guò)熱器48在出口一側(cè)與蒸汽輪機(jī)22的高壓段22a的蒸汽入口50聯(lián)結(jié)。
蒸汽輪機(jī)22的高壓段22a的蒸汽出口52通過(guò)一溢流管54與蒸汽輪機(jī)22的低壓段22b的蒸汽入口56相連。而蒸汽輪機(jī)22的低壓段22b的蒸汽出口58通過(guò)一蒸汽管道60與冷凝器28聯(lián)結(jié)。該冷凝器28又通過(guò)一內(nèi)設(shè)一供水泵64的供水管62，與所述燃料節(jié)省器36聯(lián)結(jié)，從而形成一密閉的水-汽-循環(huán)26。
在附圖所示實(shí)施例中，僅詳細(xì)示出了水-汽-循環(huán)26的初壓級(jí)。在余熱蒸汽發(fā)生器30中還可以有其他未進(jìn)一步示出的屬于該水-汽-循環(huán)系統(tǒng)26的中壓-或低壓級(jí)的加熱面。這些加熱面以適宜的方式與蒸汽輪機(jī)22的低壓段22b的蒸汽入口56連接。
為了使燃?xì)廨啓C(jī)4的煙氣中的氮氧化物NOx得到催化性凈化，在燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備2中采用選擇性催化還原方法，即所謂的SCR方法。在SCR方法中，氮氧化物NOx通過(guò)一催化器和一種還原劑R還原成氮?dú)?N2)和水(H2O)。
為完成SCR方法，在余熱蒸汽發(fā)生器30中設(shè)置一用于分解氮氧化物NOx的催化器66，該催化器處于介于高壓蒸發(fā)器4和高壓過(guò)熱器48之間的煙氣流動(dòng)區(qū)中。為了向余熱蒸汽發(fā)生器30中導(dǎo)入作還原劑R之用的氨水AW，在蒸汽輪機(jī)2b中設(shè)有一劑量系統(tǒng)68。
該劑量系統(tǒng)68包含一用于氨水AW的存貯器70。氨水從該存貯器通過(guò)一可用一閥72阻斷的連接有一蒸發(fā)器76的管道74，進(jìn)入劑量系統(tǒng)68的一混合腔78中?？諝馀c在蒸發(fā)器76中被蒸發(fā)的氨水AW在混合腔78內(nèi)完成混合。一匯入余熱蒸汽發(fā)生器30中的引流管80與混合腔78相連接。引流管80用于將與空氣載流TL混合后蒸發(fā)的氨水AW送入余熱蒸汽發(fā)生器30。在引流管80的一端80a安裝一系列噴嘴82，用于將氨水-空氣混合物均勻噴入余熱蒸汽發(fā)生器30中。另一種選擇是，在劑量系統(tǒng)68中輸入并非沒(méi)有異味的氨(NH3)的初級(jí)形態(tài)(Vorstufe)，即經(jīng)加壓后的液化氨(NH3)或尿素溶液。劑量系統(tǒng)68包括兩部空氣壓縮機(jī)84或86，用于將空氣載流TL輸入混合腔78?？諝鈮嚎s機(jī)84，86分別與前面一空氣吸入管道88和90相連?？諝鈮嚎s機(jī)84與一空氣導(dǎo)管92a連接，空氣壓縮機(jī)86與另一空氣導(dǎo)管92b連接。而空氣導(dǎo)管92a可通過(guò)一閥94關(guān)閉，空氣導(dǎo)管92b則可通過(guò)一閥96關(guān)閉?？諝鈱?dǎo)管92a和空氣導(dǎo)管92b會(huì)合為一共同的氣流管92，該管道伸入混合腔78中。
一在附圖實(shí)施例中未詳細(xì)示出的轉(zhuǎn)換裝置的作用是，根據(jù)送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃料B的不同，僅開(kāi)動(dòng)單個(gè)或同時(shí)開(kāi)動(dòng)兩個(gè)空氣壓縮機(jī)84、86。
開(kāi)動(dòng)燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備2時(shí)，根據(jù)輸入燃?xì)廨啓C(jī)4的燃料種類的不同，要么僅啟動(dòng)兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)84、86其中之一，要么同時(shí)啟動(dòng)它們。一般情況下，與燃?xì)庾魅剂向?qū)動(dòng)不同的是，用燃油作燃料驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于燃?xì)廨啓C(jī)4特別高的氮氧化物排放量，必須對(duì)氮氧化物(NOx)有更高的凈化效率。而使用氣體燃料所產(chǎn)生的氮氧化物排放量則明顯低。由此，氨水AW的噴入式饋入率也同樣受到驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)4的燃料B種類的影響。這樣，使用燃?xì)庾魅剂向?qū)動(dòng)時(shí)，只需要投入使用兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)84、86中的任意一臺(tái)。相反，用燃油作燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備2則需要同時(shí)投入兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)84、86。空氣壓縮機(jī)84、86的設(shè)計(jì)要求如下，即使用燃?xì)庾魅剂蟻?lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，僅驅(qū)動(dòng)單個(gè)空氣壓縮機(jī)就可以滿足劑量系統(tǒng)68的工作需要。另一選擇或附加設(shè)置是，空氣壓縮機(jī)84、86具有一轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)的驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)該驅(qū)動(dòng)設(shè)置可以對(duì)運(yùn)輸空氣載流TL的能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
由于劑量系統(tǒng)68中設(shè)有兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)84、86，使空氣載流TL在輸入劑量系統(tǒng)68時(shí)，僅需很小的技術(shù)投入，同時(shí)又有特別高的靈活性。此種方法使為應(yīng)用SCR方法而設(shè)計(jì)的蒸汽輪機(jī)裝置2b的余熱蒸汽發(fā)生器30可以在燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備2的各種工況下有相當(dāng)高的工作效率。
權(quán)利要求
1．一種燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備(2)，它包括一既可用燃?xì)庥挚捎萌加妥鳛槿剂向?qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)(4)，其中為催化凈化燃?xì)廨啓C(jī)(4)的膨脹作功后的工質(zhì)(AM′)，設(shè)有一用于將一還原劑(R)送入膨脹后工質(zhì)(AM′)的劑量系統(tǒng)(68)，該劑量系統(tǒng)(68)具有一些空氣壓縮機(jī)(84，86)，它們的輸送能力可根據(jù)輸入燃?xì)廨啓C(jī)(4)中的燃料(B)種類的不同來(lái)調(diào)節(jié)。
2．如權(quán)利要求1所述的燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備(2)，其中的第一臺(tái)空氣壓縮機(jī)(84)與第二臺(tái)空氣壓縮機(jī)(86)并聯(lián)連接。
3．如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備(2)，其中各空氣壓縮機(jī)(84、86)具有轉(zhuǎn)數(shù)可調(diào)的驅(qū)動(dòng)裝置，便于調(diào)節(jié)輸送空氣載流(TL)的能力。
4．一種用于燃?xì)?和蒸汽輪機(jī)設(shè)備(2)的運(yùn)行方法，其中的燃?xì)廨啓C(jī)(4)可用燃?xì)饣蛉加妥魅剂?B)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其中通過(guò)一劑量系統(tǒng)(68)將一還原劑(R)輸入膨脹后的工質(zhì)(AM′)，以催化凈化燃?xì)廨啓C(jī)(4)的膨脹作功后的工質(zhì)(AM′)，一些配置給所述劑量系統(tǒng)(68)的空氣壓縮機(jī)(84、86)的輸送能力根據(jù)輸入燃?xì)廨啓C(jī)(4)中的燃料種類的不同來(lái)調(diào)節(jié)。
全文摘要
在一燃燒礦物燃料的燃?xì)狻驼羝啓C(jī)設(shè)備中,可設(shè)置一用于將還原劑(R)送入膨脹后工質(zhì)(AM’)的劑量系統(tǒng)(68),以便催化凈化燃?xì)廨啓C(jī)(4)的膨脹后工質(zhì)(AM’)。此類設(shè)備包括一既可使用燃?xì)庥挚墒褂萌加妥魅剂?B)來(lái)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)裝置(4);為了用很少的技術(shù)投入,使燃?xì)夂驼羝啓C(jī)設(shè)備(2)在所有工況下有很高的效率,亦即使蒸汽輪機(jī)(2b)中的余熱蒸汽發(fā)生器(30)有特別高的效率。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì),劑量系統(tǒng)(68)配備有一定數(shù)量的空氣壓縮機(jī)(84、86),其輸送能力可根據(jù)送入燃?xì)廨啓C(jī)(4)的燃料種類的不同來(lái)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)F01K3/18GK1294670SQ99804295
公開(kāi)日2001年5月9日 申請(qǐng)日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月2日
發(fā)明者阿斯布喬恩·拉姆斯泰特, 拉爾夫·西格林 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司