一种燃气轮机的脱硝系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种燃气轮机的脱硝系统和方法，该脱硝系统包括：燃气轮机和还原剂供应装置。利用连通至燃气轮机的透平一级动叶片后部的还原剂输出管路向透平内提供脱硝还原剂；燃气轮机的燃烧室排出烟气中的氮氧化物与脱硝还原剂在燃气轮机透平中接触进行选择性非催化还原反应，完成对烟气的脱硝。其中还原剂进入透平反应前可以经过等离子体处理，产生更多自由基，利于脱硝反应的进行。利用本发明专利技术提供的技术方案，由于在燃气轮机透平内实现脱硝，充分利用了燃气轮机透平中压力高、转速快，不仅有助于还原剂和烟气的混合，促进脱硝反应，提高脱硝效率，还可以减少后处理设备，降低系统复杂程度以及设备投资费用。

A system and method for denitrification of gas turbine

The present invention provides a gas turbine denitrification system and method, which includes a gas turbine and a reducing agent supply device. The use of a gas turbine connected to the turbine blade at the rear part of the reducer output pipeline provides denitration reductant to turbine; gas turbine combustion chamber and the discharge of NOx in the flue gas denitration reducing agent contact for selective non catalytic reduction reaction in the gas turbine, the completion of flue gas denitration. The reducing agent can be treated by plasma before entering the turbine, which produces more free radicals, which is beneficial to the denitrification reaction. The technical proposal provided by the invention, the realization of denitration in gas turbine, make full use of the gas turbine in high pressure, high speed, not only helps mix reducing agent and flue gas, promote denitrification reaction, improve the denitration efficiency, but also can reduce the postprocessing equipment, reduce system complexity and the equipment investment cost.

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机的脱硝系统和方法
本专利技术涉及烟气脱硝方法，特别是涉及一种燃气轮机的脱硝系统和方法。
技术介绍
以燃气轮机为核心的联合循环发电是一种先进的发电方式，具有效率高、启停快、污染物较燃煤电站低的特点，在节能减排中发挥重要的作用。现代燃气轮机的发展趋势是提高透平进口温度(燃烧室出口温度)，以提高效率。但燃烧室出口温度提高将排放含氮氧化物(NOx)更高的烟气。NOx作为燃气轮机排放的主要污染物之一，能引发酸雨、光化学污染以及雾霾问题，危害人体健康。目前火电站烟气后处理方法主要有两种：选择性非催化还原(selectivenon-catalyticreductionSNCR)与选择性催化还原(selectivecatalyticreduction,SCR)。SNCR的工作温度区间约为800至1200℃，而SCR的工作区间一般在300至400℃。燃气轮机透平出口烟气温度约为500至600℃，低于SNCR的工作温度区间，因而燃气轮机联合循环电厂一般采用SCR方法。然而SCR方法脱硝需要昂贵的催化剂、设备投资大、较高的压力损失而导致发电效率降低等缺点。另外，随着可再生能源(如太阳能、风电)的增多，电网需要燃气轮机电站频繁启停进行调峰，燃气轮机启动过程中的NOx排放也受到重视。比如，近年来欧盟开始限制燃机启动阶段的NOx排放，SCR后处理装置在燃气轮机启动阶段时温度较低，无法有效工作。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是要提供一种燃气轮机的脱硝系统，能够减少SCR和SNCR反应器。本专利技术一个进一步的目的是要减小压力损失，提高燃气轮机效率。本专利技术另一个进一步的目的是要提供一种燃气轮机透平中的脱硝方法，提高脱销效率。特别地，本专利技术提供了一种燃气轮机的脱硝系统，包括：燃气轮机，其包括压气机、燃烧室以及燃气轮机透平，燃气轮机透平用于将燃烧室内燃料燃烧产生的能量转化为机械能；还原剂供应装置，其用于提供还原燃烧排出烟气中的氮氧化物的脱硝还原剂，并且还原剂供应装置的还原剂输出管路连通至燃气轮机的透平一级动叶片后部，以使得氮氧化物在燃气轮机透平中被还原。优选地，还原剂供应装置包括：还原剂储罐，用于储存脱硝还原剂；蒸发器，与还原剂储罐连接，用于将液态的脱硝还原剂蒸发为气态脱硝还原剂；气态脱硝还原剂通过还原剂输出管路输送至燃气轮机的透平一级动叶片后部。优选地，还原剂供应装置还包括：单向阀，用于控制还原剂输出管路输送气态脱硝还原剂至燃气轮机透平的一级动叶片后部。优选地，还原剂供应装置还包括等离子体反应器，设于还原剂供应装置的还原剂输出管路的旁路上，为燃气轮机透平提供等离子体处理后的脱硝还原剂，流经等离子体反应器脱硝还原剂占脱硝还原剂质量总量的0～100％；分流阀，用于调节蒸发器输出的气态脱硝还原剂分流至还原剂输出管路和其旁路中的质量比。优选地，还原剂供应装置还包括等离子体反应器电源，与等离子体反应器电连接为其提供电能。本专利技术还提供了一种燃气轮机透平中的脱硝方法，包括利用连通至燃气轮机的透平一级动叶片后部的还原剂输出管路向透平内提供脱硝还原剂；燃气轮机的燃烧室排出烟气中的氮氧化物与脱硝还原剂在燃气轮机透平中接触进行选择性非催化还原反应，完成对烟气的脱硝。优选地，脱硝方法还包括，脱硝还原剂与氮氧化物接触反应之前，经等离子体反应器处理，产生自由基，促进脱硝反应。优选地，按质量百分比计，经等离子体反应器处理的脱硝还原剂占脱硝还原剂总量的0～100％。优选地，脱硝还原剂为浓氨水或者质量分数为45～60％的尿素溶液。本专利技术的脱销系统，由于在燃气轮机透平内实现脱硝，充分利用燃气轮机透平中压力高、转速快，有助于还原剂和烟气的混合，促进脱硝反应，可以减少后处理设备，如SCR和SNCR反应器和复杂的喷淋装置，不仅降低系统复杂程度以及设备投资费用，而且还避免了后处理设备中的压降损失，有利于提高燃气轮机的效率。进一步地，本专利技术的脱硝系统，能够在燃气轮机启动过程中脱硝，此时透平内部已经达到脱硝反应所需温度，避免了燃气轮机启动程序中NOx的排放。本专利技术还提供了一种在燃气轮机透平中的脱硝方法，烟气中NOx和脱硝还原剂直接在透平中进行选择性非催化还原反应，完成对所述烟气的脱硝，与现有技术相比，不仅减少了反应所需设备，而且简化反应流程，使反应过程更易控制操作。进一步地，本专利技术的脱硝方法，在脱硝还原剂进行选择性非催化还原反应之前，经过等离子体反应器的预处理，产生自由基，促进脱硝反应，提高脱硝效率。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本专利技术的脱硝系统的示意图；图2是图1所示的脱硝系统的流程示意图；图3是本专利技术的脱硝方法的流程示意图。具体实施方式图1是根据本专利技术的一个实施例的脱硝系统的示意性结构图。此脱硝系统10包括燃气轮机100，对于本领域技术人员可知，燃气轮机100包括：燃气轮机压气机110，连续地从大气中吸入空气并将其压缩；燃气轮机燃烧室120，燃料与来自所述燃气轮机压气机110的空气混合燃烧；燃气轮机透平130，将所述燃气轮机燃烧室120内燃料燃烧产生的能量转化为机械能，将燃料的能量转化为机械能后产生的烟气中含有氮氧化物。一般性的，燃气轮机透平130之后还连接有发电机300，将机械能转化为电能输出。在一些实施例中，本专利技术的脱硝系统10还包括还原剂供应装置200，其用于提供还原燃烧排出烟气中的氮氧化物的脱硝还原剂，其包括还原剂储罐210和蒸发器220，储存在还原剂储罐210的液态脱硝还原剂经蒸发器220后蒸发为气态，气态还原剂输入燃气轮机透平130一级动叶的后部，以使得氮氧化物在燃气轮机透平130中被还原。特别地，本专利技术中的SNCR反应是在燃气轮机透平130中进行，脱硝过程充分利用燃气轮机透平130中压力高、转速快，有助于还原剂和烟气的混合，促进脱硝反应，可以减少后处理设备，如SCR和SNCR反应器和复杂的喷淋装置，不仅降低系统复杂程度以及设备投资费用，而且还避免了后处理设备中的压降损失，有利于提高燃气轮机100的效率。另外，由于本专利技术中的脱硝过程是在燃气轮机透平130中进行，因此，本专利技术提供的脱硝系统10，也能够在燃气轮机100启动过程中脱硝，此时透平130内部已经达到脱硝反应所需温度，避免了燃气轮机100启动程序中NOx的排放。在本专利技术提供的脱硝系统10的另一些实施例中，在还原剂供应装置200中还设置有等离子体反应器230，为燃气轮机透平130提供等离子体处理后的脱硝还原剂，流经等离子体反应器230脱硝还原剂占脱硝还原剂质量总量的0～100％。经等离子体处理过的还原剂可以产生更多的还原自由基，加速脱硝反应，提高脱硝效率。特别地，本专利技术的脱硝系统10还包括等离子体反应器电源240，采用的电源为AC/DC电源，为等离子体反应器230提供电能。图2示出了本专利技术的脱硝系统10的流程示意图。在一些实施例中，空气经压缩机压缩后进入燃料室，燃料在燃烧室120燃烧后产生烟气送入燃气轮机透平130中，与来自于还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机的脱硝系统，包括：燃气轮机，其包括压气机、燃烧室以及燃气轮机透平，所述燃气轮机透平用于将所述燃烧室内燃料燃烧产生的能量转化为机械能；还原剂供应装置，其用于提供还原燃烧排出烟气中的氮氧化物的脱硝还原剂，并且所述还原剂供应装置的还原剂输出管路连通至所述燃气轮机的透平一级动叶片后部，以使得氮氧化物在所述燃气轮机透平中被还原。

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机的脱硝系统，包括：燃气轮机，其包括压气机、燃烧室以及燃气轮机透平，所述燃气轮机透平用于将所述燃烧室内燃料燃烧产生的能量转化为机械能；还原剂供应装置，其用于提供还原燃烧排出烟气中的氮氧化物的脱硝还原剂，并且所述还原剂供应装置的还原剂输出管路连通至所述燃气轮机的透平一级动叶片后部，以使得氮氧化物在所述燃气轮机透平中被还原。2.根据权利要求1所述的脱硝系统，其中，所述还原剂供应装置包括：还原剂储罐，用于储存脱硝还原剂；蒸发器，与所述还原剂储罐连接，用于将液态的脱硝还原剂蒸发为气态脱硝还原剂；所述气态脱硝还原剂通过还原剂输出管路输送至所述燃气轮机的透平一级动叶片后部。3.根据权利要求2所述的脱硝系统，其中所述还原剂供应装置还包括：单向阀，用于控制所述还原剂输出管路输送所述气态脱硝还原剂至所述燃气轮机透平的一级动叶片后部。4.根据权利要求1至3所述的脱硝系统，其中，所述还原剂供应装置还包括：等离子体反应器，设于所述还原剂供应装置的还原剂输出管路的旁路上，为所述燃气轮机透平提供等离子体处理后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊杨，李苏辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11