9FA燃气轮机联合循环NO2排放源测量装置论文和设计-丁勇能

全文摘要

本实用新型涉及一种9FA燃气轮机联合循环NO2排放源测量装置，它属于燃气轮机发电领域。本实用新型包括发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平、余热锅炉、烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三，发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平与余热锅炉依次相连，余热锅炉与燃气轮机匹配，烟气分析仪一设置在燃气轮机的透平排气口，烟气分析仪二设置在余热锅炉进口，烟气分析仪三设置在余热锅炉烟囱处。本实用新型结构设计简单合理，测量准确，通过测量燃气轮机透平出口、透平至余热锅炉扩张段出口以及余热锅炉烟囱各位置的烟气中的NO浓度获得NO在余热锅炉中转化为NO2的情况。

主设计要求

1.一种9FA燃气轮机联合循环NO2排放源测量装置，包括发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平和余热锅炉，所述发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平与余热锅炉依次相连，余热锅炉与燃气轮机匹配，其特征在于：还包括烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三，所述烟气分析仪一设置在燃气轮机的透平排气口，烟气分析仪二设置在余热锅炉进口，烟气分析仪三设置在余热锅炉烟囱处。

设计方案

1.一种9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置，包括发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平和余热锅炉，所述发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平与余热锅炉依次相连，余热锅炉与燃气轮机匹配，其特征在于：还包括烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三，所述烟气分析仪一设置在燃气轮机的透平排气口，烟气分析仪二设置在余热锅炉进口，烟气分析仪三设置在余热锅炉烟囱处。}

2.根据权利要求1所述的9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置，其特征在于：还包括取样枪头部的冷却结构，所述烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三均设置取样枪头部的冷却结构。}

3.根据权利要求1所述的9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置，其特征在于：还包括除氧器，所述余热锅炉的输出端设置除氧器。}

4.根据权利要求3所述的9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置，其特征在于：还包括低压给水泵、中压给水泵、高压给水泵，所述除氧器的出口端分别通过低压给水泵、中压给水泵、高压给水泵与余热锅炉的输入端相连。}

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种装置，尤其是涉及一种9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置，它属于燃气轮机发电领域。}

背景技术

燃气轮机联合循环是一种高效、清洁、启停快速的气体燃料热功转化技术。目前我国燃气轮机发电及热电联供的装机规模已达到7000万千瓦左右。大量燃气轮机联合循环机组在启动过程中，由于排烟中的NO_{2<\/sub>高存在烟囱冒黄烟的现象。研究表明，当烟气中的NO_{2<\/sub>达到约10ppm以上时，即可见淡黄色排烟。}}

一般来讲，燃气轮机燃烧室燃烧产生的NOx中，NO占比应在95%以上，仅有少量的NO_{2<\/sub>产。但是在配置DLN2.0+燃烧室的PG9351FA燃气轮机启动过程中，在低负荷下烟气的排放以NO_{2<\/sub>为主。部分研究认为，在燃气轮机联合循环启动过程中，燃烧室产生的NO会在余热锅炉中转化为NO_{2<\/sub>，也是导致启动黄烟的重要原因之一。目前， PG9351FA燃气轮机联合循环机组在启动过程中大量的NO _{2<\/sub>产生的来源并不清楚。}}}}

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计简单合理，测量准确，通过测量燃气轮机透平出口、透平至余热锅炉扩张段出口以及余热锅炉烟囱各位置的烟气中的NO浓度获得NO在余热锅炉中转化为NO_{2<\/sub>的情况的9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置。}}

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该9FA燃气轮机联合循环NO2排放源测量装置，包括发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平和余热锅炉，所述发电机、低压缸、中压缸、高压缸、压气机、燃烧室、透平与余热锅炉依次相连，余热锅炉与燃气轮机匹配，其特征在于：还包括烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三，所述烟气分析仪一设置在燃气轮机的透平排气口，烟气分析仪二设置在余热锅炉进口，烟气分析仪三设置在余热锅炉烟囱处；通过烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三测量燃气轮机透平出口、透平至余热锅炉扩张段出口以及余热锅炉烟囱各位置的烟气中的NO浓度获得NO在余热锅炉中转化为NO_{2<\/sub>的情况。}

作为优选，本实用新型还包括取样枪头部的冷却结构，所述烟气分析仪一、烟气分析仪二和烟气分析仪三均设置取样枪头部的冷却结构；在取样过程中，对取样枪进行急冷，保证烟气进入取样枪以后快速的被冷却至低于约400℃-450℃。

作为优选，本实用新型还包括除氧器，所述余热锅炉的输出端设置除氧器。

作为优选，本实用新型还包括低压给水泵、中压给水泵、高压给水泵，所述除氧器的出口端分别通过低压给水泵、中压给水泵、高压给水泵与余热锅炉的输入端相连。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）通过测量燃气轮机透平出口、透平至余热锅炉扩张段出口以及余热锅炉烟囱各位置的烟气中的NO浓度获得NO在余热锅炉中转化为NO_{2<\/sub>的情况；（2）在烟气取样的过程中，通过取样枪的急冷保证NO在取样过程中不会快速转化为NO_{2<\/sub>；（3）获得燃气轮机联合循环机组在启动过程中NO_{2<\/sub>排放产生的来源。}}}

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。

图中：压气机1，燃烧室2，透平3，余热锅炉4，高压给水泵5，烟气分析仪一6，烟气分析仪二7，烟气分析仪三8，取样枪头部的冷却结构9，发电机10，低压缸11，中压缸12，高压缸13，冷凝器14，凝结水泵15，除氧器16，低压给水泵17，中压给水泵18，高压过热蒸汽A，中压过热蒸汽B，低压过热蒸汽C，排烟D，空气E，燃料气F，补水G，循环冷却水H，烟气I。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例9FA燃气轮机联合循环NO_{2<\/sub>排放源测量装置包括压气机1、燃烧室2、透平3、余热锅炉4、烟气分析仪一6、烟气分析仪二7、烟气分析仪三8、取样枪头部的冷却结构9、发电机10、低压缸11、中压缸12和高压缸13，该发电机10、低压缸11、中压缸12、高压缸13、压气机1、燃烧室2、透平3与余热锅炉4依次相连，余热锅炉4与燃气轮机匹配，烟气分析仪一6设置在燃气轮机的透平3排气口，烟气分析仪二7设置在余热锅炉4进口，烟气分析仪三8设置在余热锅炉4烟囱处。}

本实施例9FA燃气轮机联合循环NO2排放源测量步骤如下：在燃气轮机联合循环机组启动时，即通过烟气分析仪一6，烟气分析仪二7，烟气分析仪三8连续在线检测烟气I中的NO、NO_{2<\/sub>和CO，在取样过程中，向取样枪通入循环冷却水H；烟气分析仪一6测得的NO浓度减去烟气分析仪二7测得的NO浓度即为烟气中的NO在余热锅炉4扩张段中转化为NO_{2<\/sub>的量，烟气分析仪二7测得的NO浓度减去烟气分析仪三8测得的NO浓度即为烟气中的NO在余热锅炉4换热段中转化为NO_{2<\/sub>的量；烟气分析仪一6测得的NO_{2<\/sub>为燃气轮机燃烧室2中产生的NO_{2<\/sub>的量。}}}}}

本实施例中低压缸11的出口依次串接冷凝器14和凝结水泵15后与余热锅炉4相连，余热锅炉4的输出端与除氧器16相连，该除氧器16的出口端分别通过低压给水泵17、中压给水泵18、高压给水泵5与余热锅炉4的输入端相连，余热锅炉4输出高压过热蒸汽A进入高压缸13，余热锅炉4输出中压过热蒸汽B进入中压缸12，余热锅炉4输出低压过热蒸汽 C进入低压缸11，余热锅炉4的后端用于排烟D，空气E进入压气机1，燃料气F进入燃气轮机燃烧室2，补水G根据需求补入余热锅炉4和凝结水泵15。

本实施例的烟气分析仪一6、烟气分析仪二7和烟气分析仪三8用于测量烟气I中的NO、NO_{2<\/sub>和O_{2<\/sub>浓度时，采用冷却水对取样枪的头部进行冷却，烟气分析仪一6、烟气分析仪二7和烟气分析仪三8均设置取样枪头部的冷却结构9，该取样枪头部的冷却结构9示意如图1所示。}}

本实施例PG9351FA燃气轮机的透平3排气口位置、透平3排气至余热锅炉4的扩张段出口位置以及余热锅炉4烟囱位置分别测量烟气中的NO和NO_{2<\/sub>浓度、氧浓度；通过比较三个不同测量位置的NO，得到透平3排气中的NO是否在余热锅炉4中发生了NO向NO_{2<\/sub>的转化以及NO向NO_{2<\/sub>的转化率；通过透平3排气位置测得的NO_{2<\/sub>，可以得到燃烧室2产生的NO_{2<\/sub>排放；在透平3出口和透平3排气至余热锅炉4的扩张段出口位置测量NO和NO_{2<\/sub>浓度过程是，从燃气轮机排气烟道中在线抽取少量烟气，采用烟气分析仪测量取样烟气的NO、NO_{2<\/sub>和氧浓度；在取样过程中，对取样枪进行急冷，保证烟气进入取样枪以后快速的被冷却至低于约400℃-450℃。}}}}}}}

本实施例的目的是这样实现的：研究发现，燃气轮机联合循环机组在启动过程中，NO_{2<\/sub>产生的来源可能来自于燃烧室2、NO在余热锅炉4中转化为NO_{2<\/sub>。研究认为，燃气轮机联合循环机组的余热锅炉4烟道中，燃机排烟中的NO在CO等气体的作用下，可能会被快速的转化为NO_{2<\/sub>，其快速转化的反应温度范围为500-800℃。PG9351FA燃气轮机联合循环机组在启动过程中，其排烟温度会落在此温度范围，而且启动过程中由于燃烧不完全，CO排放较高，NO可能会在余热锅炉4中快速转化为NO_{2<\/sub>.燃气轮机透平3排气进入余热锅炉4的换热面之前，会通过一个扩张段。在扩张段中，烟气的温度变大不大，在稳态条件下，烟气以接近透平3出口的温度在扩张段中的停留时间约为1秒左右，即透平3排烟很可能在扩张段中发生NO转化为NO_{2<\/sub>的反应。}}}}}

本实施例从燃气轮机透平3排气口、余热锅炉4进口以及余热锅炉4出口的烟气NO的测量与比较，获得NO在余热锅炉4中的转化率；本实施例通过在线取样分析烟气的组分，为了避免在取样过程中NO转化为NO_{2<\/sub>，对取样枪采取快速冷却方式，使取样的烟气快速的降低到400℃以下，避免其在取样过程中NO转化为NO_{2<\/sub>，导致NO浓度的测量失真；在取样过程中，取样烟气在进入分析仪之前可能会冷却到露点以下，则其中的NO_{2<\/sub>会少量的被水吸收，使得分析仪测量得到的NO_{2<\/sub>偏低，但是分析仪测量得到的NO则不会；本实施例利用不同位置的NO浓度的差异得到NO在余热锅炉4中的转化率，从而避免了由于NO_{2<\/sub>在测量过程中难以测量准确的问题。}}}}}

通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

设计图

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