[发明专利]采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环系统及方法

说明书

本发明公开了一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气‑蒸汽联合循环系统及方法，包括压气机，压气机的高压气体出口依次经燃烧室、燃气透平和余热锅炉连接，余热锅炉通过烟气再循环管与喷淋塔的烟气进口连接，喷淋塔的烟气出口经烟气再循环风机与压气机的空气管道连接，余热锅炉通过管道与蒸汽轮机连接，蒸汽轮机同轴连接发电机。本发明可减小燃烧室内过量空气系数，在保证燃气轮机效率的前提下，有效降低NO_X的排放；同时，变负荷情况下，可保证燃气轮机效率，减少循环水泵不必要的耗功。

技术领域

本发明属于燃气-蒸汽联合循环技术领域，具体涉及一种采用湿烟气再循环的低NO_X燃气-蒸汽联合循环系统及方法。

背景技术

一个简单的燃气-蒸汽联合循环的热力系统包括压气机、燃烧室、燃气透平、余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器、给水泵、发电机。空气在压气机中绝热压缩，后与燃料混合，在燃烧室中燃烧，产生的烟气进入燃气透平膨胀做功，利用燃气透平将烟气中的部分能量转化为机械能，由于燃气轮机排气温度高达450～600℃，为回收这部分热量，烟气从燃气轮机中排出并沿烟道进入余热锅炉，用余热锅炉吸收燃气轮机排气的热量产生蒸汽，然后用汽轮机将蒸汽的热量转换为机械能，余热锅炉尾部烟气经烟囱排向大气。

空气中氮气的含量高达78％，在高温条件(>1500℃)下，空气中的氮气会和氧气发生化学反应，生成热力型NO_X，当温度超过1500℃后，NO_X的生成量会随温度的升高而迅速增加。当燃气轮机以热化石油气为燃料时，燃烧室中火焰理论燃烧温度为1950℃，以天然气为燃料时，燃烧室中火焰理论燃烧温度高达2300℃，因此该情况下会产生大量的热力型NO_X，排放到环境中会造成严重的污染。

为满足国家低NO_X排放要求，现有技术大多采用较为极端的措施来降低NO_X的排放。例如，湿式低NO_X燃烧技术，通过向燃烧室注入高浓度除盐水或蒸汽，通过降低燃烧室温度以减少NO_X的排放，但该技术存在很大的局限性，如采用高浓度除盐水不仅需要较高的制备成本，而且会缩短燃气轮机热部件的寿命。另一种可降低NO_X排放的尾部烟道选择性催化还原技术，虽然在催化剂的作用下，能有效的降低NO_X的排放，但成本较高，同时还会存在催化剂失效的情况，造成氨气排放到环境中，造成污染。目前，较为有效降低NO_X排放的方法是分级燃烧技术，通过降低燃烧室温度，来抑制热力型NO_X的生成。

当前，降低燃气-蒸汽联合循环中NO_X排放的技术大多是通过降低燃烧室内温度来抑制NO_X的生成或在尾部吸收NO_X，以降低NO_X的排放。现有技术往往忽略了燃烧室中过量空气系数对NO_X生成的影响，而实际氮气与氧气反应过程中，NO_X生成速率与氧气浓度的平方根呈正比，因此当过量空气系数减少时，可有效降低热力型NO_X的生成速率，从而减少NO_X的生成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采用湿烟气再循环的低NOX燃气-蒸汽联合循环系统及方法，从减少过量空气系数的角度，在保证燃气轮机效率的情况下，大幅降低NO_X的排放。

本发明采用以下技术方案：

采用湿烟气再循环的低NO_X燃气-蒸汽联合循环系统，包括压气机，压气机的高压气体出口依次经燃烧室、燃气透平和余热锅炉连接，余热锅炉通过烟气再循环管与喷淋塔的烟气进口连接，喷淋塔的烟气出口经烟气再循环风机与压气机的空气管道连接，余热锅炉通过管道与蒸汽轮机连接，蒸汽轮机同轴连接发电机。