CN103425103A - Scr脱硝系统优化控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SCR脱硝系统优化控制方法及其系统。分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；并更具获取的反映参数，计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

的活化能以及指前因子，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，根据所述微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。因此能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制，且能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。

Description

SCR脱硝系统优化控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及SCR脱硝系统的技术领域，特别是涉及一种SCR脱硝系统优化控制方法，以及一种SCR脱硝系统优化控制系统。 

背景技术

SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)的原理是在催化剂作用下，还原剂NH₃在290-400℃下将NO和NO₂还原成N₂，而几乎不发生NH₃的氧化反应，从而提高了N₂的选择性，减少了NH₃的消耗。 

随着SCR脱硝系统在我国火电厂的广泛应用，SCR催化剂及脱硝系统的运行管理问题日益突出。SCR脱硝系统的优化调度关系到SCR脱硝系统的正常运行，也关系到成本的控制。 

然而目前常用的SCR脱硝系统的控制方法并不能根据系统实时参数对其进行优化控制，因此影响对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

发明内容

针对上述背景技术中存在的SCR脱硝系统的控制效率和合理性较低的问题，本发明的目的在于提供一种能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制的SCR脱硝系统优化控制方法，能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

一种SCR脱硝系统优化控制方法，包括以下步骤： 

分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

$K_{\mathrm{NO}}=\frac{-u\ln (1-\mathrm{\η})}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)L}$

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数  $K_{{\mathrm{NH}}_3}$ ： 

$\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \left(\frac{\mathrm{\α}-\mathrm{\η}}{1-\mathrm{\η}}\right)-\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \mathrm{\α}=(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)K_{\mathrm{NO}}\·K_{{\mathrm{NH}}_3}L+{\mathrm{uK}}_{{\mathrm{NH}}_3}\·\ln (1-\mathrm{\η})$

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，

为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合； 

根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或

的活化能，获取两条拟合曲线的截距为K_NO或

的指前因子的自然对数值； 

根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或

的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

本发明的SCR脱硝系统优化控制方法分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；并更具获取的反映参数，计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

的活化能以及指前因子，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，根据所述微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。因此能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制，且能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

本发明的目的还在于提供一种与上述SCR脱硝系统优化控制方法对应的SCR脱硝系统优化控制系统。 

一种SCR脱硝系统优化控制系统，包括： 

检测模块，用于分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

第一运算模块，用于根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

$K_{\mathrm{NO}}=\frac{-u\ln (1-\mathrm{\η})}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)L}$

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

第二运算模块，用于根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数

： 

$\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \left(\frac{\mathrm{\α}-\mathrm{\η}}{1-\mathrm{\η}}\right)-\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \mathrm{\α}=(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)K_{\mathrm{NO}}\·K_{{\mathrm{NH}}_3}L+{\mathrm{uK}}_{{\mathrm{NH}}_3}\·\ln (1-\mathrm{\η})$

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，

为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

线性拟合模块，用于根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合； 

参数获取模块，用于根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或 

的活化能，获取两条拟合曲线的截距为K_NO或

的指前因子的自然对数值； 

模型建立模块，用于根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或

的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

控制模块，用于根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

本发明的SCR脱硝系统优化控制系统中，所述检测模块分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；所述第一运算模块和所述第二运算模块根据获取的反映参数，计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

。线性拟合模块获取所述表观反应速率常数K_NO和吸附速率常数

的活化能以及指前因子，所述模型建立模块建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，所述控制模块根据所述微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进 行动力优化控制。因此能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制，且能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

附图说明

图1是本发明SCR脱硝系统优化控制方法的流程示意图； 

图2是本发明SCR脱硝系统优化控制系统的结构示意图。 

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明SCR脱硝系统优化控制方法的流程示意图。 

所述SCR脱硝系统优化控制方法，包括以下步骤： 

S101，分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

S102，根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

$K_{\mathrm{NO}}=\frac{-u\ln (1-\mathrm{\η})}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)L}$

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

S103，根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数： 

$\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \left(\frac{\mathrm{\α}-\mathrm{\η}}{1-\mathrm{\η}}\right)-\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \mathrm{\α}=(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)K_{\mathrm{NO}}\·K_{{\mathrm{NH}}_3}L+{\mathrm{uK}}_{{\mathrm{NH}}_3}\·\ln (1-\mathrm{\η})$

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

S104，根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合； 

S105，根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或

的活化能， 获取两条拟合曲线的截距为K_NO或的指前因子的自然对数值； 

S106，根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或

的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

S107，根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

本发明的SCR脱硝系统优化控制方法分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；并更具获取的反映参数，计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

的活化能以及指前因子，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，根据所述微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。因此能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制，且能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

对于上述步骤S101，分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；优选地，分别在氨氮比分别为0.5、0.8和1.1时，对所述SCR脱硝系统输入测试气体，测量获取所述SCR脱硝系统分别在温度为290℃、320℃、350℃和380℃时NO的反映参数；其中，所述测试气体为300ppmNO，5%O₂，10%H₂O，其余的为N₂。 

在每次测试时先通入N₂和O₂，设置加热器的升温速率为10K/min升至设定温度，待温度保持稳定，通入NO气体，待NO的浓度稳定后，记录NO浓度，再通入NH₃进行反应，待反应后的NO浓度趋于稳定后，记录NO浓度。 

所述SCR脱硝系统中NO的反映参数包括： 

催化剂床层的孔隙率、催化剂的长度、烟气的表观速度、脱硝效率、NO的摩尔浓度、NO的反应器入口摩尔浓度、活性修正系数和NO的表观反应速率常数。 

对于步骤S104和S105，计算出各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

之后，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合；拟合结果获得两条曲线，分别获取两条拟合曲线的斜率。 

其中，ln(K_NO)-1/RT拟合曲线的斜率为K_NO的活化能，截距为K_NO的指前因子的自然对数值；ln(K_NH3)-1/RT拟合曲线的斜率为

的活化能，截距为的指前因子的自然对数值，根据所述指前因子的自然对数值可以获得相应的指前因子。 

对于步骤S106，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

SCR反应器模拟的目的是建立反应器（催化剂层）内物理化学过程的平衡方程，对典型工况下及工况改变时反应器（催化剂层）内流场、压力场、浓度场进行模拟，进而得到SCR脱硝系统性能指标（脱硝效率、氨逃逸、压损等）在催化剂服役过程中的变化特性。 

根据计算获得的K_NO或K_NH3的活化能，以及K_NO或K_NH3的指前因子的自然对数值，获取NO的表观反应速率常数的表达式： 

K_NO＝Aexp(-E/RT) 

其中，A为NO反应的指前因子,E为NO反应的活化能，R为摩尔气体常数； 

获取氨氮比大于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

R_NO＝K_NOC_NO

式中，K_NO为NO的表观反应速率常数，C_NO为NO的摩尔浓度； 

获取氨氮比小于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

$R_{\mathrm{NO}}=K_{\mathrm{NO}}{C}_{\mathrm{NO}}{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{NH}}_3}$

其中，

为NH₃的覆盖率，C_NO为NO的摩尔浓度。 

SCR反应器内，气流属于低速流动，气相简化处理为不可压缩流体；催化剂层处理成多孔介质区域。控制方程为： 

连续方程： $\mathrm{\ϵ}\·\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_g}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\ρ}}_{g}u\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\ρ}}_{g}v\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\ρ}}_{g}w\·{\mathrm{\ϵ}}_z)=0$

动量方程用达西定律表示： 

${\▿P}_z-(\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\α}}_z}W+C_{2,z}\frac{1}{2}{\mathrm{\ρW}}^2)=0$

其中，μ为烟气（动力）粘度Pa.s， 

Y_i、μ_i(T)为组分i的质量分数和粘度计算公式；W为催化剂层的表观速度m/s，W＝ε_zw；α_z为催化剂通道方向的渗透率m2；C_2,z为修正的惯性阻力系数1/m。对于整体式催化剂， 

所以动量方程（5）中

其中，d为催化剂气流通道当量直径（4倍的流通截面积除以润湿周长，

组份方程： 

$\mathrm{\ϵ}\·\frac{\∂}{\∂t}\left({\mathrm{\ρ}}_g{Y}_i\right)+[\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\ρ}}_{g}u{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\ρ}}_{g}v{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\ρ}}_{g}w{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_z)]=$

$[\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\Γ}}_x\frac{{\∂Y}_i}{\∂x}\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\Γ}}_y\frac{{\∂Y}_i}{\∂y}\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\Γ}}_z\frac{{\∂Y}_i}{\∂z}\·{\mathrm{\ϵ}}_z)]+(1-\mathrm{\ϵ})\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{R}_i{M}_i$

其中，Γ_i为物质交换系数，

Sc为施密特数，取常数0.7。 

空隙率：ε＝ε(x,y,z) 

化学反应方程： 

SCR反应：R_NO＝A_NOexp(-E_NO/RT)C_NO×θ_NH3

氨氧化反应：R_ox＝A_oxexp(-E_ox/RT)×θ_NH3

氨覆盖率： ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{NH}3}=\frac{A_{\mathrm{NH}3}\exp (-H_{\mathrm{NH}3}/\mathrm{RT})C_{\mathrm{NH}3}}{1+A_{\mathrm{NH}3}\exp (-H_{\mathrm{NH}3}/\mathrm{RT})C_{\mathrm{NH}3}}$

其中，R_i为组分i的反应速率（单位体积催化剂为基准），mol/(m³.s)；M_i为组分i的质量分数，kg/mol；C_NO为气相中NO的摩尔浓度，mol/m³；C_NH3为气相中NH₃浓度mol/m³；R_NO为NO反应速率，mol/(m³.s)；R_ox为NH₃氧化反应速率，mol/(m³.s)；A_NO和E_NO为SCR反应的指前因子和活化能，1/s、J/mol；A_ox和E_ox为氨氧化反应的指前因子和活化能，mol/(m³.s)、J/mol；A_NH3和H_NH3为氨吸附常数的指前因子和活化能，m³/mol、J/mol。 

初值条件： 

t=0时，W＝W(x,y,z,0)，T＝T(x,y,z,0)，Y_i＝Y_i(x,y,z,0) 

边界条件： 

速度进口：z=0，W＝W(x,y,0,t)，T＝T(x,y,0,t)，Y_i＝Y_i(x,y,0,t) 

平衡出口：z=zl，质量平衡出口； 

绝热壁面：x=0，

x=xl，

y=0，

y=yl，

S107，根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

在获得所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型后，即可根据所述控制模型模拟SCR脱硝系统的运行环境，将检测到的所述SCR脱硝系统的动力学参数输入所述控制模型中，获取所述控制模型的模拟运行状态，然后根据所述模拟运行状态可产生调度控制指令，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制，提高所述SCR脱硝系统运行的效率和安全性等。 

请参阅图2，图2是本发明SCR脱硝系统优化控制系统的结构示意图。 

所述SCR脱硝系统优化控制系统，包括： 

检测模块11，用于分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

第一运算模块12，用于根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

$K_{\mathrm{NO}}=\frac{-u\ln (1-\mathrm{\η})}{(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)L}$

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

第二运算模块13，用于根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数

： 

$\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \left(\frac{\mathrm{\α}-\mathrm{\η}}{1-\mathrm{\η}}\right)-\frac{u}{C_{\mathrm{NO}}^0(\mathrm{\α}-1)}\ln \mathrm{\α}=(1-{\mathrm{\ϵ}}_B)K_{\mathrm{NO}}\·K_{{\mathrm{NH}}_3}L+{\mathrm{uK}}_{{\mathrm{NH}}_3}\·\ln (1-\mathrm{\η})$

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，

为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性 修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

线性拟合模块14，用于根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合，并根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或

的活化能，获取两条拟合曲线的截距为K_NO或

的指前因子的自然对数值； 

模型建立模块15，用于根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或

的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

控制模块16，用于根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

本发明的SCR脱硝系统优化控制系统别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；并更具获取的反映参数，计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

的活化能以及指前因子，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，根据所述微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。因此能够基于SCR脱硝系统实时动力学参数对其进行优化控制，且能够提高对SCR脱硝系统的控制效率和合理性。 

所述检测模块11分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数；优选地，分别在氨氮比分别为0.5、0.8和1.1时，对所述SCR脱硝系统输入测试气体，测量获取所述SCR脱硝系统分别在温度为290℃、320℃、350℃和380℃时NO的反映参数；其中，所述测试气体为300ppmNO，5%O₂，10%H₂O，其余的为N₂。 

所述检测模块11在每次测试时先通入N₂和O₂，设置加热器的升温速率为10K/min升至设定温度，待温度保持稳定，通入NO气体，待NO的浓度稳定后，记录NO浓度，再通入NH₃进行反应，待反应后的NO浓度趋于稳定后，记录NO浓度。 

所述SCR脱硝系统中NO的反映参数包括： 

催化剂床层的孔隙率、催化剂的长度、烟气的表观速度、脱硝效率、NO的 摩尔浓度、NO的反应器入口摩尔浓度、活性修正系数和NO的表观反应速率常数。 

计算出各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数之后，所述线性拟合模块14作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合；拟合结果获得两条曲线，分别获取两条拟合曲线的斜率。 

其中，ln(K_NO)-1/RT拟合曲线的斜率为K_NO的活化能，截距为K_NO的指前因子的自然对数值；ln(K_NH3)-1/RT拟合曲线的斜率为

的活化能，截距为

的指前因子的自然对数值，根据所述指前因子的自然对数值可以获得相应的指前因子。 

所述模型建立模块15建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

SCR反应器模拟的目的是建立反应器（催化剂层）内物理化学过程的平衡方程，对典型工况下及工况改变时反应器（催化剂层）内流场、压力场、浓度场进行模拟，进而得到SCR脱硝系统性能指标（脱硝效率、氨逃逸、压损等）在催化剂服役过程中的变化特性。 

根据计算获得的K_NO或K_NH3的活化能，以及K_NO或K_NH3的指前因子的自然对数值，获取NO的表观反应速率常数的表达式： 

K_NO＝Aexp(-E/RT) 

其中，A为NO反应的指前因子,E为NO反应的活化能，R为摩尔气体常数； 

获取氨氮比大于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

R_NO＝K_NOC_NO

式中，K_NO为NO的表观反应速率常数，C_NO为NO的摩尔浓度； 

获取氨氮比小于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

$R_{\mathrm{NO}}=K_{\mathrm{NO}}{C}_{\mathrm{NO}}{\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{NH}}_3}$

其中，

为NH₃的覆盖率，C_NO为NO的摩尔浓度。 

SCR反应器内，气流属于低速流动，气相简化处理为不可压缩流体；催化剂层处理成多孔介质区域。控制方程为： 

连续方程： $\mathrm{\ϵ}\·\frac{{\∂\mathrm{\ρ}}_g}{\∂t}+\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\ρ}}_{g}u\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\ρ}}_{g}v\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\ρ}}_{g}w\·{\mathrm{\ϵ}}_z)=0$

动量方程用达西定律表示： 

${\▿P}_z-(\frac{\mathrm{\μ}}{{\mathrm{\α}}_z}W+C_{2,z}\frac{1}{2}{\mathrm{\ρW}}^2)=0$

其中，μ为烟气（动力）粘度Pa.s，

Y_i、μ_i(T)为组分i的质量分数和粘度计算公式；W为催化剂层的表观速度m/s，W＝ε_zw；α_z为催化剂通道方向的渗透率m2；C_2,z为修正的惯性阻力系数1/m。对于整体式催化剂， 

所以动量方程（5）中

其中，d为催化剂气流通道当量直径（4倍的流通截面积除以润湿周长，

组份方程： 

$\mathrm{\ϵ}\·\frac{\∂}{\∂t}\left({\mathrm{\ρ}}_g{Y}_i\right)+[\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\ρ}}_{g}u{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\ρ}}_{g}v{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\ρ}}_{g}w{Y}_i\·{\mathrm{\ϵ}}_z)]=$

$[\frac{\∂}{\∂x}({\mathrm{\Γ}}_x\frac{{\∂Y}_i}{\∂x}\·{\mathrm{\ϵ}}_x)+\frac{\∂}{\∂y}({\mathrm{\Γ}}_y\frac{{\∂Y}_i}{\∂y}\·{\mathrm{\ϵ}}_y)+\frac{\∂}{\∂z}({\mathrm{\Γ}}_z\frac{{\∂Y}_i}{\∂z}\·{\mathrm{\ϵ}}_z)]+(1-\mathrm{\ϵ})\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{R}_i{M}_i$

其中，Γ_i为物质交换系数，

Sc为施密特数，取常数0.7。 

空隙率：ε＝ε(x,y,z) 

化学反应方程： 

SCR反应：R_NO＝A_NOexp(-E_NO/RT)C_NO×θ_NH3

氨氧化反应：R_ox＝A_oxexp(-E_ox/RT)×θ_NH3

氨覆盖率： ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{NH}3}=\frac{A_{\mathrm{NH}3}\exp (-H_{\mathrm{NH}3}/\mathrm{RT})C_{\mathrm{NH}3}}{1+A_{\mathrm{NH}3}\exp (-H_{\mathrm{NH}3}/\mathrm{RT})C_{\mathrm{NH}3}}$

其中，R_i为组分i的反应速率（单位体积催化剂为基准），mol/(m³.s)；M_i为组分i的质量分数，kg/mol；C_NO为气相中NO的摩尔浓度，mol/m³；C_NH3为气相中NH3浓度mol/m³；R_NO为NO反应速率，mol/(m³.s)；R_ox为NH3氧化反应 速率，mol/(m³.s)；A_NO和E_NO为SCR反应的指前因子和活化能，1/s、J/mol；A_ox和E_ox为氨氧化反应的指前因子和活化能，mol/(m³.s)、J/mol；A_NH3和H_NH3为氨吸附常数的指前因子和活化能，m³/mol、J/mol。 

初值条件： 

t=0时，W＝W(x,y,z,0)，T＝T(x,y,z,0)，Y_i＝Y_i(x,y,z,0) 

边界条件： 

速度进口：z=0，W＝W(x,y,0,t)，T＝T(x,y,0,t)，Y_i＝Y_i(x,y,0,t) 

平衡出口：z=zl，质量平衡出口； 

绝热壁面：x=0，

x=xl，

y=0，

y=yl，

所述控制模块16根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

在获得所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型后，即可根据所述控制模型模拟SCR脱硝系统的运行环境，将检测到的所述SCR脱硝系统的动力学参数输入所述控制模型中，获取所述控制模型的模拟运行状态，然后根据所述模拟运行状态可产生调度控制指令，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制，提高所述SCR脱硝系统运行的效率和安全性等。 

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分流程以及对应的系统，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施方式的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。 

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (10)

1.一种SCR脱硝系统优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数 

： 

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合； 

根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或的活化能，获取两条拟合曲线的截距为K_NO或

的指前因子的自然对数值； 

根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或

的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

2.如权利要求1所述的SCR脱硝系统优化控制方法，其特征在于，分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数的步骤包括： 

分别在氨氮比分别为0.5、0.8和1.1时，对所述SCR脱硝系统输入测试气体，测量获取所述SCR脱硝系统分别在温度为290℃、320℃、350℃和380℃时 NO的反映参数； 

其中，所述测试气体为300ppmNO，5%O₂，10%H₂O，其余的为N₂。 

3.如权利要求2所述的SCR脱硝系统优化控制方法，其特征在于，在每次测试时先通入N₂和O₂，设置加热器的升温速率为10K/min升至设定温度，待温度保持稳定，通入NO气体，待NO的浓度稳定后，记录NO浓度，再通入NH₃进行反应，待反应后的NO浓度趋于稳定后，记录NO浓度。 

4.如权利要求1至3任意一项所述的SCR脱硝系统优化控制方法，其特征在于，所述SCR脱硝系统中NO的反映参数包括： 

催化剂床层的孔隙率、催化剂的长度、烟气的表观速度、脱硝效率、NO的摩尔浓度、NO的反应器入口摩尔浓度、活性修正系数和NO的表观反应速率常数。 

5.如权利要求1所述的SCR脱硝系统优化控制方法，其特征在于，根据K_NO或K_NH3的活化能，以及K_NO或K_NH3的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型的步骤包括： 

根据计算获得的K_NO或K_NH3的活化能，以及K_NO或K_NH3的指前因子的自然对数值，获取NO的表观反应速率常数的表达式： 

K_NO＝Aexp(-E/RT) 

其中，A为NO反应的指前因子,E为NO反应的活化能，R为摩尔气体常数； 

获取氨氮比大于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

R_NO＝K_NOC_NO

式中，K_NO为NO的表观反应速率常数，C_NO为NO的摩尔浓度； 

获取氨氮比小于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

其中，

为NH₃的覆盖率，C_NO为NO的摩尔浓度。 

6.一种SCR脱硝系统优化控制系统，其特征在于，包括： 

检测模块，用于分别在氮氨比比大于1和小于1时，测量获取SCR脱硝系统在预设温度下NO的反映参数； 

第一运算模块，用于根据以下公式计算在氮氨比大于1时，各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO： 

其中，ε_B为催化剂床层的孔隙率，L为催化剂的长度，u为烟气的表观速度，η为脱硝效率； 

第二运算模块，用于根据以下公式计算在氮氨比小于1时，各个温度下NH₃的吸附速率常数： 

其中，C_NO为NO的摩尔浓度，

为NO的反应器入口摩尔浓度，α为活性修正系数，K_NO为上述NO的表观反应速率常数； 

线性拟合模块，用于根据计算获取的各个温度下NO的表观反应速率常数K_NO，以及各个温度下NH₃的吸附速率常数

，作ln(K_NO)-1/RT以及ln(K_NH3)-1/RT的线性拟合，并根据拟合结果，分别获取两条拟合曲线的斜率为K_NO或

的活化能，获取两条拟合曲线的截距为K_NO或的指前因子的自然对数值； 

模型建立模块，用于根据K_NO或

的活化能，以及K_NO或的指前因子的自然对数值，建立所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型； 

控制模块，用于根据所述SCR脱硝系统的反应器的微元体积的控制模型，对所述SCR脱硝系统进行动力优化控制。 

7.如权利要求6所述的SCR脱硝系统优化控制系统，其特征在于，所述检测模块分别在氨氮比分别为0.5、0.8和1.1时，对所述SCR脱硝系统输入测试气体，测量获取所述SCR脱硝系统分别在温度为290℃、320℃、350℃和380℃时NO的反映参数； 

其中，所述测试气体为300ppmNO，5%O₂，10%H₂O，其余的为N₂。 

8.如权利要求7所述的SCR脱硝系统优化控制系统，其特征在于，所述检测模块在每次测试时先通入N₂和O₂，设置加热器的升温速率为10K/min升至设 定温度，待温度保持稳定，通入NO气体，待NO的浓度稳定后，记录NO浓度，再通入NH₃进行反应，待反应后的NO浓度趋于稳定后，记录NO浓度。 

9.如权利要求6至8任一项所述的SCR脱硝系统优化控制系统，其特征在于，所述SCR脱硝系统中NO的反映参数包括： 

催化剂床层的孔隙率、催化剂的长度、烟气的表观速度、脱硝效率、NO的摩尔浓度、NO的反应器入口摩尔浓度、活性修正系数和NO的表观反应速率常数。 

10.如权利要求6所述的SCR脱硝系统优化控制系统，其特征在于，所述模型建立模块根据计算获得的K_NO或K_NH3的活化能，以及K_NO或K_NH3的指前因子的自然对数值，获取NO的表观反应速率常数的表达式： 

K_NO＝Aexp(-E/RT) 

其中，A为NO反应的指前因子,E为NO反应的活化能，R为摩尔气体常数； 

获取氨氮比大于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

R_NO＝K_NOC_NO

式中，K_NO为NO的表观反应速率常数，C_NO为NO的摩尔浓度； 

获取氨氮比小于1时，所述SCR脱硝系统的反应速率方程： 

其中，

为NH₃的覆盖率，C_NO为NO的摩尔浓度。 

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