CN105547388B - 一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法 - Google Patents

Abstract

一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，属于测量技术领域，其技术方案是，所述方法在燃煤机组SCR脱硝系统稳定运行状态下，对烟气成分分析仪给出的脱硝系统SCR反应器入、出口的NO_x浓度数据进行含氧量折算，得到反应器入、出口烟气实际含氧量下的NO和NO₂含量，然后根据折算结果及烟气含氧量、氨流量和氨逃逸数据计算出SCR反应器的烟气流量。本发明根据脱硝的实际效果在线反推SCR脱硝系统的烟气流量,在算法中将氮氧化物细分为NO和NO₂进行分析计算，大大提高了计算结果的准确性。该方法能够为烟气流量的软测量方法提供可靠的烟气流量标准信号，从而保证了烟气流量实时计算的准确性。

Description

一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法

技术领域

本发明涉及一种大型燃煤机组脱硝系统SCR反应器烟气流量的在线标定方法，属于测量技术领域。

背景技术

选择性催化还原方法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前国内外大型燃煤机组上广泛采用的主要脱硝工艺。SCR脱硝工艺以氨(NH₃)为还原剂，氨气经喷氨格栅喷入烟道，与烟气充分混合，进入SCR反应器，在多层催化剂作用下，把烟气中的NO_X还原成N₂和H₂O，完成NO_X的脱除。

SCR脱硝工艺的主要控制回路是氨喷射流量的控制，首先根据烟气流量、入口NO_x浓度及脱硝效率确定理论氨喷射流量，与实际喷氨量进行比较，偏差作为主调回路去粗调喷氨阀的阀位控制信号；同时将出口NO_x浓度设定值(根据入口NO_x浓度和脱硝效率来确定)和测量值进行比较，偏差作为副调回路去细调喷氨阀的阀位控制信号。

因此，脱硝SCR烟气流量是脱硝控制中的一个重要输入参数，其数据的准确程度直接影响到供氨流量的多少，从而影响脱硝系统的运行控制。

目前，烟气流量的测量方法主要有如下几种：

(1)仪表直接测量法

具体有喷嘴测量方法、皮托管测量方法和阵列式测量方法等。这类方法以差压法为测量的理论基础，其缺点是烟尘会对仪表造成冲刷和磨损，影响仪表的使用寿命，而且测量的准确性受烟气管道含尘量和直管段长度影响较大，即使采用造价昂贵的阵列式测量仪表也不能保证测量结果的准确性。

(2)软测量方法

这类测量方法多通过入炉煤质、机组负荷、给煤量和送风量采用不同的计算方法计算烟气流量。其中的一种方法是根据煤质成分、给煤量和过剩空气系数理论计算总烟气流量，然后两个SCR反应器各取1/2；另一种方法不考虑煤质变化，而是利用经验公式根据给煤量和送风量，计算总烟气流量，然后两个SCR反应器各取1/2。

软测量方法不可避免地要用到煤质参数，由于煤质参数是一组人工定期抽样测定的数据，在实际运行过程中，只能由电厂运行人员根据煤质分析报告手动输入。一般首次输入时采用设计煤种的煤质参数，后期改动不频繁，因此数据不具有实时性。而且，两个SCR反应器各取1/2的总烟气流量有其随意性，对于绝大部分燃煤机组，两个SCR反应器的烟气流量并不均衡。所以为烟气流量软测量方法找寻一种可靠的、实时的烟气流量标准信号对提高烟气流量实时计算的准确性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，以便对烟气流量软测量算法进行在线校正，保证烟气流量实时计算的准确性。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，所述方法在燃煤机组SCR脱硝系统稳定运行状态下，对烟气成分分析仪给出的脱硝系统SCR反应器入、出口的NO_X浓度数据进行含氧量折算，得到反应器入、出口烟气实际含氧量下的NO和NO₂含量，然后根据折算结果及烟气含氧量、氨流量和氨逃逸数据计算出SCR反应器的烟气流量。

上述用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，所述方法包括以下步骤：

a.判断燃煤机组脱硝系统是否处于稳定运行状态，若处于稳定运行状态则进入步骤b；

b.SCR反应器入出口NO_X含量的氧量折算校正

①利用烟气成分分析仪给出的标准状态下，含氧量为6％时，反应器入口干烟气中NO_X的含量和反应器出口干烟气中NO_X的含量计算出实际含氧量下反应器入口NO_x含量和出口NO_X含量

式中为反应器入口烟气含氧量；为反应器出口烟气含氧量；

②计算反应器入口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_In}和NO₂含量以及反应器出口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_Out}和NO₂含量

c.计算烟气流量：

式中V_gas为烟气流量，kNm³/h；为氨流量，kg/h；r_a为氨逃逸，ppmv，和r_a由烟气成分分析仪获取。

上述用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，燃煤机组脱硝系统是否处于稳定运行状态的判断方法如下：

首先计算燃煤机组负荷、给煤量、送风量和喷氨量四个运行参数的当前值与它们在前N秒内的平均值的偏差，然后将四个偏差的绝对值与各自的设定阈值进行比较，若四个偏差的绝对值均小于其阈值，则判断为脱硝系统处于稳定运行状态，否则判断为脱硝系统处于非稳定运行状态。

本发明根据脱硝的实际效果在线反推SCR脱硝系统的烟气流量,在流量处理中将氮氧化物细分为NO和NO₂进行分析计算，大大提高了计算结果的准确性。该方法能够为烟气流量的软测量方法提供可靠的烟气流量标准信号，从而保证了烟气流量实时计算的准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是SCR脱硝系统喷氨工艺流程图。

图2是脱硝系统稳态判断逻辑图。

文中和图中各符号为：为烟气中NO_x浓度，(mg/Nm³，标准状态、实际含氧量下的干烟气)；C_NO为标准状态、实际干烟气含氧量下NO浓度(mg/Nm³)；为标准状态、实际干烟气含氧量下NO₂的浓度(mg/Nm³)；为标准状态下，含氧量为6％时，反应器入口干烟气中NO_x的含量；为标准状态下，含氧量为6％时，反应器出口干烟气中NO_x的含量；为实际含氧量下反应器入口NO_x含量；为实际含氧量下反应器出口NO_x含量；为反应器入口烟气含氧量；为反应器出口烟气含氧量；C_{NO_In}为反应器入口烟气实际含氧量下的NO含量；为反应器入口烟气实际含氧量下的NO₂含量；C_{NO_Out}为反应器出口烟气实际含氧量下的NO含量；为反应器出口烟气实际含氧量下的NO₂含量；V_gas为烟气流量，kNm³/h；为氨流量，kg/h；r_a为氨逃逸，ppmv；ε1、ε2、ε3和ε4分别为判断燃煤机组负荷、给煤量、送风量和喷氨量是否处于稳定状态时使用的阈值。

具体实施方式

SCR脱硝系统工艺流程如图1所示，SCR采用低温反应方式，来自氨站的氨气和来自送风系统的稀释空气混合，由喷氨格栅的喷嘴喷出，并与省煤器出口的烟气充分混合后，流经催化剂，在催化剂的作用下，利用还原剂氨气的选择性优先与NO_X发生反应，将其还原成氮气和水，从而达到脱硝的目的。

其脱硝原理是在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH₃)“有选择性”地与烟气中的NO_X反应并生成无毒无污染的N₂和H₂O。选择性是指在烟气脱硝过程中烟气脱硝催化剂有选择性地将NO_X还原为氮气，而烟气中的SO₂极少地被氧化成SO₃。

本发明是根据脱硝的实际效果，在线反推烟气流量,具有准确性高的优点。鉴于脱硝系统的大惯性和非线性，为了保证计算结果的稳定性，本发明在燃煤机组脱硝系统处于稳定状态下应用。

本发明由以下三个模块组成：

(1)机组稳态判定模块

(2)SCR反应器入出口NO_X含氧量量折算校正模块

(3)烟气流量计算模块

1.脱硝系统稳态判定模块

脱硝系统处于稳态,则锅炉燃烧必为稳态,鉴于烟气流量与机组负荷和送风量的强相关性，以及煤质与机组负荷与燃料量的强相关性，本发明以机组实际负荷、给煤量和送风量判定机组是否处于稳燃状态。即机组实际负荷、给煤量和送风量均处于稳定状态才判断机组处于稳定燃烧状态。综合喷氨量的变化对脱硝系统的状态进行判断.逻辑判断图如图2所示。

2.SCR反应器入出口NO_X含氧量量折算校正模块

本发明中，进行烟气流量标定需用到标准状态、实际干烟气与含氧量下NO_X浓度(mg/Nm³)，但烟气成分分析仪给出的是符合环保标准的修正到标准状态下含氧量为6％时的干烟气中NO_X浓度，所以必须对仪表给出的脱硝系统入出口的NO_x浓度数据进行含氧量折算。

在脱硝系统中，烟气中实际的氮氧化物成分仍然是NO约占总体积的95％，NO₂约占总体积的5％。因此可按公式(1)和公式(2)计算出反应器入出口烟气的NO和NO₂含量。

式中：为烟气中NO_X浓度，(mg/Nm³，标准状态、实际含氧量下的干烟气)，C_NO为标准状态、实际干烟气含氧量下NO浓度(mg/Nm³)；为标准状态、实际干烟气含氧量下NO₂的浓度(mg/Nm³)；1.34为NO的体积分率(ppmv)转化为质量浓度(mg/Nm³)的系数。

已知反应器入口标准状态下，含氧量为6％时的干烟气中NO_x含量为则实际含氧量下反应器入口NO_x含量通过下式计算：

因此可按公式(4)和公式(5)计算出反应器入口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_In}和NO₂含量

同理按公式(4)和公式(5)计算出反应器出口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_Out}和NO₂含量

3.烟气流量计算模块

根据脱硝反应器内氮氧化物还原化学方程式，由反应器进出口NO_x含量、烟气含氧量、氨气消耗量，即可计算出烟气流量。然而，考虑到喷入反应器的液氨并没有全部与氮氧化物反应，有少部分残留造成氨逃逸，所以在推导烟气流量时，必须考虑氨逃逸。

在电厂DCS系统中,可对本发明中用到的测量数据,即反应器进出口NO_x含量、烟气含氧量、氨流量和氨逃逸进行准确测量,实时采集。

利用模块2的折算结果,按下式计算烟气流量：

其中，V_gas——烟气流量，kNm³/h

——氨流量，kg/h；

r_a——氨逃逸，ppmv。

Claims (2)

1.一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，其特征是，所述方法在燃煤机组SCR脱硝系统稳定运行状态下，对烟气成分分析仪给出的脱硝系统SCR反应器入、出口的NO_X浓度数据进行含氧量折算，得到反应器入、出口烟气实际含氧量下的NO和NO₂含量，然后根据折算结果及烟气含氧量、氨流量和氨逃逸数据计算出SCR反应器的烟气流量；

所述方法包括以下步骤：

a.判断燃煤机组脱硝系统是否处于稳定运行状态，若处于稳定运行状态则进入步骤b；

b.SCR反应器入出口NO_X含量的氧量折算校正

①利用烟气成分分析仪给出的标准状态下，含氧量为6％时，反应器入口干烟气中NO_x的含量和反应器出口干烟气中NO_x的含量计算出实际含氧量下反应器入口NO_x含量和出口NO_x含量

式中为反应器入口烟气含氧量；为反应器出口烟气含氧量；

②计算反应器入口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_In}和NO₂含量以及反应器出口烟气实际含氧量下的NO含量C_{NO_Out}和NO₂含量

c.计算烟气流量：

式中V_gas为烟气流量，kNm³/h；为氨流量，kg/h；r_a为氨逃逸，ppmv，和r_a由烟气成分分析仪获取。

2.根据权利要求1所述的一种用于脱硫脱硝控制的烟气流量在线标定方法，其特征是，燃煤机组脱硝系统是否处于稳定运行状态的判断方法如下：

首先计算燃煤机组负荷、给煤量、送风量和喷氨量四个运行参数的当前值与它们在前N秒内的平均值的偏差，然后将四个偏差的绝对值与各自的设定阈值进行比较，若四个偏差的绝对值均小于其阈值，则判断为脱硝系统处于稳定运行状态，否则判断为脱硝系统处于非稳定运行状态。