CN107088363A - 一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，通过将SCR烟气脱硝工艺中的脱硝还原剂控制组分流成多个还原剂控制单元，对每个还原剂控制单元覆盖的区域进行网格分区，根据网格分区对烟道的监测断面进行分区，根据对应网格分区的覆盖面积确定氮氧化物的摩尔量，从而确定还原剂控制单元的稀释风流量，最终确定每个还原控制单元的阀门开度。本发明是通过多维参数，确定每个控制单元的差异化氨氮摩尔比和氨摩尔占比，总量固定条件下，确定每个控制单元的风量、氨量科学分配，通过节流控制流量理论，找出工况流量和设计流量的近似计算关系式，确定控制单元的控制压差，从而根据压差调节控制单元开度，实现每个还原剂控制单元的精准控制。

Description

一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法
技术领域
本发明属于SCR烟气脱硝还原剂控制技术领域，具体涉及一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法。
背景技术
火力发电、水泥、钢铁行业燃煤、燃气排放的烟气中含大量的氮氧化物。目前，采用SCR烟气脱硝较为普遍，该技术具有脱硝效率高、运行稳定的特点。
烟气脱硝还原剂的喷射是脱硝运行的重要环节，决定着脱硝装置的运行效果、稳定性和安全性。烟气脱硝设计时，一般采用CFD或模型试验进行烟气流场设计，保持烟气流场的均匀性，在工程建设过程中，控制还原剂控制组各控制单元的开度一致或微差。由于理论计算、模型试验结果和工程实际的差异、烟道积灰造成流场的均匀性差，烟气NOX的浓度不均匀，每个还原剂喷射单元的覆盖面积或许不同，每个还原剂控制单元的系统阻力不同等多种因素，造成脱硝控制单元的氨氮摩尔比有较大差别。控制单元的流量设定凭经验，而且，不知道每个控制单元的流量值、氨的摩尔量，这种盲目设定的方式，导致脱硝效率差、排放浓度高、氨逃逸高，影响系统的安全稳定运行。运行中，系统异常运行，凭经验进行某一个或几个控制单元优化调整，盲目的调整，既不能调整到位，势必影响其他控制单元的流量控制。目前，对还原剂单元的控制设定、优化无有效的、准确、快速的技术。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可以实现喷氨的差异化精准、快速控制的基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其关键技术在于，将SCR烟气脱硝工艺中的脱硝还原剂控制组分流成多个还原剂控制单元，对每个还原剂控制单元覆盖的区域进行网格分区，根据网格分区对烟道的监测断面进行分区，根据对分区监测、计算给出控制单元的差异化氨氮摩尔比，根据对应网格分区的覆盖面积确定氮氧化物的摩尔量，从而确定还原剂控制单元的稀释风流量，最终确定每个还原控制单元的阀门开度。
作为本发明进一步的改进，具体包括如下步骤：
步骤一：构建监测调整系统
监测调整系统包括烟气通道1，与烟气通道1相通的SCR反应器3，设置于所述SCR反应器3内的催化剂4，设置于所述烟气通道1和反应器3之间的喷氨格栅2以及喷氨控制组5，所述喷氨控制组5通过多个还原剂控制单元6与喷氨格栅2相连；
步骤二：分区
根据烟道还原剂喷射断面D-D确定每个还原剂控制单元Kij的覆盖区域和对应的区域单元序号Dij，在烟道1内设定监测截面A-A或B-B，根据还原剂喷射单元分布，划分与之相对应断面烟气测量区域Aij或Bij，并计算对应Dij的覆盖面积Sij，
步骤三：氨氮化物摩尔量Nij的确定
根据公式(1)计算氨氮化物摩尔数Nij：
Nij＝273×Pd÷((273+t)×101325)×(Sij×Vij×Cij)×3.6×106÷22.4 式(1)；
Pd为监测截面区域Aij或Bij的烟气压力，单位Pa
t为监测截面区域Aij或Bij的烟气温度，单位℃
Vij为监测截面区域Aij或Bij的烟气流速，单位单位m/s
Cij为监测截面区域Aij或Bij的氮氧化物浓度，单位ppm
步骤四：计算氨氮总摩尔数
根据公式(2)计算总的摩尔数N：
式(2)；
步骤五：确定每个控制单元的稀释风控制流量Qij；
根据公式(3)计算每个控制单元的稀释风控制流量Qij：
式(3)；
式中，
Q-稀释风量单位m3/h；
为氨气流量；单位m3/h
步骤六：计算Qij对应的ΔPij
根据节流孔板流量理论公式，得出控制单元工况介质流量近似计算公式，得到Qij对应的ΔPij，
其中，Qmax——设计最大流量单位m3/h；
P0——设计工作压力单位Pa；
ΔP0——设计压差单位Pa；
ΔP——实际工况压差单位Pa；
T——实际工况温度单位K；
T0——设计工作温度单位K。
步骤七：根据计算的ΔPij，对每个控制单元的开度进行调整，使每个控制单元的设定差压和计算差压一一对应，从而确定每个控制单元的阀门开度。
作为本发明进一步的改进，步骤七中，稀释风启动前，控制单元开度控制在40-60％，运行后调整开度，使差异达到ΔPij。
作为本发明进一步的改进所述还原剂用量控制策略是控制氨氮摩尔比为η+0.13。
作为本发明进一步的改进，以SCR反应器出口氮氧化物浓度和目标值偏差进行优化调整某一个或几个还原剂控制单元时，以保持稀释风、氨量不变的条件下，不能仅仅调整目标控制单元，必须进行多点联动准确调整。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
本发明根据节流控制理论、脱硝氨氮摩尔比，确定还原剂控制单元Kij的控制差压，实现喷氨的差异化精准、快速控制，解决了单一流速、假定均流喷氨设定出现的效率低、氨逃逸高、尾部设施影响大的问题。该技术具有脱硝效率高、运行稳定的特点。
附图说明
附图1为本发明监测调整系统
1烟气通道、2喷氨格栅、3SCR反应器、4催化剂、5还原剂控制组、6还原剂控制单元、
具体实施方式
以下结合附图1对本发明进行进一步详细的叙述。
烟气脱硝中，喷氨格栅不同还原剂控制单元的氨氮摩尔比控制是脱硝高效、稳定运行的关键，脱硝工程中还原剂控制模拟流场为依据而平衡设定，多种因素影响，此设定和工程实际有较大偏差。本发明是通过多维参数，确定每个控制单元的差异化氨氮摩尔量和占比，总量固定条件下，确定每个控制单元的风量、氨量科学分配，通过节流控制流量理论，找出工况流量和设计流量的近似计算关系式，从而得出差压和流量的关系，确定控制单元的控制开度，实现每个还原剂控制单元的精准控制，具体控制及调整方法如下：
如附图1所示，监测调整系统包括烟气通道1，与烟气通道1相通的SCR反应器3，设置于所述SCR反应器3内的催化剂4，设置于所述烟气通道1和反应器3之间的喷氨格栅2以及喷氨控制组5，所述喷氨控制组5通过多个还原剂控制单元6与喷氨格栅2相连。
1、根据烟道还原剂喷射断面D-D确定每个还原剂控制单元的覆盖区域和对应的区域单元序号Dij，见表1，在烟道1内设定监测截面A-A或B-B，根据还原剂喷射单元分布，划分与之相对应断面烟气测量区域Aij或Bij，见表2和3，并计算对应Dij的覆盖面积Sij，见表4：
表1还原剂喷射断面D-D区域单元分区表
D1m ～ D1j ～ D13 D12 D11
D2m ～ D2j ～ D23 D22 D21
D3m ～ D3j ～ D33 D32 D31
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Dim ～ Dij ～ Di3 Di2 Di1
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Dnm ～ Dnj ～ Dn3 Dn2 Dn1
表2监测截面A-A区域单元分区表
表3监测截面B-B区域单元分区表
B1m ～ B1j ～ B13 B12 B11
B2m ～ B2j ～ B23 B22 B21
B3m ～ B3j ～ B33 B32 B31
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Bim ～ Bij ～ Bi3 Bi2 Bi1
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Bnm ～ Bnj ～ Bn3 Bn2 Bn1
表4还原剂控制单元覆盖面积示意图
S11 S12 S13 ～ S1j ～ S1m
S21 S22 S23 ～ S2j ～ S2m
S31 S32 S33 ～ S3j ～ S3m
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Si1 Si2 Si3 ～ Sij ～ Sim
～ ～ ～ ～ ～ ～ ～
Sn1 Sn2 Sn3 ～ Snj ～ Snm
2、通过测量各测量区域烟气流速Vij、氮氧化物浓度Cij，按式(1)计算各还原剂控制单元对应区域的氮氧化物摩尔数Nij：
Nij＝273×Pd÷((273+t)×101325)×(Sij×Vij×Cij)×3.6×106÷22.4 式(1)；
其中，
Pd为监测截面区域Aij或Bij的烟气压力，单位Pa
t为监测截面区域Aij或Bij的烟气温度，单位℃
Vij为监测截面区域Aij或Bij的烟气流速，单位m/s；
Cij为监测截面区域Aij或Bij的氮氧化物浓度，单位ppm。
3、根据测试结果，计算得出NOxij摩尔数Nij，总的NOx总摩尔数N为：
式(2)；
根据每个控制单元的摩尔数和总摩尔数比例，确定每个控制单元的稀释风控制流量Qij。
式(3)；
式中，
Q-稀释风量；单位m3/h；
为氨气流量；单位m3/h。
4、控制单元的节流孔板流量理论公式
Q-体积流量，单位Nm3/h；
K为系数；
d为流量计节流件开孔直径mm；
ε为膨胀系数；
α为流量系数；
ΔP：差压Pa；
ρ流经介质密度kg/m3；
工况介质流量近似计算
其中，
Qmax——设计最大流量单位m3/h；
P0——设计工作压力单位Pa；
ΔP0——设计压差单位Pa；
ΔP——实际工况压差单位Pa；
T——实际工况温度K；
T0——设计工作温度K。
根据介质近似计算，确定每个控制单元控制流量得到Qij对应的ΔPij。
5、首先在脱硝试运前，将还原剂控制组的控制单元阀门控制开度初置40-60％，且一致。运行过程中，根据计算的ΔPij，对每个控制单元的开度进行调整，使每个控制单元的设定差压和计算差压一一对应，从而确定每个控制单元的阀门开度，并做好标记、记录。
6、氨氮摩尔比控制，通过设计或根据排放浓度确定的脱硝效率，氨氮摩尔比控制为：
NNH3/NNOx＝η+0.013
通过氮氧化物摩尔量，确定还原剂NH3的摩尔数，确定氨气供应工况体积。根据每个控制单元的摩尔数占整个反应器总氨量的比例，确定每个控制单元的稀释风流量，调整控制单元压差，实现差异化、精准化的喷氨控制。
7、在运行过程中，脱硝SCR反应器出现异常，对SCR入口或出口单个或部分测点出现NOx浓度偏高或偏低，需要进行优化调整。根据浓度偏差，根据3、4确定稀释风量调整值。同时，由于单一或多个控制单元的调整，对其他控制单元造成影响，可进行每一控制单元控制量变化的调整计算，实现多点联动，根据需要对每组控制单元进行微量整调，实现喷氨的精准控制和优化调整。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其特征在于，将SCR烟气脱硝工艺中的脱硝还原剂控制组分流成多个还原剂控制单元，对每个还原剂控制单元覆盖的区域进行网格分区，根据网格分区对烟道的监测断面进行分区，根据对应网格分区的覆盖面积确定氮氧化物的摩尔量，从而确定还原剂控制单元的稀释风流量，最终确定每个还原控制单元的压差，并根据压差调节阀门开度。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：构建监测调整系统
监测调整系统包括烟气通道1，与烟气通道1相通的SCR反应器3，设置于所述SCR反应器3内的催化剂4，设置于所述烟气通道1和反应器3之间的喷氨格栅2以及喷氨控制组5，所述喷氨控制组5通过多个还原剂控制单元6与喷氨格栅2相连；
步骤二：分区
根据烟道还原剂喷射断面D-D确定每个还原剂控制单元Kij的覆盖区域和对应的区域单元序号Dij，在烟道1内设定监测截面A-A或B-B，根据还原剂喷射单元分布，划分与之相对应断面烟气测量区域Aij或Bij，并计算对应Dij的测量区域覆盖面积Sij，
步骤三：氨氮化物摩尔量Nij的确定
根据公式(1)计算氨氮化物摩尔数Nij：
Niij＝273×Pd÷((273+t)×101325)×(Sij×Vij×Cij)×3.6×106÷22.4 式(1)；
Pd为监测截面区域Aij或Bij的烟气压力，单位Pa
t为监测截面区域Aij或Bij的烟气温度，单位℃
Vij为监测截面区域Aij或Bij的烟气流速，单位m/s
Cij为监测截面区域Aij或Bij的氮氧化物浓度，单位ppm
步骤四：计算氨氮总摩尔数
根据公式(2)计算总的摩尔数N：
<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mi>m</mi> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>n</mi> </mrow> </munderover> <msub> <mi>N</mi> <mi>ij</mi> </msub> </mrow> 式(2)；
步骤五：确定每个控制单元的稀释风控制流量Qij；
根据公式(3)计算每个控制单元的稀释风控制流量Qij：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>ij</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>ij</mi> </msub> <mo>/</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>Q</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>Q</mi> <msub> <mi>NH</mi> <mn>3</mn> </msub> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> 式(3)；
式中，
Q一稀释风量；单位m3/h
为氨气流量；单位：m3/h
步骤六：计算Qij对应的ΔPij
根据控制单元的节流孔板流量理论，得出如下工况介质流量近似计算公式，得到Qij对应的ΔPij，
其中，Qmax——设计最大流量；单位Nm3/h
P0——设计工作压力；单位Pa；
ΔP0——设计压差；单位Pa；
ΔP——实际工况压差；单位Pa；
T——实际工况温度；单位K；
T0——设计工作温度单位K。
步骤七：根据计算的ΔPij，对每个控制单元的开度进行调整，使每个控制单元的设定差压和计算差压一一对应，从而确定每个控制单元的阀门开度。
3.根据权利要求2所述的一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其特征在于，步骤七中，稀释风启动前，控制单元开度控制在40-60％，运行后调整开度，使差异达到ΔPij。
4.根据权利要求1所述的一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其特征在于，所述还原剂用量控制策略是控制氨氮摩尔比为η+0.13。
5.根据权利要求1所述的一种基于多维参数的脱硝单元分配控制及调整方法，其特征在于，以SCR反应器出口氮氧化物浓度和目标值偏差进行优化调整某一个或几个还原剂控制单元时，以保持稀释风、氨量不变的条件下，必须进行多点联动准确调整。
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