CN107252630B - 一种优化scr脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，实施步骤包括：检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布以及出口在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布；在每一个控制周期内，计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值时，针对SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm不超过预设阈值时结束并退出自动优化。本发明能够有效调整SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布，解决SCR脱硝系统出口氨逃逸高、出口NOX浓度分布不均和生成硫酸氢铵造成空预器堵塞等问题，显著改善SCR反应器内流场分布，有效提升SCR脱硝系统可用率。

Description

一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法
技术领域
本发明涉及燃煤电厂SCR脱硝技术，具体涉及一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法。
背景技术
在选择性催化还原(SCR)系统中，脱硝效率和出口氨逃逸为主要性能表征参数。由于预留空间有限，已建燃煤电厂脱硝升级改造普遍存在烟气流场分布不均的现象，这将导致第一层催化剂上层氨氮摩尔比分布不均，进而导致出口CEMS的NOX浓度与总排NOX浓度存在一定偏差，不利于运行人员的精细化调控操作；与此同时，也导致SCR出口氨逃逸偏高，生成的硫酸氢铵容易降低空预器正常运行周期。因此，如何实现一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，显得尤为必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够有效调整SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布，解决SCR脱硝系统出口氨逃逸高、出口NOX浓度分布不均和生成硫酸氢铵造成空预器堵塞等问题，显著改善SCR反应器内流场分布，有效提升SCR脱硝系统可用率的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，能够有效改善第一层催化剂上层的氨氮摩尔比分布，提升系统整体性能，在保证NOX排放达标的前提下，有效降低氨逃逸，保障空预器的高效稳定运行。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，实施步骤包括：
1)检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布；
2)检测获取SCR脱硝系统的出口在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布；
3)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，基于各个节点对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布、入口区域的NOX浓度分布计算各个节点的氨氮摩尔比mi，根据各个节点的氨氮摩尔比mi计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值时跳转执行步骤4)；
4)针对SCR脱硝系统的每一个节点，根据节点的脱硝效率、当前控制周期内对应的入口区域的NOX浓度分布的相对标准偏差、对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布的相对标准偏差控制节点对应喷氨调门的开度，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm不超过预设阈值时结束并退出。
优选地，步骤1)的详细实施步骤包括：
1.1)预先在SCR脱硝系统的入口布置入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置，所述入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点，矩阵网格布点的每一个测点包括由动压管和静压管组成的皮托管，每一个测点的动压管上带有皮托管电磁阀，静压管作为NOX取样管且带有烟气管路电磁阀；
1.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
1.3)开启第i个布点对应的皮托管电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气动压和静压，待数据稳定后，同步换算第i个布点的烟气流速；测试完毕后，开启第i个布点对应的烟气管路电磁阀，开始测量第i个布点区域烟气中的NOX/O2浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点区域烟气中的NOX浓度；测试完毕后，关闭第i个布点对应的皮托管电磁阀和烟气管路电磁阀；
1.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤1.2)；否则，得到SCR脱硝系统的入口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布。
优选地，步骤2)的详细实施步骤包括：
2.1)预先在SCR脱硝系统的出口布置出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置，所述出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点，矩阵网格布点的每一个测点设有一套带有控制阀的烟气取样支管路，所有的烟气取样支管路汇总至烟道外的取样母管上，所述取样母管上另接两路测试管路，所述两路测试管路分别通至NH3逃逸检测仪和NOX/O2分析仪；
2.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
2.3)开启第i个布点对应的烟气取样支管路电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气中的NOX/O2/NH3浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点对应区域烟气中的NOX/NH3浓度，最后关闭第i个布点的烟气取样支管路电磁阀；
2.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤3.3)；否则，得到SCR脱硝系统的出口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布。
优选地，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
3.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点1；
3.3)根据当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度、对应入口区域的NOX浓度计算当前节点i的区域脱硝效率ηi；
3.4)根据当前节点i的区域脱硝效率ηi、当前节点i在当前控制周期内对应出口的NH3浓度计算当前节点i的氨氮摩尔比mi；
3.5)判断节点集合是否已经遍历完毕，如果遍历完毕则跳转执行步骤3.6)；否则，从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤3.3)；
3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则跳转执行步骤4)；否则，等待下一个周期重新执行步骤3.2)。
优选地，步骤3.3)计算当前节点i的区域脱硝效率ηi的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率，CNOX，i，out表示当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度。
优选地，步骤3.4)计算当前节点i的氨氮摩尔比mi的函数表达式如式(2)所示；
式(2)中，mi表示当前节点i的氨氮摩尔比，MNO2表示NO2的摩尔质量，MNH3表示NH3的摩尔质量，CNH3，i表示当前节点i的氨逃逸率，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率。
优选地，步骤3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm的函数表达式如式(3)所示；
式(3)中，CVm表示当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，其中所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(3-1)所示、平均值的函数表达式如式(3-2)所示；
式(3-1)和式(3-2)中，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，xi表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的第i项数值，n表示节点数量。
优选地，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
4.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点i；
4.3)判断当前节点i的区域脱硝效率ηi大于当前控制周期内节点集合的区域脱硝效率均值、表示当前节点i的氨逃逸率CNH3，i大于预设阈值两个条件是否同时成立，如果不成立，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行下一步；
4.4)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.5)将当前节点i对应区域的喷氨调门关闭5％的开度；
4.6)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.7)等待指定时间，然后计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则等待下一个周期重新执行步骤4.2)；否则，完成喷氨调整，退出针对SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化。
优选地，步骤1)中检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布以后，还包括计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV，如果当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV超过预设阈值，则判定SCR脱硝系统的入口导流结构需要进行优化并退出。
优选地，所述计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV的函数表达式如式(4)所示；
式(3)中，CV表示当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，其中SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(4-1)所示、平均值的函数表达式如式(4-2)所示；
式(4-1)和式(4-2)中，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，xi表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的第i项数值，n表示SCR脱硝系统入口的布点数量。
本发明优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法通过检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布以及出口在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布；在每一个控制周期内，计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值时，针对SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm不超过预设阈值时结束并退出自动优化，具有下述优点：
1、通过本发明优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法能够有效调整SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布，解决SCR脱硝系统出口氨逃逸高、出口NOX浓度分布不均和生成硫酸氢铵造成空预器堵塞等问题，能够有效改善第一层催化剂上层的氨氮摩尔比分布，提升系统整体性能，在保证NOX排放达标的前提下，有效降低氨逃逸，保障空预器的高效稳定运行。
2、通过本发明优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法能够同步监测SCR入口流场分布均匀性，从而为SCR脱硝系统导流结构优化调整提供依据，显著改善SCR反应器内流场分布，有效提升SCR脱硝系统可用率。
3、通过本发明优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法能够中进出口流速/烟气监测系统结构紧凑，布局对称合理，监测分析逻辑严谨，分析数据代表性好，可以真实反映实际状况，参考价值高，在线调节系统响应时间短，调节性能可靠，具有良好的推广价值。
附图说明
图1为本实施例方法的基本流程示意图。
图2是本实施例步骤1)的流程示意图。
图3是本实施例中的入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置的结构示意图。
图4是本实施例步骤2)的流程示意图。
图5是本实施例中的出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置的结构示意图。
图6是本实施例步骤3)的流程示意图。
图7是本实施例中SCR脱硝系统的喷氨格栅在线调节系统示意图。
图8是本实施例步骤4)的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法的实施步骤包括：
1)检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布；
2)检测获取SCR脱硝系统的出口在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布；
3)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，基于各个节点对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布、入口区域的NOX浓度分布计算各个节点的氨氮摩尔比mi，根据各个节点的氨氮摩尔比mi计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值时跳转执行步骤4)；
4)针对SCR脱硝系统的每一个节点，根据节点的脱硝效率、当前控制周期内对应的入口区域的NOX浓度分布的相对标准偏差、对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布的相对标准偏差控制节点对应喷氨调门的开度，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm不超过预设阈值时结束并退出。
如图2所示，步骤1)的详细实施步骤包括：
1.1)预先在SCR脱硝系统的入口布置入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置，如图3所示，入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点(图3中一个虚线网格区域表示一个布点)，矩阵网格布点的每一个测点包括由动压管(图3中位于左侧)和静压管(图3中位于右侧)组成的皮托管，每一个测点的动压管上带有皮托管电磁阀，静压管作为NOX取样管且带有烟气管路电磁阀；
1.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
1.3)开启第i个布点对应的皮托管电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气动压和静压，待数据稳定后，同步换算第i个布点的烟气流速；测试完毕后，开启第i个布点对应的烟气管路电磁阀，开始测量第i个布点区域烟气中的NOX/O2浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点区域烟气中的NOX浓度；测试完毕后，关闭第i个布点对应的皮托管电磁阀和烟气管路电磁阀；
1.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕(i＜M×N)，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤1.2)；否则，得到SCR脱硝系统的入口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布。
本实施例中，SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域为M×N网格化分区域布置，因此入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置也采用M×N矩阵式网格布点。参见图3，本实施例中各测点处均配置皮托管1套，每套皮托管出口端均设置电磁阀1个，每3套皮托管构成1组，每组从左至右分别代表断面远/中/近区域测点，所有皮托管组均连接至1套总皮托管，其中总皮托管静压管另接1路支管至烟气NOX/O2分析系统，该支管上设置电磁阀1个。
本实施例的入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置中，单个布点布置一套皮托管测量装置，测试进程逻辑为：第i点动/静压测量→第i点NOX浓度测量→第i+1点动/静压测量......→第M×N点动/静压测量→第M×N点NOX浓度测量。测试过程采用间断测量设置，测试第i点NOX浓度完毕后同步开启第i+1点动/静压测量。其中，NOX取样管为皮托管静压管；动/静压测量停留时间设置应大于皮托管最大响应时间5s；NOX浓度测量停留时间设置应大于传感器最大响应时间5s。测试开始时，首先开启第i路皮托管电磁阀，开始测量第i区域烟气动压和静压，待数据稳定后，同步换算第i点烟气流速。测试完毕后，开启第i路烟气测试管路电磁阀，开始测量第i区域烟气中NOX/O2浓度，待数据稳定后，同步换算第i点烟气中NOX浓度(标态，6％O2)。测试完毕后，关闭第i路皮托管电磁阀和烟气管路电磁阀。当i＜M×N时，开始第i+1点烟气流速和NOX浓度测试循环步骤。当整个测试断面各布点均已完成测试(从第1点至M×N点的测试过程称为一个断面测试周期)，则将NOX入口浓度分布参数将为后续氨氮摩尔比换算提供基础数据。
如图4所示，步骤2)的详细实施步骤包括：
2.1)预先在SCR脱硝系统的出口布置出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置，如图5所示，出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点(图5中一个虚线网格区域表示一个布点)，矩阵网格布点的每一个测点设有一套带有控制阀的烟气取样支管路，所有的烟气取样支管路汇总至烟道外的取样母管上，取样母管上另接两路测试管路，两路测试管路分别通至NH3逃逸检测仪和NOX/O2分析仪；
2.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
2.3)开启第i个布点对应的烟气取样支管路电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气中的NOX/O2/NH3浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点对应区域烟气中的NOX/NH3浓度，最后关闭第i个布点的烟气取样支管路电磁阀；
2.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤3.3)；否则，得到SCR脱硝系统的出口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布。
本实施例中，SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域为M×N网格化分区域布置，因此出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置也采用M×N矩阵式网格布点。参见图4，本实施例中各测点处均配置烟气取样管1套，每套烟气取样管出口端均设置电磁阀1个，每3套烟气取样管构成1组，每组从左至右分别代表断面远/中/近区域测点，所有烟气取样管组均连接至1支取样总管，取样总管出口连接2路支管，1路至烟气NOX/O2分析系统，另1路至烟气NH3分析系统，每路支管上各设置电磁阀1个。烟道内测试管路材质采用高温耐腐蚀铝合金，烟道外部连接管路材质采用聚四氟乙烯(PTFE)，保障采样系统的长期稳定运行。反应器外部管路均进行保温处理，避免烟气进入分析区域前发生水分冷凝，影响分析精度。
本实施例的出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置中，单个布点布置一套烟气取样管路，测试进程逻辑为：第i点NOX/O2浓度测量→第i点NH3浓度测量→第i+1点NOX/O2浓度测量......→第M×N点NOX/O2浓度测量→第M×N点NH3浓度测量。测试过程采用间断测量设置，测试第i点NH3浓度完毕后同步开启第i+1点NOX/O2浓度测量。其中，烟气取样管各支管汇总至烟道外的取样母管上，母管上另接2路测试管路，分别通至NH3逃逸检测仪和NOX/O2分析仪。NOX/O2浓度测量停留时间设置应大于NOX/O2分析传感器最大响应时间5s；NH3浓度测量停留时间设置应大于NH3传感器最大响应时间5s。测试开始时，首先开启第i路烟气取样管路电磁阀，开始测量第i区域烟气中NOX/O2/NH3浓度，待数据稳定后，同步换算第i点烟气中NOX/NH3浓度(标态，6％O2)。测试完毕后，关闭第i路烟气取样管路电磁阀，同时开启第i+1路烟气取样管路电磁阀，开始测量第i+1区域烟气中NOX/O2/NH3浓度，待数据稳定后，同步换算第i+1点烟气中NOX/NH3浓度(标态，6％O2)。当整个测试断面各测点均已完成测试(从第1点至M×N点的测试过程称为一个断面测试周期)，同步换算该周期内SCR脱硝系统出口NOX分布和NH3浓度分布参数，为后续氨氮摩尔比的计算提供基础数据。
本实施例中，步骤1)和步骤2)为并发执行，即入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置、出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置应同步进行(即入口第i点NOX/O2浓度测试应与出口第i点NOX/O2/NH3测试同步)。
如图6所示，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
3.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点i；
3.3)根据当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度、对应入口区域的NOX浓度计算当前节点i的区域脱硝效率ηi；
3.4)根据当前节点i的区域脱硝效率ηi、当前节点i在当前控制周期内对应出口的NH3浓度计算当前节点i的氨氮摩尔比mi；
3.5)判断节点集合是否已经遍历完毕，如果遍历完毕则跳转执行步骤3.6)；否则，从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤3.3)；
3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则跳转执行步骤4)；否则，等待下一个周期重新执行步骤3.2)。参见图6，本实施例中步骤3.6)中的预设阈值为20％，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过20％，则跳转执行步骤4)。
本实施例中，步骤3.3)计算当前节点i的区域脱硝效率ηi的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率，CNOX，i，out表示当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度(标准状况，干基，α＝1.4，mg/m3)，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度(标准状况，干基，α＝1.4，mg/m3)。
本实施例中，步骤3.4)计算当前节点i的氨氮摩尔比mi的函数表达式如式(2)所示；
式(2)中，mi表示当前节点i的氨氮摩尔比，MNO2表示NO2的摩尔质量(g/mol)，MNH3表示NH3的摩尔质量(g/mol)，CNH3，i表示当前节点i的氨逃逸率(标准状况，干基，α＝1.4，mg/m3)，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度(标准状况，干基，α＝1.4，mg/m3)，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率(％)。
本实施例中，步骤3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm的函数表达式如式(3)所示；
式(3)中，CVm表示当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数(％)，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，其中所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(3-1)所示、平均值的函数表达式如式(3-2)所示；
式(3-1)和式(3-2)中，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，xi表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的第i项数值，n表示节点数量。
如图7所示，本实施例中SCR脱硝系统单侧喷氨支管阀组共计6组(沿喷氨格栅横断面分布)，每组配置3个支管调节阀(沿喷氨格栅纵断面分布)，分别控制该组纵向均分的3块区域。对应SCR脱硝系统入口测试截面矩阵布置也采用M×N个网格化分区域布置。SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域具有一个单独的喷氨支管电动调节阀门，用于控制该区域的喷氨调门开度。本实施例中，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm高于20％时，则激活喷氨在线调节系统，开启喷氨优化调整进程。
如图8所示，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
4.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点i；
4.3)判断当前节点i的区域脱硝效率ηi大于当前控制周期内节点集合的区域脱硝效率均值、表示当前节点i的氨逃逸率CNH3，i大于预设阈值(本实施例中具体取值为2ppm)两个条件是否同时成立，如果不成立，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行下一步；
4.4)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.5)将当前节点i对应区域的喷氨调门关闭5％的开度；
4.6)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.7)等待指定时间，然后计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则等待下一个周期重新执行步骤4.2)；否则，完成喷氨调整，退出针对SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化。
参见图6，本实施例中步骤4.7)中的预设阈值为20％，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过20％，则等待下一个周期重新执行步骤4.2)。需要说明的是，步骤4.7)中的预设阈值和前述步骤3.6)中进入SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化环节的预设阈值既可以相同，也可以将取比步骤3.6)中的预设阈值略小，例如取15％等，取15％时则系统根据实时氨氮摩尔比分布，滚动调节各喷氨支管电动调节阀门开度，直至氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm降低至15％。
本实施例中，氨逃逸率CNH3，i的预设阈值具体取值为2ppm，喷氨格栅在线调节系统激活后，系统自动甄别第i点脱硝效率是否大于该周期内的效率均值和第i点NH3逃逸是否大于2ppm，如果上述2个条件均满足，则第i区域喷氨调门自动关闭5％开度，并甄别出口NOX浓度与均值的相对误差是否大于20％，如果满足条件则第i区域喷氨调门再自动关闭5％开度，直至出口NOX浓度与均值的相对误差是否小于20％，从而完成第i区域的喷氨优化调整，并同步开启第i+1区域的喷氨优化调整进程。待该周期调节完成2min后，系统自动计算氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，并甄别CVm是否大于20％，如果满足条件，则开始新一轮自动喷氨调节流程，如果不满足条件，则完成喷氨调整，并退出喷氨自动优化调节系统。
本实施例中，步骤1)中检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布以后，还包括计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV，如果当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV超过预设阈值，则判定SCR脱硝系统的入口导流结构需要进行优化并退出，通过上述方法，实现在线分析SCR脱硝系统入口氨氮摩尔比分布均匀性，从而为后续喷氨优化调整提供决策参数。
本实施例中，计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV的函数表达式如式(4)所示；
式(3)中，CV表示当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOx浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，其中SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(4-1)所示、平均值的函数表达式如式(4-2)所示；
式(4-1)和式(4-2)中，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，xi表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的第i项数值，n表示SCR脱硝系统入口的布点数量。
综上所述，本实施例的SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的优化方法中SCR脱硝反应器入口烟道截面NOX/O2浓度分布和流场分布采用入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置，出口烟道截面NOX/O2/NH3浓度分布采用出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置，通过入口在线监测数据，换算入口NOX分布和流场分布相对偏差系数；通过出口在线监测数据，利用一种氨氮摩尔比分布在线分析反演SCR脱硝系统第一层催化剂上层氨氮摩尔比分布和相对偏差系数，利用一种SCR喷氨格栅调节系统，结合氨氮摩尔比分布情况，用于SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数大于20％时的喷氨优化调整，从而有效降低SCR脱硝系统出口NOX浓度分布偏差，提升SCR脱硝系统运行效率和系统可用性。通过矩阵式测点布置，在SCR脱硝系统入口同步测试氮氧化物(NOX)浓度分布和流场分布，换算NOX质量流量分布，指导喷氨格栅各喷氨调门的调节动作，降低第一层催化剂上层氨氮摩尔比分布的相对标准偏差，在保证脱硝效率的前提下，有效降低SCR脱硝系统氨逃逸，能够有效改善第一层催化剂上层的氨氮摩尔比分布，提升系统整体性能，在保证NOX排放达标的前提下，有效降低氨逃逸，保障空预器的高效稳定运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于实施步骤包括：
1)检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布；
2)检测获取SCR脱硝系统的出口在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布；
3)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，基于各个节点对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布、入口区域的NOX浓度分布计算各个节点的氨氮摩尔比mi，根据各个节点的氨氮摩尔比mi计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值时跳转执行步骤4)；
4)针对SCR脱硝系统的每一个节点，根据节点的脱硝效率、当前控制周期内对应的入口区域的NOX浓度分布的相对标准偏差、对应的出口区域的NOX浓度分布和NH3浓度分布的相对标准偏差控制节点对应喷氨调门的开度，且在氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm不超过预设阈值时结束并退出；
步骤4)的详细步骤包括：
4.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
4.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点i；
4.3)判断当前节点i的区域脱硝效率ηi大于当前控制周期内节点集合的区域脱硝效率均值、表示当前节点i的氨逃逸率CNH3，i大于预设阈值两个条件是否同时成立，如果不成立，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行下一步；
4.4)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.5)将当前节点i对应区域的喷氨调门关闭5％的开度；
4.6)判断当前节点i对应出口区域的NOX浓度与所有出口区域的NOX浓度均值之间的相对误差是否大于预设阈值，如果不大于预设阈值，则从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤4.3)；否则，跳转执行下一步；
4.7)等待指定时间，然后计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则等待下一个周期重新执行步骤4.2)；否则，完成喷氨调整，退出针对SCR脱硝系统的喷氨调门自动优化。
2.根据权利要求1所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤1)的详细实施步骤包括：
1.1)预先在SCR脱硝系统的入口布置入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置，所述入口NOX浓度和烟气流速矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点，矩阵网格布点的每一个测点包括由动压管和静压管组成的皮托管，每一个测点的动压管上带有皮托管电磁阀，静压管作为NOX取样管且带有烟气管路电磁阀；
1.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
1.3)开启第i个布点对应的皮托管电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气动压和静压，待数据稳定后，同步换算第i个布点的烟气流速；测试完毕后，开启第i个布点对应的烟气管路电磁阀，开始测量第i个布点区域烟气中的NOX/O2浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点区域烟气中的NOX浓度；测试完毕后，关闭第i个布点对应的皮托管电磁阀和烟气管路电磁阀；
1.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤1.2)；否则，得到SCR脱硝系统的入口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布。
3.根据权利要求1所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤2)的详细实施步骤包括：
2.1)预先在SCR脱硝系统的出口布置出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置，所述出口NH3分布和NOX分布矩阵式测量装置包括与SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域一一对应的矩阵网格布点，矩阵网格布点的每一个测点设有一套带有控制阀的烟气取样支管路，所有的烟气取样支管路汇总至烟道外的取样母管上，所述取样母管上另接两路测试管路，所述两路测试管路分别通至NH3逃逸检测仪和NOX/O2分析仪；
2.2)从矩阵网格布点中遍历选择第i个布点作为当前检测点；
2.3)开启第i个布点对应的烟气取样支管路电磁阀，测量第i个布点对应区域烟气中的NOX/O2/NH3浓度，待数据稳定后，同步换算第i个布点对应区域烟气中的NOX/NH3浓度，最后关闭第i个布点的烟气取样支管路电磁阀；
2.4)判断矩阵网格布点是否已经遍历完毕，如果尚未完毕，则将变量i加1，并跳转执行步骤3.3)；否则，得到SCR脱硝系统的出口各布点在每一个控制周期的NOX浓度分布和NH3浓度分布。
4.根据权利要求1所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)在每一个控制周期内，将SCR脱硝系统的喷氨格栅各支管调门控制区域作为一个节点，得到喷氨格栅各支管调门控制区域对应的全部节点组成的节点集合；
3.2)从节点集合中遍历选择一个节点作为当前节点i；
3.3)根据当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度、对应入口区域的NOX浓度计算当前节点i的区域脱硝效率ηi；
3.4)根据当前节点i的区域脱硝效率ηi、当前节点i在当前控制周期内对应出口的NH3浓度计算当前节点i的氨氮摩尔比mi；
3.5)判断节点集合是否已经遍历完毕，如果遍历完毕则跳转执行步骤3.6)；否则，从节点集合中遍历选择下一个节点作为当前节点i，跳转执行步骤3.3)；
3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm，如果氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm超过预设阈值，则跳转执行步骤4)；否则，等待下一个周期重新执行步骤3.2)。
5.根据权利要求4所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤3.3)计算当前节点i的区域脱硝效率ηi的函数表达式如式(1)所示；
式(1)中，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率，CNOX，i，out表示当前节点i在当前控制周期内对应出口区域的NOX浓度，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度。
6.根据权利要求4所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤3.4)计算当前节点i的氨氮摩尔比mi的函数表达式如式(2)所示；
式(2)中，mi表示当前节点i的氨氮摩尔比，MNO2表示NO2的摩尔质量，MNH3表示NH3的摩尔质量，CNH3，i表示当前节点i的氨逃逸率，CNOX，i，in表示当前节点i在当前控制周期内对应入口区域的NOX浓度，ηi表示当前节点i的区域脱硝效率。
7.根据权利要求4所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤3.6)计算当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数CVm的函数表达式如式(3)所示；
式(3)中，CVm表示当前控制周期内SCR脱硝系统的氨氮摩尔比分布相对标准偏差系数，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，其中所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(3-1)所示、平均值的函数表达式如式(3-2)所示；
式(3-1)和式(3-2)中，σ表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的标准偏差，表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的平均值，xi表示所有的节点i的氨氮摩尔比mi构成的数组的第i项数值，n表示节点数量。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，步骤1)中检测获取SCR脱硝系统的入口在每一个控制周期的NOX浓度分布以后，还包括计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV，如果当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV超过预设阈值，则判定SCR脱硝系统的入口导流结构需要进行优化并退出。
9.根据权利要求8所述的优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，其特征在于，所述计算当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差CV的函数表达式如式(4)所示；
式(3)中，CV表示当前控制周期内的入口流场分布相对标准偏差，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，其中SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差σ的函数表达式如式(4-1)所示、平均值的函数表达式如式(4-2)所示；
式(4-1)和式(4-2)中，σ表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的标准偏差，表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的平均值，xi表示SCR脱硝系统入口的所有布点的NOX浓度构成的数组的第i项数值，n表示SCR脱硝系统入口的布点数量。
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