CN108126517A - 一种电厂用的水解供氨脱硝系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电厂用的水解供氨脱硝系统，包括依次串联在锅炉的出气口管道上的SCR反应器和除尘器，所述的SCR反应器内的喷氨格栅与水解器连接，水解器入口通过第一高流量泵与尿素溶液存储罐连接，尿素溶液存储罐通过第二高流量泵与尿素溶解罐连接，尿素溶解罐通过第三高流量泵与储水罐连接，尿素溶解罐内设置有第一温度传感器，储水罐内设置有第二温度传感器，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度来控制尿素溶解罐内温度恒定为20℃，本发明中通过第一传感器和第二传感器的相互配合保证了尿素溶解温度稳定，从而保证了尿素能够随时快速溶解保证了溶液浓度，便于实现自动控制和动态调整，同时也避免了尿素溶解吸热造成的溶解效率低影响溶液溶度导致后期氨气控制不准确的问题出现。

Description

一种电厂用的水解供氨脱硝系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电厂脱硝技术，尤其是涉及一种电厂用的水解供氨脱硝系统及其控制方法。

背景技术

脱硝系统由热解反应改造为水解和热解反应共用后，系统运行工况发生很大变化造成喷氨自动调节波动大，本发明通过修改控制逻辑和完善优化，可以提高喷氨自动化投入率，减小喷氨系统波动。由于国家环保部门对烟气NOX排放提出了更加高规格的要求 。在SCR烟气脱硝过程中，喷氨自动优化关系着运行成本、设备安全、二次污染甚至是环保超排风险。过量的氨注入到整个管道或是管道的部分区域都会导致NH3的逃逸。逃逸的NH3将与反应器后部烟道内工艺流程中产生的硫酸盐发生反应，形成盐类沉淀在锅炉尾部更远的区域。这些沉淀物能够腐蚀和堵塞空气预热器，从而带来昂贵的维护费用等问题。所以SCR水解系统喷氨自动优化对机组正常运行起着至关重要的作用。

而问题主要在于保证稳定足够的氨气供其，而氨气在供给过程中，由于采用的是水解尿素的方法制取氨气，因此尿素溶液的制备，以及其动态溶液的浓度是制备其中浓度的关键中的关键。保证单位时间内供水量和提供的尿素量能够保证其溶液浓度，但是由于尿素溶于水的时候要吸收热量导致水温降低，而是尿素溶解速度变慢，从而使得溶液浓度出现偏差，最终导致后期提供的氨气无法满足要求。

随着国家环保部门加大对大气污染物排放的监控力度，国家电网对燃煤机组的环保监管也越来越高，为了克服传统计算中脱硝只能手动控制，需要运行人员24小时进行监控排口NOx的浓度的问题，在专利号：2017103928646的专利申请中公开了一种脱硝SCR喷氨控制系统及控制方法的专利。该专利主要是为了实现喷氨自动优化，而这样操作的目的是控制脱硝效率紧密跟随运行设定值而达到控制出口Nox。依据自动调节原理，我们工作人员直接将脱硝效率作为被调量，通过PID调节，使脱硝效率的变化来自动改变调门开度，达到增大喷入尿素溶液量或者减少喷入尿素溶液量的目的，保证脱硝效率紧密跟随运行设定值，并将机组负荷和入口NOx作前馈信号，达到当机组负荷变动或入口Nox变动时，提前增大调门开度，来控制脱硝效率紧密跟随运行设定值。但在运行中发现出口NOX的大幅度变化，脱硝效率不一定跟随一起变化，而机组负荷变化时，必将造成出口Nox变化，而随着入口Nox的变化，调门动作后，喷氨量直接改变，但是由于脱硝入口Nox到出口Nox之间烟道比较长、尿素溶液与Nox反应需要时间、尿素溶液在烟道中分布不均等因素的影响，造成调门动作后，需要一定时间出口Nox才有变动，所以将机组负荷和入口Nox作为前馈信号加入到逻辑组态中，希望在机组负荷变大或入口Nox增大时，调门提前开大一些，来达到稳定出口Nox到运行设定值，不会发生超排事件的发生。

初期脱硝改造施工单位的设计方案是PID调节器自动跟踪调节入口Nox数据、出口NOX数据，将机组负荷作为前馈信号，通过入口Nox数据的变化来调节供氨调门开度，达到控制出口Nox的目的。但在实际运行过程中，发现调门指令不停的剧烈变化，使得调门不断开关到极限值，且出口Nox剧烈波动，无法满足现场使用需要，自动调节失效，运行人员被迫切换为手动调节。

发明内容

本发明的目的是为解决现有脱硝技术中由于控制方法不当造成的在水解制备氨气过程中出现波动导致后期供给氨气出现波动不稳定的问题，提供一种电厂用的水解供氨脱硝系统及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种电厂用的水解供氨脱硝系统，包括依次串联在锅炉的出气口管道上的SCR反应器和除尘器，SCR反应器和除尘器之间连接的管道上安装有空气预热器，锅炉的空气补入口的管道与空气预热器连接以便于利用锅炉废气余热对进入锅炉内的空气进行预热，还包括一个控制整个系统自动运转的控制器，所述的SCR反应器内的喷氨格栅与水解器连接，喷氨格栅与水解器连接的管道上设置有用于控制水解器通入的氨气量的调节模块，调节模块与控制器连接以便于通过调节模块控制氨气的通入量，水解器顶部连接有用于补充蒸汽的蒸汽补充模块，蒸汽补充模块与控制器连接以便于实现自动调整，水解器入口通过第一高流量泵与尿素溶液存储罐连接，水解器和第一高流量泵之间的管道上设置有减温减压装置，减温减压装置与控制器连接，减温减压装置将多余流量通过管道通入尿素溶液存储罐实现重复利用，尿素溶液存储罐通过第二高流量泵与尿素溶解罐连接以便于持续为尿素溶液存储罐补充尿素溶液，尿素溶液溶解罐的入料口上连接有斗提式上料机，尿素溶解罐通过第三高流量泵与储水罐连接以便于为尿素溶解罐提供溶解水，尿素溶解罐内设置有第一温度传感器，第三高流量泵和斗提式上料机均与控制器连接且两者相互关联以控制尿素溶液的浓度，储水罐通过第四高流量泵连接有第一供水罐，第一供水罐与储水罐之间的管道缠绕在锅炉的排气管道上经过与管道内热气换热后通入储水罐，储水罐通过第五高流量泵连接有第二供水罐，储水罐内设置有用于测量其内温度的第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器连接，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度改变第四高流量泵和第五高流量泵的功率来控制尿素溶解罐内温度恒定为20℃，当第一温度传感器检测到温度低于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要补充的热量，然后控制器根据第二温度传感器检测的温度和需要补充的热量计算出储水罐中应该要提高到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐增大，控制第五高流量泵功率逐渐减小，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转，当第一温度传感器检测到温度高于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要减少的热量，然后控制器根据第二温度传感器检测的温度和需要减少的热量计算出储水罐中应该要降低到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐减小，控制第五高流量泵功率逐渐增大，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转。

所述的除尘器末端连接有氨水脱硫塔以便于除去多余的氨气和尾气中的SO₂。

氨水脱硫工艺主要是通过高效除尘后的烟气经喷水冷却到饱和温度从下部进入洗涤塔。若烟气中含尘浓度较高，则需增设一个喷水冷却除尘装置，以提高副产品硫酸铵的纯度。饱和烟气在一体化床式洗涤塔内，先后通过二段循环床式洗涤区，烟气与自上而下喷淋的洗涤液逆行，在床体中液、气进行剧烈的接触反应，SO₂基本上被完全吸收。当烟气中SO₂浓度较大(1000ppm以上)时，脱硫系统会产生胺盐的气溶胶(亚微米粒子)，为此，在洗涤塔下游安装了湿式电除尘器(WESP)，以除去脱硫烟气中的气溶胶，使烟囱出口不冒白烟。净化后烟气排入烟囱。在洗涤塔内进行的主要化学反应如下：

SO₂+2NH₄OH ←→ (NH₄)₂SO₃+H₂O

SO₂+(NH4)₂SO₃ ←→ 2NH₄HSO₃

NH₄HSO₃+NH₃ ←→ (NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃+SO₃ → (NH₄)₂SO₄+SO₂

2(NH₄)₂SO₃+O₂ → 2(NH₄)₂SO₄

工艺的主要特点有：脱硫率高，可达99％以上；可除去全部SO₃；电耗较低；副产品为高质量的可商用的硫酸铵肥料，据资料介绍1吨氨与2吨SO₂反应可得到约4吨硫酸铵肥料，销售硫酸铵肥料的收益，可抵销一部分运行费用；目前采用的传统的石灰石一石膏湿法脱硫装置可改造成为氨法洗涤装置，部分现有设备仍可利用，以节省投资。它的主要缺点是：存在氨腐蚀和烟囱冒白烟。

所述的尿素溶解罐顶部固定有搅拌电机，电机的输出轴贯穿尿素溶解罐顶部延伸进入其内腔中，电机的输出轴末端固定有搅拌叶片。

一种利用所述的一种电厂用的水解供氨脱硝系统的控制方法，包括如下步骤：首先检测SCR反应器入口处NOx含量变化并传递给控制器，当控制器检测到NOx含量增大时，控制器发出指令控制调节模块增大氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率增大以提高足够的尿素溶液来保证制备足量的氨气，控制器同时增大第二高流量泵的功率以快速补充尿素溶液罐内的溶液消耗，控制器同时增大斗提式上料机和第三高流量泵的功率以保证尿素的足量供给，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等，

当控制器检测到NOx含量减小时，控制器发出指令控制调节模块减小氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率减小以避免氨气过量，控制器同时减小第二高流量泵的功率以避免尿素溶液罐内的溶液过多，控制器同时减小斗提式上料机和第三高流量泵功率的功率以避免尿素溶液过多溢出，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等。

本申请中可以采用背景技术中专利号：2017103928646的专利申请中公开了一种脱硝SCR喷氨控制系统及控制方法的专利里边控制喷氨的装置和方法来增大或者减小氨气含量，或者其他相关控制方法均可。然而由于对比文件中的方案在具体使用过程中虽然可以通过控制脱硝效率紧密跟随运行设定值而达到控制出口Nox。依据自动调节原理，我们工作人员直接将脱硝效率作为被调量，通过PID调节，使脱硝效率的变化来自动改变调门开度，达到增大喷入尿素溶液量或者减少喷入尿素溶液量的目的，保证脱硝效率紧密跟随运行设定值，并将机组负荷和入口NOx作前馈信号，达到当机组负荷变动或入口Nox变动时，提前增大调门开度，来控制脱硝效率紧密跟随运行设定值。但在运行中发现出口NOX的大幅度变化，脱硝效率不一定跟随一起变化，而机组负荷变化时，必将造成出口Nox变化，而随着入口Nox的变化，调门动作后，喷氨量直接改变，但是由于脱硝入口Nox到出口Nox之间烟道比较长、尿素溶液与Nox反应需要时间、尿素溶液在烟道中分布不均等因素的影响，造成调门动作后，需要一定时间出口Nox才有变动，所以将机组负荷和入口Nox作为前馈信号加入到逻辑组态中，希望在机组负荷变大或入口Nox增大时，调门提前开大一些，来达到稳定出口Nox到运行设定值，不会发生超排事件的发生。

但是在初期脱硝改造施工单位的设计方案是PID调节器自动跟踪调节入口Nox数据、出口NOX数据，将机组负荷作为前馈信号，通过入口Nox数据的变化来调节供氨调门开度，达到控制出口Nox的目的。但在实际运行过程中，发现调门指令不停的剧烈变化，使得调门不断开关到极限值，且出口Nox剧烈波动，无法满足现场使用需要，自动调节失效，运行人员被迫切换为手动调节。

为了克服这些问题于是我们进行进一步喷氨自动优化，工作人员认真收集影响NOX变化的所有相关参数，在对机组负荷、煤质、风量、制氨系统工况的变化以及锅炉燃烧的调整，所有可能影响SCR出口Nox变化的参数的历史数据进行比对研究分析后，决定将从前喷氨调门自动状态下跟踪脱硝效率更改为跟踪出口Nox；将机组负荷和入口NOx作前馈信号，更改为总风量、总煤量和入口NOx作为前馈信号，以提高调节系统的快速性。同时针对每一个前馈信号再从变化数值上、变化时间上、变化速率上进行参数动态整定，以使整个脱硝喷氨系统达到最佳调节效果。并根据工况，整定总风量、总煤量和入口NOx的前馈函数趋势，再从数值上、时间上、变化速率上进行PID修正。 （f（前馈）=f（总风量）+f（总煤量）+f（入口NOx），升负荷先增风量、可能增煤量，入口NOx值会先变小后变大；降负荷先降煤量、后降风量，入口NOx值会先变大后变小，从数值上、时间上、变化速率上进行修正，推算总风量、总煤量和入口NOx各自的函数关系和前馈输出。） 机组启动后，经过长期观察和参数整定，SCR出口NOX能够很好地跟随机组负荷、煤种等各种变化，每天运行通报NOX最大小时均值、最大瞬时值均在国家标准以下，取得了很好的效果。

本方案中通过收集影响NOX变化的所有相关参数，最终确定根据总风量、总煤量和入口NOx，三个参数来确定NOx的变化，并输入的PID模块实现自动调整，主要是因为通过对机组负荷、煤质、风量、制氨系统工况的变化以及锅炉燃烧的调整，所有可能影响SCR出口Nox变化的参数的历史数据进行比对研究分析后，决定将从前喷氨调门自动状态下跟踪脱硝效率更改为跟踪出口Nox；将机组负荷和入口NOx作前馈信号，更改为总风量、总煤量和入口NOx作为前馈信号，以提高调节系统的快速性。同时针对每一个前馈信号再从变化数值上、变化时间上、变化速率上进行参数动态整定，以使整个脱硝喷氨系统达到最佳调节效果。并根据工况，整定总风量、总煤量和入口NOx的前馈函数趋势，再从数值上、时间上、变化速率上进行PID修正。 （f（前馈）=f（总风量）+f（总煤量）+f（入口NOx），升负荷先增风量、可能增煤量，入口NOx值会先变小后变大；降负荷先降煤量、后降风量，入口NOx值会先变大后变小，从数值上、时间上、变化速率上进行修正，推算总风量、总煤量和入口NOx各自的函数关系和前馈输出。） 机组启动后，经过长期观察和参数整定，SCR出口NOX能够很好地跟随机组负荷、煤种等各种变化，每天运行通报NOX最大小时均值、最大瞬时值均在国家标准以下，取得了很好的效果。

ID调节器自动跟踪调节入口Nox数据、出口NOX数据，将机组负荷作为前馈信号，通过入口Nox数据的变化来调节供氨调门开度（来增大或者减少氨气的供给），达到控制出口Nox的目的。但在实际运行过程中，发现调门指令不停的剧烈变化，使得调门不断开关到极限值，且出口Nox剧烈波动，无法满足现场使用需要，自动调节失效，运行人员被迫切换为手动调节。

在手动情况下，PID跟踪调门开度，由运行人员手动控制调门开度的百分比，调门开度与喷氨量成正比，调门开度增大，喷氨量增大，更多的氨气与Nox反应，运行人员手动控制出口Nox参数。

出口Nox作为PV（过程变量），运行设定值作为SP（设定值），因为如果出口Nox变大，则需增加喷氨量调门必须开大，所以PID调节选择正作用（即PV-SP）。前馈信号：总风量、总煤量和入口NOx经过函数折算后，接入PID的FF。S3（跟踪参比信号的块地址）为输出调门开度，S4（跟踪开关信号的块地址）为运行设定的手自动切换开关，即实现调节过程手自动的无扰切换。通过M/A控制模块调节手自动切换，M为手动A为自动。

在自动情况下，PID自动调节，锅炉负荷小幅度变化时可以通过总风量的变化来调节，总煤量可以不变；当锅炉负荷大幅度变化时总风量、总煤量都要变化。因此选定总风量、总煤量、入口NOX作为前馈信号。根据历史趋势调入总风量、总煤量、入口Nox、出口Nox和机组负荷，观察最低负荷到最高负荷时，各阶段负荷变化时对应的总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，即150MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，180MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，200MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值等，直到300MW时对应的数值，发现入口Nox对于出口Nox影响最大，通过观察以上所有参数的比例变化，所以将入口Nox的函数设定为1000时对应输出为15；总风量最大1200时，对应输出5；总煤量最大240时对应输出5，最后将三个值相加作为前馈。前馈的值直接作用于PID输出上。即：假设PID正常调节后正常输出为50，前馈突然由0变化为15，则最终PID输出瞬间变化为65。通过总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值的对比控制的方法监测Nox的变化快速准确，从而确定Nox所需要的供给氨气的量是该增大还是减小。根据NO_x+NH₃→N₂+H₂O，从而起到出去Nox的作用。

采用这种输入信号进行控制喷氨量的具体为：（f（前馈）=f（总风量）+f（总煤量）+f（入口NOx），然后将其输入到PID模块，再结合出口处的NOx含量，PID模块发出控制指令，控制该侧的阀门动作（比如调整A侧调节阀门或者B侧的调节阀门），通过本方法控制PID模块可以实现快速调整A侧调节阀门或者B侧的调节阀门从而控制氨气供给的增大或者减小。

本发明的有益效果是：

1、本发明中通过第一传感器和第二传感器的相互配合保证了尿素溶解温度稳定，从而保证了尿素能够随时快速溶解保证了溶液浓度，便于实现自动控制和动态调整，同时也避免了尿素溶解吸热造成的溶解效率低影响溶液溶度导致后期氨气控制不准确的问题出现。

2、本发明充分的利用了废气的热量，通过对补入空气进行换热和对第一供水罐提供的水进行换热，不仅利用了余热而且减少了加热的资金投入，从而减少成本，变废为宝。

3、通过检测NOx含量，从而调整氨气制备过程中各个部件的工作效率，保证单位时间内氨气制备的稳定，然后再根据NOx含量来调整氨气的供给，保证调整供给的准确性，同时能够实现整体化的关联控制，从而更精确的保证氨气的供给。

4、额外增加了氨水脱硫塔，一方面可以起到脱硫的作用，另一方面可以避免多余的氨气逃逸，因为为了重复除去NOx，提供的氨气的量往往要大于理论消耗的量，因此必然有氨气逃逸，采用本方法可以对逃逸的氨气进行进一步的利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中尿素溶液罐处的局部放大示意图。

图示标记：1、锅炉，2、水解器，201、蒸汽补充模块，202、调节模块，3、尿素溶液存储罐，301、第一高流量泵，302、减温减压装置，4、尿素溶解罐，401、搅拌电机，402、第二高流量泵，403、搅拌叶片，404、斗提式上料机，405、第三高流量泵，406、第二温度传感器，407、储水罐，408、第五高流量泵，409、第二供水罐，410、第四高流量泵，411、第一供水罐，5、空气补入口，6、空气预热器，7、SCR反应器，8、除尘器，9、氨水脱硫塔。

具体实施方式

图中所示，具体实施方式如下：

一种电厂用的水解供氨脱硝系统，包括依次串联在锅炉1的出气口管道上的SCR反应器7和除尘器8，SCR反应器7和除尘器8之间连接的管道上安装有空气预热器6，锅炉1的空气补入口5的管道与空气预热器6连接以便于利用锅炉1废气余热对进入锅炉1内的空气进行预热，还包括一个控制整个系统自动运转的控制器，所述的SCR反应器7内的喷氨格栅与水解器2连接，喷氨格栅与水解器2连接的管道上设置有用于控制水解器通入的氨气量的调节模块202，调节模块202与控制器连接以便于通过调节模块控制氨气的通入量，水解器2顶部连接有用于补充蒸汽的蒸汽补充模块201，蒸汽补充模块201与控制器连接以便于实现自动调整（该技术为常规水解器通用技术故此不做详细描述），水解器2入口通过第一高流量泵301与尿素溶液存储罐3连接，水解器2和第一高流量泵301之间的管道上设置有减温减压装置302，减温减压装置302与控制器连接，减温减压装置302将多余流量通过管道通入尿素溶液存储罐3实现重复利用，尿素溶液存储罐3通过第二高流量泵402与尿素溶解罐4连接以便于持续为尿素溶液存储罐3补充尿素溶液，尿素溶液溶解罐4的入料口上连接有斗提式上料机404，尿素溶解罐4通过第三高流量泵405与储水罐407连接以便于为尿素溶解罐4提供溶解水，尿素溶解罐4内设置有第一温度传感器，第三高流量泵405和斗提式上料机404均与控制器连接且两者相互关联以控制尿素溶液的浓度具体关联方法为根据需要的尿素溶液溶度，保证单位时间内提供该溶度中水的量和尿素的量的比例与其浓度中的比例相同，储水罐407通过第四高流量泵410连接有第一供水罐411，第一供水罐411与储水罐407之间的管道缠绕在锅炉1的排气管道上经过与管道内热气换热后通入储水罐407，储水罐407通过第五高流量泵408连接有第二供水罐409，储水罐407内设置有用于测量其内温度的第二温度传感器406，第一温度传感器和第二温度传感器406均与控制器连接，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度改变第四高流量泵410和第五高流量泵408的功率来控制尿素溶解罐内温度恒定为20℃，当第一温度传感器检测到温度低于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要补充的热量根据公式Q=CM△T，然后控制器根据第二温度传感器406检测的温度和需要补充的热量计算出储水罐中应该要提高到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐增大，控制第五高流量泵功率逐渐减小，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转，当第一温度传感器检测到温度高于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要减少的热量，然后控制器根据第二温度传感器检测的温度和需要减少的热量计算出储水罐中应该要降低到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐减小，控制第五高流量泵功率逐渐增大，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转。

所述的除尘器8末端连接有氨水脱硫塔9以便于除去多余的氨气和尾气中的SO₂。

氨水脱硫工艺主要是通过高效除尘后的烟气经喷水冷却到饱和温度从下部进入洗涤塔。若烟气中含尘浓度较高，则需增设一个喷水冷却除尘装置，以提高副产品硫酸铵的纯度。饱和烟气在一体化床式洗涤塔内，先后通过二段循环床式洗涤区，烟气与自上而下喷淋的洗涤液逆行，在床体中液、气进行剧烈的接触反应，SO₂基本上被完全吸收。当烟气中SO₂浓度较大(1000ppm以上)时，脱硫系统会产生胺盐的气溶胶(亚微米粒子)，为此，在洗涤塔下游安装了湿式电除尘器(WESP)，以除去脱硫烟气中的气溶胶，使烟囱出口不冒白烟。净化后烟气排入烟囱。在洗涤塔内进行的主要化学反应如下：

SO₂+2NH₄OH ←→ (NH₄)₂SO₃+H₂O

SO₂+(NH4)₂SO₃ ←→ 2NH₄HSO₃

NH₄HSO₃+NH₃ ←→ (NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃+SO₃ → (NH₄)₂SO₄+SO₂

2(NH₄)₂SO₃+O₂ → 2(NH₄)₂SO₄

工艺的主要特点有：脱硫率高，可达99％以上；可除去全部SO₃；电耗较低；副产品为高质量的可商用的硫酸铵肥料，据资料介绍1吨氨与2吨SO₂反应可得到约4吨硫酸铵肥料，销售硫酸铵肥料的收益，可抵销一部分运行费用；目前采用的传统的石灰石一石膏湿法脱硫装置可改造成为氨法洗涤装置，部分现有设备仍可利用，以节省投资。它的主要缺点是：存在氨腐蚀和烟囱冒白烟。

氨法脱硫属较为成熟的一种脱硫工艺，在国外具有一定的应用业绩，在德国的一些电厂已得到应用，如：曼海姆电厂，处理烟气量为750000Nm³/h；卡尔斯鲁厄电厂，处理烟气量300000Nm³/h等。

所述的尿素溶解罐顶部固定有搅拌电机401，搅拌电机401的输出轴贯穿尿素溶解罐顶部延伸进入其内腔中，搅拌电机401的输出轴末端固定有搅拌叶片403。

一种利用所述的一种电厂用的水解供氨脱硝系统的控制方法，包括如下步骤：首先检测SCR反应器7入口处NOx含量变化并传递给控制器，当控制器检测到NOx含量增大时，控制器发出指令控制调节模块增大氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率增大以提高足够的尿素溶液来保证制备足量的氨气，控制器同时增大第二高流量泵的功率以快速补充尿素溶液罐内的溶液消耗，控制器同时增大斗提式上料机和第三高流量泵的功率以保证尿素的足量供给，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等，

当控制器检测到NOx含量减小时，控制器发出指令控制调节模块减小氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率减小以避免氨气过量，控制器同时减小第二高流量泵的功率以避免尿素溶液罐内的溶液过多，控制器同时减小斗提式上料机和第三高流量泵功率的功率以避免尿素溶液过多溢出，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等。

本方案中通过收集影响NOX变化的所有相关参数，最终确定根据总风量、总煤量和入口NOx，三个参数来确定NOx的变化，并输入的PID模块实现自动调整，主要是因为通过对机组负荷、煤质、风量、制氨系统工况的变化以及锅炉燃烧的调整，所有可能影响SCR出口Nox变化的参数的历史数据进行比对研究分析后，决定将从前喷氨调门自动状态下跟踪脱硝效率更改为跟踪出口Nox；将机组负荷和入口NOx作前馈信号，更改为总风量、总煤量和入口NOx作为前馈信号，以提高调节系统的快速性。同时针对每一个前馈信号再从变化数值上、变化时间上、变化速率上进行参数动态整定，以使整个脱硝喷氨系统达到最佳调节效果。并根据工况，整定总风量、总煤量和入口NOx的前馈函数趋势，再从数值上、时间上、变化速率上进行PID修正。 （f（前馈）=f（总风量）+f（总煤量）+f（入口NOx），升负荷先增风量、可能增煤量，入口NOx值会先变小后变大；降负荷先降煤量、后降风量，入口NOx值会先变大后变小，从数值上、时间上、变化速率上进行修正，推算总风量、总煤量和入口NOx各自的函数关系和前馈输出。） 机组启动后，经过长期观察和参数整定，SCR出口NOX能够很好地跟随机组负荷、煤种等各种变化，每天运行通报NOX最大小时均值、最大瞬时值均在国家标准以下，取得了很好的效果。

ID调节器自动跟踪调节入口Nox数据、出口NOX数据，将机组负荷作为前馈信号，通过入口Nox数据的变化来调节供氨调门开度（来增大或者减少氨气的供给），达到控制出口Nox的目的。但在实际运行过程中，发现调门指令不停的剧烈变化，使得调门不断开关到极限值，且出口Nox剧烈波动，无法满足现场使用需要，自动调节失效，运行人员被迫切换为手动调节。

在手动情况下，PID跟踪调门开度，由运行人员手动控制调门开度的百分比，调门开度与喷氨量成正比，调门开度增大，喷氨量增大，更多的氨气与Nox反应，运行人员手动控制出口Nox参数。

出口Nox作为PV（过程变量），运行设定值作为SP（设定值），因为如果出口Nox变大，则需增加喷氨量调门必须开大，所以PID调节选择正作用（即PV-SP）。前馈信号：总风量、总煤量和入口NOx经过函数折算后，接入PID的FF。S3（跟踪参比信号的块地址）为输出调门开度，S4（跟踪开关信号的块地址）为运行设定的手自动切换开关，即实现调节过程手自动的无扰切换。通过M/A控制模块调节手自动切换，M为手动A为自动。

在自动情况下，PID自动调节，锅炉负荷小幅度变化时可以通过总风量的变化来调节，总煤量可以不变；当锅炉负荷大幅度变化时总风量、总煤量都要变化。因此选定总风量、总煤量、入口NOX作为前馈信号。根据历史趋势调入总风量、总煤量、入口Nox、出口Nox和机组负荷，观察最低负荷到最高负荷时，各阶段负荷变化时对应的总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，即150MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，180MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值，200MW时，总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值等，直到300MW时对应的数值，发现入口Nox对于出口Nox影响最大，通过观察以上所有参数的比例变化，所以将入口Nox的函数设定为1000时对应输出为15；总风量最大1200时，对应输出5；总煤量最大240时对应输出5，最后将三个值相加作为前馈。前馈的值直接作用于PID输出上。即：假设PID正常调节后正常输出为50，前馈突然由0变化为15，则最终PID输出瞬间变化为65。通过总风量、总煤量、入口Nox和出口Nox的数值的对比控制的方法监测Nox的变化快速准确，从而确定Nox所需要的供给氨气的量是该增大还是减小。根据NO_x+NH₃→N₂+H₂O，从而起到出去Nox的作用。

采用这种输入信号进行控制喷氨量的具体为：（f（前馈）=f（总风量）+f（总煤量）+f（入口NOx），然后将其输入到PID模块，再结合出口处的NOx含量，PID模块发出控制指令，控制该侧的阀门动作（比如调整A侧调节阀门或者B侧的调节阀门），通过本方法控制PID模块可以实现快速调整A侧调节阀门或者B侧的调节阀门从而控制氨气供给的增大或者减小。

首阳山电厂脱硝采用热解和水解双系统的形式。热解系统及易因尿素结晶堵塞喷嘴，造成喷枪故障率高，检修维护费用高，甚至威胁机组环保运行，仅电加热器额定功率就有600KW，所以优先使用水解系统，每年节约电费就可达258万元（以0.491元/KWH计算）。

通过对SCR水解系统喷氨自动控制逻辑的革新即为通过总风量、总煤量、入口Nox、出口Nox来说实现氨气供给量的变化，改变了传统SCR水解系统喷氨自动调节效果都不理想，以及SCR水解系统相对于热解系统脱硝响应周期长，费用高的问题，（SCR水解系统相对于热解系统脱硝响应周期长，电科院单台机组的水解系统控制逻辑优化和调试费用就要25万元）。

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种电厂用的水解供氨脱硝系统，包括依次串联在锅炉的出气口管道上的SCR反应器和除尘器，SCR反应器和除尘器之间连接的管道上安装有空气预热器，锅炉的空气补入口的管道与空气预热器连接以便于利用锅炉废气余热对进入锅炉内的空气进行预热，还包括一个控制整个系统自动运转的控制器，其特征在于：所述的SCR反应器内的喷氨格栅与水解器连接，喷氨格栅与水解器连接的管道上设置有用于控制水解器通入的氨气量的调节模块，调节模块与控制器连接以便于通过调节模块控制氨气的通入量，水解器顶部连接有用于补充蒸汽的蒸汽补充模块，蒸汽补充模块与控制器连接以便于实现自动调整，水解器入口通过第一高流量泵与尿素溶液存储罐连接，水解器和第一高流量泵之间的管道上设置有减温减压装置，减温减压装置与控制器连接，减温减压装置将多余流量通过管道通入尿素溶液存储罐实现重复利用，尿素溶液存储罐通过第二高流量泵与尿素溶解罐连接以便于持续为尿素溶液存储罐补充尿素溶液，尿素溶液溶解罐的入料口上连接有斗提式上料机，尿素溶解罐通过第三高流量泵与储水罐连接以便于为尿素溶解罐提供溶解水，尿素溶解罐内设置有第一温度传感器，第三高流量泵和斗提式上料机均与控制器连接且两者相互关联以控制尿素溶液的浓度，储水罐通过第四高流量泵连接有第一供水罐，第一供水罐与储水罐之间的管道缠绕在锅炉的排气管道上经过与管道内热气换热后通入储水罐，储水罐通过第五高流量泵连接有第二供水罐，储水罐内设置有用于测量其内温度的第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器连接，控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度改变第四高流量泵和第五高流量泵的功率来控制尿素溶解罐内温度恒定为20℃，当第一温度传感器检测到温度低于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要补充的热量，然后控制器根据第二温度传感器检测的温度和需要补充的热量计算出储水罐中应该要提高到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐增大，控制第五高流量泵功率逐渐减小，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转，当第一温度传感器检测到温度高于20℃时，控制器首先根据检测温度与20℃进行取差值运算，计算得出温度差，根据温度差确定需要减少的热量，然后控制器根据第二温度传感器检测的温度和需要减少的热量计算出储水罐中应该要降低到多少温度并设定温度值，同时控制器控制第四高流量泵的功率逐渐减小，控制第五高流量泵功率逐渐增大，当第二温度传感器检测到温度达到设定温度值时，控制第四高流量泵和第五高流量泵功率维持当前功率运转。

2.根据权利要求1所述的一种电厂用的水解供氨脱硝系统，其特征在于：所述的除尘器末端连接有氨水脱硫塔以便于除去多余的氨气和尾气中的SO₂。

3.根据权利要求1所述的一种电厂用的水解供氨脱硝系统，其特征在于：所述的尿素溶解罐顶部固定有搅拌电机，搅拌电机的输出轴贯穿尿素溶解罐顶部延伸进入尿素溶解罐内腔中，搅拌电机的输出轴末端固定有搅拌叶片。

4.一种利用权利要求1所述的一种电厂用的水解供氨脱硝系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：首先检测SCR反应器入口处NOx含量变化并传递给控制器，当控制器检测到NOx含量增大时，控制器发出指令控制调节模块增大氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率增大以提高足够的尿素溶液来保证制备足量的氨气，控制器同时增大第二高流量泵的功率以快速补充尿素溶液罐内的溶液消耗，控制器同时增大斗提式上料机和第三高流量泵的功率以保证尿素的足量供给，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等，

当控制器检测到NOx含量减小时，控制器发出指令控制调节模块减小氨气量，控制器同时控制器控制减温减压模块和第一高流量泵的功率减小以避免氨气过量，控制器同时减小第二高流量泵的功率以避免尿素溶液罐内的溶液过多，控制器同时减小斗提式上料机和第三高流量泵功率的功率以避免尿素溶液过多溢出，斗提式上料机单位时间内提供的尿素的两与第三高流量泵单位时间提高的水的量与尿素溶液溶度的含量相等。