CN108380043A - 一种scr脱硝装置分区喷氨调节控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号。本发明SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，通过监测SCR脱硝装置入口NOx浓度、出口分区NOx浓度、喷氨总量、分区氨流量等重要参数，以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，提高了分区喷氨在线调节的品质，减少了氨逃逸率，从而减轻甚至消除氨逃逸对SCR脱硝装置下游设备的不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，属于大型燃煤电站烟气脱硝领域。
背景技术
目前，大型燃煤电站普遍采用SCR脱硝装置来降低烟气中NOx排放浓度。SCR利用NH3对NOx的还原特性，在催化剂的作用下将NOx还原为对环境无害的N2和H2O。在实际运行过程中，喷氨量的控制尤为关键，增加喷氨量有利于降低NOx排放浓度，但氨逃逸率会随之增加，进而易造成下游空预器因硫酸氢铵沉积而堵塞和腐蚀，还可能造成电除尘极线积灰、除尘布袋黏灰等不利影响。
上述SCR脱硝反应所需的还原剂NH3一般由液氨蒸发或尿素分解获得，经空气稀释后氨浓度降至5％以下(确保无爆炸风险)，再经各支管分配后喷入SCR脱硝装置入口烟道。一般通过直接测量液氨流量或尿素质量换算得到喷氨总量。
在喷氨控制方面，一方面要求合理控制喷氨总量，另一方面要求保证喷氨均匀性(主要指氨氮摩尔比相对均匀)，以确保在允许氨逃逸率范围内，NOx排放浓度达到环保要求指标。
喷氨总量控制一般采用“前馈+反馈”的控制方式，前馈主信号为SCR脱硝装置入口NOx浓度及烟气流量，而反馈主信号为SCR脱硝装置出口NOx浓度，从而调节喷氨自动控制总阀(每台燃煤发电机组有两套SCR脱硝装置，业内习惯上称为A侧和B侧，一般每侧1个)。
总体上看，喷氨总量的精确控制主要依赖反馈控制，即主要依赖SCR脱硝装置出口NOx浓度的测量准确性。但当前SCR出口普遍采用单点测量NOx浓度；单点测量值的代表性较差，不能反映SCR出口NOx平均浓度的情况，故不能完全表征喷氨总量是否合适。此外，当前SCR出口NOx浓度普遍采用CEMS测量，还存在迟滞时间长、维护工作量大等问题。
喷氨均匀性一般需通过人工调整若干喷氨手动调节阀(一般每侧8～40个)，喷氨手动调节阀设在喷氨自动控制总阀的下游，其调整的主要依据是现场实测SCR出口NOx浓度分布。局部NOx浓度偏高区域，与之相应的上游AIG(喷氨调整装置)的喷氨手动调节阀增大开度，反之则减小开度，通过反复多次调整保证SCR出口NOx浓度分布相对均匀。此时若SCR催化剂模块不存在明显的磨损、坍塌及堵灰等故障，则说明喷氨均匀性得以保证。
上述喷氨均匀性主要依赖定期手动调整，调整的目的是实现SCR入口截面不同区域氨氮摩尔比趋于一致，从而使得SCR出口截面不同区域NOx浓度偏差不大。由于一次完整的AIG调整过程耗时较长、耗费较大，因此燃煤电站一般每年调整一次，且大都委外完成。
由于一个调整周期内AIG特性基本不变，当燃烧煤种变化、磨组合方式改变、燃烧器调整等因素导致SCR入口NOx浓度分布和流场发生明显变化时，氨氮摩尔比的均匀性将明显变差，即局部氨氮摩尔比与平均值的偏差变大；氨氮摩尔比过小的区域，局部脱硝效率不能达标，而氨氮摩尔比过大的区域，氨逃逸率超标。
在超低排放改造前，燃煤电站执行特别排放标准，脱硝效率普遍处于60％～80％之间，即氨氮摩尔比平均值普遍控制在0.6～0.8之间；而超低排放改造后，NOx排放浓度要求严格控制在50mg/Nm3以下，机组SCR脱硝效率往往超过90％，即氨氮摩尔比平均值超过0.9。当燃烧煤种变化、磨组合方式改变、燃烧器调整等因素导致SCR入口NOx浓度分布和流场发生明显变化时，执行超低排放标准将导致氨氮摩尔比超过1的位置将大为增加，氨逃逸率将远超允许值(＜3ppm)，从而极易造成空预器堵灰、电除尘极线积灰等不利影响。
本申请人在专利申请《一种SCR脱硝装置、其喷氨调节装置及其喷氨调整方法》(申请号：201610899397.1)中公开了一种具备在线调节喷氨分布的装置及其方法，核心的技术设计思想是在喷氨自动控制总阀和喷氨手动调节阀之间增加一级喷氨分区调平阀(一般每侧3～5个，电动或气动调节)，并在SCR脱硝装置出口装设NOx浓度分布测量设备，根据测量结果反馈调节喷氨分区调平阀。但仅采用上述技术方案，由于增加或减少喷氨量后，下游SCR出口NOx浓度并不会随即改变，测量实时性也难以保证，影响了喷氨分区调平阀自动调节控制的品质。
发明内容
为了解决上述一系列难题，本发明提供一种SCR脱硝装置在线监测分区喷氨调节控制方法，以达到提高喷氨分区调平阀控制品质、减小氨逃逸率的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号。
现有技术中，以分区NOx测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，由于增加或减少喷氨量后，下游SCR出口NOx浓度并不会随即改变，测量实时性难以保证，影响了喷氨分区调平阀自动调节控制的品质。而本申请以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，保证了控制的实时性，可达到提高喷氨分区调平阀控制品质、减小氨逃逸率的目的。
优选，上述SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，在SCR脱硝装置出口测量各分区NOx浓度，在各喷氨分区调平阀支路测量分区氨流量，然后确定分区氨流量调节目标值，分区氨流量调节目标值的组态计算公式为：当前分区氨流量调节目标值＝当前分区氨流量测量值×(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值)÷(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口当前分区NOx浓度测量值)。
为进一步提高分区喷氨调节品质，优选，上述SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，在SCR脱硝装置出口测量各分区NOx浓度，在各喷氨分区调平阀支路测量分区氨流量，然后确定分区氨流量调节目标值，分区氨流量调节目标值的组态计算公式为：当前分区氨流量调节目标值＝当前分区氨流量调节目标初值×初值修正系数；当前分区氨流量调节目标初值＝当前分区氨流量测量值×(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值)÷(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口当前分区NOx浓度测量值)；初值修正系数＝各分区氨流量测量值总和÷各分区氨流量调节目标初值总和。
申请人经研究发现，若采用SCR脱硝装置出口各分区NOx浓度测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，由于SCR脱硝反应自身存在迟滞的特性，易导致喷氨分区调平阀滞调、过调等问题，调节品质较差；而采用本发明的技术方法，根据SCR脱硝装置出口各分区NOx浓度测量值确定分区氨流量调节目标值，同时监测分区氨流量，把分区氨流量测量值作为闭环信号，喷氨分区调平阀的调节控制品质大大改善。
上述SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值是指达到环保要求的NOx排放浓度值，是定值。
由于一般SCR脱硝装置入口NOx浓度分布偏差不大，为了节省设备投资，SCR脱硝装置入口各分区NOx浓度测量值采用SCR脱硝装置入口一点NOx浓度测量值或两点以上NOx浓度测量值的平均值代替。
为提高分区氨流量测量的准确性，在喷氨分区调平阀的上游安装分区氨流量计。以保证喷氨分区调平阀开度变化不影响流量测量截面流场分布规律。
喷氨分区调平阀等为SCR脱硝装置的固有设备，在本申请人的专利申请《一种SCR脱硝装置、其喷氨调节装置及其喷氨调整方法》(申请号：201610899397.1)中已公开，喷氨分区调平阀与喷氨分区调节阀为同一部件。
上述分区氨流量计测量的是经空气稀释后的氨空混合气体流量，由于同时监测喷氨总量，默认各分区氨空混合比相等，经组态计算得到分区氨流量实测值，组态公式为：当前分区氨流量测量值＝喷氨总量×当前分区氨空混合气体流量÷各分区氨空混合气体流量总和。前述当前分区氨流量测量值指当前分区中纯氨(除掉空气)流量测量值，喷氨总量指纯氨总量(除掉空气)。
为了提高分区喷氨调节控制的品质，SCR脱硝装置出口各分区NOx浓度测量采用巡测方式，在每侧SCR脱硝装置安装一套NOx浓度分析仪，通过取样阀切换方式依次取SCR脱硝装置出口截面不同区域的烟气样进行分析。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，通过监测SCR脱硝装置入口NOx浓度、出口分区NOx浓度、喷氨总量、分区氨流量等重要参数，以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，提高了分区喷氨在线调节的品质，减少了氨逃逸率，从而减轻甚至消除氨逃逸对SCR脱硝装置下游设备的不利影响。
附图说明
图1为本发明实施例1和2中SCR脱硝装置结构示意图。
图2为本发明实施例1和2中SCR脱硝装置在线监测及分区喷氨调节控制解决方案的示意图。
图中，1为喷氨自动控制总阀，2为喷氨分区调平阀，3为喷氨手动调节阀，4为还原剂，5为稀释空气，6为分区氨流量计，7为总喷氨流量计；10为SCR脱硝装置出口分区NOx浓度巡测装置，11为NOx浓度分析仪，12为取样阀；S1为SCR脱硝装置入口喷氨截面，S1-1为入口第一分区，S1-2为入口第二分区，S1-3为入口第三分区，S1-4为入口第四分区；S2为SCR脱硝装置出口测量截面，S2-1为出口第一分区，S2-2为出口第二分区，S2-3为出口第三分区，S2-4为出口第四分区；S为SCR脱硝装置。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
600MW等级燃煤机组，采用SCR脱硝装置来降低烟气中NOx排放浓度，还原剂为液氨，SCR脱硝装置入口喷氨截面和出口测量截面的尺寸均为14.4m×3.2m，采用分区喷氨的技术方案，把入口喷氨截面和出口测量截面均虚拟划分为尺寸相同的四个分区，每个分区的截面尺寸为3.6m×3.2m。
举例说明，在每侧SCR脱硝装置入口装设一套CEMS仪表，某工况下，获取SCR脱硝装置入口NOx浓度为350mg/Nm3，按超低排放标准要求，SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值为35mg/Nm3。SCR脱硝装置入口各分区氨流量测量值分别为24.4、25.6、25.3、26.1kg/h，相应出口各分区NOx浓度分别为17、30、42、55mg/Nm3，则根据组态公式确定的各分区氨流量调节目标值的过程和结果如下：
第一分区氨流量调节目标值＝24.4×(350-35)÷(350-17)＝24.4×0.946＝23.08kg/h；
第二分区氨流量调节目标值＝25.6×(350-35)÷(350-30)＝25.6×0.984＝25.20kg/h；
第三分区氨流量调节目标值＝25.3×(350-35)÷(350-42)＝25.3×1.023＝25.88kg/h；
第四分区氨流量调节目标值＝26.1×(350-35)÷(350-55)＝26.1×1.068＝27.87kg/h。
实施例2
与实施1燃煤机组的系统构成相同，且举例说明的技术条件也相同，确定各分区氨流量调节目标值的过程成结果如下：
第一分区氨流量调节目标初值＝23.08kg/h；
第二分区氨流量调节目标初值＝25.20kg/h；
第三分区氨流量调节目标初值＝25.88kg/h；
第四分区氨流量调节目标初值＝27.87kg/h。
初值修正系数＝(24.4+25.6+25.3+26.1)÷(23.08+25.20+25.88+27.87)＝0.9938
第一分区氨流量调节目标值＝23.08×0.9938＝22.94kg/h；
第二分区氨流量调节目标值＝25.20×0.9938＝25.04kg/h；
第三分区氨流量调节目标值＝25.88×0.9938＝25.72kg/h；
第四分区氨流量调节目标值＝27.87×0.9938＝27.70kg/h。
上述把分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号，当分区氨流量测量值时，可根据上述公式得到分区氨流量调节目标值，实现快速准确的调整，避免了因迟滞性所造成的品质差的问题，保证了控制的实时性，可达到提高喷氨分区调平阀控制品质、减小氨逃逸率的目的。
Claims (7)
1.一种SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：以分区氨流量测量值作为喷氨分区调平阀调节控制的闭环信号。
2.如权利要求1所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：在SCR脱硝装置出口测量各分区NOx浓度，在各喷氨分区调平阀支路测量分区氨流量，确定分区氨流量调节目标值，分区氨流量调节目标值的组态计算公式为：当前分区氨流量调节目标值＝当前分区氨流量测量值×(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值)÷(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口当前分区NOx浓度测量值)。
3.如权利要求1所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：在SCR脱硝装置出口测量各分区NOx浓度，在各喷氨分区调平阀支路测量分区氨流量，然后确定分区氨流量调节目标值，分区氨流量调节目标值的组态计算公式为：当前分区氨流量调节目标值＝当前分区氨流量调节目标初值×初值修正系数；当前分区氨流量调节目标初值＝当前分区氨流量测量值×(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口NOx浓度控制值)÷(SCR脱硝装置入口当前分区NOx浓度测量值-SCR脱硝装置出口当前分区NOx浓度测量值)；初值修正系数＝各分区氨流量测量值总和÷各分区氨流量调节目标初值总和。
4.如权利要求2或3所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：设定各分区氨空混合比相等，经组态计算得到分区氨流量实测值，组态公式为：当前分区氨流量测量值＝喷氨总量×当前分区氨空混合气体流量÷各分区氨空混合气体流量总和。
5.如权利要求2或3所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：SCR脱硝装置入口各分区NOx浓度测量值采用SCR脱硝装置入口一点NOx浓度测量值或两点以上NOx浓度测量值的平均值代替。
6.如权利要求2或3所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：SCR脱硝装置出口各分区NOx浓度测量采用巡测方式，在每侧SCR脱硝装置安装一套NOx浓度分析仪，通过取样阀切换的方式依次取SCR脱硝装置出口截面不同区域的烟气样进行分析。
7.如权利要求1-3任意一项所述的SCR脱硝装置分区喷氨调节控制方法，其特征在于：在喷氨分区调平阀的上游安装分区氨流量计。
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Denomination of invention: A Control Method for Divisional Ammonia Spray in SCR Denitration Equipment Effective date of registration: 20231205 Granted publication date: 20200814 Pledgee: Zhejiang Qingtian Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Gaohu Branch Pledgor: Zhejiang Xinghe Intelligent Control Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980069268 |