CN109464900A - 一种垃圾焚烧发电厂炉内sncr脱硝的喷枪控制方法 - Google Patents

一种垃圾焚烧发电厂炉内sncr脱硝的喷枪控制方法 Download PDF

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Abstract

一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内高温区设置高温测温装置。根据标高与温度的线性存在关系，通过测量烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度，计算出最佳反应区域的标高，从而使还原剂在该区域喷出。经过一个时间间隙之后，当工况发生变化时，烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度发生变化，系统再重新计算出最佳反应区域的新标高并确保还原剂在新的最佳区域喷出，加强了还原剂与烟气的混合效果，从而提高了脱硝效率，减少了氨逃逸，节约了运行成本。

Description

一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧发电厂炉内脱硝系统领域，尤其涉及一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法。
背景技术
选择性非催化还原法脱硝(SNCR)是在烟气温度850－1100℃，在O2共存条件下，向烟道喷入氨液或尿素等脱硝剂，将氮氧化物还原成为氮气和水的方法。相对于SCR系统，SNCR脱硝技术具有一次性投资成本低和改造方便等特点，在垃圾焚烧行业得到了广泛应用。
温度对SNCR的还原反应的影响最大，其最佳反应温度区间为900－950℃当温度高于1100℃时，氨气(NH3)会被氧化成NO，反而造成氮氧化物(NOX)排放浓度增大；而温度低于900℃时，反应不完全，会造成所谓的“氨穿透”，氨逃逸率高，造成新的污染。
目前，垃圾焚烧行业SNCR工艺是在垃圾焚烧锅炉第一通道前墙开孔，布置一组或多组固定式喷枪(如专利文献：高效SNCR点对点喷射系统CN201410593561)，向烟气中喷入还原剂，对于垃圾焚烧锅炉而言，工况波动频繁，该方式并非时时在还原剂最佳反应温度窗口(900－950℃)内喷射，导致脱硝效率不高，并增加了氨逃逸。
由于目前垃圾焚烧SNCR脱硝测温系统多采用炉壁固定式热电偶方式(如专利：一种垃圾发电厂焚烧锅炉专用热电偶201420717390.X)进行测温，存在的主要问题是：该测温方式为直接测温，而垃圾焚烧烟气具有较强的腐蚀性(酸性腐蚀气体、盐分、灰分等)，烟气中的熔灰具有较高的黏附性，时间长了使得探头包裹，测温准确度下降，探头容易出现腐蚀损坏等情况，影响使用寿命。并且，热电偶测量得到的温度为热电偶附近烟气温度，对于烟道中心温度的测定也并不准确，存在失真的现象，大型烟道的温度测量尤其明显。
采用固定式喷枪，需要布置多层测温元件，如多层布置声波测温系统(专利201711493881.5方案)，才能实现炉温的精确测量，存在投资大，实施困难的问题。沿烟道方向多层布置多组测温热电偶，就存在热电偶使用寿命和精准度的问题。
因此，针对SNCR炉内脱硝需要精准匹配最佳反应温度窗口。问题是，现有技术对温度窗口难以实现准确、连续定位。需要找到一种简单易行，精准、可靠并实现最佳反应温度窗口追踪的控制技术，以便实现SNCR喷射器的喷射位置追踪，减少还原剂的用量，提高脱硝效率。
发明内容
为了解决现有技术问题，一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内高温区设置高温测温装置。根据标高与温度的线性存在关系，通过测量烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度，计算出最佳反应区域的标高，从而使还原剂在该区域喷出。经过一个时间间隙之后，当工况发生变化时，烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度发生变化，系统再重新计算出最佳反应区域的新标高并确保还原剂在新的最佳区域喷出，加强了还原剂与烟气的混合效果，从而提高了脱硝效率，减少了氨逃逸，节约了运行成本。
本发明解决技术问题所提供方案是，本发明提出一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的竖直安装在烟道顶部并且可以在竖直方向上移动的喷枪，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还设置位置传感器用于测控喷枪的实时标高，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：
步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；
烟道顶部内侧温度T0(对应标高H0)；此位置喷枪停止工作或检修位，H0在烟道顶内侧；
高温区温度为T1(对应标高H1)；
设定最佳反应区温度为Ta(对应标高Ha)；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则在最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，H0、H1数据为已知，T0、T1可以测量，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，由某一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Ha并喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Hax并喷出还原剂。
本发明的优选方案：时间间隙△x为2分钟。
喷枪移动时的位置可以通过喷枪位置传感器直接读取和控制。
当处于故障和检修状态下，喷枪收到控制指令传回退到初始位置H0。
当T1<850℃，喷枪位置自动回退至初始位置H0。
当正常工况下，850℃<T1<950℃，喷枪处于实时追踪状态。
本发明解决问题提供另一个技术方案是，一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的若干水平安装固定的喷枪，所述喷枪在竖直方向分层安装构成喷枪层Ha1、Ha2、Hai直至Han，不同的喷枪层具有不同的标高，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；
烟道顶部内侧温度T0，对应标高H0；此位置喷枪停止工作或检修位，H0在烟道顶内侧(初始位置)；
高温区温度为T1，对应标高H1；
设定最佳反应区温度为Ta，对应标高Ha；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，H0、H1数据为已知，T0、T1可以测量，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，由一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，最接近标高值为标高Ha的喷枪层喷枪喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，最接近标高值为标高Hax的喷枪层喷枪喷出还原剂。
本发明的优选方案：时间间隙△x为2分钟。
本发明的有益效果：一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内高温区设置高温测温装置。根据标高与温度的线性存在关系，通过测量烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度，计算出最佳反应区域的标高，从而使还原剂在该区域喷出。经过一个时间间隙之后，当工况发生变化时，烟道顶部内侧的温度以及炉内高温区的温度发生变化，系统再重新计算出最佳反应区域的新标高并确保还原剂在新的最佳区域喷出，加强了还原剂与烟气的混合效果，从而提高了脱硝效率，减少了氨逃逸，节约了运行成本。
附图说明
图1-图3为本发明第一个实施例的结构及原理示意图。其中图1为喷枪在炉膛烟道中的结构布置图，图2为温度与标高线性图，图3为喷枪标高控制原理示意图。
图4-图5为本发明第二个实施例的结构原理示意图。其中图4为喷枪在炉膛烟道中的结构布置图，图图5为喷枪层控制原理示意图。
图中：
1.1炉膛，
1.2烟道，
1.20烟道顶标高线，
1.21烟道高温区域标高线，
1.2a最佳反应区域标高线，
2喷枪
3位置传感器
Ha1第一喷枪层，
Ha2第二喷枪层，
Ha3第三喷枪层。
具体实施方式
图1-图3为本发明第一个实施例的结构及原理示意图。其中图1为喷枪在炉膛烟道中的结构布置图，图2为温度与标高线性图，图3为喷枪标高控制示意图。
本例中，一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的竖直安装在烟道顶部并且可以在竖直方向上移动的喷枪2，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还设置位置传感器3用于测控喷枪的实时标高，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：
步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；
烟道顶部内侧温度T0，对应标高H0，标高线为1.20；此位置喷枪停止工作或检修位，H0在烟道顶内侧(初始位置)；
高温区温度为T1，对应标高H1，标高线为1.21；
最佳反应区温度为Ta，对应标高Ha，标高线为1.2a；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则在最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，H0、H1数据为已知，T0、T1可以测量，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，通过某一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Ha并喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Hax并喷出还原剂。
本发明提示，时间间隙△x可以选取2分钟。
喷枪移动时的位置可以通过喷枪位置传感器3直接读取和控制。
当处于故障和检修状态下，喷枪收到控制指令传回退到初始位置H0。
当T1<850℃，喷枪位置自动回退至初始位置H0。
当正常工况下，850℃<T1<950℃，每隔一个△x时间，喷枪即自动追踪一次最佳位置。
图4-图5为本发明第二个实施例的结构原理示意图。其中图4为喷枪在炉膛烟道中的结构布置图，图图5为喷枪层控制示意图。图中显示，本例中，一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的若干水平安装固定的喷枪，所述喷枪在竖直方向分三层安装构成第一喷枪层Ha1，第二喷枪层Ha2，第三喷枪层Ha3，三个不同的喷枪层具有不同的标高，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：
步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；
烟道顶部内侧温度T0，对应标高H0；此位置喷枪停止工作或检修位，H0在烟道顶内侧；
高温区温度为T1，对应标高H1；
最佳反应区温度为Ta，对应标高Ha；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则在最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，H0、H1数据为已知，T0、T1可测量，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，通过某一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，三个喷枪层Ha1、Ha2、Ha3中最接近标高值为标高Ha的喷枪层喷枪喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，三个喷枪层Ha1、Ha2、Ha3中最接近标高值为标高Hax的喷枪层喷枪喷出还原剂。
本例中，时间间隙△x可以选取2分钟。
当处于故障和检修状态下，喷枪收到控制指令传回退到初始位置H0。
当T1<850℃，喷枪位置自动回退至初始位置H0。
当正常工况下，850℃<T1<950℃，每隔一个△x时间，系统自动调整一次最佳喷枪层位置。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的竖直安装在烟道顶部并且可以在竖直方向上移动的喷枪，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还设置位置传感器用于测控喷枪的实时标高，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：
步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；
设定最佳反应区温度为Ta，对应标高Ha；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，T0、H0、T1、H1数据是可测量或可知，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，由某一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Ha并喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，将喷枪移动至标高位置为Hax并喷出还原剂。
2.根据权利要求所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，所述△x为2分钟。
3.根据权利要求所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，喷枪移动时的位置通过喷枪位置传感器直接读取和控制。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，当处于故障和检修状态下，喷枪收到控制指令传回退到初始位置H0。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，当T1<850℃，喷枪位置自动回退至初始位置H0。
6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，当850℃<T1<950℃，喷枪处于实时追踪状态。
7.一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，包括控制系统，烟气分析系统，测温系统，由系统控制的若干水平安装固定的喷枪，所述喷枪在竖直方向分层安装构成喷枪层Ha1、Ha2、Hai直至Han，不同的喷枪层具有不同的标高，所述测温系统包括在焚烧炉烟道顶部内侧设置测温装置以及在炉内烟道高温区设置高温测温装置，其特征是，还包括最佳SNCR脱硝反应区域标高的计算方法，所述计算方法包括以下步骤：
步骤1：测量高温区温度T1及烟道顶部内侧温度T0；；
正常工况必须满足两个条件：T1>850℃，T1>T0(式1)；
当焚烧炉处于焚烧工况时，喷枪标高H1到H0的炉内温度呈现线性变化，标高与温度的关系式如下：
Ha＝a+b×Ta(式2)
H1＝a+b×T1(式3)
H0＝a+b×T0(式4)
由此推出：
a＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)(式5)
b＝(H1-H0)/(T1-T0)(式6)
则最佳反应温度区域的标高为：
Ha＝(H0×T1-H1×T0)/(T1-T0)+(H1-H0)×Ta/(T1-T0)(式7)，
式中，T0、H0、T1、H1数据是可测量或可知，最佳反应区域的温度Ta则为950℃；由此，由一个时刻的T0、H0、T1、H1值即可计算出该时刻的最佳反应温度区域的标高Ha；此时，在系统的控制下，最接近标高值为标高Ha的喷枪层喷枪喷出还原剂。
在经过一个时间间隙△x之后，由于工况发生变化，此时，烟道顶部内侧温度变为T0x、高温区温度变为T1x，最佳反应温度区域的标高变为Hax:
Hax＝(H0×T1x-H1×T0x)/(T1x-T0x)+(H1-H0)×Ta/(T1x-T0x)(式8)，
此时，在系统的控制下，最接近标高值为标高Hax的喷枪层喷枪喷出还原剂。
8.根据权利要求7所述的一种垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝的喷枪控制方法，其特征是，所述时间间隙△x为2分钟。
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