CN109493250B - 一种scr反应器的脱硝能力的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，包括如下步骤：从数据源获取机组各测点的历史数据，进行数据预处理后对出、入口NOx浓度进行氧量修正并计算脱除单位NOx所耗氨量，对温度和出口NOx浓度工况进行划分并选取典型工况，拟合脱除单位NOx所耗氨量曲线并进行相应折算，根据计算得到的脱除单位NOx所耗氨量与氨逃逸率的对应关系确定上限，结合趋势线的斜率以及上限对该SCR反应器的脱硝能力进行评估。本发明提供的SCR反应器的脱硝能力的评估方法，可实现稳态追踪及自适应矫正计算。

Description

一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法

技术领域

本发明属于燃煤脱硝技术领域，具体涉及一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，基于机组运行数据对SCR反应器的脱硝能力及催化剂寿命进行宏观评估。

背景技术：

在燃煤锅炉SCR系统中，催化剂的失活是不可避免的。烟气中碱金属、砷等有害元素会造成催化剂中毒，催化剂烧结、孔堵塞和磨损等都会影响催化剂寿命。脱硝催化剂在理想条件下可以长期使用，但在电厂实际使用过程中，催化剂的实际性能往往受到运行条件的限制，其使用寿命千变万化。近期国家对燃煤电厂NOx的排放控制越来越严苛，而要实现“超低排放”，从脱硝系统层面则要在原有备用层位置安装催化剂，这种三层催化剂运行方式会在烟气流场、催化剂磨损和SO₂/SO₃转化率等方面带来新的问题。因此，对SCR反应器的脱硝能力进行准确评估尤为重要，这可以让电厂在合理的期限内完成催化剂的再生及换装，改善某些关键因素也可以延长催化剂的使用寿命，降低电厂脱硝催化剂的使用成本，在保证脱硝系统稳定运行的情况下使催化剂的利用价值最大化。另一方面，若催化剂再生或换装不及时，则会导致电厂NOx排放超标或下游受热面ABS盐沉积，情况恶劣时，甚至会造成机组非停，影响电厂稳定的生产与运行。

目前SCR反应器的脱硝能力评估主要是通过采取测试催化剂的活性的方法。传统的催化剂寿命预测是将运行的催化剂每隔一段时间取出一块进行活性测试，这存在着实验次数有限以及取出催化剂不一定能反映整个催化剂等问题。不同工况对活性测量的影响程度也是不确定的，这将导致催化剂寿命预测结果不准，更换的催化剂体积也有偏差。近期也有人结合现场和实验室测试数据的基础上，尝试用现场测试数据计算SCR反应器潜能，用于表征和衡量实际烟气条件下的催化剂宏观性能，并结合催化剂活性表征方法，构建SCR脱硝催化剂寿命预测方法。该方法尚未成熟，并且还是需要大量的催化剂活性检测实验。

发明内容：

发明目的：为了克服现有方法中的不足，本发明根据目前国家对燃煤电厂NOx的“超低排放”要求，提供了一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，在保证机组出口NOx排放浓度满足要求的情况下，基于机组大数据对机组SCR反应器的催化剂进行劣化分析和寿命预测，该方法是基于机组的历史运行数据，提出脱除单位NOx耗氨量作为新的反应器脱硝能力评估指标，保证机组出口NOx排放浓度满足要求的情况下，对机组SCR反应器的催化剂进行劣化分析和寿命预测，符合工程上的需求，避免了传统实验室方法无法反映实际烟气流场的问题，也避免了实验室试验所需要的耗时耗力，充分发挥了机组大数据的优势。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，包括如下步骤：

(1)采集测点历史数据。从机组的SIS数据源采集各个测点所需时间跨度的历史数据，间隔一段时间(1min)采取包括负荷N、SCR入口氧量O_2,in、SCR出口氧量O_2,out、SCR入口NOx浓度NO_x,in、SCR出口NOx浓度NO_x,out、SCR入口温度T和喷氨量NH₃等数据，将采取的数据按时间顺序排列，其中数据的时间跨度和采取间隔可自定义。

(2)数据预处理。由于传感器故障或信号中断，运行数据中可能存在一些异常值；另外由于电厂内各项数据存在一定延迟，可能出现各个数据无法准确对应的情况，因此在进行数据分析前先进行数据预处理。

(2.1)剔除异常值。针对数据中可能存在一些异常值，例如数值超过正常运行的上下限和数值在一段时间内保持不变等，需要剔除掉这些数据，保证结果的可靠性。

(2.2)数据时均化。针对数据可能出现无法准确对应的情况，对数据进行一定时间的时均化处理可有效改善该问题，优选的，对各项数据进行一段时间(例如30min)累计。

(3)数据处理。在各项数据进行预处理得到正确的运行数据后，根据分析所需，计算SCR入口修正后NOx浓度

、SCR出口修正后NOx浓度

和脱除单位NOx浓度消耗氨量A。

(3.1)氧量修正。利用SCR入口氧量O_2,in和SCR出口氧量O_2,out对SCR入口NOx浓度NO_x,in和SCR出口NOx浓度NO_x,out进行修正，修正到氧量基准为6％的工况下：

(3.2)计算脱除单位NOx耗氨量。本发明新定义了脱除单位NOx浓度消耗氨量，简称A。该量的意义是评判SCR反应器的脱硝能力的新指标，可以表征SCR反应器催化剂的劣化情况进而对催化剂寿命进行宏观预测。其公式如下：

(4)工况划分与选取。为使脱除单位NOx浓度消耗氨量A可以反映SCR反应器催化剂的脱硝能力，需限定相关条件使得其值只随时间变化。其定义式通过展开化简以及大量实际机组的数据验证，得出A主要与

和T有关。因此将这两个量进行范围限制，以消除这两个变量对A值的影响，保证A只随时间变化。在选定工况后，得到脱除单位NOx浓度消耗氨量A随时间变化的曲线。

(4.1)SCR入口修正后NOx浓度

的范围划分与选取。“超低排放”要求机组烟囱出口NOx浓度小于50mg/Nm³，因此为确保机组排放达标，所选SCR入口修正后NOx浓度

应小于50mg/Nm³。结合机组实际运行情况，将

范围限定为3mg/Nm³。具体范围可自定义，优选的，取47-50mg/Nm³。

(4.2)T的范围划分与选取。在SCR系统正常运行范围内，即300℃-390℃，每5℃划分一个工况，对比不同工况A并选取最恶劣工况，即选定A在最上方的T区间范围。一般对催化剂而言存在最佳反应温度区间，温度过低会导致催化剂活性不够；温度过高会导致催化剂失活。根据机组实际的运行情况而言，所选温度区间优选处于低温区。

(5)脱除单位NOx浓度消耗氨量A与氨逃逸率的换算。氮氧化物由质量分数95％NO和5％NO₂组成。

(5.1)消耗的氮氧化物浓度的计算公式为：

式中，

为消耗的氮氧化物浓度，

为二氧化氮的摩尔质量；

(5.2)理论反应的氨浓度的计算公式为：

式中，

为理论反应的氨浓度；

(5.3)氨氮摩尔比的计算公式为：

式中，

为氨氮摩尔比，

为氨逃逸浓度；

(5.4)A与氨逃逸率n的换算式：

式中，n为氨逃逸率。

在该计算过程中，SCR入口修正后NOx浓度NOx,in*取步骤(4)所选工况下的最大值，根据换算式就可以得到不同氨逃逸率对应的脱除单位NOx浓度消耗氨量A的换算表。

(6)脱除单位NOx浓度消耗氨量A的拟合与折算。将步骤(4)得到的A随时间变化的曲线进行线性拟合得到趋势线，再将把该趋势线最近换装或加装催化剂的时间点折算到A为1.05的位置，即视该点的氨逃逸为0ppm。

(7)评估SCR反应器的脱硝能力。根据步骤(6)得到的趋势线斜率来表征催化剂的劣化速度；根据步骤(5)得到的换算表结果氨逃逸上限查到对应的A上限，与趋势线的交点即为催化剂加装或换装的时间点。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果为：

本发明提出脱除单位NOx耗氨量作为新的反应器脱硝能力评估指标，该方法在保证机组出口NOx排放浓度满足要求的情况下，对机组SCR反应器的催化剂进行劣化分析和寿命预测，符合工程上的需求，充分发挥了机组大数据的优势。目的是为了对SCR反应器的脱硝能力进行评估，分析催化剂的劣化趋势以及宏观预测催化剂寿命。

(1)该方法基于机组的历史运行数据，发挥了大数据的优势，避免了实验法存在无法反映实际烟气场而造成的预测误差等问题；

(2)提出了全新的SCR反应器脱硝能力的评判指标，分析出该指标的主要影响因素并进一步划分工况使该指标只随时间变化；

(3)在保证排放NOx达标的情况下，考虑氨逃逸率进行催化剂的劣化分析和寿命预测，更符合实际工程应用。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的选定工况下A曲线图。

图3是本发明的A曲线拟合并折算后的曲线图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

以某660MW燃煤发电机组B侧反应器为例，采集SIS系统中2016年7月至2017年9月间的数据，采集间隔为1min。本发明框架主要由数据采集、数据预处理、数据处理、工况划分和A趋势线的拟合与折算等核心模块，详细流程图如图1所示：

1)从SIS数据源获取各测点数据，间隔1min采集负荷N、SCR入口氧量O_2,in、SCR出口氧量O_2,out、SCR入口NOx浓度NO_x,in、SCR出口NOx浓度NO_x,out、SCR入口温度T和喷氨量NH₃测点等部分数据如表1所示。

表1

将各项数据限定在正常运行范围内，并删除保持不变的值。对各个数据进行30min时均化累计平均，并对SCR入口NOx浓度NOx,in、SCR出口NOx浓度NOx,out进行氧量修正，根据公式一和公式二利用SCR入口氧量O_2,in和SCR出口氧量O_2,out对SCR入口NOx浓度NO_x,in和SCR出口NOx浓度NO_x,out进行修正，修正到氧量基准为6％的工况下：

并根据公式三计算每个时间点对应的脱除单位NOx浓度消耗氨量A，部分处理后数据如表2所示。

表2

3)根据该机组的运行数据情况，将SCR出口修正后NOx浓度NO_x,out*限定在45-48mg/Nm³。再将SCR入口温度T在310-370℃之间每5℃划分一个工况，画出不同工况下的A曲线并选取最上方的工况，最后选定315-320℃这个区间，所选取的曲线如图2。

4)根据该机组NOx,in*与T曲线选定SCR入口修正后NOx浓度NOx,in*最大值为400mg/Nm³。通过计算得到A与氨逃逸率n的换算表，如下表3的氨逃逸与A换算表所示。

表3

5)将得到的A曲线进行线性拟合得到趋势线，再将把该趋势线最近换装或加装催化剂的时间点2016年6月折算到A为1.05的位置，如图3所示。

6)根据图3的增长斜率可以看出催化剂的劣化速度比较快，再结合技术协议的氨逃逸不超过3ppm的标准对应A应不超过1.067452ppm，因此该机组应当在2017年10月份前进行催化剂的换装或加装，这也与该机组的实际状况相符。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集测点历史数据；从机组的SIS数据源采集各个测点所需时间跨度的历史数据，间隔一定时间采取包括负荷N、SCR入口氧量O_2,in、SCR出口氧量O_2,out、SCR入口NOx浓度NO_x,in、SCR出口NOx浓度NO_x,out、SCR入口温度T和喷氨量NH₃数据；将采取的数据按时间顺序排列，其中数据的时间跨度和采取间隔可自定义；

(2)数据预处理，避免运行数据中出现异常值或电厂内各项数据无法准确对应的问题；

(3)数据处理；在各项数据进行预处理得到正确的运行数据后，根据分析所需，计算SCR入口修正后NOx浓度

SCR出口修正后NOx浓度

和脱除单位NOx浓度消耗氨量A；

(4)工况划分与选取；为使脱除单位NOx浓度消耗氨量A反映SCR反应器催化剂的脱硝能力，需限定相关条件使脱除单位NOx浓度消耗氨量A只随时间变化，消耗氨量A与SCR入口修正后NOx浓度

SCR入口温度T和时间有关，消除SCR入口修正后NOx浓度

SCR入口温度T对A值的影响，保证消耗氨量A只随时间变化，在选定工况后，得到消耗氨量A随时间变化的曲线；

(5)脱除单位NOx浓度消耗氨量A与氨逃逸率的换算；其中，氮氧化物由95％NO和5％NO₂组成；

(6)脱除单位NOx浓度消耗氨量A的拟合与折算；将步骤(4)得到的消耗氨量A随时间变化的曲线进行线性拟合得到趋势线，再将所述趋势线最近换装或加装催化剂的时间点折算到A为1.05的位置，该点的氨逃逸为0ppm；

(7)评估SCR反应器的脱硝能力；根据步骤(6)得到的趋势线斜率来表征催化剂的劣化速度；根据步骤(5)得到的换算表结果氨逃逸上限查到对应的A上限，与趋势线的交点即为催化剂加装或换装的时间点。

2.根据权利要求1所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(2)中，数据预处理的步骤为：

(2.1)剔除异常值；剔除数据中可能存在的异常值，包括数值超过正常运行的上下限和数值在一段时间内保持不变的数据，保证结果的可靠性；

(2.2)数据时均化；针对数据可能出现无法准确对应的情况，对数据进行一段时间的时均化处理。

3.根据权利要求1所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(3)中，数据处理的步骤包括：

(3.1)氧量修正；利用SCR入口氧量O_2,in和SCR出口氧量O_2,out对SCR入口NOx浓度NO_x,in和SCR出口NOx浓度NO_x,out进行修正，修正到氧量基准为6％的工况下，SCR入口修正后NOx浓度

和SCR出口修正后NOx浓度

的计算公式为：

(3.2)计算脱除单位NOx消耗氨量A；脱除单位NOx消耗氨量A用于评判SCR反应器的脱硝能力，可以表征SCR反应器催化剂的劣化情况进而对催化剂寿命进行宏观预测，其计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(4)中，工况划分与选取的步骤为：

(4.1)SCR入口修正后NOx浓度

的范围划分与选取；机组烟囱出口NOx浓度小于50mg/Nm³，为确保机组排放达标，所述SCR入口修正后NOx浓度

应小于50mg/Nm³；

(4.2)SCR入口温度T的范围划分与选取；在SCR系统正常运行范围内，即300℃-390℃，每5℃划分一个工况，对比不同工况A并选取最恶劣工况，即选定脱除单位NOx浓度消耗氨量A在最上方的T区间范围。

5.根据权利要求1所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(5)的步骤为：

(5.1)消耗的氮氧化物浓度的计算公式为：

其中，

为消耗的氮氧化物浓度，

为二氧化氮的摩尔质量；

(5.2)理论反应的氨浓度的计算公式为：

其中，

为理论反应的氨浓度；

(5.3)氨氮摩尔比的计算公式为：

其中，

为氨氮摩尔比，

为氨逃逸浓度；

(5.4)脱除单位NOx浓度消耗氨量A与氨逃逸率n的换算式：

其中，n为氨逃逸率；

在步骤(5.1)计算过程中，SCR入口修正后NOx浓度

取步骤(4)所选工况下的最大值，根据换算式就可以得到不同氨逃逸率对应的脱除单位NOx浓度消耗氨量A的换算表。

6.根据权利要求2所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(2.2)中，针对数据可能出现无法准确对应的情况，可对各项数据进行30min时均化处理。

7.根据权利要求4所述的一种SCR反应器的脱硝能力的评估方法，其特征在于，步骤(4.1)中，所述SCR入口修正后NOx浓度

为47-50mg/Nm³。

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