CN109529614A - 一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统及方法,包括还原剂输入管道、NOx超低排放控制器、NOx分区均衡控制器、CEMS巡测分析仪及SCR反应器;SCR反应器内分为A区、B区及C区,其中,A区的入口处、B区的入口处及C区的入口处分别设置有A区喷氨格栅、B区喷氨格栅及C区喷氨格栅,A区的出口处、B区的出口处及C区的出口处分别设置有A区出口取样探头、B区出口取样探头及C区出口取样探头,SCR反应器的入口处设置有NOx浓度及烟气流量测量装置,SCR反应器出口处设置有NOx浓度测量装置,该系统及方法能够有效的提高SCR反应器的脱硝效率,同时解决脱硝超低排放运行中NOx浓度分布偏差大及氨逃逸超标的问题。
Description
技术领域
本发明属于火电厂脱硝超低排放领域,涉及一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统及方法。
背景技术
截至目前,火电厂绝大部分机组脱硝采用SCR脱硝工艺,现有常规SCR系统的喷氨及混合技术,要求SCR入口NOx分布较为均匀且稳定,根据SCR入口NOx分布,手动静态调节各分区喷入还原剂的量,容易造成NOx浓度分布偏差大的问题。随着超低排放标准的全面推广,机组SCR脱硝效率往往超过90%,氨氮摩尔比平均值超过0.9,当入口NOx浓度波动时,常规SCR的催化剂上游截面处的氨氮摩尔比超过1的位置将大为增加,这些位置的氨将大量逃逸,造成空预器严重堵塞;而氨氮摩尔比低于平均值的位置,脱硝效率不能达标。在已完成了超低排放改造的锅炉中,这种问题非常普遍。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统及方法,该系统及方法能够有效的提高SCR反应器的脱硝效率,同时解决脱硝超低排放运行中NOx浓度分布偏差大及氨逃逸超标的问题。
为达到上述目的,本发明所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统包括还原剂输入管道、NOx超低排放控制器、NOx分区均衡控制器、CEMS巡测分析仪及SCR反应器;
SCR反应器内分为A区、B区及C区,其中,A区的入口处、B区的入口处及C区的入口处分别设置有A区喷氨格栅、B区喷氨格栅及C区喷氨格栅,A区的出口处、B区的出口处及C区的出口处分别设置有A区出口取样探头、B区出口取样探头及C区出口取样探头,SCR反应器的入口处设置有NOx浓度及烟气流量测量装置,SCR反应器出口处设置有NOx浓度测量装置,还原剂输入管道的出口分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计及A区偏量调节阀与A区喷氨格栅的入口相连通,第二路经B区喷氨流量计及B区偏量调节阀与B区喷氨格栅的入口相连通,第三路经C区喷氨流量计及C区偏量调节阀与C区喷氨格栅的入口相连通,还原剂输入管道上设置有喷氨量调节阀;
NOx浓度测量装置的输出端及NOx浓度及烟气流量测量装置的输出端与NOx超低排放控制器的输入端相连接,NOx超低排放控制器的输出端与喷氨量调节阀的控制端相连接;
CEMS巡测分析仪的三个入口分别与A区出口取样探头、B区出口取样探头及C区出口取样探头相连通,CEMS巡测分析仪的输出端、A区喷氨流量计的输出端、B区喷氨流量计的输出端及C区喷氨流量计的输出端与NOx分区均衡控制器的输入端相连接,NOx分区均衡控制器的输出端与A区偏量调节阀的控制端、B区偏量调节阀的控制端及C区偏量调节阀的控制端相连接。
还原剂输入管道上还设置有氨气快关阀及氨空混合器,氨气快关阀的控制端与NOx超低排放控制器的输出端相连接。
本发明所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制方法包括以下步骤:
烟气流经SCR反应器,还原剂输入管道输出的还原剂分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计、A区偏量调节阀及A区喷氨格栅喷入到SCR反应器中的A区内,第二路经B区喷氨流量计、B区偏量调节阀及B区喷氨格栅喷入到SCR反应器中的B区内,第三路经C区喷氨流量计、C区偏量调节阀及C区喷氨格栅喷入到SCR反应器中的C区内;
同时NOx超低排放控制器通过NOx浓度及烟气流量测量装置实时检测SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度,同时通过NOx浓度测量装置实时检测SCR反应器出口处的NOx浓度,并根据SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度和SCR反应器出口处的NOx浓度计算SCR反应器所需总的还原剂量,然后根据SCR反应器所需总的还原剂量控制喷氨量调节阀,以调节进入到SCR反应器中总的还原剂量;
CEMS巡测分析仪通过A区出口取样探头、B区出口取样探头及C区出口取样探头分别对SCR反应器中A区出口处的烟气、B区出口处的烟气及C区出口处的烟气进行采样,并根据SCR反应器中A区出口、B区出口及C区出口处的烟气样本检测SCR反应器中A区出口处、B区出口处及C区出口处的NOx浓度,同时NOx分区均衡控制器通过A区喷氨流量计、B区喷氨流量计及C区喷氨流量计分别检测进入到A区喷氨格栅中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅中的还原剂流量及进入到C区喷氨格栅中的还原剂流量,最后根据进入到A区喷氨格栅中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅中的还原剂流量、进入到C区喷氨格栅中的还原剂流量和SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度控制A区偏量调节阀的开度、B区偏量调节阀的开度及C区偏量调节阀的开度,使得SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度均衡。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统及方法在具体操作时,将SCR反应器内分为A区、B区及C区,再根据SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度和SCR反应器出口处的NOx浓度计算SCR反应器所需总的还原剂量,然后根据SCR反应器所需总的还原剂量控制喷氨量调节阀,以调节进入到SCR反应器中总的还原剂量,有效提高系统的脱硝效率,另外,根据进入到A区喷氨格栅中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅中的还原剂流量、进入到C区喷氨格栅中的还原剂流量和SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度控制A区偏量调节阀的开度、B区偏量调节阀的开度及C区偏量调节阀的开度,使得SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度均衡,以解决脱硝超低排放运行中NOx浓度分布偏差大及氨逃逸超标的问题,结构简单,操作方便,实用性较强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中,1为NOx超低排放控制器、2为NOx分区均衡控制器、3为CEMS巡测分析仪、4为A区出口取样探头、5为B区出口取样探头、6为C区出口取样探头、7为A区喷氨流量计、8为B区喷氨流量计、9为C区喷氨流量计、10为A区偏量调节阀、11为B区偏量调节阀、12为C区偏量调节阀、13为A区喷氨格栅、14为B区喷氨格栅、15为C区喷氨格栅、16为NOx浓度及烟气流量测量装置、17为NOx浓度测量装置、18为喷氨量调节阀、19为氨空混合器、20为氨气快关阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1,本发明所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统包括还原剂输入管道、NOx超低排放控制器1、NOx分区均衡控制器2、CEMS巡测分析仪3及SCR反应器;SCR反应器内分为A区、B区及C区,其中,A区的入口处、B区的入口处及C区的入口处分别设置有A区喷氨格栅13、B区喷氨格栅14及C区喷氨格栅15,A区的出口处、B区的出口处及C区的出口处分别设置有A区出口取样探头4、B区出口取样探头5及C区出口取样探头6,SCR反应器的入口处设置有NOx浓度及烟气流量测量装置16,SCR反应器出口处设置有NOx浓度测量装置17,还原剂输入管道的出口分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计7及A区偏量调节阀10与A区喷氨格栅13的入口相连通,第二路经B区喷氨流量计8及B区偏量调节阀11与B区喷氨格栅14的入口相连通,第三路经C区喷氨流量计9及C区偏量调节阀12与C区喷氨格栅15的入口相连通,还原剂输入管道上设置有喷氨量调节阀18;NOx浓度测量装置17的输出端及NOx浓度和烟气流量测量装置16的输出端与NOx超低排放控制器1的输入端相连接,NOx超低排放控制器1的输出端与喷氨量调节阀18的控制端相连接;CEMS巡测分析仪3的三个入口分别与A区出口取样探头4、B区出口取样探头5及C区出口取样探头6相连通,CEMS巡测分析仪3的输出端、A区喷氨流量计7的输出端、B区喷氨流量计8的输出端及C区喷氨流量计9的输出端与NOx分区均衡控制器2的输入端相连接,NOx分区均衡控制器2的输出端与A区偏量调节阀10的控制端、B区偏量调节阀11的控制端及C区偏量调节阀12的控制端相连接。
还原剂输入管道上还设置有氨气快关阀20及氨空混合器19,氨气快关阀20的控制端与NOx超低排放控制器1的输出端相连接。
本发明所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制方法包括以下步骤:
烟气流经SCR反应器,还原剂输入管道输出的还原剂分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计7、A区偏量调节阀10及A区喷氨格栅13喷入到SCR反应器中的A区内,第二路经B区喷氨流量计8、B区偏量调节阀11及B区喷氨格栅14喷入到SCR反应器中的B区内,第三路经C区喷氨流量计9、C区偏量调节阀12及C区喷氨格栅15喷入到SCR反应器中的C区内;
同时NOx超低排放控制器1通过NOx浓度及烟气流量测量装置16实时检测SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度,同时通过NOx浓度测量装置17实时检测SCR反应器出口处的NOx浓度,并根据SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度和SCR反应器出口处的NOx浓度计算SCR反应器所需总的还原剂量,然后根据SCR反应器所需总的还原剂量控制喷氨量调节阀18,以调节进入到SCR反应器中总的还原剂量;
CEMS巡测分析仪3通过A区出口取样探头4、B区出口取样探头5及C区出口取样探头6分别对SCR反应器中A区出口处的烟气、B区出口处的烟气及C区出口处的烟气进行采样,并根据SCR反应器中A区出口、B区出口及C区出口处的烟气样本检测SCR反应器中A区出口处、B区出口处及C区出口处的NOx浓度,同时NOx分区均衡控制器2通过A区喷氨流量计7、B区喷氨流量计8及C区喷氨流量计9分别检测进入到A区喷氨格栅13中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅14中的还原剂流量及进入到C区喷氨格栅15中的还原剂流量,最后根据进入到A区喷氨格栅13中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅14中的还原剂流量、进入到C区喷氨格栅15中的还原剂流量和SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度控制A区偏量调节阀10的开度、B区偏量调节阀11的开度及C区偏量调节阀12的开度,使得SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度均衡。
另外,CEMS巡测分析仪3的采用分时巡回测量方式,通过A区出口取样探头4、B区出口取样探头5及C区出口取样探头6,分时测量通过A区出口的NOx浓度、B区出口的NOx浓度及C区出口的NOx浓度。
调整任一分区喷氨量时会引起其他分区喷氨量扰动,存在复杂的耦合关系,介于被控对象本身的时变性与不确定性以及现场干扰的随机性,想要合理的分配总喷氨量在各分区内的比例,保证获得优良的控制品质,这是一个比较困难的问题。为解决上述难点,针对锅炉不同负荷、不同制粉系统运行方式等运行数据,通过历史数据及测试参数建立系统专家数据库,根据不同的磨煤机组合方式与对应的机组负荷确定出各区域的阀门开度集,并以此建立分区喷氨量控制模型,灵活地调整控制规律,适应控制对象特性及机组运行工况的变化;根据实时各分区的出口NOx浓度的反馈值,利用各分区之间反馈值的偏差搭建渐近式模糊控制集合,修正A区偏量调节阀10的开度、B区偏量调节阀11的开度及C区偏量调节阀12的开度,以精确实现分区的均衡控制。
通常对于300MW、600MW和1000MW机组,当空预器阻力上升1000Pa时,即使不考虑空预器堵塞后停机清理或更换换热元件的费用,仅因风机电耗上升导致年运行费用增加分别为78万,156万和241万。当空预器堵塞较严重,引风机压头裕量较小时,机组将不得不限负荷运行。按机组限10%负荷情况考虑,对于300MW、600MW和1000MW机组,每年减少的电量收入分别为4500万,9000万和1.5亿元;然而采用本发明,可以有效的解决上述问题,投资及运行成本低,自动化程度高,操作维护方便,特别对于电厂已有脱硝系统,可以通过对喷氨系统进行局部设备改造,并在DCS中新增分区控制模块或增加脱硝优化控制外挂系统组态来实现。
Claims (3)
1.一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统,其特征在于,包括还原剂输入管道、NOx超低排放控制器(1)、NOx分区均衡控制器(2)、CEMS巡测分析仪(3)及SCR反应器;
SCR反应器内分为A区、B区及C区,其中,A区的入口处、B区的入口处及C区的入口处分别设置有A区喷氨格栅(13)、B区喷氨格栅(14)及C区喷氨格栅(15),A区的出口处、B区的出口处及C区的出口处分别设置有A区出口取样探头(4)、B区出口取样探头(5)及C区出口取样探头(6),SCR反应器的入口处设置有NOx浓度及烟气流量测量装置(16),SCR反应器出口处设置有NOx浓度测量装置(17),还原剂输入管道的出口分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计(7)及A区偏量调节阀(10)与A区喷氨格栅(13)的入口相连通,第二路经B区喷氨流量计(8)及B区偏量调节阀(11)与B区喷氨格栅(14)的入口相连通,第三路经C区喷氨流量计(9)及C区偏量调节阀(12)与C区喷氨格栅(15)的入口相连通,还原剂输入管道上设置有喷氨量调节阀(18);
NOx浓度测量装置(17)的输出端及NOx浓度及烟气流量测量装置(16)的输出端与NOx超低排放控制器(1)的输入端相连接,NOx超低排放控制器(1)的输出端与喷氨量调节阀(18)的控制端相连接;
CEMS巡测分析仪(3)的三个入口分别与A区出口取样探头(4)、B区出口取样探头(5)及C区出口取样探头(6)相连通,CEMS巡测分析仪(3)的输出端、A区喷氨流量计(7)的输出端、B区喷氨流量计(8)的输出端及C区喷氨流量计(9)的输出端与NOx分区均衡控制器(2)的输入端相连接,NOx分区均衡控制器(2)的输出端与A区偏量调节阀(10)的控制端、B区偏量调节阀(11)的控制端及C区偏量调节阀(12)的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的NOx分区巡测动态喷氨均衡控制系统,其特征在于,还原剂输入管道上还设置有氨气快关阀(20)及氨空混合器(19),氨气快关阀(20)的控制端与NOx超低排放控制器(1)的输出端相连接。
3.一种NOx分区巡测动态喷氨均衡控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
烟气流经SCR反应器,还原剂输入管道输出的还原剂分为三路,其中第一路经A区喷氨流量计(7)、A区偏量调节阀(10)及A区喷氨格栅(13)喷入到SCR反应器中的A区内,第二路经B区喷氨流量计(8)、B区偏量调节阀(11)及B区喷氨格栅(14)喷入到SCR反应器中的B区内,第三路经C区喷氨流量计(9)、C区偏量调节阀(12)及C区喷氨格栅(15)喷入到SCR反应器中的C区内;
同时NOx超低排放控制器(1)通过NOx浓度及烟气流量测量装置(16)实时检测SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度,同时通过NOx浓度测量装置(17)实时检测SCR反应器出口处的NOx浓度,并根据SCR反应器入口处的烟气流量及NOx浓度和SCR反应器出口处的NOx浓度计算SCR反应器所需总的还原剂量,然后根据SCR反应器所需总的还原剂量控制喷氨量调节阀(18),以调节进入到SCR反应器中总的还原剂量;
CEMS巡测分析仪(3)通过A区出口取样探头(4)、B区出口取样探头(5)及C区出口取样探头(6)分别对SCR反应器中A区出口处的烟气、B区出口处的烟气及C区出口处的烟气进行采样,并根据SCR反应器中A区出口、B区出口及C区出口处的烟气样本检测SCR反应器中A区出口处、B区出口处及C区出口处的NOx浓度,同时NOx分区均衡控制器(2)通过A区喷氨流量计(7)、B区喷氨流量计(8)及C区喷氨流量计(9)分别检测进入到A区喷氨格栅(13)中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅(14)中的还原剂流量及进入到C区喷氨格栅(15)中的还原剂流量,最后根据进入到A区喷氨格栅(13)中的还原剂流量、进入到B区喷氨格栅(14)中的还原剂流量、进入到C区喷氨格栅(15)中的还原剂流量和SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度控制A区偏量调节阀(10)的开度、B区偏量调节阀(11)的开度及C区偏量调节阀(12)的开度,使得SCR反应器中A区出口处的NOx浓度、B区出口处的NOx浓度及C区出口处的NOx浓度均衡。
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