CN109723556A - 基于scr和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法，采用本发明中一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法，首先通过喷雾冷却系统降低氮氧化物浓度，之后在此基础之上，通过调节SCR脱硝系统的脱硝效率承担更多降氮任务，使得整个联合循环机组在满足氮氧化物排放要求的前提下，减轻燃机本体降氮压力，便于提高其燃烧室出口温度，最后实现最大限度的提升联合循环机组发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气蒸汽联合循环电厂技术领域，更具体地说，涉及一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法。
背景技术
近年来，随着我国经济飞速发展，能源与环境问题日益突出，节能减排，建设资源节约、环境友好型社会成为我国经济建设的重要目标。
目前，燃气蒸汽联合循环机组中大多采用SCR系统脱硝，可灵活控制氮氧化物浓度，但是燃气蒸汽联合循环机组中燃气轮机控制系统与余热锅炉SCR控制系统分开，难以实现一体化联合脱硝。目前，燃气轮机受限于低氮排放标准，难以提高透平前温来实现机组提效；而独立运行的SCR脱硝系统只能被动接受上游烟气，难以发挥自身高效脱硝的潜力。
同时，燃气蒸汽联合循环机组中大多采用喷雾冷却系统，以提高机组出力，但大部分电厂忽视了该系统的降氮功能，且普遍认为该系统只能用于提高机组出力而难以用于提升机组效率。现有燃气蒸汽联合循环机组中燃气轮机控制系统与进气喷雾冷却的控制系统分开，喷雾冷却系统的功能得不到充分利用。
因此，如何基于三者优势，在最大发挥SCR系统和喷雾冷却系统的脱硝潜力，在实现联合循环机组氮氧化物达标排放基础上，提高机组的发电效率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是如何在氮氧化物达标排放基础上，提高机组的发电效率，为此，本发明提供了一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，包括：
设置在各检测点的用于检测对应参数的参数检测器；
向燃气轮机进行喷雾的喷雾冷却系统；
设置在燃烧室中SCR脱硝系统；以及
控制器，用于控制所述喷雾冷却系统以可实现最大喷雾量向燃气轮机进行喷雾；结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量；
获得所述SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率，结合最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到当前氮氧化物允许排放浓度；
根据经验/半经验公式、各检测参数以及最终氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度；
判断所述最佳燃烧室出口温度是否在燃气轮机的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大喷雾量为目标喷雾量，确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至燃烧室出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
本发明其中一个实施例中，所述参数检测器包括：
用于测量喷雾前空气温度和喷雾后空气温度的空气温度检测器；以及
用于测量喷雾前空气湿度和喷雾后空气湿度的空气湿度检测器；
所述控制器根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图等焓加湿的对应关系确定可实现最大喷雾量。
本发明其中一个实施例中，所述参数检测器还包括：
用于测量SCR脱硝系统前的第一氮氧化物含量的第一氮氧化物浓度采集器；以及
用于测量SCR脱硝系统后的第二氮氧化物含量的第二氮氧化物浓度采集器；
所述控制器根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率，并根据脱硝效率与喷氨量的对应关系控制所述SCR脱硝系统动作。
本发明其中一个实施例中，所述参数检测器还包括：
用于检测燃料进口处的燃气流量的燃气流量检测器；
用于检测燃料进口处的燃气成分的燃气成分检测器
用于检测空气进口处的空气流量的空气流量检测器；
用于检测空气进口处的空气成分的空气成分检测器；
用于检测燃烧室进口温度的燃烧室进口温度检测器；以及
用于检测燃烧室进口压力的燃烧室进口压力检测器；
所述控制器根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
本发明其中一个实施例中，
所述经验/半经验公式为：
其中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
本发明其中一个实施例中，还包括：
设置在燃烧室尾部烟囱的用于检测氨逃逸量的氨逃逸检测装置；
设置在燃烧室尾部烟囱用于喷水的喷水装置；以及
氨逃逸控制装置，当检测到氨逃逸量超标时，所述氨逃逸控制装置控制所述喷水装置喷水。
本发明其中一个实施例中，所述氨逃逸控制装置预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
本发明其中一个实施例中，还公开了一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效控制方法，包括：
获得可实现最大喷雾量，结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量；
获得SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率，结合脱硝效率与氮氧化物允许排放浓度的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到当前氮氧化物允许排放浓度；
获得各检测点的对应的检测参数；
根据经验/半经验公式、各检测参数以及当前氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度；
判断所述最佳燃烧室的出口温度是否在燃气轮机的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
本发明其中一个实施例中，所述获得可实现最大喷雾量具体包括：
测量喷雾前空气温度和喷雾前空气湿度；
测量喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度；
根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；
根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；
根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图等焓加湿的对应关系确定可实现最大喷雾量。
本发明其中一个实施例中，所述获得SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率：
测量SCR脱硝系统前的第一氮氧化物含量；
测量SCR脱硝系统后的第二氮氧化物含量；
根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率；
调节喷氨量得到脱硝效率与喷氨量的对应关系；
获得当前喷氨量，结合所述脱硝效率与喷氨量的对应关系确定可实现最大脱硝效率。
本发明其中一个实施例中，所述检测各检测点的对应检测参数包括：
检测燃料进口处的燃气流量；
检测燃料进口处的燃气成分；
检测空气进口处的空气流量；
检测空气进口处的空气成分；
检测燃烧室进口温度；以及
所述控制器根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
本发明其中一个实施例中，所述经验/半经验公式为：
其中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
本发明其中一个实施例中，还包括：
检测氨逃逸量；
当检测到氨逃逸量超标时，控制喷水装置喷水。
本发明其中一个实施例中，预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
本发明其中一个实施例中，判断所述最佳燃烧室的出口温度是未在燃气轮机的安全阈值内时，修订可实现最大喷雾量直至出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
从上述的技术方案可以看出，采用本发明中一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，首先通过喷雾冷却系统降低氮氧化物浓度，然后在此基础之上，通过调节SCR脱硝系统的脱硝效率，使得整个机组在满足氮氧化物排放要求的前提下，最大限度的提高发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统的原理图；
图2为本发明实施例所提供的又一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统的原理图；
图3为本发明实施例所提供的喷雾量与氮氧化物允许排放浓度的对应关系图；
图4为本发明实施例所提供的脱硝效率与喷氨量的对应关系图；
图5为本发明实施例所提供的最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系的对应关系图；
图6为本发明实施例所提供的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法的流程示意图；
图7为本发明实施例所提供的又一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法的流程示意图；
图8为本发明实施例所提供的又一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法的流程示意图；
图9为本发明实施例所提供的又一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法的流程示意图；
图中，100为控制器、200为燃气轮机、300为余热锅炉、400为喷雾冷却系统、500为参数检测器、600为SCR脱硝系统、501为空气温度检测器、502为空气湿度检测器、503为燃气流量检测器、504为燃气成分检测器、505为空气流量检测器、506为空气成分检测器、507为燃烧室进口温度检测器、508为燃烧室进口压力检测器、509为第一氮氧化物浓度采集器、510为第二氮氧化物浓度采集器、511为氮氧化物浓度检测装置、512为氨逃逸检测装置。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法，以在氮氧化物达标排放基础上，提高机组的发电效率。
此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
请参阅图1至图5，本发明中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，包括：
设置在各检测点的用于检测对应参数的参数检测器500；
向燃气轮机200入口空气进行喷雾的喷雾冷却系统400；
设置在余热锅炉300中SCR脱硝系统600；以及
控制器100，用于控制所述喷雾冷却系统400以可实现最大喷雾量向燃气轮机200入口空气进行喷雾；结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量；
获得所述SCR脱硝系统600的可实现最大脱硝效率，结合最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到最终氮氧化物允许排放浓度；
根据经验/半经验公式、各检测参数以及当前氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度；
判断所述最佳燃烧室出口温度是否在燃气轮机200的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大喷雾量为目标喷雾量，确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至出口温度在燃气轮机200的安全阈值内。
需要说明的是，本发明实施例中首先通过喷雾冷却系统400降低氮氧化物浓度，然后在此基础之上，通过调节SCR脱硝系统600的脱硝效率，使得整个机组在满足氮氧化物排放要求的前提下，最大限度的提高发电效率。
本发明实施例中的喷雾量根据测量喷雾冷却系统400喷雾前后的含湿量进行计算。当上述喷雾量经过计算得到时，本发明中实施例参数检测器500包括用于测量喷雾前空气温度和喷雾后空气温度的空气温度检测器501；以及用于测量喷雾前空气湿度和喷雾后空气湿度的空气湿度检测器502；所述控制器100根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图等焓加湿的对应关系确定可实现最大喷雾量。结在喷雾前含湿量和喷雾后含湿量确定的前提下，为最终确定喷雾冷却系统400加湿量最大潜力就是喷雾后含湿量与喷雾前含湿量的差值，再将该差值乘以喷雾前空气的实际质量流量，即得出该可实现最大喷雾量。
喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量大体上氮氧化物允许排放浓度随着喷雾冷却系统400的喷雾量提高而提高，喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低的程度称为喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量。请参阅图3，不同的喷雾比例对应有一个喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量。所谓喷雾比例为喷雾量占可最大喷雾量的比值。因此，当喷雾比例确定时，控制器100可以根据喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量。
该对应关系通过实施检测进行存储，具体的，该控制系统还包括氮氧化物浓度检测装置511设置在余热锅炉300尾部烟囱，用于实时监测余热锅炉300的氮氧化物允许排放浓度，喷雾冷却系统400通过改变喷雾量，获得该机组喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系。例如：假设喷雾冷却系统400在喷雾比例为1情况下(即100％投入)，喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量可达到10mg/m3，则为精确达到排放限制要求(50mg/m3)，燃机出口氮氧化物允许排放浓度可设置为60mg/m3。
本发明实施例中的脱硝效率根据测量SCR脱硝系统600之前和之后的氮氧化物的浓度进行计算，或者直接检测得到。脱硝效率与喷氨量存在一定关系，控制器100中预先存储有不同机组中脱硝效率与喷氨量的对应关系，类似请参阅图4，或者，控制器100通过调节喷氨量，以及计算或者测量得到的脱硝效率，实时存储脱硝效率与喷氨量的对应关系，并为后续动作中提供脱硝效率与喷氨量的对应关系。
当上述脱硝效率经过计算得到时，本发明中实施例参数检测器500还包括：用于测量SCR脱硝系统600前的第一氮氧化物含量的第一氮氧化物浓度采集器509；以及用于测量SCR脱硝系统600后的第二氮氧化物含量的第二氮氧化物浓度采集器510；所述控制器100根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率，并根据脱硝效率与喷氨量的对应关系控制所述SCR脱硝系统600动作。不同机组中脱硝效率与喷氨量的对应关系有所差异。根据脱硝效率与喷氨量的对应关系控制所述喷氨调节阀动作。此时，脱硝效率＝(第一氮氧化物浓度－第二氮氧化物浓度)/第一氮氧化物浓度，每一个脱硝效率对应有一个喷氨量。
请参阅图5，大体上氮氧化物允许排放浓度随着SCR脱硝系统600的脱硝效率提高而提高。不同的脱硝效率对应有一个氮氧化物允许排放浓度。因此，当脱硝效率确定时，控制器100可以根据脱硝效率与氮氧化物允许排放浓度的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到当前氮氧化物允许排放浓度。
最终的氮氧化物允许排放浓度由喷雾冷却系统和SCR脱硝系统共同决定，在本发明一个实施例中：
最终氮氧化物允许排放浓度＝氮氧化物排放限值/(1－脱硝效率)+喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量＝氮氧化物允许排放浓度限值/(1－脱硝效率)+(喷雾后氮氧化物允许排放浓度－喷雾前氮氧化物允许排放浓度)
其中，氮氧化物排放限值为余热锅炉尾部烟囱排放限值；最终氮氧化物允许排放浓度为燃气轮机氮氧化物允许排放浓度；喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量为喷雾后燃气轮机氮氧化物允许排放浓度降低量；喷雾后氮氧化物允许排放浓度为喷雾后燃气轮机氮氧化物允许排放浓度；喷雾前氮氧化物允许排放浓度为喷雾前燃气轮机氮氧化物允许排放浓度。
当然上述脱硝效率与喷氨量的对应关系仅仅是一种方式，因机组不同而发生变化，本发明还可以为其他实施方式。
例如：在达到烟囱出口氮氧化物排放限值30mg/m3基础上，根据图8可知，SCR脱硝系统600中脱硝效率越高，燃气轮机200出口的氮氧化物浓度允许排放浓度也越高，在此基础上，可实现最大脱硝效率所对应的：
最终氮氧化物允许排放浓度＝30mg/m3/(1－60％)+10mg/m3＝85mg/m3
当脱硝效率为60％时，燃气轮机200出口的最终氮氧化物允许排放浓度可达85mg/m3。
经验/半经验公式是根据不同的机组得到，请参照表1：
表1为经验/半经验公式汇总表
其中，
Vc为燃烧区体积，单位为m3；
Pin为燃烧室进口压力，单位见表1；
Min为燃烧室空气质量流量，单位kg/s；
Tin为燃烧室进口温度，单位见表1；
T4为燃烧室出口温度，单位见表1；
Tst为化学当量比为1时的火焰温度，单位K；
TPZ为主燃区温度，单位K；
HumFact为湿度因子，取值取决于高度，海平面取值0.0063；
τ1为NOX形成时间，单位ms(推荐取值不超过2ms)；
τ为燃气主燃区停留时间，单位ms；
τev为燃料蒸发所需时间，单位ms；
f为燃空比；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
由此可见，当氮氧化物允许排放浓度、检测参数确定时，选取合适的经验/半经验公式，即可得到燃烧室出口温度。
当选取，经验/半经验公式：
或者：
式中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
本发明实施例中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统中的所述参数检测器500还包括：用于检测燃料进口处的燃气流量的燃气流量检测器503；用于检测燃料进口处的燃气成分的燃气成分检测器504；用于检测空气进口处的空气流量的空气流量检测器505；用于检测空气进口处的空气成分的空气成分检测器506；用于检测燃烧室进口温度的燃烧室进口温度检测器507；以及用于检测燃烧室进口压力的燃烧室进口压力检测器508；
所述控制器100根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
由于燃气轮机200对于振动、冷却等因素对存在安全要求，因此，当有燃烧室出口温度输入至燃气轮机200控制系统中，燃气轮机200的控制系统会根据其内部预设的程序判断该燃烧室出口温度是否在安全阈值内，若在安全阈值内，燃气轮机200不报警，若未在安全阈值内，燃气轮机200报警。
进一步的，由于喷氨量增加过程中，存在氨逃逸，为了避免氨逃逸，本发明实施例中一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统还包括：
设置在余热锅炉300尾部烟囱的用于检测氨逃逸量的氨逃逸检测装置512；
设置在余热锅炉300尾部烟囱用于喷水的喷水装置；以及
氨逃逸控制装置，当检测到氨逃逸量超标时，控制喷水装置喷水。
当氨逃逸检测装置512检测到氨逃逸时，氨逃逸控制装置控制喷水装置喷水。进一步的，由于水对于氨气的吸收存在一定关系，因此，所述氨逃逸控制装置预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
请参阅图6，本发明实施例中公开了一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，包括：
步骤S10、获得可实现最大喷雾量，结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量。
本发明实施例中的喷雾量根据测量喷雾冷却系统400喷雾前后的含湿量进行计算，或者直接检测得到。当上述喷雾量经过计算得到时，本发明中实施例包括步骤：测量喷雾前空气温度和喷雾前空气湿度；测量喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度；根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图的对应关系确定可实现最大喷雾量。结在喷雾前含湿量和喷雾后含湿量确定的前提下，为最终确定喷雾冷却系统400加湿量最大潜力就是喷雾后含湿量与喷雾前含湿量的差值，再将该差值乘以喷雾前空气的实际质量流量，即得出该可实现最大喷雾量。
大体上氮氧化物允许排放浓度随着喷雾冷却系统400的喷雾量提高而提高。请参阅图3，不同的喷雾量对应有一个氮氧化物允许排放浓度。因此，当喷雾量确定时，控制器100可以根据喷雾量与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量。
该对应关系通过实施检测进行存储，具体的，该控制系统还包括氮氧化物浓度检测装置600设置在燃烧室烟囱尾部，用于实时监测燃烧室的氮氧化物允许排放浓度，喷雾冷却系统400通过不改变喷雾量，获得该机组喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系。例如：假设喷雾冷却系统400在喷雾量情况下(即100％投入)，氮氧化物允许排放浓度的降低值，即喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量可达到10mg/m3，则为精确达标排放(50mg/m3)，燃机出口氮氧化物允许排放浓度可设置为60mg/m3。
步骤S20、获得SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率，结合最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到最终氮氧化物允许排放浓度。
本发明实施例中的脱硝效率根据测量SCR脱硝系统之前和之后的氮氧化物的浓度进行计算，或者直接检测得到。脱硝效率与喷氨量存在一定关系，控制器中预先存储有不同机组中脱硝效率与喷氨量的对应关系，类似请参阅图4，或者，控制器通过调节喷氨量，以及计算或者测量得到的脱硝效率，实时存储脱硝效率与喷氨量的对应关系，并为后续动作中提供脱硝效率与喷氨量的对应关系。
当上述脱硝效率经过计算得到时，本发明中实施例步骤包括：测量SCR脱硝系统前的第一氮氧化物含量；测量SCR脱硝系统后的第二氮氧化物含量；根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率；得到当前的喷氨量；根据脱硝效率与喷氨量得到脱硝效率与喷氨量的对应关系。不同机组中脱硝效率与喷氨量的对应关系有所差异。此时，脱硝效率＝(第一氮氧化物浓度－第二氮氧化物浓度)/第一氮氧化物浓度，每一个脱硝效率对应有一个喷氨量。
请参阅图5，大体上氮氧化物允许排放浓度随着SCR脱硝系统600的脱硝效率提高而提高。不同的脱硝效率对应有一个氮氧化物允许排放浓度。因此，当脱硝效率确定时，控制器100可以根据脱硝效率与氮氧化物允许排放浓度的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到当前氮氧化物允许排放浓度。
最终的氮氧化物允许排放浓度由喷雾冷却系统和SCR脱硝系统共同决定，在本发明一个实施例中：
最终氮氧化物允许排放浓度＝氮氧化物排放限值/(1－脱硝效率)+喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量＝氮氧化物允许排放浓度限值/(1－脱硝效率)+(喷雾后氮氧化物允许排放浓度－喷雾前氮氧化物允许排放浓度)
其中，氮氧化物排放限值为余热锅炉尾部烟囱排放极限；最终氮氧化物允许排放浓度为燃气轮机氮氧化物允许排放浓度；喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量为喷雾后燃气轮机氮氧化物允许排放浓度降低量；喷雾后氮氧化物允许排放浓度为喷雾后燃气轮机氮氧化物允许排放浓度；喷雾前氮氧化物允许排放浓度为喷雾前燃气轮机氮氧化物允许排放浓度。
当然上述脱硝效率与喷氨量的对应关系仅仅是一种方式，因机组不同而发生变化，本发明还可以为其他实施方式。
例如：在达到烟囱出口氮氧化物排放限值30mg/m3基础上，根据图8可知，SCR脱硝系统600中脱硝效率越高，燃气轮机200出口的氮氧化物浓度允许排放浓度也越高，在此基础上，可实现最大脱硝效率所对应的：
喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量步骤S30、获得各检测点的对应的检测参数。检测参数燃烧区体积Vc、燃烧室进口压力Pin、燃烧室空气质量流量Min、燃烧室进口温度Tin、燃烧室出口温度T4、化学当量比1时的火焰温度Tst、主燃区温度TPZ、湿度因子HumFact、NOX形成时间τ1、燃气主燃区停留时间τ、燃料蒸发所需时间τev、燃空比f、氮氧化物允许排放浓度燃气的相对分子质量Mgas、NOX的相对分子质量MNO、理论空气量L0和燃烧室的过量空气系数a中的一个或几个。
由此可见，当氮氧化物允许排放浓度、检测参数确定时，选取合适的经验/半经验公式，即可得到燃烧室出口温度。当选取经验/半经验公式：
或者：
式中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
本发明实施例中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统中的所述参数检测器包括：用于检测燃料进口处的燃气流量的燃气流量检测器；用于检测燃料进口处的燃气成分的燃气成分检测器；用于检测空气进口处的空气流量的空气流量检测器；用于检测空气进口处的空气成分的空气成分检测器；用于检测燃烧室进口温度的燃烧室进口温度检测器；以及用于检测燃烧室进口压力的燃烧室进口压力检测器；
所述控制器根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
步骤S40、根据经验/半经验公式、各检测参数以及最终氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度。经验/半经验公式是根据不同的机组得到，请参照表2：
表2为经验/半经验公式汇总表
其中，Vc为燃烧区体积，单位为m3；
Pin为燃烧室进口压力，单位见表2；
Min为燃烧室空气质量流量，单位kg/s；
Tin为燃烧室进口温度，单位见表2；
T4为燃烧室出口温度，单位见表2；
Tst为化学当量比为1时的火焰温度，单位K；
TPZ为主燃区温度，单位K；
HumFact为湿度因子，取值取决于高度，海平面取值0.0063；
τ1为NOX形成时间，单位ms(推荐取值不超过2ms)；
τ为燃气主燃区停留时间，单位ms；
τev为燃料蒸发所需时间，单位ms；
f为燃空比；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
步骤S50、判断所述最佳燃烧室出口温度是否在燃气轮机的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大喷雾量为目标喷雾量，确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至燃烧室出口温度在燃气轮机的安全阈值内。由于燃气轮机对于振动、冷却等因素对存在安全要求，因此，当有燃烧室出口温度输入至燃气轮机控制系统中，燃气轮机的控制系统会根据其内部预设的程序判断该燃烧室出口温度是否在安全阈值内，若在安全阈值内，燃气轮机不报警，若未在安全阈值内，燃气轮机报警。
进一步的，请参阅图7，由于喷氨量增加过程中，存在氨逃逸，为了避免氨逃逸，本发明实施例中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法还包括：
步骤S60、检测氨逃逸量；
步骤S70、当检测到氨逃逸量超标时，控制喷水装置喷水。
为了进一步达到节能减排的需求，请参阅图8，本发明实施例中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法还包括：
步骤S80、预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
为了进一步完善上述方案，请参阅图9，还包括：
步骤S90：判断所述最佳燃烧室的出口温度是未在燃气轮机的安全阈值内时，修订可实现最大喷雾量直至出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
综上所述，采用本发明中的一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统和控制方法通过对脱硝系统效率提升、烟囱内部氨逃逸水平控制、燃机燃烧温度调整，可实现燃气蒸汽联合循环机组在达到氮氧化物和氨逃逸排放达标的基础上，在燃烧室烟囱尾部处同时实现一氧化物的监测，燃烧室出口温度的提高，将有助于一氧化碳排放浓度的降低，最终实现本发明基于大气污染物达标排放的加装有SCR脱硝系统的联合循环机组发电效率的提升。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (15)
1.一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，包括：
设置在各检测点的用于检测对应参数的参数检测器；
向燃气轮机入口空气进行喷雾的喷雾冷却系统；
设置在余热锅炉中的SCR脱硝系统；以及
控制器，用于控制所述喷雾冷却系统以可实现最大喷雾量向燃气轮机入口空气进行喷雾；结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量；
获得所述SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率，结合最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到最终氮氧化物允许排放浓度；
根据经验/半经验公式、各检测参数以及最终氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度；
判断所述最佳燃烧室出口温度是否在燃气轮机的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大喷雾量为目标喷雾量，确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至燃烧室出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
2.如权利要求1所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，所述参数检测器包括：
用于测量喷雾前空气温度和喷雾后空气温度的空气温度检测器；以及
用于测量喷雾前空气湿度和喷雾后空气湿度的空气湿度检测器；
所述控制器根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图等焓加湿的对应关系确定可实现最大喷雾量。
3.如权利要求2所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，所述参数检测器还包括：
用于测量SCR脱硝系统前的第一氮氧化物含量的第一氮氧化物浓度采集器；以及
用于测量SCR脱硝系统后的第二氮氧化物含量的第二氮氧化物浓度采集器；
所述控制器根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率，并根据脱硝效率与喷氨量的对应关系控制所述SCR脱硝系统动作。
4.如权利要求3所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，所述参数检测器还包括：
用于检测燃料进口处的燃气流量的燃气流量检测器；
用于检测燃料进口处的燃气成分的燃气成分检测器
用于检测空气进口处的空气流量的空气流量检测器；
用于检测空气进口处的空气成分的空气成分检测器；
用于检测燃烧室进口温度的燃烧室进口温度检测器；以及
用于检测燃烧室进口压力的燃烧室进口压力检测器；
所述控制器根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
5.如权利要求4所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，
所述经验/半经验公式为：
其中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
6.如权利要求5所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，还包括：
设置在余热锅炉尾部烟囱用于检测氨逃逸量的氨逃逸检测装置；
设置在余热锅炉尾部烟囱用于喷水的喷水装置；以及
氨逃逸控制装置，当检测到氨逃逸量超标时，所述氨逃逸控制装置控制所述喷水装置喷水。
7.如权利要求6所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制系统，其特征在于，所述氨逃逸控制装置预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
8.一种基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，包括：
获得可实现最大喷雾量，结合喷雾比例与氮氧化物允许排放浓度的对应关系得到喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量；
获得SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率，结合最大脱硝效率与氮氧化物排放限值的对应关系的对应关系以及所述喷雾后氮氧化物允许排放浓度降低量得到最终氮氧化物允许排放浓度；
获得各检测点的对应的检测参数；
根据经验/半经验公式、各检测参数以及最终氮氧化物允许排放浓度确定最佳燃烧室出口温度；
判断所述最佳燃烧室的出口温度是否在燃气轮机的安全阈值内，若在安全阈值内则确定所述可实现最大喷雾量为目标喷雾量，确定所述可实现最大脱硝效率为目标脱硝效率，燃气轮机执行该最佳燃烧室出口温度；否则，修订可实现最大脱硝效率直至出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
9.如权利要求8所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，所述获得可实现最大喷雾量具体包括：
测量喷雾前空气温度和喷雾前空气湿度；
测量喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度；
根据所述喷雾前空气温度和所述喷雾前空气湿度得到喷雾前含湿量；
根据所述喷雾后空气温度和喷雾后空气湿度得到喷雾后含湿量；
根据喷雾前含湿量、喷雾后含湿量以及焓湿图等焓加湿的对应关系确定可实现最大喷雾量。
10.如权利要求9所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，所述获得SCR脱硝系统的可实现最大脱硝效率：
测量SCR脱硝系统前的第一氮氧化物含量；
测量SCR脱硝系统后的第二氮氧化物含量；
根据所述第一氮氧化物浓度和第二氮氧化物浓度得到脱硝效率；
调节喷氨量得到脱硝效率与喷氨量的对应关系；
获得当前喷氨量，结合所述脱硝效率与喷氨量的对应关系确定可实现最大脱硝效率。
11.如权利要求10所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，所述检测各检测点的对应检测参数包括：
检测燃料进口处的燃气流量；
检测燃料进口处的燃气成分；
检测空气进口处的空气流量；
检测空气进口处的空气成分；
检测燃烧室进口温度；以及
检测燃烧室进口压力；
所述控制器根据所述燃气成分得到燃气相对分子质量，根据所述燃气流量与燃料成分得到理论空气量，根据所述空气流量和成分检测值以及理论空气量得到燃烧室的过量空气系数。
12.如权利要求11所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，所述经验/半经验公式为：
其中：EINOX单位为g/kg；
为氮氧化物允许排放浓度，单位为mg/m3；
Mgas为燃气的相对分子质量；
MNO为NOX的相对分子质量；
L0为理论空气量，单位为kg/s；
a为燃烧室的过量空气系数；
Pin为燃烧室进口压力，单位为psia；
Tin为燃烧室进口温度，单位为勒氏温标R；
T4为燃烧室出口温度，单位为勒氏温标R。
13.如权利要求12所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，还包括：
检测氨逃逸量；
当检测到氨逃逸量超标时，控制喷水装置喷水。
14.如权利要求13所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，预先存储有氨逃逸量与喷水量的对应关系，并根据所述氨逃逸量与喷水量的对应关系调节所述喷水装置的喷水量。
15.如权利要求8至14中任一项所述的基于SCR和喷雾的燃气机组提效的控制方法，其特征在于，判断所述最佳燃烧室的出口温度是未在燃气轮机的安全阈值内时，修订可实现最大喷雾量直至出口温度在燃气轮机的安全阈值内。
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| GR01 | Patent grant | ||
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