CN110967455B - 一种利用气体测量、控制系统及在脱硝烟气检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体测量控制系统，包括：取样探头、取样分配单元、分析单元、控制中心。其中，取样探头分别设置在气体通道出口的截面各分区，各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口；取样分配单元将各分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，一路接入混合装置；混合样气经混合装置充分混合后连续进入混测分析仪，各分区样气经巡测取样组按巡测规则按序进入巡测分析仪，通过调整管路长度、混合样气流量、巡测样气流量等具体参数，保证分区巡测与混合测量的同步性；控制中心包含控制器和大数据‑人工智能控制模块，其中，取样探头、取样分配单元、分析单元等控制接入控制器，大数据‑人工智能控制模块将混合测量值作为“同步基准值”评估各分区巡测值，完成分区优化控制，并以混合测量值为控制目标完成总量优化控制。
Description
技术领域
本发明是关于脱硝环保技术领域，特别是关于一种利用气体测量、控制系统及在脱硝烟气检测中的应用。
背景技术
火电厂实施脱硝环保已10余年，随着脱硝效率的进一步提高，受脱硝系统SCR入口、出口NOX浓度场分布不均匀影响，脱硝SCR出口NOX单点取样方式无法抽取到代表性的样气，不能反应整个断面NOX浓度值，代表性差，同时无法监测到污染物浓度分布不均匀的变化，从而引起脱硝喷氨过量的问题，导致一些电厂因喷氨过量引起脱硝催化剂寿命缩短、空预器阻力升高、电除尘器极线肥大、引/送风机电耗增加、脱硫浆液失效、机组提升负荷困难等一系列问题。
目前亟需能连续监测脱硝SCR出口截面均匀混合烟气，又能同步智能巡测SCR出口分区的取样测量技术，结合喷氨总量优化、分区巡测优化大数据-人工智能控制技术来提高喷氨及时响应性、精准性，以解决电厂最为关心的脱硝SCR出口NOX浓度场不均匀、单点测量代表性差、控制调节滞后、自动投入品质差等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种气体测量控制系统及其在脱硝烟气检测中的应用。
本发明的气体测量控制系统包括：1-取样探头、2-取样分配单元(21-分配接口、22-混合装置、23-分区巡测组)、3-分析单元(31-混测分析仪、32-巡测分析仪)；4-控制中心(41控制器、42-大数据-人工智能控制模块)。其中，取样探头分别设置在气体通道出口的截面各分区，各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口；取样分配单元将各分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，一路接入混合装置；混合样气经混合装置充分混合后连续进入混测分析仪，各分区样气经巡测取样组按巡测规则按序进入巡测分析仪，通过调整管路长度、混合样气流量、巡测样气流量等具体参数，保证分区巡测与混合测量的同步性；控制中心包含控制器和大数据-人工智能控制模块，其中，取样探头、取样分配单元、分析单元等控制接入控制器，大数据-人工智能控制模块将混合测量值作为“同步基准值”评估各分区巡测值，完成分区优化控制，并以混合测量值为控制目标完成总量优化控制。
其中，气体测量、控制系统还包括带有快速旁路装置的多杆式稀释探头，可使样气从通道截面至探头端的传输时间由120秒缩短至15秒。各分区取样探头至取样分配单元接口处的样气传输管线长度一致，流经各分区取样探头的样气量一致，保证各分区样气能连续、等量、同时序的传输至配单元接口。
取样分配单元将每个分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，各分区样气按巡测规则等量分时进入巡测分析仪，单分区巡测周期≯50秒；一路接入混合装置，各分区样气连续等量进入混合装置，充分混合后进入混测分析仪，样气经混合装置的传输时间<5秒。
根据混合样气量、分区巡测样气量计算确定取样分配单元接口至混测分析仪、巡测分析仪之间的管路长度，保证进入混测分析仪、巡测分析仪为同一时刻下烟道样气，保证“分区巡测”与“均匀混合”两种取样测量的同步性。
控制中心包含控制器和大数据-人工智能控制模块，其中，取样探头、取样分配单元、分析单元等控制接入控制器，大数据-人工智能控制模块将混合测量值作为“同步基准值”评估各分区巡测值，完成分区优化控制，并以混合测量值为控制目标完成总量优化控制。
与现有技术相比，本发明的气体测量控制系统具有如下突出的技术效果：
(1)本发明提供的气体测量、控制系统，实现“连续均匀混合取样”，用于脱硝烟气检测中，使脱硝出口与总排口NOX数据偏差由+15mg/Nm3缩小到±5mg/Nm3以内，同单独巡测技术单点测量相比，数据代表性更强。
(2)本发明提供的气体测量、控制系统，实现“连续均匀混合取样”，将脱硝出口混合测量NOX值作为目标值用于总量控制，同单独巡测技术用总排口NOX值调整喷氨的控制策略相比，控制响应时间提前了3分钟，9:59:32脱硝出口混合NOX测量峰值，10:02:29总排口NOX测量峰值。
(3)本发明提供的气体测量、控制系统，实现“分区巡测与连续混测同步取样测量”，混合测量值作为“同步基准值”实时评估各分区巡测值偏差，用于分区优化控制，同单独巡测技术，在所有分区巡测后，再根据各分区值计算截面平均值，评估各分区巡测值偏差的调整相比，能及时掌握脱硝出口NOX浓度分布特征，分区调整效率更高，调节效果更好，以40mg/Nm3为排放基准值，分区偏差不等率可以很好控制在20％以内。
(4)本发明提供的气体测量、控制系统，实现“分区巡测与连续混测同步取样测量”，分区混合测量值作为“同步基准值”实时评估各分区巡测值偏差，用于分区优化控制，将分区偏差不等率可以控制在20％以内，同只有混测技术相比较，避免了局部喷氨过量问题，减少了氨逃逸的危害。根据在线运行数据，某电厂#1机脱硝采用“分区巡测与连续混测同步取样测量”技术后，实时喷氨量比原单点测量(无分区巡测、无混测)技术氨耗量降低约17.3％，比仅连续混测技术氨耗量降低约12.2％。
(5)本发明提供的气体测量、控制系统，实现各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口，极大的缩短了分区取样管的样气置换和样气传输时间，提高了巡测效率，在保证分析仪T90响应标准基础上，单分区巡测周期≯50秒。
(6)大数据-人工智能控制模块以混合测量值为控制目标完成总量优化控制，控制效果如下：基于分区巡测与连续混测同步取样测量技术的大数据-人工智能总量控制投入后，变工况时，脱硝系统喷氨调节稳定，总排口NOX排放波动由±15mg/Nm3降低至±5mg/Nm3以内，收敛效果明显。
附图说明
图1是根据本发明具体实施方式的气体测量控制系统示意图。其中：1-取样探头、2-取样分配单元、21-分配接口、22-混合装置、23-分区巡测组、3-分析单元、31-混测分析仪、32-巡测分析仪、4-控制中心、41控制器、42-大数据-人工智能控制模块；
图2是单独巡测技术单点测量SCR出口与总排口NOX数据偏差图；
图3是连续均匀混合取样SCR出口与总排口NOX数据偏差图；
图4是连续均匀混合取样SCR出口、总排口NOX值时序图；
图5是单点取样测量总量控制效果图；
图6是基于分区巡测与连续混测同步取样测量大数据-总量控制效果图；
图7是各种取样测量技术氨耗降低对比图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，一种气体测量控制系统，包括：1-取样探头、2-取样分配单元(21-分配接口、22-混合装置、23-分区巡测组)、3-分析单元(31-混测分析仪、32-巡测分析仪)；4-控制中心(41控制器、42-大数据-人工智能控制模块)。
本发明在脱硝出口设置多个取样分区，如图1中所示的分区A1、分区A2、……、分区A5，分区B1、分区B2、……、分区B5，并根据烟道面积，每个分区设置1～3个污染物取样点，形成矩阵式取样。各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口；取样分配单元将各分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，一路接入混合装置；混合样气经混合装置充分混合后连续进入混测分析仪，各分区样气经巡测取样组按巡测规则按序进入巡测分析仪，通过调整管路长度、混合样气流量、巡测样气流量等具体参数，保证分区巡测与混合测量的同步性；控制中心包含控制器和大数据-人工智能控制模块，其中，取样探头、取样分配单元、分析单元等控制接入控制器，大数据-人工智能控制模块将混合测量值作为“同步基准值”评估各分区巡测值，完成分区优化控制，并以混合测量值为控制目标完成总量优化控制。在本发明的一实施方式中，控制器与大数据-人工智能控制模块之间数据传输采用总线通讯方式。
将气体测量、控制系统用于脱硝烟气检测中，使脱硝出口与总排口NOX数据偏差由+15mg/Nm3缩小到±5mg/Nm3以内，同单独巡测技术单点测量相比，数据代表性更强，如图2-3和表1-3所示。将脱硝出口混合测量NOX值作为目标值用于总量控制，同单独巡测技术用总排口NOX值调整喷氨的控制策略相比，控制响应时间提前了3分钟，9:59:32脱硝出口混合NOX测量峰值，10:02:29总排口NOX测量峰值，如图4和表1-3所示。与单独巡测技术，在所有分区巡测后，再根据各分区值计算截面平均值，评估各分区巡测值偏差的调整相比，能及时掌握脱硝出口NOX浓度分布特征，分区调整效率更高，调节效果更好，以40mg/Nm3为排放基准值，分区偏差不等率可以很好控制在20％以内。实现“分区巡测与连续混测同步取样测量”，分区混合测量值作为“同步基准值”实时评估各分区巡测值偏差，用于分区优化控制，将分区偏差不等率可以控制在20％以内，同只有混测技术相比较，避免了局部喷氨过量问题，减少了氨逃逸的危害。根据在线运行数据，某电厂#1机脱硝采用“分区巡测与连续混测同步取样测量”技术后，实时喷氨量比原单点测量(无分区巡测、无混测)技术氨耗量降低约17.3％，比仅连续混测技术氨耗量降低约12.2％。实现各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口，极大的缩短了分区取样管的样气置换和样气传输时间，提高了巡测效率，在保证分析仪T90响应标准基础上，单分区巡测周期≯50秒。大数据-人工智能控制模块以混合测量值为控制目标完成总量优化控制，变工况时，脱硝系统喷氨调节稳定，总排口NOX排放波动由±15mg/Nm3降低至±5mg/Nm3以内，收敛效果明显，如图5-7和表1-3所示。
表1“分区巡测与连续混测同步取样测量”脱硝出口NOX浓度场分布数据表
表2“分区巡测与连续混测同步取样测量”脱硝出口NOX浓度场分布数据表
表3基于分区巡测与连续混测同步取样测量技术总排口NOX浓度波动区间时间百分比
Claims (4)
1.一种气体测量控制系统，其特征在于：包括：取样探头（1）、取样分配单元（2）、分析单元（3）；控制中心（4）；其中，取样探头分别设置在气体通道出口的截面各分区，各分区样气经取样探头连续等量、同时序到达取样分配单元接口；取样分配单元将各分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，一路接入混合装置；混合样气经混合装置充分混合后连续进入混测分析仪，各分区样气经巡测取样组按巡测规则按序进入巡测分析仪；控制中心将混合测量值作为“同步基准值”评估各分区巡测值，完成分区优化控制，并以混合测量值为控制目标完成总量优化控制，各分区取样探头至取样分配单元接口处的样气传输管线长度一致，流经各分区取样探头的样气量一致，保证各分区样气能连续、等量、同时序的传输至取样分配单元接口，取样分配单元将每个分区样气分配为两路，一路接入分区巡测取样组，各分区样气按巡测规则等量分时进入巡测分析仪，单分区巡测周期≯40秒；一路接入混合装置，各分区样气连续等量进入混合装置，充分混合后进入混测分析仪，样气经混合装置的传输时间<5秒，根据混合样气量、分区巡测样气量计算确定取样分配单元接口至混测分析仪、巡测分析仪之间的管路长度，保证进入混测分析仪、巡测分析仪为同一时刻下烟道样气，保证“分区巡测”与“均匀混合”两种取样测量的同步性，所述控制中心，实现“分区巡测与连续混测同步取样测量”，混合测量值作为“同步基准值”实时评估各分区巡测值偏差，用于分区优化控制，同单独巡测技术，在所有分区巡测后，再根据各分区值计算截面平均值，评估各分区巡测值偏差的调整相比，能及时掌握脱硝出口NOX浓度分布特征，分区调整效率更高，调节效果更好，以40mg/Nm3为排放基准值，分区偏差不等率能够很好控制在20％以内，所述控制中心，实现“分区巡测与连续混测同步取样测量”，分区混合测量值作为“同步基准值”实时评估各分区巡测值偏差，用于分区优化控制，将分区偏差不等率可以控制在20％以内。
2.如权利要求1所述的气体测量控制系统，取样分配单元（2）包括分配接口（21）、混合装置（22）和分区巡测组（23），分析单元（3）包括混测分析仪（31）和巡测分析仪（32），控制中心（4）包括控制器（41）、大数据-人工智能控制模块（42），其中，取样探头、取样分配单元接入控制器。
3.如权利要求1或2所述的气体测量控制系统，其特征在于：所述取样探头为带有快速旁路装置的多杆式稀释探头，使样气从通道截面至探头端的传输时间由120秒缩短至15秒。
4.权利要求2所述的气体测量控制系统，其特征在于：控制器与大数据-人工智能控制模块之间数据传输采用总线通讯方式。
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