CN111026017A - 垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统 - Google Patents

垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统，所控制设备包括NOx傅里叶变换红外分析仪、NH3激光光谱分析仪、药剂储存设备、药剂输送设备、药剂喷射设备、系统控制单元。在锅炉侧设置SNCR设备、在袋式除尘器后设置SCR设备，SNCR设备将雾化后的氨水喷入锅炉炉膛，SNCR脱硝反应后多余的氨气进入SCR系统后参与催化脱硝反应，SCR系统需通过闭环控制调节补充氨水，达到尾气排放的NOx浓度要求以及氨逃逸的浓度要求。SNCR设备引入焚烧工况前馈的控制方式，配合SCR入口处设置的NOx傅里叶变换红外分析仪计算出所需的氨水喷入量，避免造成大量氨逃逸进入SCR反应器。

Description

垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于垃圾焚烧厂尾气脱硝超低排放的智能连锁控制系统。
背景技术
垃圾焚烧能够最大限度地实现垃圾的减量化、无害化、资源化，但焚烧垃圾所产生的烟气中含有大量对环境有害的物质，其中氮氧化物的排放是环保监测的重要指标，随着国内垃圾焚烧电厂的大量兴建，同时受限于环保NOx排放总量的要求，NOx的排放浓度要求普遍提高到了100mg/Nm3以下，仅使用SNCR工艺作为脱硝的唯一手段已无法满足NOx的排放要求，而仅使用SCR工艺作为脱硝的手段，虽能够满足NOx的排放要求，但投资及运行成本过高，无法在垃圾焚烧电厂推广。
SNCR工艺脱硝受限于锅炉炉膛温度不稳定，焚烧NOx原始值波动大等因素，导致氨逃逸难以控制在10mg/Nm3以下，SNCR后端增设SCR系统后，SNCR系统的氨逃逸可被SCR系统催化剂吸收并用于催化脱硝反应，而SCR由于反应器内温度稳定且烟气流场分布均匀，经过闭环控制调节喷氨量后能够实现最终氨逃逸稳定低于10mg/Nm3。
SCR工艺虽然能够利用来自SNCR的氨逃逸，但是过多的氨逃逸进入SCR系统后，超出SCR喷氨的调节范围后，SCR系统内的将生成硫酸氢铵，最终导致催化剂失活。本发明引入前馈的SNCR控制方式，通过焚烧系统运行中的多个参数共同预测锅炉NOx的原始值，避免过量喷氨导致的氨逃逸过大的问题。
SNCR和SCR的双工艺脱硝可保证脱硝效率，同时兼顾投资运行费用，但须解决SNCR和SCR系统同时运行的情况下，由于锅炉负荷及垃圾性质等原因导致经SNCR脱硝后的烟气已满足排放要求而导致的SCR频繁启动停止的问题。
发明内容
本发明的目的是为了在目前垃圾焚烧烟气排放指标越来越严格的情况下，进一步优化脱硝系统的配置和相关控制，将SNCR脱硝效率由30～50％提高至70～80％，将氨逃逸稳定的维持在10mg/Nm3以下。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统，所控制设备包括NOx傅里叶变换红外分析仪、NH3激光光谱分析仪、药剂储存设备、药剂输送设备、药剂喷射设备、系统控制单元；药剂储存设备由药剂储罐、药剂加注泵及相关仪表、阀门组成，用于储存SNCR和SCR系统所需的药剂，药剂为氨水或尿素。药剂输送设备由输送泵、流量计、调节阀等设备组成，用于输送SNCR和SCR系统所需的药剂以及稀释水，该设备接收系统控制箱的信号来调节药剂的输送量。药剂喷射设备由雾化喷枪、压缩空气管路、还原剂管路及配套的阀门组成，用于将药剂进行雾化后喷入锅炉和SCR反应器进行脱硝。系统控制单元由PLC控制柜、MCC配电柜、就地控制箱组成，，接收NOx傅里叶变换红外分析仪和NH3激光光谱分析仪给出的NOx及NH3浓度信号，利用闭环自动控制方式调节氨水流量，保证NOx的排放浓度满足环保要求。
本发明还提出了双工艺脱硝系统使用SNCR前馈控制和SCR闭环控制的连锁控制方法，针对SNCR和SCR系统的控制方法如下：
SNCR系统控制方法：通过大数据分析得出适用于特定某垃圾焚烧厂的原始NOx预测公式，使用该前馈公式计算烟气排放的NOx降至200mg/Nm3所需的喷氨量，NOx预测公式所需的两个参数分别为烟气中的氧含量、烟气温度，公式系数(a、b、c)根据不同项目长期试验后确定，公式拟定为CNOx＝axCO2+bxT–c。预测公式为CNOx＝a*CO2+b*T–c；其中CNox：锅炉第一烟道烟气中Nox的质量浓度，是目标预测值；CO2：锅炉第一烟道烟气中的氧气的质量浓度；T:锅炉第一烟道的烟气停留2S温度；a:氧浓度系数；是根据项目试验确定；b:温度系数，根据项目试验确定；c:修正值。
SNCR系统逻辑控制包含以下步骤：
步骤C1：选择SNCR启动模式，点击“手动模式”或“自动模式”按钮。选择“手动模式”则后续操作需单个设备手动完成，没有连锁控制逻辑。选择“自动模式”则系统开始一键启动程序，自行开启相应设备并进行逻辑判断。
步骤C2：点击“自动模式”按钮后，系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号。
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断。若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断。
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵。系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure BDA0002314299240000021
Figure BDA0002314299240000022
Figure BDA0002314299240000031
其中C当量比根据项目要求的脱硝率进行设定。
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量无限接近计算所得的喷氨量为止。
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≥200mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则进行“开启/关闭部分喷枪”的操作(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”。
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＜200mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则系统不进行调整(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”。
SCR系统逻辑控制包含以下步骤：
步骤C1：选择SCR启动模式，点击“手动模式”或“自动模式”按钮。选择“手动模式”则后续操作需单个设备手动完成，没有连锁控制逻辑。选择“自动模式”则系统开始一键启动程序，自行开启相应设备并进行逻辑判断。
步骤C2：点击“自动模式”按钮后，系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号。
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断。若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断。
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵。系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure BDA0002314299240000032
Figure BDA0002314299240000033
Figure BDA0002314299240000034
其中C当量比根据项目要求的脱硝率进行设定。
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量无限接近计算所得的喷氨量为止。
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≤100mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”。若不成立(N判断)，则系统不做调整。
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＞100mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”。若不成立(N判断)，则系统提示更换催化剂。
本发明的有益效果：
本发明同时使用SNCR及SCR脱硝工艺用于净化垃圾焚烧厂的锅炉烟气，连锁控制双工艺确保NOx的超低排放。通过烟气在线监测仪测量反馈及自动化前馈控制保证尾气排放同时满足NOx及NH3的浓度要求；动态连锁SNCR及SCR的喷氨量，保证SCR入口的氨氮比和出口的氨逃逸满足环保要求。实现NOx超低排放、减少氨逃逸、延长催化剂寿命。具体来说：
1、将垃圾焚烧厂的脱硝效率由30～50％提高至70～80％；
2、保证氨逃逸在10mg/Nm3以下；
3、延长催化剂寿命至3年；
4、实现脱硝系统的高度自动化。
附图说明
图1、垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺自动化联合脱硝(SNCR+SCR)系统图；
图2和图3是双工艺自动化联合脱硝(SNCR+SCR)控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容做进一步的说明：
如图1所示为双工艺自动化联合脱硝(SNCR+SCR)系统图，一般与其他尾气净化工艺配合，具体配置为：1、SNCR系统；2、半干法脱酸系统；3、活性炭喷射系统；4、消石灰喷射系统；5、袋式除尘器系统；6、SCR系统；7、引风机系统。
首先SNCR系统1将5％浓度的氨水经压缩空气雾化后喷射进入锅炉炉膛内进行一次脱硝，通过前馈控制优化脱硝效率且保证最低的氨逃逸，然后经过一次脱硝的烟气从锅炉省煤器出来后进入半干法脱酸系统2中的半干式脱酸塔进行脱酸，在进入袋式除尘器系统5的袋式除尘器的烟道中，活性炭喷射系统3喷射活性炭和消石灰喷射系统4的消石灰，分别去除二噁英、重金属和剩余的酸性气体，之后烟气在通过袋式除尘器系统5的袋式除尘器时，烟气中的颗粒物被滤袋捕捉达到除尘的效果，经一次脱硝、脱酸、除尘、加热后的烟气最终进入SCR系统6，在SCR系统中将SNCR的氨逃逸利用起来并且通过额外的喷氨保证最终的脱硝效果和烟囱出口的氨逃逸，烟气经SNCR和SCR双工艺脱硝后经引风机系统7通过烟囱排放至大气。
如图2和图3所示为双工艺自动化联合脱硝(SNCR+SCR)控制逻辑，控制逻辑同时对SNCR和SCR的喷氨控制进行判断，SNCR采用喷氨量设定值前馈、调整值后馈的方式，SCR采集SNCR的喷氨量和NOx数据后结合后馈的方式对喷氨量进行调整。
双工艺脱硝系统使用SNCR前馈控制和SCR闭环控制的连锁控制模式，针对SNCR和SCR系统的控制原则如下：
SNCR系统控制原则：通过大数据分析得出适用于特定某垃圾焚烧厂的原始NOx预测公式，使用该前馈公式计算烟气排放的NOx降至200mg/Nm3所需的喷氨量，NOx预测公式所需的两个参数分别为烟气中的氧含量、烟气温度，公式系数(a、b、c)根据不同项目长期试验后确定，公式拟定为CNOx＝axCO2+bxT–c。其中CNox：锅炉第一烟道烟气中Nox的质量浓度，是目标预测值；CO2：锅炉第一烟道烟气中的氧气的质量浓度；T:锅炉第一烟道的烟气停留2S温度；a:氧浓度系数；是根据项目试验确定；b:温度系数，根据项目试验确定；c:修正值。
SNCR系统逻辑控制包含以下步骤：
步骤C1：选择SNCR启动模式，点击“手动模式”或“自动模式”按钮。选择“手动模式”则后续操作需单个设备手动完成，没有连锁控制逻辑。选择“自动模式”则系统开始一键启动程序，自行开启相应设备并进行逻辑判断。
步骤C2：点击“自动模式”按钮后，系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号。
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断。若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断。
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵。系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure BDA0002314299240000051
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量无限接近计算所得的喷氨量为止。
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≥200mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则进行“开启/关闭部分喷枪”的操作(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”。
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＜200mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则系统不进行调整(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”。
SCR系统逻辑控制包含以下步骤：
步骤C1：选择SCR启动模式，点击“手动模式”或“自动模式”按钮。选择“手动模式”则后续操作需单个设备手动完成，没有连锁控制逻辑。选择“自动模式”则系统开始一键启动程序，自行开启相应设备并进行逻辑判断。
步骤C2：点击“自动模式”按钮后，系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号。
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断。若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断。
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵。系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure BDA0002314299240000061
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量无限接近计算所得的喷氨量为止。
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≤100mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”。若不成立(N判断)，则系统不做调整。
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＞100mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”。若不成立(N判断)，则系统提示更换催化剂。

Claims (5)

1.垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统，其特征在于，
包括NOx傅里叶变换红外分析仪、NH3激光光谱分析仪、药剂储存设备、药剂输送设备、药剂喷射设备、系统控制单元；
所述药剂储存设备由药剂储罐、药剂加注泵及相关仪表、阀门组成，用于储存SNCR和SCR系统所需的药剂，药剂为氨水或尿素；
所述药剂输送设备由输送泵、流量计、调节阀等设备组成，用于输送SNCR和SCR系统所需的药剂以及稀释水，本单元接收系统控制箱的信号来调节药剂的输送量；
所述药剂喷射设备由雾化喷枪、压缩空气管路、还原剂管路及配套的阀门组成，用于将药剂进行雾化后喷入锅炉和SCR反应器进行脱硝；
所述系统控制单元由PLC控制柜、MCC配电柜、就地控制箱组成，接收NOx傅里叶变换红外分析仪和NH3激光光谱分析仪给出的NOx及NH3浓度信号，利用闭环自动控制方式调节氨水流量，保证NOx的排放浓度满足环保要求。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧厂尾气处理的双工艺联合脱硝连锁控制系统的控制方法，其特征在于，双工艺脱硝系统使用SNCR前馈控制方法和SCR闭环控制的连锁控制方法。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，其中SNCR前馈控制方法：通过大数据分析得出适用于特定某垃圾焚烧厂的原始NOx预测公式，使用该前馈公式计算烟气排放的NOx降至200mg/Nm3所需的喷氨量，NOx预测公式所需的两个参数分别为烟气中的氧含量、烟气温度，公式系数(a、b、c)根据不同项目长期试验后确定，预测公式为CNOx＝a*CO2+b*T–c；其中CNox：锅炉第一烟道烟气中Nox的质量浓度，是目标预测值；CO2：锅炉第一烟道烟气中的氧气的质量浓度；T:锅炉第一烟道的烟气停留2S温度；a:氧浓度系数；是根据项目试验确定；b:温度系数，根据项目试验确定；c:修正值。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，其中SNCR前馈控制方法包含以下步骤：
步骤C1：选择SNCR启动模式，开启相应设备并进行逻辑判断；
步骤C2：系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号；
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断；若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断；
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵；系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure FDA0002314299230000021
Figure FDA0002314299230000022
其中C当量比根据项目要求的脱硝率进行设定；
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量接近或达到计算所得的喷氨量为止；
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≥200mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则进行“开启/关闭部分喷枪”的操作(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”；
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＜200mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则系统不进行调整(Y判断)，若不成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(N判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯200mg/Nm3”。
5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，其中SCR闭环控制的连锁控制方法包含以下步骤：
步骤C1：选择SCR启动模式，开启相应设备并进行逻辑判断；
步骤C2：系统发出氨水溶液阀门开启指令，阀门全开到位后，反馈到位信号；
步骤C3：系统接收到阀门开到位信号后，则发出氨水输送泵气动指令，此为“Y”判断；若阀门开到位信号没有收到，则“自动模式”故障报警，连锁中断，此为“N”判断；
步骤C4：氨水输送泵启动后，再启动稀释水泵；系统进行氨水喷射量的计算，计算分别选取焚烧系统DCS的信号，
Figure FDA0002314299230000023
Figure FDA0002314299230000024
其中C当量比根据项目要求的脱硝率进行设定；
步骤C5：计算得出的喷氨量反馈至连锁调节系统，调节阀门通过调节阀门开度控制流量，调节直至管路上的流量计测得流量接近或达到计算所得的喷氨量为止；
步骤C6：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx≤100mg/Nm3(Y判断)，则判断氨逃逸＞10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度减少氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”；若不成立(N判断)，则系统不做调整；
步骤C7：选取烟囱处检测仪表发来的烟气NOx浓度信号和氨逃逸信号，若NOx＞100mg/Nm3(N判断)，则判断氨逃逸＜10mg/Nm3是否成立，若成立则控制调节阀开度增加氨水喷射量(Y判断)，直至满足条件“氨逃逸＜10mg/Nm3，NOx≯100mg/Nm3”；若不成立(N判断)，则系统提示更换催化剂。
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