CN111359432A - 一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，包括单侧反应器喷氨调节总阀、分区喷氨调节阀、分区喷氨联箱以及灵活分区阀门系统；供氨母管连接单侧反应器喷氨调节总阀，单侧反应器喷氨调节总阀的输出端总管路依次设置流量计和第一压力表；第一压力表连接分区喷氨调节阀的输入端，若干个分区喷氨调节阀并联连接；分区喷氨调节阀的输出端连接分区喷氨联箱的输入端。本发明的有益效果是：本发明采用NOx质量流量差作为分区划分基准，喷氨分区划分更合理精准，较采用脱硝进出口NOx浓度分布和简单平分的方式更能反映脱硝反应的原理，喷氨量与NOx质量流量差线性相关，执行机构可以提供更准确的喷氨量。

Description

一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨 系统及方法

技术领域

本发明涉及一种脱硝喷氨系统，具体涉及一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统及方法。

背景技术

氮氧化物是大气污染物排放总量的主要考核指标之一。随着国家加大对大气污染物治理的力度，燃煤电厂对烟气中氮氧化物的治理主要是采用SCR(选择性催化还原)脱硝技术。SCR脱硝技术的核心设备是SCR反应器。SCR脱硝反应的工艺流程如下：从省煤器出来的原烟气先在分区喷氨格栅处与氨气混合，所述喷氨格栅由数个均匀布置的喷嘴组成，每个喷氨支路上安装一个手动蝶阀来调节一个区域的喷氨量大小，混合后的烟气再竖直通过SCR反应器，反应器内布置两层或三层催化剂，混合后的含氨烟气(NH₃与NO_x)在催化剂的作用下发生选择性催化还原反应，其生成对环境无害的N₂和H₂O，从而达到去除烟气中NO_x的目的。脱硝反应中由氨区供给的氨气先与稀释风机送来的稀释风混合后，然后通过喷氨支路上的手动蝶阀后再均匀喷入烟道内与原烟气混合。供氨母管上氨气喷入量的多少要根据机组负荷、原烟气NOx浓度值(脱硝进口截面NOx浓度平均值)以及需达到的脱硝效率自动调节，当脱硝效率要求较高时，会加大喷氨量，当脱硝要求较低时则降低喷氨量；在负荷一定时，脱硝反应器运行状态的好坏取决于某一工况下固定喷氨量在喷入截面上是否均匀及合理分配，理想状态下原烟气NOx在喷氨喷入截面上分布均匀且流速一致，只需保证在截面上均匀喷入氨气即可，而不需要对喷氨支路上的各个手动蝶阀状态进行调节，这也是目前所有燃煤机组脱硝系统采用的方式；其特点是喷氨控制系统一旦调整好喷氨格栅阀门站的阀门开度大小后，后续运行中就不再调整。

在实际运行中，由于原烟气中NOx浓度在烟道中的分布均匀性较差，尤其对冲燃烧方式的锅炉在磨煤机切换过程中以及切换后原烟气NOx在烟道中的分布规律都会发生较大的变化，特别是磨煤机切换或负荷变化后，由于对各喷氨支路的手动蝶阀开度不作调整，导致实际运行中脱硝反应器各区域内喷氨量大小与需要治理的NOx的量不相匹配，进而造成脱硝出口NOx浓度监测值与烟囱上浓度监测值之间存在较大偏差，运行中氨逃逸量增多、空预器等设备堵塞、风机单耗增大以及机组出力降低等诸多问题。因此对于脱硝反应器进行合理的分区并加以控制是至关重要的。锅炉负荷变动或燃烧调整带来的脱硝反应器各区域的脱硝所需处理能力的变化；传统的脱硝喷氨区域基于经验简单划分或者反应器出口NOx分布划分，虽然具有一定的先进性和适用性，但是这种划分方式也存在不可忽视的弊端：1)分区划分是固定的，灵活性差；2)分区划分的基准并不能反映脱硝反应的根本原理。现有技术如下：

1.传统就地喷氨格栅调整

传统的喷氨系统，采用就地阀门，且未进行分区调整。脱硝将不能适应随着机组燃烧调整或改造，引起的脱硝反应器在各区域的所需处理能力变化；从而可能引起脱硝喷氨不合理。

2.固定脱硝喷氨分区划分

采用脱硝出口NOx浓度分布，或者脱硝进口NOx浓度分布，或者简单平分等分区作业结束后，分区划分固定不变的喷氨分区划分方式。

3.所有喷氨支路都加装远控调节阀的喷氨改造

这种方式相当于把每一个喷氨单元作为一个分区，理论上控制可以做到最细腻；但是，这种方式所需要的调节阀成本较高，而且现场空间不一定允许每个支路加装调节阀；并且引入过多的控制变量，脱硝控制的压力也较大。

为消除上述采用传统分区划分方式的脱硝喷氨系统的弊端，需要研发一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统及方法。

这种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，包括单侧反应器喷氨调节总阀、分区喷氨调节阀、分区喷氨联箱以及灵活分区阀门系统；供氨母管连接单侧反应器喷氨调节总阀，单侧反应器喷氨调节总阀的输出端总管路依次设置流量计和第一压力表；第一压力表连接分区喷氨调节阀的输入端，若干个分区喷氨调节阀并联连接；分区喷氨调节阀的输出端连接分区喷氨联箱的输入端，每个分区喷氨联箱与每个分区喷氨调节阀对应连接，并且每个分区喷氨联箱设置压力表；分区喷氨联箱的输出端通过灵活分区阀门系统连接各喷氨单元，喷氨单元连接脱硝反应器。

作为优选：灵活分区阀门系统由远控多通阀门组成，或者由若干个并联的远控开关阀组成。

作为优选：反应器喷氨截面由若干个喷氨单元组成，每个喷氨单元由喷氨支路和喷嘴组成。

这种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统的喷氨方法，包括以下步骤：

1)进行喷氨分区划分

1.1)脱硝采样分析系统通过采样分析脱硝进出口NOx浓度场、氧量浓度场与流速场数据，得到脱硝反应器的NOx质量流量差分布；

1.2)通过该NOx质量流量差分布，划分若干个范围，并以此对喷氨单元进行归类，将范围内的喷氨单元划为一个分区；

1.3)通过该归类信号，利用灵活分区阀门系统将每个喷氨单元与对应的分区喷氨联箱相连；

2)分区划分后，进行喷氨调整

2.1)根据负荷和燃烧情况，对单侧反应器喷氨调节总阀进行相应的调整；

2.2)根据各分区的NOx质量流量差的范围，对各分区喷氨调节阀门开度进行预设；

2.3)根据采样分析系统测量得到的出口NOx浓度分布对各分区喷氨调节阀门进行调整，将各分区喷氨量控制在合理均匀的范围内；

3)稀释后的氨气通过供氨母管来，分配到两侧脱硝反应器；氨气在单侧脱硝反应器通过单侧反应器喷氨调节总阀调整后，经流量计测量后，再经过各分区喷氨调节阀调整后，进入各自的分区喷氨联箱；氨气在经过分区喷氨联箱后，通过灵活分区阀门系统分配到各喷氨单元。

作为优选：步骤1.1)中，通过采样分析系统测量得到每个喷氨单元对应的反应器进口NOx浓度c_in、反应器进口烟气流量q_in、反应器出口NOx浓度c_out以及反应器出口烟气流量q_out；那么这个投影对应这个喷氨单元的NOx质量流量差ΔQ为：

ΔQ＝c_in·q_in-c_out·q_out

作为优选：步骤2.1)中，单侧反应器喷氨调节总阀为远控调节阀，实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该侧反应器喷氨量的总体调节，受采样分析系统来的控制信号控制。

作为优选：步骤2.3)中，分区喷氨调节阀为远控调节阀，实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该分区反应器喷氨量的调节，受采样分析系统来的控制信号控制。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用NOx质量流量差作为分区划分基准，喷氨分区划分更合理精准，较采用脱硝进出口NOx浓度分布和简单平分的方式更能反映脱硝反应的原理，喷氨量与NOx质量流量差线性相关，执行机构可以提供更准确的喷氨量。

2、本发明采用灵活分区阀门系统来实现喷氨分区的灵活组合，喷氨分区划分灵活可变，喷氨单元将根据其NOx质量流量差的分布进行更合理的分区划分，能灵活适应负荷和燃烧波动。

附图说明

图1为基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统示意图(以某330MW机组单侧脱硝反应器的喷氨系统为例)；

图2为灵活分区阀门系统及接口示意图(以某330MW机组单侧脱硝反应器的喷氨系统为例)；

图3为喷氨单元及编号示意图(以某330MW机组单侧脱硝反应器的喷氨系统为例)。

附图标记说明：单侧反应器喷氨调节总阀1、流量计2、第一压力表3、分区1喷氨调节阀4、分区2喷氨调节阀5、分区3喷氨调节阀6、分区4喷氨调节阀7、分区1喷氨联箱8、分区2喷氨联箱9、分区3喷氨联箱10、分区4喷氨联箱11、第二压力表12、第三压力表13、第四压力表14、第五压力表15、灵活分区阀门系统16、远控多通阀门17、第一远控开关阀18、第二远控开关阀19、第三远控开关阀20、第四远控开关阀21、喷氨支路22、喷嘴23、反应器喷氨截面24。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本专利在脱硝反应原理的基础上探索出基于NOx质量流量差分布的脱硝喷氨分区划分基准，在脱硝反应器的运行机理的基础上开发出一种可实现灵活分区的脱硝喷氨分区划分方法，并提供对应系统的搭建形式。这将对烟气脱硝系统的运行维护管理以及研究脱硝反应器的工作机理具有重要意义。

本专利采用NOx质量流量差分布来对脱硝喷氨系统进行分区划分，通过各喷氨单元采样分析单元得到喷氨单元进出口的NOx浓度与烟气流量，计算喷氨单元的NOx质量流量差，通过划分多个(3-6个)质量流量差范围，将同一流量范围的喷氨单元划为一个分区，进行统筹调整；本专利通过多通远控阀门或者可实现单进单出的1对N的远控阀门组件来实现各喷氨单元的灵活分区，从而能够适应脱硝进出口NOx质量流量差分布的变化，实现更精准合理的脱硝喷氨控制。

如图1所示，所述基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，包括单侧反应器喷氨调节总阀1、分区喷氨调节阀、分区喷氨联箱、灵活分区阀门系统16以及相关管路和测试表计。稀释后的氨气通过供氨母管分两路分别去往两侧脱硝反应器(一般来说同一台机组两侧脱硝反应器的布置是相同的)。其中一路经过单侧反应器喷氨调节总阀1；该阀门为远控调节阀，能够实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该侧反应器喷氨量的总体调节，受采样分析系统来的控制信号控制；该阀门输出端总管路配备流量计2和第一压力表3。氨气通过单侧反应器喷氨调节总阀1后，进入分区喷氨调节阀；这些阀门为远控调节阀，能够实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该分区反应器喷氨量的调节，受采样分析系统来的控制信号控制。氨气通过分区喷氨调节阀后，进入分区喷氨联箱；其中每个联箱配备压力表；每个分区喷氨联箱与每个分区喷氨调节阀对应连接。氨气再经由灵活分区阀门系统16分配，由各喷氨单元进入脱硝反应器；其中灵活分区阀门系统16能够实现每个脱硝喷氨单元在脱硝进出口NOx质量流量差分布变化时，选择相近的喷氨单元组成一个大分区，进行统筹调整。以A1喷氨单元的灵活分区阀门系统为例，如图2所示，阀门可以采用远控多通阀门17组成，或者几个并联的远控开关阀组成，这些阀门采用远控开关阀，能够实现串联管路的远控开与关。

本专利还需以下技术措施辅助以帮助实施工作，包括以下内容：

1)喷氨单元的概念

传统喷氨系统中，一般在反应器喷氨截面24分成网格状进行喷氨。每根喷氨支路22通过管路和喷嘴23的分配负责一个网格，每个网格对应的喷氨格栅便是一个喷氨单元。如图3所示，左上角第一根支路覆盖的喷氨格栅网格(虚线框)即为A1喷氨单元。

2)NOx质量流量差的计算

已知采样分析系统能够测量得到每个喷氨单元对应的反应器进口NOx浓度c_in、烟气流量q_in与反应器出口NOx浓度c_out、烟气流量q_out。那么这个投影对应这个喷氨单元的NOx质量流量差ΔQ为：

ΔQ＝c_in·q_in-c_out·q_out

3)喷氨分区的划分

通过采样分析系统计算得到各个喷氨单元对应的NOx质量流量差后，通过将NOx质量流量差划分为几个不同范围后，将范围内的喷氨单元划为一个分区。该分区喷氨单元的喷氨量将比较接近，这样该分区之间喷氨支路的压差相近，喷氨将更均匀合理。

实施例：

某电厂330MW机组脱硝喷氨系统进行基于NOx质量流量差分布的灵活分区改造，如图1-3所示。改造在其原有传统就地调整式的喷氨格栅基础上，按照原网格划分为3×8个喷氨单元；每个单元支路串联一组灵活分区阀门组件；同时设置4个分区，每个分区配备一个分区喷氨调节阀与一个分区喷氨联箱。

每次燃烧调整、磨煤机切换后或定期基于NOx质量流量差分布对脱硝反应器重新进行分区划分。每一次分区划分的工作步骤如下：1)脱硝采样分析系统通过采样分析脱硝进出口NOx浓度场、氧量浓度场与流速场数据，得到脱硝反应器的NOx质量流量差(单位面积NOx质量流量差)分布。2)通过该NOx质量流量差分布，划分4个范围，并以此对喷氨单元进行归类。3)通过该归类信号，经过灵活分区阀门系统16将每个喷氨单元与对应的分区喷氨联箱相连。如A1喷氨单元对应的脱硝反应器区域的NOx质量流量差为1.2g·m^-2·s^-1，通过控制信号确定第一远控开关阀18打开，其它远控开关阀关闭，分配A1喷氨单元到脱硝分区1，接入分区1喷氨联箱。

分区划分后，喷氨调整的工作步骤如下：1)根据负荷和燃烧情况，对单侧反应器喷氨调节总阀1进行相应的调整。2)根据各分区的NOx质量流量差的范围，对各分区阀门开度进行预设；3)根据采样分析单元测量得到的出口NOx浓度分布对各分区阀门进行调整，以期将各分区喷氨量控制在合理均匀的范围内。稀释后的氨气通过供氨母管来，分配到两侧反应器。在单侧反应器通过单侧反应器喷氨调节总阀1调整后，经流量计2测量后，再经过4个分区喷氨调节阀调整后，进入各自的分区喷氨联箱；每个分区喷氨联箱配备一个压力表。氨气在经过分区喷氨联箱后，通过灵活分区阀门系统16分配到各个喷氨单元。

改造后的一次机组满负荷磨煤机切换作业前后，经过改造后的系统调整得到各分区对应的喷氨单元如下表所示：

磨煤机切换前后，两侧脱硝反应器的出口NOx浓度分布都比较均匀，氨逃逸水平较低。该系统能够适应磨煤机变动等燃烧调整引起的脱硝反应器各区域所需NOx处理量的变动，大大改善了脱硝喷氨控制能力，喷氨更合理，脱硝反应器出口氨逃逸更低。

Claims (7)

1.一种基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，其特征在于：包括单侧反应器喷氨调节总阀(1)、分区喷氨调节阀、分区喷氨联箱以及灵活分区阀门系统(16)；供氨母管连接单侧反应器喷氨调节总阀(1)，单侧反应器喷氨调节总阀(1)的输出端总管路依次设置流量计(2)和第一压力表(3)；第一压力表(3)连接分区喷氨调节阀的输入端，若干个分区喷氨调节阀并联连接；分区喷氨调节阀的输出端连接分区喷氨联箱的输入端，每个分区喷氨联箱与每个分区喷氨调节阀对应连接，并且每个分区喷氨联箱设置压力表；分区喷氨联箱的输出端通过灵活分区阀门系统(16)连接各喷氨单元，喷氨单元连接脱硝反应器。

2.根据权利要求1所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，其特征在于：灵活分区阀门系统(16)由远控多通阀门(17)组成，或者由若干个并联的远控开关阀组成。

3.根据权利要求1所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统，其特征在于：反应器喷氨截面(24)由若干个喷氨单元组成，每个喷氨单元由喷氨支路(22)和喷嘴(23)组成。

4.一种如权利要求1所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统的喷氨方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)进行喷氨分区划分

1.1)脱硝采样分析系统通过采样分析脱硝进出口NOx浓度场、氧量浓度场与流速场数据，得到脱硝反应器的NOx质量流量差分布；

1.2)通过该NOx质量流量差分布，划分若干个范围，并以此对喷氨单元进行归类，将范围内的喷氨单元划为一个分区；

1.3)通过该归类信号，利用灵活分区阀门系统(16)将每个喷氨单元与对应的分区喷氨联箱相连；

2)分区划分后，进行喷氨调整

2.1)根据负荷和燃烧情况，对单侧反应器喷氨调节总阀(1)进行相应的调整；

2.2)根据各分区的NOx质量流量差的范围，对各分区喷氨调节阀门开度进行预设；

2.3)根据采样分析系统测量得到的出口NOx浓度分布对各分区喷氨调节阀门进行调整，将各分区喷氨量控制在合理均匀的范围内；

3)稀释后的氨气通过供氨母管来，分配到两侧脱硝反应器；氨气在单侧脱硝反应器通过单侧反应器喷氨调节总阀(1)调整后，经流量计(2)测量后，再经过各分区喷氨调节阀调整后，进入各自的分区喷氨联箱；氨气在经过分区喷氨联箱后，通过灵活分区阀门系统(16)分配到各喷氨单元。

5.根据权利要求4所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统的喷氨方法，其特征在于：步骤1.1)中，通过采样分析系统测量得到每个喷氨单元对应的反应器进口NOx浓度c_in、反应器进口烟气流量q_in、反应器出口NOx浓度c_out以及反应器出口烟气流量q_out；那么这个投影对应这个喷氨单元的NOx质量流量差ΔQ为：

ΔQ＝c_in·q_in-c_out·q_out。

6.根据权利要求4所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统的喷氨方法，其特征在于：步骤2.1)中，单侧反应器喷氨调节总阀(1)为远控调节阀，实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该侧反应器喷氨量的总体调节，受采样分析系统来的控制信号控制。

7.根据权利要求4所述的基于NOx质量流量差分布的可实现灵活分区的脱硝喷氨系统的喷氨方法，其特征在于：步骤2.3)中，分区喷氨调节阀为远控调节阀，实现开度0％-95％的调整范围；该阀门负责该分区反应器喷氨量的调节，受采样分析系统来的控制信号控制。

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