CN111459109A - 一种工业锅炉sncr脱硝控制系统与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统与控制方法，其中系统包括执行层、感知层、转换层、控制层和管理层；所述感知层包括烟气量动态测量模块，所述烟气量动态测量模块用于采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；所述转换层用于根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算NH₃的第二含量信息；所述控制层用于根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂。本发明通过实时监控炉膛内氮氧化物的含量，再根据氮氧化物的含量控制还原剂的量，避免还原剂不够或浪费的情况，提高了控制的稳定性和质量，实现智能化控制。可广泛应用于烟气脱硝技术领域。

Description

一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统与控制方法

技术领域

本发明涉及工业自动化控制与烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种工业锅炉 SNCR脱硝控制系统与控制方法。

背景技术

随着我国城镇化进程加快，根据《中国统计年鉴-2019》数据显示，2018年我国生活垃圾清运量为2.28亿吨；无害化处理厂1091座，处理量为2.26亿吨，其中焚烧处理厂331座，处理量1.02亿吨。城市垃圾产生量以10％左右的增长速度增长，北京、上海、深圳、广州的增长率更是达到15％以上。城市垃圾分类的提出，到“无废城市”建设方案的落实，进一步促进无害化、减量化和资源化的垃圾处理原则的落实。垃圾焚烧技术是现阶段垃圾处理最为切合的技术之一，可使处理的固体垃圾减重80％和减容90％以上，并已在大中型城市得到大力推广与应用。但因垃圾焚烧炉的燃烧过程、工艺较为复杂，燃料的热值、工业元素等性能参数差别较大，现有燃烧过程控制系统与烟气处理系统难以满足垃圾稳定、无害化焚烧的要求，探索能保证稳定燃烧与协同高效脱硝的过程控制技术与方法是研究垃圾焚烧技术的关键内容之一。

选择性非催化还原SNCR系统是一种燃烧后的烟气脱硝技术，通过在火力发电锅炉，垃圾燃烧炉、水泥窑炉或其他工业锅炉的适当位置喷入适量的还原剂来去除NOx的化学反应过程。SNCR脱硝设备一般用一定浓度的还原剂用罐装卡车运输，以液体形态储存于罐中，还原剂通过计量分配模块分配到每只喷枪，由喷枪喷入炉内与NOx进行选择性反应，不用催化剂，与SCR工艺不同，煤、生物质和垃圾等燃料类型对SNCR性能影响很小。

目前，SNCR脱硝系统大部分采用Foxboro IA DCS系统进行集散控制，其自动化控制方案有定流量投加和锅炉负荷计算两种。在不同工况下人工进行切换，但经过实际使用，这两种方法无法实现氮氧化物的稳定控制，只能进行多投加尿素或氨溶液，引起氨逃逸现象，对设备造成腐蚀，也造成还原剂的浪费。现有的SNCR脱硝系统存在系统性较差，还原剂配比单一不可自动化调节或可调性差，控制智能化程度低，且系统整体性规划较差的缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本发明的目的是提供一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统与控制方法，实时对炉膛内的氮氧化物的含量进行采集，并根据采集的参数调整还原剂的喷射量，实现智能化的监控。

本发明所采用的一技术方案是：

一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，包括执行层、感知层、转换层、控制层和管理层；

所述执行层包括喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀；

所述感知层包括烟气量动态测量模块，所述烟气量动态测量模块用于采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；

所述转换层用于根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算 NH₃的第二含量信息；

所述控制层用于根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂；

所述管理层用于对控制指令进行存储，以生成运营历史数据。

进一步，所述NOx的浓度通过以下公式计算获得：

进一步，所述感知层还包括压力测量模块、温度检测模块、限值控制脱硝模块、多组分气体分析仪、和CEMS检测仪；

所述压力测量模块设置在炉膛的一次风入口处、二次风入口处以及烟气出口处，用于测量烟气量和烟气流动速度参数的变化量；

所述温度检测模块包括多个无线温度检测传感器阵列，所述多个无线温度检测传感器阵列分三层设置在炉膛的二次风入口和炉膛的第一烟道接口之间，用于测量炉膛间的温度分布情况；

所述限值控制脱硝模块设置在炉膛的第一烟道出口处或SCR脱硝装置的入口处，用于测量烟气中氮氧化物的含量；

所述的多组分气体分析仪，用于采集炉膛的烟道中的氮氧化物浓度、氧气的含量和硫化物的含量，所述多组分气体分析仪的采样部件设置在炉膛的两侧，且位于二次风入口与喷枪之间；

所述烟气量动态测量模块包括流量计、温度传感器与压力传感器，所述烟气量动态测量模块的采集点设置在炉膛的二次风入口与第一烟道入口之间；

所述CEMS检测仪设置在炉膛的第一烟道入口处以及烟气出口处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数。

进一步，所述无线温度检测传感器阵列由多个无线温度传感器节点组成，所述无线温度传感器节点用于采集炉膛的温度信息，并通过LoRa或NB-IoT的通讯方式发送温度信息。

进一步，所述转换层包括还原剂量计算模块，烟气量修正模块、氨逃逸处理模块；

所述烟气量修正模块用于对烟气量动态测量模块采集的第一含量信息进行标定及校正；

所述还原剂量计算模块内设有还原剂量计算模型和最优氨氮比例，用于根据第一含量信息获取NOx的浓度，并结合NOx的浓度还原剂量计算模型和最优氨氮比例计算NH₃的第二含量信息；

所述氨逃逸处理模块用于检测未参加还原反应的NH₃、烟气总量的体积占比及还原剂粒径大小。

进一步，所述氨逃逸处理模块通过以下方式检测还原剂粒径大小：

基于数字全息测量原理，对喷枪喷出的还原剂进行采样后，结合标量衍射理论获取还原剂粒径大小。

进一步，所述执行层还包括电磁流量计，所述电磁流量计安装在喷枪的输送管道和空气压缩机的压缩空气管道上，所述控制层包括运行负荷调节模块、还原剂量控制模块、工况温度场数值仿真模块；

所述运行负荷调节模块用于调节炉膛内的烟气、燃料和蒸汽；

所述还原剂量控制模块用于对电磁流量计、喷枪喷口大小与角度以及空气压缩机进行控制；

所述工况温度场数值仿真模块用于根据炉膛的工况参数进行过程仿真，为还原剂的控制提供计算数据基础。

进一步，所述电磁流量计具有远程无线传输与接收功能，根据还原剂量控制模块的指令配置还原剂的配比。

进一步，所述管理层包括运营历史数据库、数值计算数据库与过程可视化模块；

所述运营历史数据库内存储有炉膛的运营数据、同类型炉膛的运营历史数据，且与数值计算数据库、过程可视化模块进行数据共享；

所述数值计算数据库内存储有同类型炉膛的仿真数据、工况温度场数值仿真数据，将存储的数据输出到可视化模块与运营历史数据，或与感知层采集的数据进行对比分析；

所述过程可视化模块包括数据处理微机系统和LED显示屏。

本发明所采用的另一技术方案是：

一种工业锅炉SNCR脱硝控制方法，包括以下步骤：

采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；

根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算NH₃的第二含量信息；

根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂。

本发明的有益效果是：本发明通过实时监控炉膛内氮氧化物的含量，再根据氮氧化物的含量控制还原剂的量，避免还原剂不够或浪费的情况，提高了控制的稳定性和质量，实现智能化控制。

附图说明

图1是本发明实施例中一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统的结构框图；

图2是本发明实施例中一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统各模块的关联示意图；

图3是本发明实施例中炉膛的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统设备通讯示意图；

图5是本发明实施例中根据限值指标进行控制的方法流程图；

图6是本发明实施例中一种工业锅炉SNCR脱硝控制方法的步骤流程图；

图3的附图标记：1、一次风入口；2、第一烟道入口；3、二次风入口；4、第一烟道出口；5、烟气出口；6、喷枪。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，包括执行层、感知层、转换层、控制层和管理层；

所述的执行层包括喷氨调节阀、电磁流量计、喷枪、空气压缩机，其判断与执行的数据基础主要来源于控制层中的还原剂量控制模块；

所述的感知层包括压力测量模块、温度检测模块、限值控制脱硝模块、多组分气体分析仪、烟气量动态测量模块、CEMS检测仪，其输出的数据将作为转换层中还原剂量计算模块的数据基础；

所述的转换层包括还原剂量计算模块，烟气量修正模块、氨逃逸处理模块，其计算数据基础主要来源于感知层，输出数据将作为还原剂量控制模块的计算基础；

所述的控制层包括运行负荷调节模块、还原剂量控制模块、工况温度场数值仿真模块，其运算数据基础来源于感知层与转换层并结合管理层的指令，生成新的指令作用于执行层并在管理层形成历史数据；

所述管理层包括运营历史数据、数值计算数据库与过程可视化模块；各模块之间的数据互通，反馈数据来源于控制层。

参照图3，进一步作为可选的实时方式，在感知层中，所述的压力测量模块设置在燃料、炉膛中一次风口1处、二次风口3执行层以及烟气出口5处，用于测量烟气量，烟气流动速度参数的变化量。

所述的温度检测模块包括多个无线温度检测传感器阵列，分三层设置在炉膛二次风入口3与第一烟道出口4之间，用于测量炉膛间温度分布情况。参照图4，所述的无线温度检测传感器阵列由多个无线温度传感器节点组成，设置在环焚烧炉四周进，采集炉膛温度，并通过加权平均计算得出炉膛温度空间分布，作为基础工况数据输入工况温度场数值仿真模块，结合历史运营数据并形成炉内温度场分布数据；所述的炉内温度场分布数据作为运行负荷调节模块、还原剂量控制模块的基础数据；所述的无线温度传感器节点通过LoRa或NB-IoT进行连接，且可多节点扩展和与系统其他同类设备兼容。

所述的限值控制脱硝模块设置在第一烟道出口4或SCR脱硝装置入口处，用于检测烟气中氮氧化物是否达标，以及根据排放标准进行调节限值。

所述的多组分气体分析仪，采集烟道中的氮氧化物浓度、氧气的含量、硫化物的含量，采样部件设置在炉膛的两侧，且位于二次风入口3与喷枪6之间。具体地，所述喷枪设置有三层喷口，分别为第一层喷口、第二层喷口和第三层喷口，该三层喷口在纵向位置上依次分布。其中，第一层喷口的位置在最上面，距离第一烟道口4最近；第二层喷口在中间；第三层喷口在最下面，距离二次风入口3 最近。所述多组分气体分析仪的位置设置在二次风入口3与第三层喷口之间。

所述的烟气量动态测量模块包括流量计、温度传感器与压力传感器，采集点设置在二次风入口3与第一烟道入口4之间；采集NO和O₂的含量，烟气量动态测量模块输出的烟气量作为喷还原剂量的计算基础。

所述CEMS检测仪包括气态污染物SO₂、NOx、CO、CO₂、O₂和固态污染物以及温度、压力、湿度、流量在线监测模块，完成尾气数据采集处理并生成图谱。设置在第一烟道入口2处以及烟气出口5处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数。

进一步作为可选的实时方式，在转换层中，所述还原剂量计算模块包括还原剂量计算模型、最优氨氮比例、其他组分含量，并根据烟气中NOx的浓度计算方法：

确定NH₃的含量，确定还原剂的质量；输出的数据作为控制层还原剂量控制模块的基础；

所述烟气量修正模块包括通过被测量工质的流量和压力、温度信号通过经典的热平衡计算得到烟气流量并进行定期的标定和校正；烟气量修正模块输出的烟气量作为喷氨量的计算基础；

所述的氨逃逸处理模块用于检测未参加还原反应的NH₃、烟气总量的体积占比及还原剂粒径大小，其输出数据作为还原剂量控制模块的计算基础。所述氨逃逸处理模块具有两个采样点，一个设置在喷枪处(第一采样点)，另一个设置在第一烟道出口(第二采样点)；通过第一采样点，检测还原剂粒径大小；通过第二采样点，检测未参加还原反应的NH₃、烟气总量的体积占。具体地，氨逃逸处理模块用于处理烟气出口处的NH₃含量测量与比较，如果NH₃含量超标，将选择进行部分烟气回流燃烧；具体比例，根据在线实时仿真数据决定。

进一步作为可选的实时方式，所述氨逃逸处理模块通过以下方式检测还原剂粒径大小：采用数字全息测量原理，以标量衍射理论为基础，根据标量衍射理论，小波变换算法进行虚像重建，在线检测还原剂粒径大小。

还原剂是经空气加压后，以液滴的形态喷入到炉内。粒径的大小主要与其蒸发时间有关，小粒径则蒸发得快，这可能造成刚进入炉内，还原剂就立刻蒸发转化成NH₃与NOx进行反应，过余或者来不及反应的NH₃就随着烟气流走，错过 SNCR的适宜温度窗口，这也会导致氨逃逸量增多。因此粒径大小的控制也尤为重要，需要与喷射速度配合，使得液滴能达到烟道中心区域刚好蒸发进行反应，能尽量使还原剂在烟道中均匀分布。故本实施例中，通过氨逃逸处理模块检测在线检测还原剂粒径大小，并反馈给控制层。

氨逃逸处理模块是根据测量烟气出口处的NH₃含量，从而判断添加的还原剂流量是否过大或者过小。为了提高脱硝效果，在实际应用和实验结果均表明NSR(氨氮比)应该在1-2之间为合理范围，1.5-1.6为更优范围。即假设还原剂与 NOx完全100％反应后，仍然会有剩余的还原剂，会转化成NH₃从烟气中排出。由于运行参数的改变以及炉膛中的燃烧状态时刻变化，烟气中产生的NOx含量是在不断变化的，温度场和流场的改变也会对脱硝效果产生影响，因此固定的还原剂添加量显然不够高效。根据出口烟气的氨逃逸量，可以动态判断当前还原剂添加量与炉内NOx的产生量是否符合，动态实时调节，少增多减，从而实现烟气排放达到排放标准。

其中，数字全息测量原理为：

全息图数值重建以标量衍射理论为基础，根据标量衍射理论，物光波O(x， y)可用以下复数形式表示：

O(x，y)＝o(x，y)exp(iφo(x，y)) (1)

式(1)中，实部o(x，y)包含光强信息，虚部exp(iφo(x，y))包含相位信息。同样地，参考光R(x，y)的复数表达形式为：

R(x，y)＝r(x，y)exp(iφR(x，y)) (2)

物光和参考光在全息记录平面上发生干涉，其干涉光强度计算公式为

I(x，y)＝|O(x，y)+R(x，y)|2＝(O(x，y)+R(x，y))(O(x，y)+R(x，y))*＝R(x，y)R*(x， y)+

O(x，y)O*(x，y)+O(x，y)R*(x，y)+R(x，y)O*(x，y) (3)

式(3)中，*表示共轭复数。记录平面上的振幅传输函数h(x，y)可表示为：

h(x，y)＝h0+βτI(x，y) (4)

式(4)中，β为常数项；τ为曝光时间；h0是未曝光平面的振幅传输函数，在数字全息中可以忽略。h(x，y)也被称为全息函数。

将全息函数乘以复数形式的参考光函数即可得到全息重建的函数表达式：

R(x，y)h(x，y)＝[h0+βτ(r2+O₂)]R(x，y)+βτr2O(x，y)+βτR2(x，y)O*(x，y) (5)

式(5)中，等号右边第1项为参考光乘以一个因数，成为直流项，代表穿过全息图未发生衍射的光；第2项是重建物光波，形成虚像，因数βτr2只影响像的亮度；第3项产生一个扭曲的实像。

基于以上原理，在还原剂喷口等高处设置有采样接口，并进行在线检测，可检测到还原剂粒径大小。现阶段的结果为20微米至100微米范围来最佳，但也需要根据燃料的元素分析结果进行适当的调整。

进一步作为可选的实时方式，在控制层中，所述的运行负荷调节模块包括烟气调节系统、燃料调节系统与蒸汽调节系统，其中，烟气调节系统、燃料调节系统与蒸汽调节系统的主要参数根据运营历史数据、数值计算数据库并结合并网指标进行调节，其数据作为还原剂量控制模块的计算基础。

参照图4，所述的还原剂量控制模块包括电磁流量计控制、喷枪喷口大小与角度控制、空气压缩机控制，其中电磁流量计安装在还原剂输送管道与压缩空气管道上，且具有远程无线数据传输功能并通过LoRa网关或NB-IoT与控制模块进行通讯，喷枪可135°锥形喷射且喷口可根据工况进行调节，空气压缩机的工况根据喷还原剂的质量、流速与颗粒大小进行压强调节，输出气体在喷枪与还原剂混合。

参照图4，所述的电磁流量计具有远程无线传输与接收功能，根据还原剂量控制模块的指令配置还原剂的配比，达到预设参数目标；所述的电磁流量计通过 LoRa网关或NB-IoT基站进行连接，且可多节点扩展和与系统其他同类设备兼容。电磁流量计根据氨逃逸处理模块的反馈信息，更新还原剂的加入量。压缩空气的加入量与还原剂的加入量通过一定函数关系式进行换算，需要考虑还原剂流量和粒径大小，所需的喷射速度进行压缩空气压力的调节。电磁流量计主要通过流速以及时间进行控制还原剂和压缩空气的配比。

所述的工况温度场数值仿真模块包括Flic与Fluent在线仿真程序，根据实际工况参数进行过程仿真，其数据用于运行负荷调节预测，压力测量模块、温度检测模块检测结果的校验与预测，为还原剂量的控制提供计算数据基础。

进一步作为可选的实时方式，在管理层中，所述的运营历史数据库包括垃圾焚烧炉本体的运营数据、同类炉型的运营历史数据，且与数值计算数据库、过程可视化模块进行数据共享。

所述的数值计算数据库包括同类垃圾焚烧炉仿真数据、工况温度场数值仿真数据，输出到可视化模块与运营历史数据、感知层各设备所测试数据进行对比分析。

所述的过程可视化模块包括数据处理微机系统和LED显示屏、SNCR脱硝系统各设备的位置与功能的动态显示图，可进行数据的传输操作。

综上所述，本实施例的垃圾焚烧炉SNCR脱硝控制系统相对于现有的控制系统，至少具有如下有益效果：

(1)能够智能化调节、实现运行工况与在线仿真结果、历史运营数据实时对比，实现对焚烧炉燃烧特性、烟气氮氧化物预测并降低NOx排放。控制还原剂的质量以及压缩空气的配比，提升脱硝效率，减少氨逃逸从而降低或避免由氨逃逸引起的设备腐蚀，同时节约还原剂，降低生产成本。

(2)满足因不同负荷工况、不同燃料热值等问题引起的燃烧不充分带来的有害烟气排放。在实际焚烧炉生产过程中，工况的以及燃料的不稳定性对炉膛的燃烧特性、温度场有着较大影响，而保持稳定的脱硝效率是确保烟气排放符合国家标准的关键因素。本设计方案相比现有的DSC控制更加精确，反应速度更快，效率更好。

(3)减少人员劳动强度，以及减少因设备检修、改造后的调试期间有害气体的排放。各设备采用远程无线通信，容易安装维护、远程控制与在线升级，时效性强。

如图6所示，本实施例还提供了一种工业锅炉SNCR脱硝控制方法，包括以下步骤：

S1、采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；

S2、根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算NH₃的第二含量信息；

S3、根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂。

参照图5，所述限值控制脱硝模块采集烟气的氮氧化合物，检测到的数据包括但不限于：NOX浓度，氨逃逸浓度，脱硝效率，烟气脱硝系统阻力，烟气温降，O₂浓度等。根据限制指标判断氮氧化合物的浓度是否大于指标值，若大于，则需要调整NH₃的含量，由还原剂量计算模块对NH₃的含量进行技术后，通过还原剂量控制模块控制执行层输出更多的NH₃。所述限值控制脱硝模块采集烟气的氮氧化合物含量并与所述氨逃逸处理模块连接；所述的氨逃逸处理模块根据所述限值控制脱硝模块采集的数据进行评估与处理，如果采集结果氨逃逸大于设定限制值，所述的氨逃逸处理模块将指令传递至所述控制层的还原剂量控制模块进行反馈，同时直接进行二次脱硝处理，降低氨逃逸的数量。

其中，限制指标可以为GB/T 16157《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样》、HJ/T 42《固定污染源排气中氮氧化物的测定紫外分光光度法》、GB/T 18204.25-2000《公共场所空气中氨测定方法》或HJ 693-2014《固定污染源废气氮氧化物的测定定电位电解法》等相关标准上设定的指标。

本实施例的一种工业锅炉SNCR脱硝控制方法，与上述实施例所提供的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统具有一一对应关系，具备该系统相应的功能和有益效果。

可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，包括执行层、感知层、转换层、控制层和管理层；

所述执行层包括喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀；

所述感知层包括烟气量动态测量模块，所述烟气量动态测量模块用于采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；

所述转换层用于根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算NH₃的第二含量信息；

所述控制层用于根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂；

所述管理层用于对控制指令进行存储，以生成运营历史数据。

2.根据权利要求1所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述NOx的浓度通过以下公式计算获得：

3.根据权利要求1所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述感知层还包括压力测量模块、温度检测模块、限值控制脱硝模块、多组分气体分析仪、和CEMS检测仪；

所述压力测量模块设置在炉膛的一次风入口处、二次风入口处以及烟气出口处，用于测量烟气量和烟气流动速度参数的变化量；

所述温度检测模块包括多个无线温度检测传感器阵列，所述多个无线温度检测传感器阵列分三层设置在炉膛的二次风入口和炉膛的第一烟道出口之间，用于测量炉膛间的温度分布情况；

所述限值控制脱硝模块设置在炉膛的第一烟道出口处或SCR脱硝装置的入口处，用于测量烟气中氮氧化物的含量；

所述的多组分气体分析仪，用于采集炉膛的烟道中的氮氧化物浓度、氧气的含量和硫化物的含量，所述多组分气体分析仪的采样部件设置在炉膛的两侧，且位于二次风入口与喷枪之间；

所述烟气量动态测量模块包括流量计、温度传感器与压力传感器，所述烟气量动态测量模块的采集点设置在炉膛的二次风入口与第一烟道入口之间；

所述CEMS检测仪设置在炉膛的第一烟道入口处以及烟气出口处，用于测量烟气的原料物性参数以及污染物排放参数。

4.根据权利要求3所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述无线温度检测传感器阵列由多个无线温度传感器节点组成，所述无线温度传感器节点用于采集炉膛的温度信息，并通过LoRa或NB-IoT的通讯方式发送温度信息。

5.根据权利要求1所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述转换层包括还原剂量计算模块，烟气量修正模块、氨逃逸处理模块；

所述烟气量修正模块用于对烟气量动态测量模块采集的第一含量信息进行标定及校正；

所述还原剂量计算模块内设有还原剂量计算模型和最优氨氮比例，用于根据第一含量信息获取NOx的浓度，并结合NOx的浓度还原剂量计算模型和最优氨氮比例计算NH₃的第二含量信息；

所述氨逃逸处理模块用于检测未参加还原反应的NH₃、烟气总量的体积占比及还原剂粒径大小。

6.根据权利要求5所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述氨逃逸处理模块通过以下方式检测还原剂粒径大小：

基于数字全息测量原理，对喷枪喷出的还原剂进行采样后，结合标量衍射理论获取还原剂粒径大小。

7.根据权利要求1所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述执行层还包括电磁流量计，所述电磁流量计安装在喷枪的输送管道和空气压缩机的压缩空气管道上，所述控制层包括运行负荷调节模块、还原剂量控制模块、工况温度场数值仿真模块；

所述运行负荷调节模块用于调节炉膛内的烟气、燃料和蒸汽；

所述还原剂量控制模块用于对电磁流量计、喷枪喷口大小与角度以及空气压缩机进行控制；

所述工况温度场数值仿真模块用于根据炉膛的工况参数进行过程仿真，为还原剂的控制提供计算数据基础。

8.根据权利要求7所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述电磁流量计具有远程无线传输与接收功能，根据还原剂量控制模块的指令配置还原剂的配比。

9.根据权利要求1所述的一种工业锅炉SNCR脱硝控制系统，其特征在于，所述管理层包括运营历史数据库、数值计算数据库与过程可视化模块；

所述运营历史数据库内存储有炉膛的运营数据、同类型炉膛的运营历史数据，且与数值计算数据库、过程可视化模块进行数据共享；

所述数值计算数据库内存储有同类型炉膛的仿真数据、工况温度场数值仿真数据，将存储的数据输出到可视化模块与运营历史数据，或与感知层采集的数据进行对比分析；

所述过程可视化模块包括数据处理微机系统和LED显示屏。

10.一种工业锅炉SNCR脱硝控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集炉膛内NO和O₂的第一含量信息；

根据第一含量信息获取NOx的浓度，根据NOx的浓度计算NH₃的第二含量信息；

根据第二含量信息生成控制指令，根据控制指令控制喷枪、空气压缩机和喷氨调节阀的工作状态，以使喷枪往炉膛内喷射还原剂。

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