CN112191101A - 一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法 - Google Patents

一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，包括以机组常规运行工况作为喷氨格栅调整基准工况，将喷氨格栅阀门调整为统一开度；在SCR出口烟道截面布置与喷氨格栅分区数量相对应的采样节点数进行NOx、氨逃逸浓度测量；根据各节点NOx浓度，计算其分布相对标准偏差CV值及平均值，以高/低于NOx浓度均值的节点开/闭其对应分区喷氨格栅开度的原则进行第一步调节，根据节点内氨逃逸浓度，计算节点内氨逃逸均值及其分布相对标准偏差CV值，进行第二步调节。本发明通过NOx浓度及氨逃逸浓度，计算出其截面分布的相对标准偏差及其排放均值，进行粗调及精调，可行性强，对稳定负荷时间要求短，商业应用价值高。

Description

一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法
技术领域
本发明属于SCR脱硝技术领域，具体涉及一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法。
背景技术
SCR（Selective Catalytic Reduction）简称SCR，SCR脱硝技术是指在180~450℃范围内，还原剂（如液氨、尿素和氨水等）在催化剂作用下，“有选择性”地与烟气中的NOx反应，生成无污染的N2和H2O的NOx减排技术。喷氨格栅（Ammonia Injection Grid）简称AIG，是将还原剂均匀喷入烟气中的装置。
当前燃煤机组脱硝装置NOx浓度已按50mg/m3超低排放标准运行，河北等部分污染物防治重点区域甚至已按30mg/m3深度减排标准运行，此时SCR脱硝装置效率通常高达90%~96%，这就加剧了出口NOx浓度及氨逃逸浓度分布的不均匀性，一方面影响脱硝装置整体性能的发挥，另一方面局部氨逃逸峰值通常会加剧空气预热器等下游设备的硫酸氢铵堵塞及腐蚀，影响机组的安全、经济运行。为此，电厂通常定期（在机组检修后或者每隔1年）对脱硝装置的喷氨格栅调阀开度进行调整，以优化出口NOx浓度及氨逃逸浓度分布，保证在NOx浓度达标排放的同时，降低出口整体及局部氨逃逸浓度值。
现有技术主要分为两类，一类是通过在每一喷氨格栅分区对应的上游母管处安装自动调节阀，通过巡测SCR进、出口各节点的NOx浓度、氨逃逸浓度，结合进口各节点烟气流速检测仪表，自动调节对应分区喷氨格栅调节阀的开度，以优化该区域的喷氨量；另一类是基于出口NOx浓度实测值手动调整对应分区喷氨格栅的调节阀的开度。
参见公开号为CN108664006A的中国专利文献，公开了一种基于分区控制和先进控制的SCR脱硝智能喷氨优化方法及系统，通过在每一分区内设置氮氧化物浓度及烟气流速检测仪表测值，调整对应分区喷氨格栅的自动调节阀，以优化入口各分区内喷氨量的分配。此方案考虑了SCR入口各节点内NOx浓度质量流量和氨需量的匹配，但忽视了下游烟气流场及反应器内催化剂各模块性能的差异对氨逃逸分布的影响。
参见公开号为CN107252630A的中国专利文献，公开了一种优化SCR脱硝系统氨氮摩尔比分布的方法，通过计算每一控制周期内出口各节点氨氮摩尔比分布的相对标准偏差系数CVm，第一步判别CVm是否超过预设阀值，第二步判别该节点的脱硝效率及氨逃逸浓度是否同时高于设定阀值，第三步判别该节点NOx浓度与均值的相对误差是否达到阀值，三步同时满足时启动对该节点对应的喷氨格栅自动阀门的进行一次5%幅度的关闭动作。此方案主要问题是巡测系统复杂、易堵、稳定性差，取样周期长、波动大，实施成本高；氨逃逸作为极小值极易吸附到烟道外较长的取样管路上，无法准确测量；第二步判别条件仅能优化因较高效率导致的较高氨逃逸的过喷情况，无法优化因催化剂局部活性降低导致的较低脱硝效率和较高氨逃逸情况（如催化剂局部穿透）。
参见公开号为CN109260948A的中国专利文献，公开了波动负荷下脱硝均匀性测量优化系统及方法，通过基准点校准回路消除NOx浓度整体波动的偏差，并建立NOx浓度测量值与对应位置喷氨阀门开度的对应系数，其忽视了对应节点的烟气流速影响，且与中国专利文献CN102125800A一样，未考虑到下游烟气流场及催化剂性能偏差对出口NOx浓度及氨逃逸的影响。
参见公开号为CN102125800A的中国专利文献，公开了一种燃煤电厂SCR烟气脱硝系统的优化调整方法，通过测试SCR出口NOx浓度分布的相对标准偏差CV值是否大于阀值，调整对应区域喷氨格栅的开度，以优化出口NOx浓度分布，
当其CV值达到15%~30%即认为优化调整完成。此专利技术原理是SCR出口NOx浓度和对应点的氨逃逸浓度在一定条件下大致成反比例对应关系。因其未直接测量氨逃逸浓度，也无法消除因入口烟气条件及催化剂性能差异的导致氨逃逸分布不均的影响（如催化剂模块出现磨损、积灰、甚至穿透现象），但通常可作为喷氨格栅粗调的一种手段。
综上，根据大部分电厂脱硝装置喷氨格栅均安装手动阀门的工程实际，及氨逃逸在线测量可靠性差等现状，本文提出了一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅手动调平方法，拟通过NOx浓度快速测量实现喷氨格栅阀门的粗调，通过氨逃逸的代表点的实测实现喷氨格栅阀门的精细化调整。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，解决SCR超低排放下出口NOx浓度和氨逃逸浓度均匀性较差问题，保证NOx浓度达标排放的同时，优化氨逃逸浓度分布均匀性，消除局部氨逃逸浓度峰值。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，包括：
S1、以机组常规高负荷运行工况作为喷氨格栅调整基准工况，将喷氨格栅阀门全部调整为统一初始开度，机组常规高负荷为80%~100%额定负荷；
S2、在SCR出口烟道截面布置与喷氨格栅分区数相对应的采样节点数，用于对各节点进行包括NOx浓度测量、氨逃逸浓度测量；
S3、根据各节点NOx浓度，计算其分布相对标准偏差CV值及平均值，对于高于或低于NOx均值的节点打开或关闭其对应分区喷氨格栅开度的原则，对喷氨格栅阀门进行第一步调节，
S4、根据选定各节点内氨逃逸浓度，计算选定节点氨逃逸均值及其分布相对标准偏差CV值，并据此对喷氨格栅阀门进行第二步调节。
优选地，进行第一步调节时，当NOx浓度分布CV值达到25%~30%以内时，完成第一步调节。
进一步优选地，反复进行第一步调节后剔除个别奇异点后使CV值可达25%~30%。
优选地，第一步调节进行多次，每次调节幅度为10%~20%开度。
优选地，进行第二步调节时，当选定节点氨逃逸浓度分布CV值处于25%~50%时，将氨逃逸高点及低点区域喷氨格栅阀门关闭或打开3-5%；当其分布CV值处于50%以上时，将氨逃逸高点及低点区域喷氨格栅阀门关闭或打开5-10%。
优选地，进行第二步调节时，当选定节点氨逃逸浓度分布CV值低于25%时，完成第二步调节。
优选地，进行第二步调节时，原则上调整次数不超过3次；如超过3次，需根据经验分析是否存在奇异点。
优选地，选择采样氨逃逸节点时包括：代表点NOx平均值与截面烟道NOx平均值相等处、NOx浓度奇异点处，原则上每个测孔选择一个氨逃逸节点，氨逃逸取样代表点的数量至少为6个。
优选地，阀门调节的开度不能低于30%，
优选地，氨逃逸取样的采样周期约为6-8分钟，多个选定氨逃逸取样点可同步取样。
优选地，阀门的开度均通过手动调节。
优选地，单侧反应器每一轮基于快速测量调平时所需负荷稳定时间约为1.5小时；两侧反应器可独立调平。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明可有效应用于机组各主要高负荷的喷氨格栅开度的优化调整，通过实测SCR出口截面各关键节点NOx浓度及氨逃逸浓度，可直接计算出其截面分布的相对标准偏差及其排放均值，并进行快速粗调及精细化调整，可行性强，且对稳定负荷时间要求短，具有重要商业应用价值。
附图说明
附图1为移动式自动切换快速取样烟气脱硝系统示意图；
附图2为氨逃逸取样设备示意图。
以上附图中：
1、取样格栅；2、取样切换箱；3、取样次序控制器；4、烟气预处理；5、烟气分析仪；6、标准气体；7、数据处理器；8、采样枪；9、吸收瓶；10、冰水浴；11、气体干燥剂；12、抽气泵；13、流量计。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，包括：
以机组常规高负荷运行工况作为喷氨格栅调整基准工况，将喷氨格栅手动阀门全部调整为统一开度，如80%。
在SCR出口烟道截面布置与喷氨格栅分区数相对应的采样节点数，用于对各节点进行包括NOx浓度测量、氨逃逸浓度测量，氨逃逸取样点原则按照代表点NOx平均值与截面烟道NOx平均值相等处，其中NOx浓度奇异点处也增加为氨逃逸取样点，具体可采用公开号为CN204989154U的一种移动式自动切换快速取样烟气脱硝测试系统，快速测量脱硝出口截面各节点NOx浓度值。如图1所示，其工作过程如下：
根据出口取样节点与喷氨格栅调阀分区数量相对应的原则安装取样格栅1；将同一时刻各节点的烟气通过各自小泵预抽到的多个取样切换箱2处，取样次序控制器3将每一台取样切换箱与预先设置好一台的烟气预处理4和一台烟气分析仪5相连接；所有取样切换箱同步工作，将各自预抽取样节点烟气按预先设置的次序送入烟气各自对应的烟气分析仪进行测试。其中同一取样切换箱中的不同取样节点烟气通过电磁阀进行切换。烟气分析仪可采用标准气体定期进行标定，多台烟气分析仪同步测量后将结果送到数据处理器7，即可得到同一时刻所有预抽节点烟气的实测数据及分布偏差，并可自动绘制NOx分布云图。
根据各节点NOx浓度，计算其分布相对标准偏差CV值及平均值，以高于或低于NOx均值节点打开或关闭其对应分区喷氨格栅开度的原则对喷氨格栅手动阀门进行第一步调节，粗调，每一次调节幅度为10%~20%开度，进行多轮次快速调节，当其CV值达到25%~30%以内时第一步调节结束；或者反复调节后剔除个别奇异点后CV值可达25%~30%，奇异点通常是极大值点。
根据选定各节点内氨逃逸浓度，计算选定各节点氨逃逸均值及其分布相对标准偏差CV值，并据此对喷氨格栅手动阀门进行第二步调节。其中：氨逃逸样品采用美国EPA的CTM-027标准以化学溶液吸收法采集，并记录所采集的干烟气流量和O2浓度，通过分析样品溶液中的氨浓度，根据所采集的烟气流量和O2浓度，计算各采集点处烟气中干基NH3浓度，如图2所示。氨逃逸取样设备可采用几套同时进行，一个取样周期约为6分钟。
进行第二步调节时，当其分布CV值处于25%~50%时，将氨逃逸高点/低点区域喷氨格栅手动阀门关闭或打开5%；当其分布CV值处于50%以上时，将氨逃逸高点或低点区域喷氨格栅手动阀门关闭或打开10%。经多次测量、计算调节，当其分布CV值低于25%时，完成第二步调节。
需要注意的是：调平时注意各手动调阀的开度不能低于30%，以防止某一喷氨格栅氨气流量较小导致后期喷氨格栅喷嘴的堵塞。
采用上述喷氨优化调整方法，首先在机组常规高负荷下进行了调平，结果表明：
喷氨优化调整后，机组453MW负荷下、SCR出口NOx浓度约41mg/m3时，A、B侧反应器出口截面NOx浓度分布相对标准偏差CV值分别由调整前的133%、150%减小至24%、29%，局部氨逃逸浓度峰值分别由12.7L/L、16.0µL/L降低至1.2µL/L、1.2µL/L。经过喷氨优化调整，SCR出口NOx浓度分布均匀性显著提高，局部氨逃逸浓度峰值明显降低。空预器硫酸氢铵堵塞风险大大降低。
喷氨优化调整后，机组580MW及312MW负荷下，SCR出口NOx浓度分别为37mg/m3、38mg/m3时，A、B反应器出口截面NOx分布相对标准偏差CV值分别为29%、30%及29%、32%。机组不同负荷下SCR出口NOx浓度分布保持较好的均匀性。优化结果如表1所示。
表1 SCR脱硝装置优化调整结果。
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上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：包括：
S1、以机组常规高负荷运行工况作为喷氨格栅调整基准调节工况，将喷氨格栅阀门全部调整为统一初始开度，
S2、在SCR出口烟道截面布置与喷氨格栅分区数量相对应的采样节点数，用于对各节点进行包括NOx浓度测量、氨逃逸浓度测量，
S3、根据各节点NOx浓度，计算其分布相对标准偏差CV值及平均值，对于高于或低于NOx均值的节点打开或关闭其对应分区喷氨格栅开度的原则，对喷氨格栅阀门进行第一步调节，
S4、根据选定各节点内氨逃逸浓度，计算选定节点氨逃逸均值及其分布相对标准偏差CV值，并据此对喷氨格栅阀门进行第二步调节。
2.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：进行第一步调节时，当NOx浓度分布CV值达到25%~30%以内时，完成第一步调节。
3.根据权利要求2所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：反复进行第一步调节后剔除个别奇异点后使CV值可达25%~30%。
4.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：第一步调节进行多次，每次调节幅度为10%~20%开度。
5.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：进行第二步调节时，当选定节点氨逃逸浓度分布CV值处于25%~50%时，将氨逃逸高点及低点区域喷氨格栅阀门关闭或打开3-5%；当其分布CV值处于50%以上时，将氨逃逸高点及低点区域喷氨格栅阀门关闭或打开5-10%。
6.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：进行第二步调节时，当选定节点氨逃逸浓度分布CV值低于25%时，完成第二步调节。
7.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：选择采样氨逃逸节点时包括：代表点处NOx平均值与截面烟道NOx平均值相等处、NOx浓度奇异点处，氨逃逸取样代表点的数量至少为6个。
8.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：阀门调节的开度不能低于30%。
9.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：氨逃逸取样的采样周期约为6-8分钟。
10.根据权利要求1所述的基于NOx及氨逃逸浓度快速测量的喷氨格栅调平方法，其特征在于：阀门的开度均通过手动调节。
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