CN112221323A - 一种基于流速加权的NOx分区测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流速加权的NOx分区测量方法，将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为若干个区域，每个区域安装一个多功能取样探头（多深度NOx取样、烟气流速），用不同区域的流速测量值计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，提高氨氮混合的充分程度，在较低的氨逃逸情况下实现脱硝系统高效运行、较低排放、稳定运行的目的。本发明通过烟气流速动态修正SCR出口不同区域的NOx浓度测量值，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，可以更大程度提高氨氮混合的充分程度，达到“按需喷氨”的目的，提高脱硝运行效果。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组脱硝系统NOx取样方法，具体涉及一种基于流速加权的NOx分区测量方法。
背景技术
燃煤电厂的煤炭经锅炉燃烧后，生成的污染物有粉尘、二氧化硫及氮氧化物(即NOx)，前两种污染物的常规处理方式是在炉外进行，目前的技术比较成熟且脱除效率较高，SCR烟气脱硝法是目前火电机组控制NOx排放的主要手段，且脱硝反应区设置在锅炉内，喷氨较少时效率低会引起NOx排放不达标，喷氨过量时脱硝效率高但会导致氨逃逸增大，引发空预器堵塞、烟道腐蚀等问题，严重影响到机组的安全运行。流场分布不均导致喷氨控制较为粗放，喷氨调门仅仅控制A\B侧的总量，不能根据NOx的分布不均而按需自动调整，直接影响到脱硝反应区氨氮混合的效果，达不到氨氮充分混合的目的，导致SCR脱硝系统未能充分发挥其NOx脱除能力。
由于受到测量信号误差、测点位置的不具代表性、催化反应时间、流场的不均匀性等的影响，脱硝喷氨控制存在一定的滞后和延时，直接影响到NOx闭环控制的效果。特别是大多数燃煤电厂均存在SCR反应器烟气中NOx实际分布不均匀的情况，虽然喷氨格栅配置了手动调整门，但长期未调整或调整效果不佳的情况较为普遍，因受到锅炉燃烧和锅炉烟道结构的不同，脱硝反应区和出口垂直于流速方向的不同位置的流速存在差异，表现为：垂直于流速方向从一侧向另一侧递增、递减、中间区域高两侧低，或流速高低交错分布等多种情况，流速的不均匀性加剧了不同区域NOx分布的不均匀性。然而氨氮混合的充分程度直接决定了脱硝的整体效果，喷氨控制若不能根据NOx分布的不均匀性及时调整策略，会导致实际脱硝系统运行效果不佳。因此根据反应区NOx的浓度不同而采用“按需喷氨”的方式，是提高氨氮混合效率的一种有效手段，即在控制NOx排放的同时，尽可能降低单位发电量氨耗，控制污染物排放的同时，兼顾到机组、设备的安全稳定运行。
要达到“按需喷氨”喷氨的目的，精确测量出不同区域的NOx浓度至关重要，目前较为常见的取样方式有以下三种：一是在SCR出口的水平烟道上，安装多个取样点，同时送到一个“混合器”进行物理混合，混合后的气体送至CEMS进行分析，此方式可以较为准确地测出SCR出口NOx的平均值，但不能测量出每个区域的实际值，不能给分区控制提供有效的数据支撑。二是在SCR出口的水平烟道上，平均分为若干个区域，每个区域配置一套烟气分析仪，同时测量不同区域的NOx实时值，各区域喷氨调门根据各自区域不同的NOx浓度，进行喷氨控制，可以达到分区控制的目的，但投资较高，应用情况受限。三是在SCR出口的水平烟道上，平均分为若干个区域，每个区域安装一个取样探头，一侧配置一套NOx分析仪，通过控制切换送至分析仪的烟气取自不同探头，在不同探头之间循环切换，测量不同区域的NOx实际值，通过各区域喷氨调门进行喷氨控制，在一定程度上达到分区控制的目的，但不同区域流速不同时，仅仅用NOx实时值控制不同区域喷氨量，显然也是不科学的。
因此，将SCR出口烟道平均分为若干个区域，每个区域按网格法测量原理配置一组取样探头(4个探头插入深度分别为20％、40％、60％、80％)，通过不同区域之间的循环测量，测量出不同区域的NOx实时值，并且根据流速加权修正NOx测量值，得到流速加权修正后的NOx浓度计算值，将修正后的NOx有效浓度参与到喷氨分区控制，可以大幅度提升氨氮充分混合程度，真正达到“按需喷氨”的目的。因此研究一种基于流速加权的NOx分区测量系统及计算方法，可以显著提升脱硝系统控制效果，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠、实现方便、准确测量SCR出口不同区域NOx浓度有效值的方法，为分区喷氨控制提供了更为科学的控制数据，提高脱硝反应区氨氮混合的充分程度，达到“按需喷氨”的目的。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于流速加权的NOx分区测量方法，其特征在于，将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为若干个区域，每个区域安装一个多功能取样探头(多深度NOx取样、烟气流速)，用不同区域的流速测量值计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，提高氨氮混合的充分程度，在较低的氨逃逸情况下实现脱硝系统高效运行、较低排放、稳定运行的目的。
将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为6个区域，6个区域分别插入6个多功能取样探头，每个多功能取样探头包括6根不锈钢取样支管道，为了使抽取的烟气具有代表性，其中4根不锈钢取样支管道的插入深度分别为脱硝SCR出口烟道尺寸的20％、40％、60％和80％，4路气体在混合罐里充分混合后，进行NOx含量分析；
另外2根不锈钢取样支管道用于测量烟气流速，为了防止灰尘堵塞，取样口切面方向背风布置，多功能取样探头经过耐磨处理；测量出不同区域的流速值，并以此计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将流速加权修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，更大程度提高氨氮混合的充分程度，提高脱硝运行效果，降低氨逃逸。
为了避免多功能取样探头的堵塞，系统配置了压缩空气吹扫装置，主要包括PLC控制器及电磁阀及附属的供电回路，控制理念为“A\B侧取样、吹扫协同控制”，即，A\B侧取样和吹扫共用一套PLC控制器，为了提高取样实时性，取样时A、B同时进行，互补干扰；吹扫时，为了避免同时影响两侧取样，A、B侧吹扫交替进行，且启动在线吹扫程序时，自动取样装置执行到第3区或第4区，吹扫时间设置与取样时间一致；离线吹扫不受以上条件约束。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通过烟气流速动态修正SCR出口不同区域的NOx浓度测量值，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，可以更大程度提高氨氮混合的充分程度，达到“按需喷氨”的目的，提高脱硝运行效果。第一步：将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为6个区域，6个分区分别插入6个多功能取样探头，每个多功能探头的其中4根管道的插入深度分别为脱硝SCR出口烟道尺寸的20％、40％、60％和80％，4路气体在混合罐里充分混合后，进行NOx含量分析。第二步：测量出不同区域的流速值，并以此计算出流速加权系数，将流速加权修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，更大程度提高氨氮混合的充分程度。第三步：为了避免取样探头的堵塞，本系统配置“A\B侧取样、吹扫协同控制”的吹扫装置，提高采样实时性同时，避免了吹扫对采样的影响，提升系统整体运行效果。
附图说明
图1为本发明的系统布置图；
图2为图1中多功能取样探头的侧面和迎风面的对比图；
图3为图1中多功能取样探头的插入深度俯视图；
图4为本发明的吹扫步续图(A、B侧取样启动时间一样时)；
图5为本发明的吹扫步续图(A、B侧取样启动时间不同时)。
图中：单向截止阀1、混合罐2、CEMS取样管3、分区取样电磁阀4、流速取样管手动阀5、吹扫电磁阀6、多功能取样探头连接法兰7、多功能取样探头8、贯穿式固定杆9。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中，一种基于流速加权的NOx分区测量方法，将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为若干个区域，每个区域安装一个多功能取样探头(多深度NOx取样、烟气流速)，用不同区域的流速测量值计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，提高氨氮混合的充分程度，在较低的氨逃逸情况下实现脱硝系统高效运行、较低排放、稳定运行的目的。
系统包括单向截止阀1、混合罐2、CEMS取样管3、分区取样电磁阀4、流速取样管手动阀5、吹扫电磁阀6、多功能取样探头连接法兰7、多功能取样探头8和贯穿式固定杆9。混合罐2经过单向截止阀1连接下游烟道，CEMS取样管3连接在混合罐2上，混合罐2通过管道由多功能取样探头连接法兰7连接多功能取样探头8，且多功能取样探头8通过贯穿式固定杆9固定，分区取样电磁阀4、流速取样管手动阀5和吹扫电磁阀6安装在相应的管路上。以A侧为例，划分为6个区域，分区测量系统布置如附图1。
将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为6个区域，6个区域分别插入6个多功能取样探头8，每个多功能取样探头8包括6根不锈钢取样支管道，管径为
为了使抽取的烟气具有代表性，其中4根不锈钢取样支管道的插入深度分别为脱硝SCR出口烟道尺寸的20％、40％、60％和80％，4路气体在混合罐2里充分混合后，进行NOx含量分析；多功能取样探头8的侧视图和俯视图如附图2、3。
另外2根不锈钢取样支管道用于测量烟气流速，为了防止灰尘堵塞，取样口切面方向背风布置，多功能取样探头8经过耐磨处理；测量出不同区域的流速值，并以此计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将流速加权修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，更大程度提高氨氮混合的充分程度，提高脱硝运行效果，降低氨逃逸。
脱硝出口A侧烟道划分的6个区域分别为A1、A2、……、A6(以A侧为例)；
A侧6个区域的NOx测量值分别为C1、C2、……、C6；
A侧6个区域的流速测量值分别为V1、V2、……、V6；
若A侧垂直于烟气流量的烟道横截面积为SA,单位时间为t，通过A侧烟道的烟气量为QA，通过A侧烟道的NOx量为QA′，6个区域的烟气流速的平均值vi。
假如A1-A6区NOx含量均匀，要提高氨氮混合效果，必须在烟气流速高的地方多喷氨，流速低的地方少喷氨，因此采用流速加权的方式对NOx测量值进行修正。实际A1-A6区NOx含量是不均匀，为了消除因流速不同引起的单位时间通过A1-A6区的NOx总量的差异，流速加权修正如下所示。
流速修正后的NOx实时值近似计算为：
为了避免多功能取样探头的堵塞，系统配置了压缩空气吹扫装置，主要包括PLC控制器及电磁阀及附属的供电回路，控制理念为“A\B侧取样、吹扫协同控制”，即，A\B侧取样和吹扫共用一套PLC控制器，为了提高取样实时性，取样时A、B同时进行，互补干扰；吹扫时，为了避免同时影响两侧取样，A、B侧吹扫交替进行，且启动在线吹扫程序时，自动取样装置应执行到第3区或第4区，吹扫时间设置与取样时间一致(总时间3-6分钟)；离线吹扫不受以上条件约束。
测量系统抽取的烟气动力源，来自于上下游烟道烟形成的差压，不单独配置动力源。
常规NOx取样方式，有的采用多点取样，仅在“混合器”进行物理混合，测出SCR出口NOx的平均值，不能反映每个区域的实际值，不能根据每个区域实际NOx含量调整喷氨量，脱硝效果不好；也有的采用分区取样，但未考不同区域流速不同带来的需求偏差，不能真正达到“按需喷氨”的目的。
分区取样的控制逻辑及吹扫逻辑在本系统自带的PLC完成组态，多功能取样探头8的结构及尺寸按照图2、3方式，“取样、吹扫协同控制”按照图4、5方式执行，各部分之间相互协作，确保了基于流速加权的NOx分区测量系统的整体效果。
通过对不同区域NOx浓度测量值进行流速加权修正，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，可以更大程度提高氨氮混合的充分程度，达到了“按需喷氨”的目的，提高了脱硝系统的整体运行效果，在确保排放达标的情况下，大大降低了因过量喷氨带来的烟道腐蚀、空预器堵塞等问题。
本实施例中，多功能取样探头8的长度给的是在烟道中的比例，根据实际烟道尺寸确定；取样时间、吹扫时间可以为具体的数值，也可以根据取样气体流速、混合罐2尺寸等参数确定，但为了取样的准确性，每个区域取样时间要确保混合罐2内烟气完全被下一个区域的烟气置换。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于流速加权的NOx分区测量方法，其特征在于，将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为若干个区域，每个区域安装一个多功能取样探头，用不同区域的流速测量值计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，提高氨氮混合的充分程度，在较低的氨逃逸情况下实现脱硝系统高效运行、较低排放、稳定运行的目的。
2.根据权利要求1所述的基于流速加权的NOx分区测量方法，其特征在于，将脱硝SCR出口烟道沿着烟气流向方向平均分为6个区域，6个区域分别插入6个多功能取样探头，每个多功能取样探头包括6根不锈钢取样支管道，为了使抽取的烟气具有代表性，其中4根不锈钢取样支管道的插入深度分别为脱硝SCR出口烟道尺寸的20%、40%、60%和80%，4路气体在混合罐里充分混合后，进行NOx含量分析；
另外2根不锈钢取样支管道用于测量烟气流速，为了防止灰尘堵塞，取样口切面方向背风布置，多功能取样探头经过耐磨处理；测量出不同区域的流速值，并以此计算出流速加权系数，对NOx浓度测量值进行流速加权修正，将流速加权修正后的NOx浓度计算值参与脱硝喷氨控制，更大程度提高氨氮混合的充分程度，提高脱硝运行效果，降低氨逃逸。
3.根据权利要求2所述的基于流速加权的NOx分区测量方法，其特征在于，为了避免多功能取样探头的堵塞，系统配置了压缩空气吹扫装置，主要包括PLC控制器及电磁阀及附属的供电回路，控制理念为“A\B侧取样、吹扫协同控制”，即，A\B侧取样和吹扫共用一套PLC控制器，为了提高取样实时性，取样时A、B同时进行，互补干扰；吹扫时，为了避免同时影响两侧取样，A、B侧吹扫交替进行，且启动在线吹扫程序时，自动取样装置执行到第3区或第4区，吹扫时间设置与取样时间一致；离线吹扫不受以上条件约束。
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