一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的方法及系统
技术领域
本发明涉及火力发电厂燃煤锅炉技术领域,尤其涉及一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的方法及系统。
背景技术
现阶段,SCR脱硝技术是我国燃煤电站锅炉脱除烟气中NOx的主要方式。SCR脱硝的原理是向烟道内喷入一定量的氨气(NH3),在一定温度(300~400℃)及催化剂的作用下,氨气与烟气中的氮氧化物(NOx)发生还原反应,NOx被还原成N2,从而实现氮氧化物的脱除。SCR脱硝系统的性能指标一般包括:脱硝效率、氨逃逸率、系统阻力等,而氨逃逸过高,会导致下游空预器设备堵塞,严重时会影响燃煤机组锅炉安全稳定运行。目前用于改善SCR脱硝性能的方式主要包括:精准喷氨、改善催化剂层前流场均匀性、提升低负荷期间SCR入口烟温等方式。
目前,精准喷氨技术主要包括以下内容:
专利CN105854597A提出在SCR脱硝系统入口及出口均布置了烟气采样系统和烟气分析仪,在SCR脱硝系统入口布置了烟气流量分布检测系统。该专利提出先根据SCR入口烟气量及烟气成分确定总的喷氨量及各支管喷氨量,然后根据催化剂层前的氨氮摩尔比修正总喷氨量,根据SCR出口参数修正调整各支管喷氨量。
申请号201810402442.7专利提出一种在线速度场调平和浓度场测量的全负荷精准喷氨系统,该专利提出设置两级喷氨系统,通过一级喷氨系统粗调、二级微喷补氨系统精细调整的方式实现精准喷氨。此外,催化剂层前的可动导流板可对催化层前的速度场进行调整,使得速度标准偏差系数小于15%。
申请号201611156350.2专利提出一种火电机组SCR脱硝喷氨的自动控制方法及系统:该专利提出通过比较脱硫出口氮氧化物的含量与脱硫出口氮氧化物设定值得到初始修正系数,用来修正液氨需求量。申请号201410163844.8专利提出一种选择性催化还原脱硝装置的气固两相流场与喷氨优化方法:该专利通过数值模拟的方式确定烟道内的气固两相流流动特性,优化布置SCR内部部件形状与位置,然后根据喷氨格栅前的烟气参数,确定最佳氨氮比和相应区域的喷氨量。
申请号201910871574.9专利提出一种SCR脱硝系统及其喷氨控制方法:该专利提出在每层催化剂前均布置一组喷氨单元。申请号201910648709.5、201811290036.2、201710838772.6、201410337822.9、201810796229.9等专利,是通过建立预测模型,计算下一时刻的喷氨量,并引入前馈系统,实现对喷氨阀门的开度控制,提高喷氨量的精确性和实时性。
从上述技术来看,精准喷氨的技术核心为根据烟道出口的NOx分布及机组负荷变化,及时改变各喷氨支管的喷氨量。在优化SCR脱硝系统流场均匀性方面,现阶段主要有以下技术:
申请号201811073989.3专利提出一种混流装置、SCR脱硝系统及脱硝系统烟道流场均匀方法:该专利提出在喷氨格栅前安装摆动导流板,将喷氨格栅入口区域划分成M×N个网格,依据每个网格的烟气流速分布情况,调整摆动导流板直至达到要求。申请号201810935826.5、201710541249.7专利提出一种在催化剂层前加装导流板,通过检测催化剂层前速度分布情况,来动态调整速度分布,使其速度偏差处于15%以内。
由以上介绍可知,目前提升SCR脱硝系统的专利技术大多集中于调整催化剂层前烟气速度均匀性和各喷氨支管的精准喷氨量。以上技术在SCR系统催化剂整体活性较好、各区域活性基本一致的情况下,是可以有效提升SCR脱硝系统的综合性能的,但是一旦局部催化剂出现特性失活,则可能出现严重的负面效应,即对应催化剂失活区域会出现喷氨量过多(为降低该区域的NOx),氨逃逸快速升高的现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的方法及系统,以烟道截面各区域烟气量再分配的方式,充分利用活性较好的催化剂区域,规避活性较差或失活的催化剂区域,来提升SCR脱硝装置的综合性能,并可以对催化剂的各区域活性做出判断,指导后期的催化剂再生工作。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:
第一方面,本发明实施例还提供了一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的方法,包括:
获取脱硝催化剂层后烟道截面NOx分布偏差系数;
动态调整喷氨支管的喷氨量;
判断区域催化剂是否活性降低或失活;
对喷氨量、烟气量进行粗分配;
对喷氨量、烟气量进行精调节。
作为进一步的实现方式,按照喷氨格栅的分布情况将脱硝催化剂层后的烟道划分为M×N个区域,并通过烟气分析装置测量每个区域内的NOx和O2;通过计算得到NOx分布偏差系数Cv。
作为进一步的实现方式,按照喷氨格栅的分布情况将脱硝催化剂层前的烟道划分为M×N个区域,通过脱硝催化剂层前的烟气流速测量装置和烟气成分分析装置测量每个区域的烟气流速和烟气成分,并按照各区域尺寸计算出区域对应的烟气量,结合相应区域烟气中的NOx浓度,按照相关标准计算得到各区域的理论喷氨量;根据理论喷氨量对喷氨支管进行调整,每次调整后测量脱硝催化剂层后的NOx分布偏差系数。
作为进一步的实现方式,通过测量脱硝催化剂层前后的烟气成分,得到各区域催化剂的脱硝效率,对于喷氨量已达到理论喷氨量相应倍数或喷氨支管的阀门已全开的区域,若脱硝效率低于设定值,则判断该区域催化剂存在活性降低或失活现象。
作为进一步的实现方式,粗分配方法为:对于判断催化剂活性降低或失活的区域,减少其喷氨支管的喷氨量,使其处于理论喷氨量的设定比例内;整体调整喷氨格栅前的导流板开度,减少流经催化剂活性降低或失活区域喷氨支管的烟气量,增加流经脱硝效率较高的催化剂区域上游喷氨支管的烟气量;
精调节方法为:当调整喷氨格栅前弯道的导流板角度无法实现催化剂层后NOx浓度分布偏差Cv小于设定值时,则采用调整催化剂层前弯道中的可调导流板角度的方式对流经系统的烟气量再次分配。
第二方面,本发明的实施例还提供了一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的系统,包括烟道、喷氨格栅、脱硝催化剂层,喷氨格栅和脱硝催化剂层前侧的烟道段内设置可调节导流板装置,喷氨格栅后侧和催化剂层前侧设置烟气流速测量装置,脱硝催化剂层前侧、后侧分别设置烟气成分测量装置;所述可调节导流板装置的开合角度及喷氨格栅的喷氨量通过智能控制模块控制。
作为进一步的实现方式,所述可调节导流板装置包括直烟道组合导流板、弯道组合导流板,直烟道组合导流板、弯道组合导流板分别连接挡板执行机构。
作为进一步的实现方式,所述弯道组合导流板包括固定弧形板和若干第一可调直板,第一可调直板沿固定弧形板长度方向分布,并与固定弧形板铰接;直烟道组合导流板包括铰接在一起的固定直板和第二可调直板。
作为进一步的实现方式,所述第一可调直板沿烟道宽度方向的数量等于喷氨格栅中喷氨支管沿烟道宽度方向布置的个数,沿烟道深度方向的数量等于喷氨支管沿烟道深度方向布置的个数;所述固定弧形板的个数等于喷氨支管沿烟道深度方向布置的个数。
作为进一步的实现方式,所述直烟道组合导流板沿烟道宽度方向的数量等于喷氨支管沿烟道宽度方向布置的个数,沿烟道深度方向的数量等于喷氨支管沿烟道深度方向布置的个数。
上述本发明的实施例的有益效果如下:
(1)本发明的一个或多个实施方式以SCR脱硝反应器出口各区域氮氧化物浓度偏差作为智能控制模块的输入值,指导智能控制模块按照既定程序调整每层可调式导流板相对角度,实现烟气流量在催化剂层的再分配;
(2)本发明的一个或多个实施方式采取使流经区域催化剂层烟气量再分配的方式,改善SCR脱硝系统的综合性能,可降低SCR脱硝系统得氨逃逸量和提升其脱硝效率;
(3)本发明的一个或多个实施方式不需对SCR系统进行较大的改动,简便易行,较为经济;适用于已经投运12000h以上、综合性能呈现下降趋势的SCR脱硝装置。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的流程图;
图2是本发明根据一个或多个实施方式的系统结构示意图;
图3是本发明根据一个或多个实施方式的喷氨支管编号及区域划分示意图;
图4是本发明根据一个或多个实施方式的直烟道组合导流板后方烟道截面区域划分示意图;
图5是本发明根据一个或多个实施方式的弯道组合导流板结构示意图;
图6是本发明根据一个或多个实施方式的直烟道组合导流板结构示意图;
其中,1、第一弯道,2、第二弯道,3、第三弯道,4、直烟道组合导流板,5、挡板执行机构,6、烟气流速测量装置,7、烟气成分分析装置,8、脱硝催化剂层,9、弯道组合导流板,10、阀门,11、流量计,12、喷氨支管,13、烟道,14、氨气母管,15、第一可调直板,16、固定弧形板,17、固定直板,18、第二可调直板。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合;
为了方便叙述,本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样,仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致,并不对结构起限定作用,仅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设备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申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或为一体;可以是直接连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部连接,或者两个元件的相互作用关系,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
本实施例的“前”、“后”以烟气方向为参考。
实施例一:
本实施例提供了一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的方法,如图1所示,包括以下步骤:
1)获取脱硝催化剂层后烟道截面NOx分布偏差系数:
按照上游喷氨格栅的分布情况(假设为M×N,M为烟道宽度方向的喷氨支管数量,N为烟道深度方向的喷氨支管数量),将脱硝催化剂层后的烟道划分为M×N个区域,并通过烟气分析装置测量每个区域内的NOx和O2;通过计算得到NOx分布偏差系数Cv。若偏差小于20%,则系统不动作,若偏差系数>20%,则进行下一步。
整个SCR系统出口的NOx浓度偏差系数Cv的计算公式如下:
式中:
xi-SCR反应器出口某一点的NOx排放浓度;
σ-SCR反应器出口NOx排放浓度的标准偏差;
-SCR反应器出口截面所有测点NOx排放浓度的平均值;
δi—SCR反应器出口某一区域的NOx浓度偏离系数。
2)动态调整喷氨支管喷氨量:
将脱硝催化剂层前的烟道同样划分为M×N个区域,使用脱硝催化剂层前的烟气流速测量装置和烟气成分分析装置测量每个区域的烟气流速和烟气成分,并按照各区域尺寸计算出区域对应的烟气量,结合相应区域烟气中的NOx浓度,按照相关标准计算得到各区域的理论喷氨量。
根据理论喷氨量对上游喷氨支管进行调整,每次调整后测量脱硝催化剂层后的NOx分布偏差系数。若有个别区域(假设为M2N3、M1N2区域)对应的喷氨支管喷氨量已调整至理论喷氨量的1.2倍或阀门已全开(针对NOx出口浓度较低的区域则为“阀门全关”),但其对应区域脱硝催化剂层后的NOx偏离系数δi仍>20%(对于NOx浓度偏低的区域,则为δi<-20%),则进行下一步。
单个区域的NOx偏离系数计算方法如下:
3)判断区域催化剂是否活性降低或失活:
通过测量脱硝催化剂层前后的烟气成分,得到各区域催化剂的脱硝效率,对于喷氨量已达到理论喷氨量1.2倍或喷氨支管阀门已全开的区域(假设为M2N3、M1N2区域),若脱硝效率低于65%,则判断该区域(假设为M2N3、M1N2区域)催化剂存在活性降低或失活现象。对于脱硝效率>85%的区域(假设为M4N2、M5N1、M3N2区域),则说明催化剂活性较为优良,进行标记记录。
4)SCR脱硝系统喷氨量、烟气量粗分配:
首先,对于判断催化剂活性降低或失活的区域(假设为M2N3、M1N2区域),减少其上游喷氨支管(FM2N3、FM1N2)的喷氨量,使其处于0.6~0.9倍理论喷氨量范围内。
其次,整体调整喷氨格栅前的导流板开度,减少流经FM2N3、FM1N2喷氨支管的烟气量,增加流经脱硝效率较高的催化剂区域上游喷氨支管(FM4N2、FM5N1、FM3N2)的烟气量,以对应喷氨支管后烟气流速偏离系数不超过(-15%~15%)范围为限。
烟气流速偏离系数计算公式为:
vi—烟道中某一区域的烟气流速,m/s;
5)SCR脱硝系统喷氨量、烟气量精调节:
当调整喷氨格栅前弯道的导流板角度,无法实现脱硝催化剂层后NOx浓度分布偏差Cv小于20%时,则采用调整脱硝催化剂层前第三弯道中的可调导流板角度的方式对流经SCR系统的烟气量再次分配。
调整原则是减少流经催化剂活性减低或失活区域(假设为M2N3、M1N2区域)的烟气量,增加流经脱硝效率较高催化剂区域(假设为M4N2、M5N1、M3N2区域)的烟气量;并根据脱硝催化剂层前各区域烟气量与烟气中NOx浓度的乘积,修正上游喷氨支管的喷氨量。此调整以脱硝脱硝催化剂层后NOx分布偏差小于20%或脱硝催化剂层前烟气流速分布偏离系数超出-30%~30%为限,调整结束。
本实施例以SCR脱硝反应器出口各区域氮氧化物浓度偏差作为智能控制模块的输入值,指导智能控制模块按照既定程序调整每层可调式导流板(第一可调直板15/第二可调直板18)相对角度,实现烟气流量在脱硝催化剂层的再分配。不同于以往的只改变局部区域喷氨量的调整模式,本实施例采取使流经区域脱硝催化剂层烟气量再分配的方式,改善SCR脱硝系统的综合性能,可降低SCR脱硝系统得氨逃逸量和提升其脱硝效率。
实施例二:
本实施例提供了一种改善燃煤电站锅炉SCR系统综合性能的系统,包括烟道13和设置于烟道13的喷氨格栅、可调节导流板装置、烟气流速测量装置6、烟气成分测量装置7、智能控制模块;所述可调节导流板装置的开合角度及喷氨格栅的喷氨量通过智能控制模块控制。其中,所述可调节导流板装置包括直烟道组合导流板4、弯道组合导流板9及其挡板执行机构5。
如图1所示,烟道13从烟气进入端起设置第一弯道1、第二弯道2、第三弯道3,第二弯道2与第一弯道1、第三弯道3之间分别通过直烟道连通。喷氨格栅设置于第一弯道1与第二弯道2之间的直烟道,喷氨格栅后侧设置烟气流速测量装置6;脱硝催化剂层8设置于第三弯道3后的直烟道。
第一弯道1、第二弯道2、第三弯道3内分别设置若干弯道组合导流板9。喷氨格栅前、脱硝催化剂层8前的弯道(第三弯道)和直烟道分别设置直烟道组合导流板4。脱硝催化剂层8的两侧分别设置烟气成分分析装置7;且位于脱硝催化剂层8前侧的烟气成分分析装置7与直烟道组合导流板4之间设有烟气流速测量装置6。
进一步的,如图3所示,喷氨格栅由若干沿烟道13宽度方向、深度方向的喷氨支管12构成格栅式结构,沿烟道13宽度方向设置的喷氨支管12与氨气母管14连接。在本实施例中,烟道13宽度方向的喷氨支管数量为M,烟道13深度方向的喷氨支管数量为N,M、N为整数。通过喷氨支管12的分布形式将脱硝催化剂层8前、后的烟道13划分为M×N个区域。所述喷氨支管12位于烟道13外部的管道上布置有流量计11和有开度指示的阀门10,可直接或间接得到每根喷氨支管12的喷氨量。
如图5所示,弯道组合导流板9包括固定弧形板16和第一可调直板15,第一可调直板15连接于固定弧形板16前侧;若干第一可调直板15沿固定弧形板16长度方向分布,并与固定弧形板16铰接。在本实施例中,每个固定弧形板16与M个第一可调直板15铰接。固定弧形板16在弯道中设置N个,因此,固定弧形板16的数量为M×N。
第一可调直板15沿烟道13宽度方向的数量等于喷氨支管12沿烟道13宽度方向布置的个数M,其沿烟道13深度方向的数量等于喷氨支管12沿烟道13深度方向布置的个数N,用于调整分配沿烟道13深度方向的烟气流量。固定弧形板16等于喷氨支管12沿烟道13深度方向布置的个数。
如图6所示,直烟道组合导流板4用于对沿烟道宽度方向的烟气流量进行再分配,其包括固定直板17和第二可调直板18,固定直板17与第二可调直板18铰接。如图4所示,直烟道组合导流板4的数量为M×N,即沿烟道13宽度方向的数量等于喷氨支管12沿烟道13宽度方向布置的个数M,沿烟道13深度方向的数量等于喷氨支管12沿烟道13深度方向布置的个数N。
在本实施例中,第一可调直板15、第二可调直板18、固定直板17为矩形板,固定弧形板16的横截面呈圆弧形。第一可调直板15、第二可调直板18分别连接挡板执行机构5,通过挡板执行机构5控制第一可调直板15、第二可调直板18相对固定弧形板16、固定直板17的角度。
挡板执行机构5为常规的旋转机构,只要能够为第一可调直板15、第二可调直板18提供旋转动力即可。例如,挡板执行机构5包括电机、操作杆,电机连接智能控制模块,电机通过操作杆连接第一可调直板15/第二可调直板18,且所述电机连接角度定位器。
进一步的,所述烟气流速测量装置6分别布置于喷氨格栅后方和脱硝催化剂层8前方,烟气流速测量装置6设于烟道13内的部分可为靠背管、皮托管等动压测量装置,数量为M个,即等于喷氨支管12沿烟道13宽度方向的布置个数。烟道13内动压测量装置可沿烟道13深度方向移动,动压测量结果经变送传感器转变为电流/电压信号传送至智能控制模块,计算出烟气流速,其布置数量是按照喷氨支管12沿烟道13宽度及深度的分布而定。
所述烟气成分分析装置7分别布置于脱硝催化剂层8前侧和后侧,包括烟气成分分析仪和烟气取样装置。烟气成分分析仪能够测量烟气中的NO、N2O、O2等,烟气取样装置为耐高温的不锈钢管,数量为M个,即等于喷氨支管12沿烟道13宽度方向的布置个数,烟道内烟气取样装置可沿烟道13深度方向移动。
所述智能控制模块包括PLC控制器,PLC控制器用于接收信号变送器的电压/电流信号、角度定位器的位置信号,发出启停电机和调整喷氨支管12的阀门10开度的指令。PLC控制器与电机相连,以控制电机驱动操作杆动作,从而调整直烟道组合导流板4、弯道组合导流板9。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。