CN112569785A - 一种基于氨逃逸监测的scr喷氨控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统及方法，通过在线监测氨逃逸的方法优化各喷氨分区的喷氨量，直观可靠，提高烟气与氨气混合均匀性，提高脱硝效率，降低脱硝系统氨耗量，提高机组运行经济性。本发明采用网格化喷射装置，实现喷氨的自动精准控制，根据机组负荷、烟气量、NOx分布等参数实时调整各喷氨分区喷氨量，提高喷氨准确性、有效性，适应不同负荷、不同工况的要求。本发明根据SCR出口氨逃逸和NOx浓度判断脱硝催化剂的性能，当某一喷氨分区SCR出口氨逃逸大且NOx浓度高则此喷氨分区脱硝催化剂性能下降，应对催化剂性能开展检测并更换或再生催化剂。

Description

一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统及方法
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，涉及一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统及方法。
背景技术
燃煤电厂排放的NOx约占煤燃烧排放NOx的40％以上，是造成酸雨、温室效应和雾霾的主要污染物之一。选择性催化还原(SCR)脱硝技术脱硝效率高，无二次污染，技术成熟，被广泛运用于大型燃煤机组。
由于SCR反应器出口在线连续监测系统(CEMS)单测点方式代表性较差、催化剂性能下降，喷氨调整不当等原因，导致脱硝出口NOx质量浓度分布均匀性较差，脱硝出口氨逃逸大。脱硝系统逃逸的氨与烟气中的SO3和H2O发生反应生成硫酸铵和硫酸氢铵，硫酸铵在450℃以下为固体粉末状，对锅炉尾部设备影响较小，硫酸氢铵在146℃-207℃之间呈液态，极具腐蚀性和黏结性，不断捕捉飞灰颗粒造成锅炉下游设备(空气预热器、除尘器、低温省煤器、引风机等)腐蚀、堵塞，影响机组带负荷能力。
传统喷氨方式下，喷氨调节支管阀门为手动阀，通过定期手动调整喷氨格栅支管阀门优化氨氮匹配，降低氨耗量，降低脱硝系统氨逃逸。但由于调节阀为手动阀，故这种优化也只是针对特定负荷的运行工况，调整后，喷氨支管阀门开度固定不变，并不能满足负荷、工况变化后的喷氨需求，因此，喷氨优化效果有限。
为降低脱硝系统氨逃逸，提高喷氨的有效性，降低脱硝系统氨耗量，实现喷氨自动控制适应不同负荷、不同工况的要求，目前亟待一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统及方法，通过在线监测氨逃逸的方法优化各喷氨分区的喷氨量，提高烟气与氨气混合均匀性，提高脱硝效率，降低脱硝系统氨逃逸，减少氨逃逸对下游设备(空气预热器、除尘器、低温省煤器、引风机等)的不利影响，降低运行维护成本，具有较好的经济和环境效益。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，包括：
SCR入口烟气测量装置，所述SCR入口烟气测量装置设置于脱硝装置的入口处，SCR入口烟气测量装置与PID控制器电连接；
SCR入口NOx测量装置，所述SCR入口NOx测量装置设置于脱硝装置的入口处，SCR入口NOx测量装置与PID控制器电连接；
SCR出口氨逃逸测量装置，所述SCR出口氨逃逸测量装置设置于脱硝装置的出口处，SCR出口氨逃逸测量装置与PID控制器电连接；
SCR出口NOx测量装置，所述SCR出口NOx测量装置设置于脱硝装置的出口处，SCR出口NOx测量装置与PID控制器电连接；
PID控制器，所述PID控制器根据采集到的数据计算出喷氨量，控制喷氨装置向脱硝装置中喷氨。
本发明进一步的改进在于：
所述喷氨装置包括若干喷枪，每个喷枪入口的管道上均设置有分支调节阀，所有分支管路汇总至喷氨母管上，所述喷氨母管上设置有总调节阀。
所述总调节阀和每个分支调节阀的控制端均与PID控制器相连。
所述SCR入口烟气测量装置和SCR入口NOx测量装置与网格化喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少设置一个测点，用于测量SCR入口烟气量和NOx浓度。
所述SCR出口氨逃逸测量装置和SCR出口NOx测量装置与SCR入口NOx测量装置的测点为一一对应关系，用于测量SCR出口氨逃逸和NOx浓度。
所述喷枪呈网格化布置，与喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少布置一根喷枪。
所述喷枪喷射面能够均匀覆盖整个喷氨分区。
一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制方法，包括以下步骤：
PID控制器接收SCR入口烟气量信号S1和NOx浓度信号S2，根据设定的氨/氮摩尔比得出理论喷氨量，并将SCR出口NOx浓度S4与设定的目标值进行比较，得到喷氨量修正系数对理论喷氨量进行修正，控制总调节阀实现对喷氨量的控制；
PID控制器根据SCR出口氨逃逸S3和NOx浓度S4判断脱硝催化剂的性能，当某一喷氨分区SCR出口氨逃逸大且NOx浓度高则此喷氨分区脱硝催化剂性能下降，脱硝效率降低，应对催化剂性能开展检测并更换或再生催化剂。
上述方法进一步的改进在于：
当催化剂性能下降时，PID控制器首先调节总调节阀，增大喷氨量满足SCR出口NOx浓度限值的要求，再根据各喷氨分区氨逃逸分布微调各分支调节阀，优先开大氨逃逸小的喷氨分区的分支调节阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在线监测氨逃逸的方法优化各喷氨分区的喷氨量，直观可靠，提高烟气与氨气混合均匀性，提高脱硝效率，降低脱硝系统氨耗量，提高机组运行经济性。本发明采用网格化喷射装置，实现喷氨的自动精准控制，根据机组负荷、烟气量、NOx分布等参数实时调整各喷氨分区喷氨量，提高喷氨准确性、有效性，适应不同负荷、不同工况的要求。本发明根据SCR出口氨逃逸和NOx浓度判断脱硝催化剂的性能，当某一喷氨分区SCR出口氨逃逸大且NOx浓度高则此喷氨分区脱硝催化剂性能下降，应对催化剂性能开展检测并更换或再生催化剂。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例燃煤电厂采用的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统。
图中：1为SCR入口烟气测量装置，2为SCR入口NOx测量装置，3为PID控制器，4为总调节阀，5为分支调节阀，6为喷射装置，7为SCR出口氨逃逸测量装置，8为SCR出口NOx测量装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，燃煤电厂采用的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，包括SCR入口烟气测量装置1、SCR入口NOx测量装置2、PID控制器3、总调节阀4、分支调节阀5、喷射装置6、SCR出口氨逃逸测量装置7、SCR出口NOx测量装置8。
PID控制器3接收SCR入口烟气测量装置1测得的烟气量信号S1和SCR入口NOx测量装置2测得的NOx浓度信号S2，根据设定的氨/氮摩尔比得出理论喷氨量，SCR出口NOx测量装置8测得的SCR出口NOx浓度S4与设定的目标值进行比较，得到喷氨量修正系数对理论喷氨量进行修正，控制总调节阀4实现对喷氨量的控制；SCR出口氨逃逸测量装置7测量每个喷氨分区的氨逃逸S3，PID控制器3根据每个喷氨分区氨逃逸量S3调整各分支调节阀5，优化各分区喷氨量。
SCR入口烟气测量装置1、SCR入口NOx测量装置2安装于脱硝装置入口，与网格化喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少设置一个测点，用于测量SCR入口烟气量S1和NOx浓度S2。
SCR出口氨逃逸测量装置7、SCR出口NOx测量装置8安装于脱硝装置出口，与SCR入口NOx测量装置2测点布置成一一对应关系，用于测量SCR出口氨逃逸S3和NOx浓度S4。
PID控制器3接收SCR入口烟气量信号S1和NOx浓度信号S2，根据设定的氨/氮摩尔比得出理论喷氨量，并将SCR出口NOx浓度S4与设定的目标值进行比较，得到喷氨量修正系数对理论喷氨量进行修正，控制总调节阀4实现对喷氨量的控制。
喷射装置6呈网格化布置，与喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少布置一根喷枪，喷枪喷射面应能均匀覆盖整个喷氨分区。
SCR出口氨逃逸测量装置7测量每个喷氨分区的氨逃逸S3，PID控制器3根据每个喷氨分区氨逃逸量调整各分支调节阀5，优化各分区喷氨量，降低脱硝系统氨逃逸。
根据SCR出口氨逃逸S3和NOx浓度S4判断脱硝催化剂的性能，当某一喷氨分区SCR出口氨逃逸大且NOx浓度高则此喷氨分区脱硝催化剂性能下降，脱硝效率降低，应对催化剂性能开展检测并更换或再生催化剂。当催化剂性能下降时，PID控制器3应首先调节总调节阀4增大喷氨量满足SCR出口NOx浓度限值的要求，再根据各喷氨分区氨逃逸分布微调各分支调节阀5，优先开大氨逃逸小的喷氨分区的分支调节阀5。
本实施实例中，通过在线监测氨逃逸的方法优化各喷氨分区的喷氨量，提高烟气与氨气混合均匀性，提高脱硝效率，降低脱硝系统氨逃逸，减少氨逃逸对下游设备(空气预热器、除尘器、低温省煤器、引风机等)的不利影响，降低运行维护成本，具有较好的经济和环境效益。
本发明的原理：
PID控制器接收SCR入口烟气测量装置测得的烟气量信号和SCR入口NOx测量装置测得的NOx浓度信号，根据设定的氨/氮摩尔比得出理论喷氨量，SCR出口NOx测量装置测得的SCR出口NOx浓度与设定的目标值进行比较，得到喷氨量修正系数对理论喷氨量进行修正，控制总调节阀实现对喷氨量的控制；SCR出口氨逃逸测量装置测量每个喷氨分区的氨逃逸，PID控制器根据每个喷氨分区氨逃逸量调整各分支调节阀，优化各分区喷氨量，达到优化喷氨降低脱硝系统氨逃逸的目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，包括：
SCR入口烟气测量装置(1)，所述SCR入口烟气测量装置(1)设置于脱硝装置的入口处，SCR入口烟气测量装置(1)与PID控制器(3)电连接；
SCR入口NOx测量装置(2)，所述SCR入口NOx测量装置(2)设置于脱硝装置的入口处，SCR入口NOx测量装置(2)与PID控制器(3)电连接；
SCR出口氨逃逸测量装置(7)，所述SCR出口氨逃逸测量装置(7)设置于脱硝装置的出口处，SCR出口氨逃逸测量装置(7)与PID控制器(3)电连接；
SCR出口NOx测量装置(8)，所述SCR出口NOx测量装置(8)设置于脱硝装置的出口处，SCR出口NOx测量装置(8)与PID控制器(3)电连接；
PID控制器(3)，所述PID控制器(3)根据采集到的数据计算出喷氨量，控制喷氨装置向脱硝装置中喷氨。
2.根据权利要求1所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述喷氨装置包括若干喷枪(6)，每个喷枪(6)入口的管道上均设置有分支调节阀(5)，所有分支管路汇总至喷氨母管上，所述喷氨母管上设置有总调节阀(4)。
3.根据权利要求1所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述总调节阀(4)和每个分支调节阀(5)的控制端均与PID控制器(3)相连。
4.根据权利要求1所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述SCR入口烟气测量装置(1)和SCR入口NOx测量装置(2)与网格化喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少设置一个测点，用于测量SCR入口烟气量和NOx浓度。
5.根据权利要求1所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述SCR出口氨逃逸测量装置(7)和SCR出口NOx测量装置(8)与SCR入口NOx测量装置(2)的测点为一一对应关系，用于测量SCR出口氨逃逸和NOx浓度。
6.根据权利要求2所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述喷枪(6)呈网格化布置，与喷氨分区成对应关系，每个喷氨分区内至少布置一根喷枪。
7.根据权利要求2或6所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制系统，其特征在于，所述喷枪(6)喷射面能够均匀覆盖整个喷氨分区。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述系统的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
PID控制器(3)接收SCR入口烟气量信号S1和NOx浓度信号S2，根据设定的氨/氮摩尔比得出理论喷氨量，并将SCR出口NOx浓度S4与设定的目标值进行比较，得到喷氨量修正系数对理论喷氨量进行修正，控制总调节阀(4)实现对喷氨量的控制；
PID控制器(3)根据SCR出口氨逃逸S3和NOx浓度S4判断脱硝催化剂的性能，当某一喷氨分区SCR出口氨逃逸大且NOx浓度高则此喷氨分区脱硝催化剂性能下降，脱硝效率降低，应对催化剂性能开展检测并更换或再生催化剂。
9.根据权利要求8所述的基于氨逃逸监测的SCR喷氨控制方法，其特征在于，当催化剂性能下降时，PID控制器(3)首先调节总调节阀(4)，增大喷氨量满足SCR出口NOx浓度限值的要求，再根据各喷氨分区氨逃逸分布微调各分支调节阀(5)，优先开大氨逃逸小的喷氨分区的分支调节阀(5)。
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