CN112717689B - 选择性催化还原脱硝设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝设备，具有分布相同的在催化还原反应器上游的喷氨分支母管矩阵和在催化还原反应器下游的流出气氮氧化物浓度检测器矩阵和氨浓度检测器矩阵。本发明还提供一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝方法。本发明可以实现烟气流量、氮氧化物和氨浓度的精确测量和反馈控制，从而在满足排放达标的要求条件下，最大程度减少喷氨量，消除氨逃逸高的问题。

Description

选择性催化还原脱硝设备和方法
技术领域
本发明涉及选择性催化还原脱硝领域，特别地，涉及一种选择性催化还原脱硝设备和选择性催化还原脱硝方法。
背景技术
氮氧化物是主要的大气污染源之一。多种行业的废气中大量的氮氧化物。氮氧化物若不进行脱除直接排出，会对大气环境造成严重危害。选择性催化还原(SCR)脱硝工艺广泛应用于脱除废气中的氮氧化物。
以燃煤发电厂锅炉燃烧产生的废气脱硝为例，SCR脱硝工艺的典型流程为：含氮氧化物的烟道气从锅炉省煤器出口引出后，进入脱硝反应器烟道；在烟道中，烟道气与喷入烟道的氨气接触和充分混合后，进入反应吸收塔；在反应吸收塔中，在催化剂作用下，混合气体中的氮氧化物和NH3发生氧化还原反应，将氮氧化物还原为N2，从而完成脱硝；脱硝后的气体从反应吸收塔排出。
氨气的引入通常由多个设置在烟道截面不同位置的喷氨喷嘴完成。已经发现，烟道气在烟道内不是均匀的。对此，已经提出了：在还原反应完成后，在反应器下游的烟道的横截面中设置分布式的氮氧化物探测器，探测多个位置的氮氧化物的浓度，以得知不同位置的脱硝效果；进而，根据此结果计算各个位置喷氨量需求，并调节喷氨喷嘴的喷氨量，以实现分区精确喷氨。
不过，对于更精确的SCR喷氨控制，仍存在改进的需要。
发明内容
在一个方面，本发明提供一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝设备，所述设备包括催化还原反应器，在所述催化还原反应器上游的流入烟道，和在所述催化还原反应器下游的流出烟道，所述流入烟道、流出烟道和催化还原反应器具有相似形状的横截面，其特征在于，所述设备还包括：
在所述流入烟道中的烟道气流量计；
在所述流入烟道中的流入气氮氧化物浓度检测器；
在所述流入烟道中在所述烟道气流量计和所述流入气氮氧化物浓度检测器下游的喷氨装置，所述喷氨装置具有氨空混合气母管和从所述氨空混合气母管分支的矩阵式分布在所述流入烟道横截面中的多个喷氨分支母管，所述氨空混合气母管连接至氨气提供器和空气提供器，每个喷氨分支母管具有单独的流量调节阀；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个流出气氮氧化物浓度检测器；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个氨浓度检测器；
其中，所述喷氨分支母管的矩阵在所述流入烟道横截面中的分布与所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵及所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道横截面中的分布是相同的。
优选地，所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵与所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道长度方向的间距为500mm-1000mm。
优选地，所述流出烟道的横截面为短边长度为d的矩形，并且所述流出气氮氧化物检测器的矩阵和所述氨浓度检测器距离烟道的横截面的长边的距离为1/3d以上。
优选地，所述烟道气流量计是全截面矩阵式流量计。
优选地，所述流入气氮氧化物浓度检测器是多个分布在所述流入烟道的横截面中的氮氧化物浓度检测器。
优选地，所述设备还包括处理器和控制器，所述处理器接收来自所述烟道气流量计、流入气氮氧化物浓度检测器、流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器的测量结果，并且所述控制器被配置为控制所述流量调节阀和氨气提供器。
优选地，所述设备还包括在所述喷氨装置下游的分区气体混合装置。
在另一个方面，本发明提供一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝方法，所述方法包括在催化还原反应器上游的流入烟道中向烟道气中喷氨形成混合气，将混合气在所述催化还原反应器中还原脱硝，以及将脱硝后的气体从所述催化还原反应器中排出至所述催化还原反应器下游的流出烟道，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述流入烟道中的烟道气流量V和流入气氮氧化物浓度E；
在所述流出烟道的横截面中以同一矩阵方式检测流出气氮氧化物浓度oi和氨浓度ai，并计算oi的平均值O和ai的平均值A，其中，i为1至n的整数；
以下式计算修正喷氨总量mw，并且根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨：
mw＝α*(V*17/30)*10-6*(E-O)*ε
其中，α为修正系数，
当A≤B时，α＝1；
当A＞B时：
α＝(E-Z)/(E-O)；
其中B为目标氨浓度值，Z为目标氮氧化物浓度值，ε为1-1.05的值，
其中，V是以Nm3/h计的数值，E、oi、O是以mg/Nm3计的数值，B、ai和A是以ppm计的数值，并且mw是以kg/h计的数值。
优选地，其中根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨还包括：
将所述修正喷氨总量mw的氨气与恒定流量的稀释用空气混合，形成流量为T的氨空混合气，并且将mw换算为mv，其中，T和mv是以Nm3/h计的数值；
在所述流入烟道的横截面中喷射所述氨空混合气，所述氨空混合气以与所述矩阵相同的矩阵方式喷射并且喷射量为pi，其中，pi通过下式计算：
当ai≤B时，
pi＝(E-T)/(E-oi)*(T/n)
当ai＞B时，
pi＝[1-(ai-B)*V*10-6/m]*(T/n)。
优选地，B＝3。
优选地，所述方法通过上述设备进行，其中，
使用所述烟道气流量计测量所述V，
使用所述流入气氮氧化物浓度检测器测量所述E，
使用所述流出气氮氧化物浓度检测器测量所述oi，
使用所述氨浓度检测器测量所述ai，
使用所述氨气提供器提供所述修正喷氨总量mw或mv的氨，以及
使用所述喷氨分支母管以所述喷射量pi喷射所述氨空混合气。
附图说明
图1示出了本发明的设备的一种实施方案的示意图。
图2示出了喷氨母管的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施方案的流入气氮氧化物浓度检测器矩阵。
图4示出了根据本发明的一个实施方案的流出气氮氧化物浓度检测器矩阵。
图5示出了根据本发明的一个实施方案的氨浓度检测器矩阵。
具体实施方式
本发明提出了一种选择性催化还原烟道气脱硝设备和方法。本发明可以实现烟气流量、氮氧化物和氨浓度的精确测量和反馈控制，从而在满足排放达标的要求条件下，最大程度减少喷氨量，消除氨逃逸高的问题。
本发明提供了一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝设备，所述设备包括催化还原反应器，在所述催化还原反应器上游的流入烟道，和在所述催化还原反应器下游的流出烟道，所述流入烟道、流出烟道和催化还原反应器具有相似形状的横截面，其特征在于，所述设备还包括：
在所述流入烟道中的烟道气流量计；
在所述流入烟道中的流入气氮氧化物浓度检测器；
在所述流入烟道中在所述烟道气流量计和所述流入气氮氧化物浓度检测器下游的喷氨装置，所述喷氨装置具有氨空混合气母管和从所述氨空混合气母管分支的矩阵式分布在所述流入烟道横截面中的多个喷氨分支母管，所述氨空混合气母管连接至氨气提供器和空气提供器，每个喷氨分支母管具有单独的流量调节阀；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个流出气氮氧化物浓度检测器；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个氨浓度检测器；
其中，所述喷氨分支母管的矩阵在所述流入烟道横截面中的分布与所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵及所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道横截面中的分布是相同的。
本发明采用矩阵式测量和喷氨，从而可以对氮氧化物的充分还原并避免氨逃逸。
与常规SCR烟道气脱硝设备相同，本发明的设备的核心是选择性催化还原反应器或简称为SCR反应器或催化还原反应器，其中可以设置催化剂，用于将烟道气中氮氧化物的还原并使烟道气脱硝。可以使用常规的催化还原反应器。
本发明中的烟道气泛指任何需要脱硝的气体，其可以来自例如锅炉燃烧。因其在SCR反应器上游的烟道中流动，因此称为烟道气。
SCR反应器上游为流入烟道，并且还原脱硝后的气体从其下游的流出烟道流出。
可以使用常规的SCR反应器和流入及流出烟道的设计，只需述流入烟道、流出烟道和催化还原反应器具有相似形状的横截面即可。也就是说，为了在流入烟道的喷氨和流出烟道的气体成分之间形成对应关系，在整个流路中，横截面需要是相似形状。例如，流入烟道、流出烟道和催化还原反应器的横截面可以都是圆形的、都是正方形的，或都是相似的矩形的。其中，从常规设计来说，具有相似矩形截面的方案是优选的。相似性可以不是极为严格的，并且可以有一定的形状偏差。形状要素如尺寸和角度的偏差优选在10％以下，更优选5％以下，更优选3％以下。偏差不能过大，例如，不允许流入烟道是圆形截面而流出烟道是矩形截面。优选地，流出烟道和流入烟道的横截面是相同的。
本发明的设备包括流入烟道中的烟道气流量计，用于测量流入的烟道气的总流量。
优选地，本发明的设备包括在烟道中的全截面矩阵式流量计。全截面矩阵式流量计可以更加精确地测量烟道气流量在烟道全截面中的总量和分布。矩阵式流量计可以具有多个探测器，这些探测器呈点阵式排布。整个烟道截面可以被划分为相应的矩阵，从而每个矩阵单元(也可称为区域)中均有探测器测量烟道气流量，进而得到烟道气流量在烟道全截面中的总量和分布。烟道气在烟道全截面中的分布可以是不均匀的。例如，烟道中央部分的烟道气流量可以大于烟道内壁附近的烟道气流量。通过多点测量，可以更精确地估算烟道气流量。
在流入烟道中还设置有流入气氮氧化物浓度检测器，用于检测流入的烟道气的氮氧化物浓度。流入气氮氧化物浓度检测器可以设置在烟道气流量计的上游、下游或附近。
优选地，流入氮氧化物是多个分布在所述流入烟道的横截面中的氮氧化物浓度检测器。与烟道气流量计类似，通过多点测量，可以更全面地测量烟道中的氮氧化物浓度。
在全截面矩阵式流量计下游设置有喷氨装置，在本发明中有时也称为喷氨格栅。喷氨装置用于在烟道气流动方向上将氨气喷出，使其进入烟道，并进而与流动的烟道气混合。
喷氨装置具有氨空混合气母管和从所述氨空混合气母管分支的矩阵式分布在所述流入烟道横截面中的多个喷氨分支母管，所述氨空混合气母管连接至氨气提供器和空气提供器，每个喷氨分支母管具有单独的流量调节阀。
多个喷氨分支母管矩阵式分布在烟道截面中的不同区域。喷氨母管被配置为喷氨流量彼此独立，从而可以对烟道截面中不同区域的喷氨量进行精确控制。
喷氨总量由氨空混合气母管中的流量控制。氨空混合气母管连接至彼此独立的氨气提供器和空气提供器。氨气提供器提供纯氨气，空气提供器则提供作为稀释气体的空气。可以适当地设计氨空混合气母管，从而主动地或被动地将纯氨气和空气充分混合。
将氨空混合气从氨空混合气母管向各个喷氨分支母管提供，而各个分支母管的具体喷射量由流量调节阀控制。
优选地，本发明的喷氨栅格下游还配以分区式气体混合装置。分区式气体混合装置用于保证小区域内彼此基本上独立的气体混合，从而使得喷氨对烟道气的影响局域化。优选地，对于每个喷氨母管配置相应的气体混合装置的一个区。不过，也可以适当地增减小区数量。
本发明的设备还包括催化还原反应器，用于接收烟道气和氨气的混合物并且将烟道气中的氮氧化物还原成氮气。
本发明的设备还包括在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个流出气氮氧化物浓度检测器。流出气氮氧化物浓度检测器用于检测脱硝后的气体中氮氧化物的量在全截面中的分布。
本发明的设备还包括在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个氨浓度检测器。氨浓度检测器用于检测脱硝后的气体氨的量在全截面中的分布。
在本发明中，所述喷氨分支母管的矩阵在所述流入烟道横截面中的分布与所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵及所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道横截面中的分布是相同的。
换言之，喷氨分支母管、流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器以相同的矩阵分布。在本发明中，相同矩阵是指在流入烟道或流出烟道的横截面中的相对位置相同。这样，流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器即可检测与喷氨分支母管相比在横截面中相同的相对位置处的物质浓度。矩阵可以是单行矩阵。
本发明的设备对烟道截面进行了分区，并可以精确测量还原后各个分区的氮氧化物浓度和氨浓度。此外，建立了喷氨位置与测量位置的对应关系。这样的测量和对应关系在下文详述的喷氨控制中是特别有利的。进而，可以根据流出烟道截面中的氮氧化物量和氨量的分布通过多个喷氨分支母管调节喷氨量的分布，从而可以实现高效脱硝。
在一个实施方案中，烟道气脱硝设备还包括在全截面矩阵式流量计上游的预除尘装置。烟道气中的粉尘含量大时，对脱硝和设备造成不利影响。通过设置预除尘装置，使进入喷氨步骤的烟道气中的粉尘含量大大下降，从而降低磨损、堵塞风险。
在一个实施方案中，预除尘装置是布置在省煤器灰斗上方的惯性除尘装置。惯性除尘装置除尘效果良好，且对烟道气流扰动较小。粉尘颗粒直接掉入到下方的省煤器灰斗内，便于收集和清除。
在一个实施方案中，全截面矩阵式流量计位于烟道的水平段，且喷氨格栅位于烟道的竖直段。这种配置有利于喷氨的进行，并且合理利用空间，避免不同模块过于靠近。
在一个实施方案中，喷氨分支母管设有流量计。通过流量计和流量调节阀配合，可以对喷氨流量进行精确的控制。
在一个实施方案中，喷氨分支母管上还连接有喷氨支管，将喷氨分支母管提供的氨气进一步分散。喷氨支管可以有多级并连接各自的喷嘴。喷氨支管可以使氨气喷出更均匀。
在一个实施方案中，所述设备还包括在所述喷氨装置下游的分区气体混合装置，用于将氨和烟道气局域性地混合。分区气体混合装置与喷氨格栅的距离可以在100mm至500mm之间。该距离可以一方面保证气体的充分混合，另一方面保证气体混合局限在一定范围之内。
在一个实施方案中，每个喷氨分支母管对应于分区式气体混合装置的一个区。这样，可以形成多股各自均匀的混合气流。
在一个实施方案中，本发明的设备还包括处理器和控制器，所述处理器接收来自所述烟道气流量计、流入气氮氧化物浓度检测器、流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器的测量结果，并且所述控制器被配置为控制所述流量调节阀和氨气提供器。通过处理器和控制器，可以自动化地完成测量结果的采集、计算和对喷氨参数的在线控制。
本发明还提供矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝方法，所述方法包括在催化还原反应器上游的流入烟道中向烟道气中喷氨形成混合气，将混合气在所述催化还原反应器中还原脱硝，以及将脱硝后的气体从所述催化还原反应器中排出至所述催化还原反应器下游的流出烟道，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述流入烟道中的烟道气流量V和流入气氮氧化物浓度E；
在所述流出烟道的横截面中以同一矩阵方式检测流出气氮氧化物浓度oi和氨浓度ai，并计算oi的平均值O和ai的平均值A，其中，i为1至n的整数；
以下式计算修正喷氨总量m，并且根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨：
mw＝α*(V*E*17/30)*10-6*(E-O)/E*ε，
即mw＝α*(V*17/30)*10-6*(E-O)*ε
其中，α为修正系数，
当A≤B时，α＝1；
当A＞B时：
α＝(E-Z)/(E-O)；
其中B为目标氨浓度值，Z为目标氮氧化物浓度值，ε为1-1.05的值，
其中，V是以Nm3/h计的数值，E、oi、O是以mg/Nm3计的数值，B、ai和A是以ppm计的数值，并且m是以kg/h计的数值。
本发明的发明人发现，采用以上计算式，可以从流入气体和流出气体的成分尽可能准确地计算所需的氨气量。该算式同时考虑了流入气中的氮氧化物浓度，流出气中的氮氧化物浓度和氨浓度。特别是，本发明将氨浓度考虑在内。氨逃逸是脱硝过程中的重要问题。此前，通常仅考虑对氮氧化物的充分还原，或仅考虑减小氨逃逸。本发明的方法同时考虑了两者。目标氨浓度值一般地根据排放法规来确定。当前，氨逃逸的行业标准为3ppm，因此可以将目标氨浓度值设定为B＝3。在本文中，本发明的方法基本上以3ppm的氨浓度为分界来举例。当然，目标氨浓度值也可以根据具体情况进行变更。当氨的浓度低于目标氨浓度值时，主要考虑氮氧化物的充分去除；但当氨的浓度高于目标氨浓度值时，氨逃逸将成为问题，此时要适量减小总的喷氨量。
计算式中，单位Nm3表示气体处于标准状态下时的体积。
系数ε可以自由选择1-1.05的值。换言之，本发明的喷氨量可以有5％的浮动余地。
Z为目标氮氧化物浓度值，其可以根据方法实施当时的排放标准确定。
本发明的方法中，根据烟道气在经过喷氨和选择性催化还原前后的多个参数，计算出修正喷氨总量。该修正喷氨总量用于调节喷氨量，从而使排放的气体中氮氧化物和氨均可符合标准。在算得修正喷氨总量后，可以实时调节喷氨量。不过，当流入气和反应波动不大时，也可以在一段时间后进行调节。可以连续地进行测量、计算和调节。不过考虑到控制成本，也可以间歇性地进行测量、计算和调节。
在一个实施方案中，根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨包括：
将所述修正喷氨总量mw的氨气与恒定流量的稀释用空气混合，形成流量为T的氨空混合气，并且将mw换算为mv，其中，T和mv是以Nm3/h计的数值；
在所述流入烟道的横截面中喷射所述氨空混合气，所述氨空混合气以与所述矩阵相同的矩阵方式喷射并且喷射量为pi，其中，pi通过下式计算：
当ai≤B时，
pi＝(E-T)/(E-oi)*(T/n)
当ai＞B时，
pi＝[1-(ai-B)*V*10-6/mv]*(T/n)。
采用这一方法，可以在控制喷氨总量的基础上，进一步精确控制横截面中每个区域的喷氨量。当某个区域还原后的氨逃逸量较低时，可以根据该区域氮氧化物的浓度选择分区喷氨量。然而，当氨逃逸量较高时，则在从氮氧化物浓度算得的喷氨量mv为目标氮氧化物浓度值的基础上，还根据氨过量的值来调整喷氨量。
其中，按体积计的mv可以由按重量计的mw换算得到。
可以适当地选择空气流量，使得喷氨量为氨空混合气总量T的约3％至5％。
图1示出了本发明的设备的一种实施方案的示意图。
图1左侧为省煤器出口。烟道气从省煤器出口引出，在烟道气经过预除尘装置时脱除掉其中的部分粉尘，减少进行脱硝装置的粉尘含量，从而降低磨损、堵塞风险。脱除掉的粉尘颗粒掉入到省煤器灰斗内。烟道气流经省煤器出口烟道后，进入脱硝入口烟道，流经全截面矩阵式流量计时，实现对烟道气流量的总量和分布的准确测量，用于指导喷氨总量和分布的控制。烟道气继续向前运动，经过导流板导流，在竖起烟道内与喷氨格栅喷出的氨气(通常是以氨空混合气的形式)接触。导流板有利于保持烟道内气体流动的平稳。在图1中，示出的多个喷头是从一个喷氨分支母管引出的。也就是说，这显示的是单行矩阵的情况，在垂直纸面的方向上，排列有多个喷氨分支母管，但纸面所示剖面仅由一个喷氨分支母管负责。氨空混合气母管在图1中未示出，其可以垂直于纸面延伸。烟道横截面各部分的喷氨量由所处区域所对应的喷氨母管调节阀控制。烟道气和氨气接触后，在分区式气体混合装置的作用下混合。分区式气体混合装置对应于喷氨分支母管将整个烟道隐形分为若干单元，每个单元内烟道气流动相对独立，而在单元内部烟道气相互扰动，剧烈混合。图中的示意性示出了一个被动型分区气体混合装置。烟道气和氨气充分混合后，再经过导流板导流，进入反应器本体。混合气经整流格栅整流后，与催化剂接触。在催化剂作用下，氮氧化物和氨气反生氧化还原反应，氮氧化物被还原成为氮气，从面实现烟道气中的氮氧化物脱除。净化后的烟道气，从出口烟道流出。其流出过程中，与矩阵式氮氧化物检测器和氨检测器的检测采样探头接触，以测量氮氧化物和氨的量的分布。在图1中，纸面所在剖面中显示了1个流出气氮氧化物浓度检测器和1个氨浓度检测器，与反应器上游的所示喷氨分支母管对应；而在垂直纸面的方向上，还可与具有与其他喷氨分支母管对应的流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器。根据这些分布测量值作为反馈值，指导对应分区喷氨母管阀门的调节，以调节喷氨量的分布。例如，如当所测氮氧化物值高于预先设定值时，加大对应喷氨母管阀门开度，增加喷氨量；若低于预期设定值时，则减少对应喷氨母管阀门开度，降低当地喷氨量。通过上述逻辑实现对整个烟道截面喷氨的分区精确控制。
图2示出了喷氨分支母管的示意图。图中三个喷氨分支母管都连接到来自氨空混合器的氨空混合气母管。在本发明中，喷氨指的是喷出氨气或氨气-空气混合气。喷氨母管上设置有流量调节阀和流量计，从而每个喷氨母管的喷氨流量均可独立控制。喷氨母管上还连接有水平的一级喷氨支管和竖直的二级喷氨支管，从而可以实现均匀喷氨。
图2可以为图1的左视图，即其中氨空混合气母管沿图1的垂直于纸面的方向延伸。若将图2的实施方案用于图1中，则图1的装置具有垂直于纸面排列的三个喷氨分支母管(1×3的矩阵)。相应地，其应具有垂直于纸面排列的三个流出气氮氧化物检测器和垂直于纸面排列的三个氨检测器，并且流入气氮氧化物检测器也可以具有相同矩阵式排列(如图3-5所示)。
图3-5分别示出了根据本发明的一个实施方案的流入气氮氧化物浓度检测器矩阵、流出气氮氧化物浓度检测器矩阵和氨浓度检测器矩阵。
以下通过实施例，进一步说明本发明的设备和方法。
实施例
如图1所示，喷氨格栅所在烟道尺寸为14250×3600mm，全截面流量计布置在入口烟道水平段。入口氮氧化物检测器采样探头布置在喷氨格栅上游1.5m处，采样探头共三个，如图3所示。喷氨格栅有三支喷氨分区母管，每个母管上配有氨空混合器调节阀。在入口烟道布置有导流板，在脱硝反应器内布置有整流格栅和三层催化剂。在出口烟道水平段布置有如图4和图5所示的出口氮氧化物检测器和出口氨浓度检测器各3个。氨空混合气的风量为4000Nm3/h；排放标准要求出口氮氧化物浓度为50mg/Nm3；控制系统中出口氮氧化物浓度设定为30mg/Nm3，排放标准要求出口氨浓度为低于3ppm。
某时刻全截面流量测出的烟气量为1968350Nm3/h，入口氮氧化物检测装置探头1的浓度为288mg/Nm3，探头2的浓度值为312mg/Nm3，探头3的浓度为266mg/Nm3，得出进口氮氧化物浓度为288.7mg/Nm3；测得出口氮氧化物分别为25、28、37mg/Nm3，则计算出出口氮氧化物浓度为30mg/Nm3；此时氨浓度检测器测得的氨浓度分别为2ppm，3ppm，1ppm(均小于或等于3ppm)，则计算出氨浓度平均值为2ppm(小于3ppm)，对应的修正系数ε取为1，则计算出的喷氨量为：
m＝α*(V*17/30)*10-6*(E-O)*ε
＝1*(1968350*17/30)*0.000001*(288.7-30)＝287.6kg/h
各喷氨分支母管的流量为：
pi＝(E-T)/(E-oi)*(T/n)
p1＝(288.7-30)/(288.7-25)*(4000/3)＝1313Nm3/h
p2＝(288.7-30)/(288.7-28)*(4000/3)＝1323Nm3/h
p3＝(288.7-30)/(288.7-37)*(4000/3)＝1370Nm3/h
若某时刻，由于还原情况变化，流出气氮氧化物浓度发生波动变化，，此时测得的出口的氮氧化物浓度分别为24mg/Nm3，26mg/Nm3，36mg/Nm3，入口氮氧化物浓度不变，则计算出出口氮氧化物平均浓度为29.6mg/Nm3；氨浓度10ppm，4ppm，3ppm(均大于3ppm)，则计算出的平均氨浓度为5.6ppm(大于3ppm)；
取ε为1，目标氮氧化物浓度值为50mg/Nm3，则此时的喷氨总量为：
mw＝[(288.7-50)/(288.7-29.6)]*(1968350*17/30)*0.000001*(288.7-29.6)＝266.2kg/h
mw换算为mv后为350Nm3/h。
喷氨分支母管对应的流量为：
p1＝[1-(10-3)*1968350*10-6/350]*4000/3＝1281Nm3/h
p2＝[1-(4-3)*1968350*10-6/350]*4000/3＝1325Nm3/h
p3＝(288.7-30)/(288.7-36)*(4000/3)＝1364Nm3/h
经过上述调节后，出口氮氧化物浓度为30mg/Nm3、38mg/Nm3、40mg/Nm3；氨浓度为2ppm，1ppm，2ppm；在满足排放达标的情况下，出口氨浓度控制在3ppm以内。
比较例1：若出口未布置氨浓度检测器
在上述案例中，某时刻测得的出口的氮氧化物浓度分别为24mg/Nm3，26mg/Nm3，36mg/Nm3，则计算出出口氮氧化物平均浓度为29.6mg/Nm3；基本处于设计值范围内，但出口氨浓度实际上分别为10ppm，4ppm，3ppm，超过了设计值3ppm；虽然氮氧化物达标，但始终存在氨逃逸大的问题，将对后续设备造成损害。
比较例2：若氨浓度检测器未参与氨反馈控制
再以上述案例数据为例：
某时刻测得的出口的氮氧化物浓度分别为24mg/Nm3，26mg/Nm3，36mg/Nm3，则计算出出口氮氧化物平均浓度为29.6mg/Nm3；基本处于设计值范围内，但测得出口氨浓度分别为10ppm，4ppm，3ppm，若氨浓度未参与反馈控制，则仅基于氮氧化物浓度测量值算出的喷氨量(即α＝1的情况)为287.6kg/h，此时存在氨逃逸问题。
与此相反，利用尾部氨浓度值参与反馈控制后，喷氨量降为266.2kg/h，在保证排放达标的情况下，从源头降低的氨逃逸高的风险。
同时，对于采样点1所在分区，若仅采用氮氧化物浓度反馈计算出分支母管的喷氨量(即按ai≤3的式子计算)：
(288.7-30)/(288.7-24)*(4000/3)＝1303Nm3/h
而采用氨反馈后，考虑到氨浓度过高的风险，进一步降低所在分区的氨空混合气比例，消除氨逃逸风险，此时计算出的喷氨量：
[1-(10-3)*1968350*10-6/(0.05*8000)]*8000/3＝1241Nm3/h
同样，对于采样点2所在分区，两种公式计算出的值分别为：
(288.7-30)/(288.7-26)*(4000/3)＝1313Nm3/h
[1-(4-3)*1968350*10-6/(0.05*8000)]*8000/3＝1320Nm3/h
使用氨反馈在保证氮氧化物浓度不超标的情况下减少了局部喷射量，从而减少了氨逃逸。
另外可以看到，测得的氨浓度与3ppm差距越大，对降低局部喷射量的要求越明显。
本发明通过所提出的装置和方法，实现烟气流量、氮氧化物和氨浓度的精确测量和反馈控制，从而在满足排放达标的要求条件下，最大程度减少喷氨量，消除氨逃逸高的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝方法，所述方法包括在催化还原反应器上游的流入烟道中向烟道气中喷氨形成混合气，将混合气在所述催化还原反应器中还原脱硝，以及将脱硝后的气体从所述催化还原反应器中排出至所述催化还原反应器下游的流出烟道，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述流入烟道中的烟道气流量V和流入气氮氧化物浓度E；
在所述流出烟道的横截面中以同一矩阵方式检测流出气氮氧化物浓度oi和氨浓度ai，并计算oi的平均值O和ai的平均值A，其中，i为1至n的整数；
以下式计算修正喷氨总量mw，并且根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨：
mw＝α*(V*17/30)*10-6*(E-O)*ε
其中，α为修正系数，
当A≤B时，α＝1；
当A＞B时：
α＝(E-Z)/(E-O)；
其中B为目标氨浓度值，Z为目标氮氧化物浓度值，ε为1-1.05的值，
其中，V是以Nm3/h计的数值，E、oi、O是以mg/Nm3计的数值，B、ai和A是以ppm计的数值，并且mw是以kg/h计的数值。
2.根据权利要求1的方法，其中根据所述修正喷氨总量mw调节喷氨包括：
将所述修正喷氨总量mw的氨气与恒定流量的稀释用空气混合，形成流量为T的氨空混合气，并且将mw换算为mv，其中，T和mv是以Nm3/h计的数值；
在所述流入烟道的横截面中喷射所述氨空混合气，所述氨空混合气以与所述矩阵相同的矩阵方式喷射并且喷射量为pi，其中，pi通过下式计算：
当ai≤B时，
pi＝(E-T)/(E-oi)*(T/n)
当ai＞B时，
pi＝[1-(ai-B)*V*10-6/mv]*(T/n)。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，B＝3。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述方法通过一种矩阵式选择性催化还原烟道气脱硝设备进行，所述设备包括催化还原反应器，在所述催化还原反应器上游的流入烟道，和在所述催化还原反应器下游的流出烟道，所述流入烟道、流出烟道和催化还原反应器具有相似形状的横截面，其中，所述设备还包括：
在所述流入烟道中的烟道气流量计；
在所述流入烟道中的流入气氮氧化物浓度检测器；
在所述流入烟道中在所述烟道气流量计和所述流入气氮氧化物浓度检测器下游的喷氨装置，所述喷氨装置具有氨空混合气母管和从所述氨空混合气母管分支的矩阵式分布在所述流入烟道横截面中的多个喷氨分支母管，所述氨空混合气母管连接至氨气提供器和空气提供器，每个喷氨分支母管具有单独的流量调节阀；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个流出气氮氧化物浓度检测器；
在所述流出烟道中的矩阵式分布的多个氨浓度检测器；
其中，所述喷氨分支母管的矩阵在所述流入烟道横截面中的分布与所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵及所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道横截面中的分布是相同的，
其中，所述设备还包括在所述喷氨装置下游的分区气体混合装置，
其中，
使用所述烟道气流量计测量所述V，
使用所述流入气氮氧化物浓度检测器测量所述E，
使用所述流出气氮氧化物浓度检测器测量所述oi，
使用所述氨浓度检测器测量所述ai，
使用所述氨气提供器提供所述修正喷氨总量mw或mv的氨，以及
使用所述喷氨分支母管以所述喷射量pi喷射所述氨空混合气。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵与所述氨浓度检测器的矩阵在所述流出烟道长度方向的间距为500mm-1000mm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流出烟道的横截面为短边长度为d的矩形，并且所述流出气氮氧化物浓度检测器的矩阵和所述氨浓度检测器距离烟道的横截面的长边的距离为1/3d以上。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烟道气流量计是全截面矩阵式流量计。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流入气氮氧化物浓度检测器是多个分布在所述流入烟道的横截面中的氮氧化物浓度检测器。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设备还包括处理器和控制器，所述处理器接收来自所述烟道气流量计、流入气氮氧化物浓度检测器、流出气氮氧化物浓度检测器和氨浓度检测器的测量结果，并且所述控制器被配置为控制所述流量调节阀和氨气提供器。
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