CN112728544A - 一种烟道动态配风协同sncr脱硝的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统及方法。所述控制系统由感知单元、执行单元、反馈调节单元组成；所述感知单元包括温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度检测模块，所述执行单元包括二次风执行层、燃尽风执行层、SNCR执行层，所述反馈调节单元包括指令层、数据层。所述控制方法，通过感知单元检测参数；通过反馈调节单元分析数据和生成控制指令，并进行检测参数和控制指令的存储；通过执行单元实现配风状态和还原剂喷入状态的动态调控。所述控制系统和控制方法具有反馈调节功能实现燃烧与脱硝的动态调控以及系统的自我修正，可广泛应用于低氮燃烧和SNCR脱硝技术领域。

Description

一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统及方法

技术领域

本发明属于垃圾低氮低二噁英燃烧和烟气脱硝领域，尤其涉及一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统及方法。

背景技术

随着我国城镇化进程加快，城市垃圾分类的提出，到“无废城市”建设方案的落实，城市产业升级与生活质量的改善引起城市垃圾激增，也提高了垃圾的热值，垃圾焚烧发电已成为我国城市生活垃圾处理的主要技术。据统计，长三角、珠三角地区在2018年的垃圾平均热值高于全国其他地区的生活垃圾热值，入炉垃圾热值普遍高于7500kJ/kg。由于生活垃圾热值大幅上升，锅炉烟温明显增加，锅炉受热面腐蚀加剧，焚烧炉炉墙烧坏频繁，特别是在二次风燃烧器前拱处，焚烧炉浇筑料维修频繁。

垃圾焚烧过程产生的氮氧化物包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₄和N₂O₅等，其中NO占所产生氮氧化物总量的90-95％。NO_x生成机理主要有热力型，燃料型和快速型3种，根据垃圾焚烧炉稳定运行时的炉内燃烧特性，最高温度在1450-1650K之间，快速型NO_x的占比极少，主要是燃料型NO_x，占比达80％以上，其次为热力型NO_x，不超过20％。实验表明，随着反应温度的升高，NO_x生成反应速率按指数规律增加。当温度超过1700K时，温度每增加100K，反应速率增大6-7倍。因此，控制焚烧炉内的焚烧温度是实现低氮燃烧的有效措施。

二噁英是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，可以损害多种器官和系统。城市生活垃圾焚烧产生二噁英的主要途径是在对氯乙烯等含氯塑料的焚烧过程中，不能满足焚烧温度达850℃以上和焚烧时间达2s以上，含氯垃圾不完全燃烧导致。

为了控制NO_x和二噁英的生成，从源头减少污染物，专利CN201210510370提出在垃圾焚烧炉第一通道设置四层吹风组件形成两组切圆使烟气螺旋上升，专利CN20110250190提出在焚烧炉炉膛底部布置两层燃尽风喷嘴促使烟气螺旋上升，以延长烟气的燃烧停留时间和低氮低二噁英燃烧。在已有的控制垃圾焚烧炉分层配风技术中，尚未有考虑通过二次风下吹使烟气形成垂直涡旋与水平旋流吹风形成水平涡旋结合的方法，并且将这种结合吹风的方式应用到改善SNCR脱硝效率和SNCR还原剂对水冷壁腐蚀的控制之中。

针对垃圾焚烧炉通过二次风、燃尽风分级分配空气进量，在保持原先过量空气系数水平下，一烟道中的烟气燃烧分布更加均匀，减小二次风燃烧器和一烟道受热面的腐蚀情况，且有效控制炉内焚烧温度，减小NO_x产生，还能适当拓宽SNCR反应温度区域，增加炉内湍流度，增加烟气在850℃中停留时间，减小二噁英产生。

采用SNCR方法进行烟气脱硝时，需要选择烟气温度在850-1100°C的区域，在垃圾焚烧炉中，主要通过在第一烟道布置一组或多组固定式喷枪，但随着锅炉负荷的变化，很难保证喷枪布置区域在SNCR的反应温度区间内。并且采用SNCR方法脱硝，通常是将还原剂以液体形式雾化后喷入炉内，脱硝的效果，很大程度取决于还原剂的雾化效果以及还原剂与烟气的混合程度。专利CN109464900B通过标高与温度的线性存在关系，计算最佳反应区域的标高并进一步移动喷枪，但移动喷枪的应用在喷枪的安装和设计上存在较大困难。而通过二次风和燃尽风的分级配风，使第一烟道中的烟气燃烧分布更加均匀，能最大程度保证固定式SNCR喷枪布置区域的燃烧温度在850-1100℃之间，并且将SNCR还原剂喷枪布置于两层燃尽风层之间，有效利用燃尽风层之间的高湍流度实现还原剂与烟气的快速混合，并通过对SNCR喷枪层上方四面水冷壁近壁面处NH₃浓度的检测分析和燃尽风风枪角度的调节，还可以减小还原剂对水冷壁的腐蚀。

但现有技术中烟气在高温燃烧区存在分布不均匀、局部高温燃烧区NO_x生成量大和SNCR脱硝区域燃烧温度控制困难、烟气与还原剂混合均匀度不足导致效率低的缺点。

发明内容

本发明针对逆流式炉排垃圾焚烧炉，提出一种利用二次风下吹、燃尽风分级配风与SNCR脱硝结合的低氮低二噁英燃烧、高效SNCR脱硝的垃圾焚烧控制系统及控制方法，通过二次风、燃尽风配风量分级动态调节，存储历史检测和控制参数数据对控制系统进行反馈修正，实现垂直与水平涡旋流动的混合，增加炉内烟气湍流度和控制燃烧温度实现低氮低二噁英燃烧，同时保证SNCR脱硝区域的反应温度、改善SNCR脱硝效果和减小还原剂对水冷壁的腐蚀，可广泛应用于低氮燃烧和SNCR脱硝技术领域。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，包括感知单元、反馈调节单元、执行单元；

所述感知单元包括温度浓度检测模块，用于实时监控炉内烟气温度检测信息、NO浓度检测信息、CO浓度检测信息、NH₃浓度检测信息，并将检测信息传输给反馈调节单元；

所述反馈调节单元包括指令层和数据层，指令层根据感知单元传递的检测信息，生成对执行单元的控制指令；数据层用于存储每周期更新的执行指令和检测信息参数，提供指令层调用的数据；

所述执行单元包括二次风执行层、燃尽风执行层和SNCR执行层，根据反馈调节单元传输的控制指令，对各执行层进行调控。

优选的，所述温度浓度检测模块包括检测烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的若干传感器，传感器布置于焚烧炉内。

优选的，所述焚烧炉包括炉排、炉膛、二次风燃烧器、第一烟道、第二烟道、第三烟道；所述炉排下方为一次风入口；所述炉膛位于炉排上方；

所述二次风燃烧器位于炉膛上方，所述第一烟道位于二次风燃烧器上方；所述第二烟道入口与第一烟道出口相接；所述第三烟道入口与第二烟道出口相接。

所述二次风燃烧器与第一烟道出口之间的形成燃尽风风枪布置区域；所述燃尽风风枪布置区域中间隔布置至少两层及两层以上的燃尽风层；所述燃尽风风枪布置区域中设置有SNCR喷枪布置区域，SNCR喷枪布置区域布置于烟气温度为850-1100℃的区域，且位于两层燃尽风层之间，所述SNCR喷枪布置区域内设置有若干层SNCR喷枪层；

所述若干传感器分别布置于第一烟道入口处、第一烟道入口与第一层燃尽风层之间、每两层燃尽风层之间、燃尽风层与SNCR喷枪层之间，检测NH₃浓度的传感器布置于每层SNCR喷枪层上方的四面水冷壁和第一烟道出口处；

在燃尽风风枪布置区域中，每隔2-3m布置一层燃尽风层，每层燃尽风层四面水冷壁上均布置有一个或若干个吹风组件。

优选的，所述二次风执行层用于调节吹风组件的配风量，所述吹风组件包括位于二次风燃烧器的前后墙上的数排二次风风枪、流量控制阀门和第一信号调节器，所述流量控制阀门与数排二次风风枪连接，用于调节二次风风枪的出风量，所述第一信号调节器与第一二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现二次风配风量的调节，所述二次风风枪前后墙两排风枪呈错开布置，每排二次风风枪向下吹入角度与水平面夹角在20-45°之间；

所述燃尽风执行层包括流量控制阀门和第二信号调节器，所述流量控制阀门与各层燃尽风风枪连接，用于调节燃尽风风枪的出风量，所述第二信号调节器与第二二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现燃尽风配风量的调节；

所述SNCR执行层包括还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门和第三信号调节器，所述还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门分别安装于还原剂、雾化介质输送管道与各层SNCR喷枪的内、外接口之间，用于调节还原剂流量、雾化介质流量和压力；所述第三信号调节器与压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端分别与还原剂、雾化介质输送管道连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节压缩机的输出功率，实现对SNCR喷枪的流量和压力调节。

优选的，所述燃尽风层由二次风引风机统一供风，即使用二次风配风系统，将部分二次风分配到燃尽风，或者通过配置独立的引风系统进行供风。

优选的，所述燃尽风层各风枪与水冷壁夹角的可调范围为30-50°，用于调节燃烧状态、还原剂与烟气的混合状态。

优选的，所述SNCR喷枪布置高度根据烟气温度850-1100℃进行选择，并布置于两层燃尽风层之间，每层至少布置两个以上的SNCR喷枪。

优选的，所述指令层根据感知单元传递的烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的检测信息进行计算和调用数据层历史数据进行比对，生成控制指令并传输至执行单元、信号调节器，以控制二次风风枪、燃尽风层各风枪的配风量、SNCR喷枪喷射参数、或进行选择性开启/关闭燃尽风层各风枪及SNCR喷枪。

所述数据层用于存储每个周期更新的控制指令、烟气温度分布、NO浓度分布、CO浓度分布、NH₃浓度分布(氨逃逸)、SNCR脱硝效率相关数据，并生成数据库提供指令层调用。

所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

感知单元检测焚烧炉内不同标高处的烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度；

反馈调节单元接收感知单元的检测数据，根据不同标高处的温度T、温度变化率△T、NO浓度C_NO、NO浓度变化率△C_NO、CO浓度C_CO、CO浓度变化率△C_CO，分别计算C_NO、C_CO与温度分布的拟合函数关系，并进行拟合函数关系与数据层存储的历史函数关系的比对，结合NO_x、CO生成特性与温度的函数关系，计算二次风与燃尽风的配风条件，生成控制指令；

执行单元根据控制指令调节二次风、燃尽风层各风枪的配风量；

配风量调节后，待焚烧状态达到新的稳定状态，即达到设定的第一更新时间t₁，感知单元再次检测炉内不同标高处的温度、NO浓度、CO浓度，传输至反馈调节单元；

反馈调节单元根据更新的T、△T、C_NO、△C_NO、C_CO、△C_CO信息，进行燃烧效果的判断，达到控制标准则计算SNCR喷枪开启的层数和SNCR每个喷枪分配的还原剂流量与雾化介质的流量、压力，生成对SNCR执行层的更新控制指令，否则重新生成控制指令调节二次风、燃尽风层各风枪的配风量；

SNCR执行层执行完更新指令，待脱硝反应达到新的稳定状态，即达到设定的第二更新时间t₂，感知单元进行一烟道出口C_NO、C_NH3以及SNCR喷枪层上方C_NH3的检测，通过四面水冷壁NH₃的分布情况，预测喷入的还原剂在烟道中的分布情况，传输至反馈调节单元，分析脱硝效果，并与数据层存储历史函数关系进行比对，进一步计算燃尽风风枪的偏转角度，生成控制指令；

喷枪角度调节后，待脱硝和燃烧反应达到新的稳定状态，即达到设定的第三更新时间t₃，感知单元重新进行温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的检测，传输至反馈调节单元，更新脱硝状态后输入反馈调节单元的数据层中进行存储，完成数据库的更新；

以上，完成一个通过流场动态调节实现低氮低二噁英燃烧和高效SNCR脱硝的控制循环，根据工况和炉型的不同，以及实际脱硝效果是否达到设定限值，调节本控制系统的执行周期t₀，每阶段的更新时间，自动实现垃圾焚烧炉的高效SNCR脱硝的循环反馈控制。

优选的，N层SNCR喷枪层中，第k层的还原剂流量根据以下公式计算：

β＝F(C_NO，C_NH3，T) (4)

式(1)中，

表示第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值，a为第k层SNCR喷枪层下方NO浓度检测传感器的数量，k≤N；X_NO(i),k表示第k层SNCR喷枪层下方第i个NO浓度传感器的检测值，i≤a；

式(2)中，

表示第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值，b为第k层SNCR喷枪层上方NH₃浓度检测传感器的数量；X_NH3(i),k表示第k层SNCR喷枪层上方第i个NH₃浓度传感器的检测值，i≤b；

式(3)中，η为第一修正系数；

代表每次执行本发明控制循环，感知单元第一次进行检测的初始t₀时刻第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值；

代表感知单元进行最近一次检测的t时刻第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值；

代表每次执行本发明控制循环，感知单元第一次进行检测的初始t₀时刻第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值；

代表感知单元进行最近一次检测的t时刻第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值；

式(4)中，β为第二修正系数，为C_NO，C_NH3，T的函数，根据现场试验和运行数据进行确定；

式(5)中，Q_k为所计算的第k层SNCR喷枪层的还原剂流量，Q_V为第k层SNCR喷枪层处烟气的体积流量；

当以下关系成立时，关闭第k层SNCR喷枪：

Q_k≤Q_limit (6)

式(6)中，Q_limit为SNCR喷枪层开启的最小流量限值。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明提出的燃烧控制系统和控制方法，以垃圾高效低污染燃烧，从源头减少燃烧中NO_x和二噁英污染物的产生，强化SNCR脱硝效率为目的，通过二次风下吹能在前墙二次风上方形成局部垂直涡旋流动，配合燃尽风层驱动烟气水平涡旋流动，实现局部垂直涡旋流动烟气与上升流动烟气的混合，延长烟气在高温区的停留时间，烟气混合更加均匀，燃烧更加充分，脱硝效果更好；

(2)燃尽风层的加入在第一烟道上部形成水冷壁保护风膜，有效缓解第一烟道上部水冷壁、第一烟道顶部炉墙、第一烟道出口折角、第二烟道入口炉墙受烟气的冲刷；

(3)通过动态调节二次风与燃尽风的配风比例，控制焚烧温度，在避免NO_x大量生成的同时，拓宽适宜进行SNCR脱硝的反应空间，保证SNCR喷枪布置区域的燃烧温度在850-1100℃之间；

(4)燃尽风分多层加入可根据NO浓度、第一烟道温度和运行负荷，选择性开启或关闭部分燃尽风层和SNCR喷枪层，进一步可将燃尽风改造成独立风箱系统供风，满足诸如在二次风中掺入部分尾部烟气进行烟气再循环实现更低NO_x排放的系统改造时，能够利用燃尽风独立风箱系统补充新风，保证CO等烟气组分的充分燃烧；

(5)所述控制系统每执行一次控制循环，均对执行前的检测参数、控制指令、执行后的检测参数建立函数关系并进行存储，实现反馈调节单元数据库的更新，反馈修正控制指令的计算程序。

(6)综上，本发明技术能有效改善高温燃烧区分布不均匀、局部高温区NO_x生成量大和SNCR脱硝区域温度易波动、还原剂混合均匀度不足导致效率低的缺点，所述控制系统和控制方法具有反馈调节功能实现燃烧与脱硝的动态调控以及系统的自我修正，可广泛应用于低氮燃烧和SNCR脱硝技术领域。

附图说明

图1是本发明实施例中一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统及控制方法的结构框图；

图2是本发明实施例中一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统及控制方法各单元的关联示意流程图；

图3是本发明实施例中反馈调节单元根据限值指标进行控制的方法流程图；

图4是本发明实施例中的结构示意图；

图5a是本发明实施例中数值仿真模拟结果的流场示意图；

图5b是本发明实施例中增加燃尽风层的数值仿真模拟结果的流场示意图；

图6a是本发明实施例中数值仿真模拟结果的温度场等值线示意图；

图6b是本发明实施例中增加燃尽风层的数值仿真模拟结果的温度场等值线示意图；

图4的附图标记：1.炉排；2.炉膛；3.二次风燃烧器；4.第一烟道；5.第二烟道；6.第三烟道；7.炉膛后拱；8.二次风风枪；9.燃尽风风枪布置区域；10.SNCR喷枪布置区域；11.第一烟道出口；12.第三烟道出口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，包括感知单元、反馈调节单元、执行单元；

所述感知单元包括温度浓度检测模块，用于实时监控炉内烟气温度检测信息、NO浓度检测信息、CO浓度检测信息、NH₃浓度检测信息，并将检测信息传输给反馈调节单元；

所述反馈调节单元包括指令层和数据层，指令层用于生成执行单元的控制指令；数据层用于存储每周期更新的控制指令和检测参数，提供指令层调用的历史数据；

所述执行单元包括二次风执行层、燃尽风执行层和SNCR执行层，根据反馈调节单元生成的控制指令，对各执行层进行调控。

所述温度浓度检测模块包括检测烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的若干传感器，所述传感器分别布置于焚烧炉内。

所述焚烧炉包括炉排1、炉膛2、二次风燃烧器3、第一烟道4、第二烟道5、第三烟道6；所述炉排1下方为一次风入口；所述炉膛2位于炉排1上方；

炉膛2上设有炉膛后拱7；所述二次风燃烧器3位于炉膛2上方，所述第一烟道4位于二次风燃烧器3上方；所述第二烟道5入口与第一烟道4出口相接；所述第三烟道6入口与第二烟道5出口相接。

所述二次风燃烧器3与第一烟道4出口之间的形成燃尽风风枪布置区域9；所述燃尽风风枪布置区域9中间隔布置至少两层及两层以上的燃尽风层；所述SNCR喷枪布置区域10位于燃尽风风枪布置区域9之中，布置于烟气温度为850-1100℃的区域，可选择地布置一层或多层。

所述若干传感器分别布置于第一烟道4入口处、第一烟道4入口与第一层燃尽风层之间、每两层燃尽风层之间、燃尽风层与SNCR喷枪层之间，检测NH₃浓度的传感器布置于每层SNCR喷枪层上方的四面水冷壁和第一烟道4出口处。

如图4所示，垃圾经过入料口进入炉排上方，一次风从各级炉排1下方一次风入口吹入，垃圾在炉膛内经过一次风、气相燃烧辐射、炉膛后部逆流烟气的加热下完成水分蒸发、脱挥发分、挥发分燃烧和固定碳燃尽四个过程。在后拱7的限制下，炉膛烟气沿着后拱7折角逆向流入二次风燃烧器3。前后墙二次风风枪8向下与水平面呈20-45°夹角对冲吹入，在二次风的作用下，如图5a所示，烟气在二次风燃烧器中间汇聚燃烧，沿着第一烟道4上升并逐渐散开，并在前后墙二次风上方区域形成负压，由于一烟道出口位于后墙一侧，待流场趋于稳定，烟气更偏向于沿后墙上升，如图5a所示，因此，前墙二次风上方产生局部较大垂直涡旋，后墙二次风上方形成局部较小垂直涡旋。

所述二次风执行层用于调节二次风燃烧器3前后墙上吹风组件的配风量，所述吹风组件包括位于二次风燃烧器的前后墙上的数排二次风风枪8、流量控制阀门和第一信号调节器，所述流量控制阀门与数排二次风风枪8连接，用于调节二次风风枪的出风量，所述第一信号调节器与第一二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现二次风配风量的调节。二次风风枪8前后墙两排风枪呈错开布置，每排二次风风枪向下吹入角度与水平面夹角在20-45°之间。

所述燃尽风层布置于二次风燃烧器3与第一烟道4出口之间的区域9，每隔2-3m布置一层燃尽风层，每层燃尽风布置位置(即相同高度处)的四面水冷壁上均布置有一个或多个吹风组件，所述燃尽风执行层中燃尽风风枪与水冷壁夹角的可调范围为30-50°，用于调节燃烧状态、还原剂与烟气的混合状态。烟气在燃尽风的驱动下，在第一烟道上方形成水平涡旋流动，将二次风燃烧器3上方的局部垂直涡旋流动烟气与上升烟气混合，并在第一烟道4上部形成包围风层，有效汇聚烟气在烟道中间区域燃烧。

所述燃尽风层由二次风引风机统一供风，即使用二次风配风系统，将部分二次风分配到燃尽风；也可以通过配置独立的引风系统进行供风。

优选的，所述燃尽风执行层包括流量控制阀门和第二信号调节器，所述流量控制阀门与各层燃尽风风枪连接，用于调节燃尽风风枪的出风量，所述第二信号调节器与第二二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现燃尽风配风量的调节。

所述SNCR执行层控制还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门和第三信号调节器，所述还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门分别安装于还原剂、雾化介质输送管道与各层SNCR喷枪的内接口和外接口之间，用于调节还原剂流量、雾化介质流量和压力。所述第三信号调节器与压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端分别与还原剂、雾化介质输送管道连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节压缩机的输出功率，实现对SNCR喷枪的流量和压力调节。

所述的感知单元的启动周期根据实际运行工况需求进行调节，所述感知单元的温度、NO浓度检测传感器布置于燃尽风风枪布置区域9之中，具体布置于第一烟道4入口处、第一烟道4入口与第一层燃尽风层之间、每两层燃尽风之间、燃尽风层与SNCR喷枪层之间，检测NH₃浓度的传感器布置于每层SNCR喷枪上方的四面水冷壁和第一烟道4出口处。

根据感知单元检测炉内不同标高处的温度、NO浓度、CO浓度，反馈调节单元指令层根据温度T、温度变化率△T、NO浓度C_NO、NO浓度变化率△C_NO、CO浓度C_CO、CO浓度变化率△C_CO，分别计算C_NO、C_CO与温度分布的拟合函数关系，并进行拟合函数关系与数据层存储的历史函数关系的比对，结合NO_x、CO生成特性与温度的函数关系，计算二次风与燃尽风的配风条件，生成控制指令，进一步传输至执行单元。

如图3所示，所述指令层的计算流程如下：

根据T、C_NO、C_CO在第一烟道4的分布情况判断是否达到燃烧控制标准，当未达到燃烧控制标准时，根据检测信息重新进行二次风、燃尽风配风量的计算，生成控制指令作用于执行单元；

待T、C_NO、C_CO达到控制指标，进一步根据第一烟道出口4的C_NO、C_NH3判断烟气脱硝后是否超过设定排放限值；

当C_NO和C_NH3均超过限值，说明SNCR脱硝效果不理想，应通过对二次风、燃尽风配风量调节，改变SNCR喷枪布置区域的温度场、流场的分布情况；当C_NO超标而C_NH3不超标，说明还原剂喷入量过少，应进行还原剂量计算；当C_NH3超标而C_NO不超标，说明还原剂喷入量过多，应进行还原剂量计算；

进一步生成控制指令作用于执行单元，待达到更新时间重新进行数据检测和指令层限值判定。

执行单元根据接收到的控制指令，调节二次风、燃尽风配风层各风枪的配风量，待达到第一更新时间t₁，感知单元再次检测炉内不同标高处的温度、NO浓度、CO浓度，并传输至反馈调节单元；

反馈调节单元根据更新的T、△T、C_NO、△C_NO、C_CO、△C_CO等信息，进行燃烧效果的判断，达到控制标准则计算SNCR喷枪开启的层数和SNCR每个喷枪分配的还原剂流量与压缩空气压力，以及与雾化介质参数(流量、压力)，生成对SNCR执行层的更新控制指令，否则重新生成控制指令调节二次风、燃尽风配风层各风枪的配风量；

待达到第二更新时间t₂，感知单元进行一烟道出口C_NO、C_NH3以及SNCR喷枪层上方C_NH3的检测，通过四面水冷壁NH₃的分布情况，预测喷入的还原剂在烟道中的分布情况，传输至反馈调节单元，分析脱硝效果，并与数据层存储历史函数关系进行比对，进一步计算燃尽风风枪的偏转角度，生成控制指令；

喷枪角度调节后，待达到第三更新时间t₃，感知单元重新进行温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的检测，传输至反馈调节单元，判断脱硝效果，达到设定标准则输入反馈调节单元的数据层中进行存储，完成数据库的更新，否则经过反馈调节单元的指令层，通过C_NO、C_NH3的检测数据重新计算生成指令。

通过进行数值仿真模拟验证，在未加入燃尽风层时的流场和温度场如图5a和图6a所示，加入燃尽风后的流场和温度场如图5b和图6b所示。在图5b中，第一烟道的流场分布均匀，烟道中心区域的烟气流量最大，图5a中为加入燃尽风时烟气靠近后墙上升的现象明显改善，同时第二烟道入口处烟气冲刷后墙的现象同样明显改善；从图6上看，烟气的温度分布于流场分布存在较大关联，图6a的高温区靠近第一烟道后墙，图6b的高温区集中在烟道中心，根据等值线的疏密程度，可分析出图6b的温度分布更加均匀。图5a中的箭头分别代表二次风吹入方向、燃尽风吹入方向、图5a上的两个大箭头代表受下吹二次风影响，烟气形成垂直涡旋流动。图5b中箭头表示二次风/燃尽风大致布置方式。

综上所述，通过数值仿真模拟，本垃圾焚烧炉的控制方法是可行的。本实施例的垃圾焚烧炉烟道动态调控配风协同SNCR脱硝的控制系统相对于现有的控制系统，至少具有以下优点：

(1)满足因不同负荷工况、不同燃料热值等变量下的不同配风量和SNCR还原剂喷入量的自动调节，通过二次风与燃尽风配风比例的动态调控和分段多次检测参数进行反馈修正，能够控制第一烟道SNCR脱硝区域的温度在850-1100℃之间，保证SNCR脱硝的反应区域和减小热力型NO_x的产生，选择适宜的SNCR喷枪层，减少氨逃逸，节约还原剂使用量。

(2)SNCR喷枪的上下方存在两层燃尽风层，通过控制燃尽风的风量，实现还原剂与烟气的充分混合，能最大程度提高脱硝效率，并通过对SNCR喷枪层上方四面水冷壁近壁面处NH₃浓度的检测分析还原剂在烟道中的分布情况，反馈修正燃尽风枪入吹角度的调节，能有效避免还原剂对水冷壁的腐蚀。

(3)本控制系统和控制方法具有反馈修正系统程序的功能，通过分析运行优化过程中存在的较优工况，参考其控制流程和调节范围，并将其应用于关键控制参数的修正，随着历史数据的积累，控制系统的优化调节功能随之增强，具有广泛的应用前景。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，包括感知单元、反馈调节单元、执行单元；

所述感知单元包括温度浓度检测模块，用于实时监控炉内烟气温度检测信息、NO浓度检测信息、CO浓度检测信息、NH₃浓度检测信息，并将检测信息传输给反馈调节单元；

所述反馈调节单元包括指令层和数据层，指令层根据感知单元传递的检测信息，生成对执行单元的控制指令；数据层用于存储每周期更新的执行指令和检测信息参数，提供指令层调用的数据；

所述执行单元包括二次风执行层、燃尽风执行层和SNCR执行层，根据反馈调节单元传输的控制指令，对各执行层进行调控。

2.根据权利要求1所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述温度浓度检测模块包括检测烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的若干传感器，传感器布置于焚烧炉内。

3.根据权利要求2所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述焚烧炉包括炉排(1)、炉膛(2)、二次风燃烧器(3)、第一烟道(4)、第二烟道(5)、第三烟道(6)；所述炉排(1)下方为一次风入口；所述炉膛(2)位于炉排(1)上方；

所述二次风燃烧器(3)位于炉膛(2)上方，所述第一烟道(4)位于二次风燃烧器(3)上方；所述第二烟道(5)入口与第一烟道(4)出口相接；所述第三烟道(6)入口与第二烟道(5)出口相接；

所述二次风燃烧器(3)与第一烟道(4)出口之间的形成燃尽风风枪布置区域(9)；所述燃尽风风枪布置区域(9)中间隔布置至少两层及两层以上的燃尽风层；所述燃尽风风枪布置区域(9)中设置有SNCR喷枪布置区域(10)，SNCR喷枪布置区域(10)布置于烟气温度为850-1100℃的区域，且位于两层燃尽风层之间，所述SNCR喷枪布置区域(10)内设置有若干层SNCR喷枪层；

所述若干传感器分别布置于第一烟道(4)入口处、第一烟道(4)入口与第一层燃尽风层之间、每两层燃尽风层之间、燃尽风层与SNCR喷枪层之间，检测NH₃浓度的传感器布置于每层SNCR喷枪层上方的四面水冷壁和第一烟道(4)出口处；

在燃尽风风枪布置区域(9)中，每隔2-3m布置一层燃尽风层，每层燃尽风层四面水冷壁上均布置有一个或若干个吹风组件。

4.根据权利要求3所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述二次风执行层用于调节吹风组件的配风量，所述吹风组件包括位于二次风燃烧器的前后墙上的数排二次风风枪(8)、流量控制阀门和第一信号调节器，所述流量控制阀门与数排二次风风枪(8)连接，用于调节二次风风枪的出风量，所述第一信号调节器与第一二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现二次风配风量的调节，所述二次风风枪(8)前后墙两排风枪呈错开布置，每排二次风风枪向下吹入角度与水平面夹角在20-45°之间；

所述燃尽风执行层包括流量控制阀门和第二信号调节器，所述流量控制阀门与各层燃尽风风枪连接，用于调节燃尽风风枪的出风量，所述第二信号调节器与第二二次风引风机连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节二次风引风机的输出功率，实现燃尽风配风量的调节；

所述SNCR执行层包括还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门和第三信号调节器，所述还原剂流量控制阀门、雾化介质控制阀门分别安装于还原剂、雾化介质输送管道与各层SNCR喷枪的内、外接口之间，用于调节还原剂流量、雾化介质流量和压力；所述第三信号调节器与压缩机的输入端连接，所述压缩机的输出端分别与还原剂、雾化介质输送管道连接，根据反馈调节单元的控制指令，调节压缩机的输出功率，实现对SNCR喷枪的流量和压力调节。

5.根据权利要求4所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述燃尽风层由二次风引风机统一供风，即使用二次风配风系统，将部分二次风分配到燃尽风，或者通过配置独立的引风系统进行供风。

6.根据权利要求5所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于：所述燃尽风层各风枪与水冷壁夹角的可调范围为30-50°，用于调节燃烧状态、还原剂与烟气的混合状态。

7.根据权利要求6所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述SNCR喷枪布置高度根据烟气温度850-1100℃进行选择，并布置于两层燃尽风层之间，每层至少布置两个以上的SNCR喷枪。

8.根据权利要求7所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统，其特征在于，所述指令层根据感知单元传递的烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的检测信息进行计算和调用数据层历史数据进行比对，生成控制指令并传输至执行单元、信号调节器，以控制二次风风枪、燃尽风层各风枪的配风量、SNCR喷枪喷射参数、或进行选择性开启/关闭燃尽风层各风枪及SNCR喷枪；

所述数据层用于存储每个周期更新的控制指令、烟气温度分布、NO浓度分布、CO浓度分布、NH₃浓度分布、SNCR脱硝效率相关数据，并生成数据库提供指令层调用。

9.根据权利要求8所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

感知单元检测焚烧炉内不同标高处的烟气温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度；

反馈调节单元接收感知单元的检测数据，根据不同标高处的温度T、温度变化率△T、NO浓度C_NO、NO浓度变化率△C_NO、CO浓度C_CO、CO浓度变化率△C_CO，分别计算C_NO、C_CO与温度分布的拟合函数关系，并进行拟合函数关系与数据层存储的历史函数关系的比对，结合NO_x、CO生成特性与温度的函数关系，计算二次风与燃尽风的配风条件，生成控制指令；

执行单元根据控制指令调节二次风、燃尽风层各风枪的配风量；

配风量调节后，待焚烧状态达到新的稳定状态，即达到设定的第一更新时间t₁，感知单元再次检测炉内不同标高处的温度、NO浓度、CO浓度，传输至反馈调节单元；

反馈调节单元根据更新的T、△T、C_NO、△C_NO、C_CO、△C_CO信息，进行燃烧效果的判断，达到控制标准则计算SNCR喷枪开启的层数和SNCR每个喷枪分配的还原剂流量与雾化介质的流量、压力，生成对SNCR执行层的更新控制指令，否则重新生成控制指令调节二次风、燃尽风层各风枪的配风量；

SNCR执行层执行完更新指令，待脱硝反应达到新的稳定状态，即达到设定的第二更新时间t₂，感知单元进行一烟道出口C_NO、C_NH3以及SNCR喷枪层上方C_NH3的检测，通过四面水冷壁NH₃的分布情况，预测喷入的还原剂在烟道中的分布情况，传输至反馈调节单元，分析脱硝效果，并与数据层存储历史函数关系进行比对，进一步计算燃尽风风枪的偏转角度，生成控制指令；

喷枪角度调节后，待脱硝和燃烧反应达到新的稳定状态，即达到设定的第三更新时间t₃，感知单元重新进行温度、NO浓度、CO浓度、NH₃浓度的检测，传输至反馈调节单元，更新脱硝状态后输入反馈调节单元的数据层中进行存储，完成数据库的更新；

以上，完成一个通过流场动态调节实现低氮低二噁英燃烧和高效SNCR脱硝的控制循环，根据工况和炉型的不同，以及实际脱硝效果是否达到设定限值，调节本控制系统的执行周期t₀，每阶段的更新时间，自动实现垃圾焚烧炉的高效SNCR脱硝的循环反馈控制。

10.根据权利要求9所述的一种烟道动态配风协同SNCR脱硝的控制系统的方法，其特征在于，N层SNCR喷枪层中，第k层的还原剂流量根据以下公式计算：

β＝F(C_NO，C_NH3，T) (4)

式(1)中，

表示第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值，a为第k层SNCR喷枪层下方NO浓度检测传感器的数量，k≤N；X_No(i)，k表示第k层SNCR喷枪层下方第i个NO浓度传感器的检测值，i≤a；

式(2)中，

表示第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值，b为第k层SNCR喷枪层上方NH₃浓度检测传感器的数量；X_NH3(i)，k表示第k层SNCR喷枪层上方第i个NH₃浓度传感器的检测值，i≤b；

式(3)中，η为第一修正系数；

代表每次执行本发明控制循环，感知单元第一次进行检测的初始t0时刻第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值；

代表感知单元进行最近一次检测的t时刻第k层SNCR喷枪层下方所有NO浓度传感器检测值的平均值；

代表每次执行本发明控制循环，感知单元第一次进行检测的初始t0时刻第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值；

代表感知单元进行最近一次检测的t时刻第k层SNCR喷枪层上方所有NH₃浓度传感器检测值的平均值；

式(4)中，β为第二修正系数，为C_NO，C_NH3，T的函数，根据现场试验和运行数据进行确定；

式(5)中，Q_k为所计算的第k层SNCR喷枪层的还原剂流量，Q_V为第k层SNCR喷枪层处烟气的体积流量；

当以下关系成立时，关闭第k层SNCR喷枪：

Q_k≤Q_limit (6)

式(6)中，Q_limit为SNCR喷枪层开启的最小流量限值。

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