CN113262629B

CN113262629B - 一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法

Info

Publication number: CN113262629B
Application number: CN202110464921.3A
Authority: CN
Inventors: 赵宁波; 方朝君; 梁俊杰; 陈嵩涛; 卢承政
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Suzhou Xire Energy Saving Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd; Suzhou Xire Energy Saving Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2041-04-28
Also published as: CN113262629A

Abstract

本发明涉及一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，包括如下步骤：选择入口和出口处分区测量的测点，测得各测点的氮氧化物的浓度值；计算入口和出口处各测点的平均氮氧化物浓度值；计算实时氨逃逸浓度；计算实时氨氮摩尔比；统计实时液氨流量，换算得到设定氧含量下干烟气流量；根据入口烟气湿度设计值，计算设定氧含量下湿烟气流量，换算得到实际入口氧量条件下的湿基烟气流量。本发明的计算方法以脱硝装置分区测量参数为基准，结合实时液氨耗量等参数，通过计算得到锅炉烟气流量参数，且可利用所得的烟气流量参数对脱硝装置的运行进行控制调节，提高喷氨优化控制的调节性能，烟气流量的计算过程简单、适用性强且准确性高。

Description

一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法

技术领域

本发明属于烟气处理领域，具体涉及一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法。

背景技术

当前，燃煤电厂在进行氮氧化物排放时，浓度需降低到50mg/m³以下，部分重点区域SCR出口氮氧化物浓度需降低到30mg/m³以下。随着SCR出口氮氧化物排放浓度限值的进一步降低，喷氨量的实时控制对SCR装置的安全稳定运行尤为关键。目前脱硝装置的喷氨量控制受SCR进出口氮氧化物浓度、烟气流量影响较大，其中烟气流量的测试对脱硝系统的自动控制调节品质尤为关键。传统的烟气流量计算方法是根据入炉煤的煤质元素分析和工业分析、总风量等参数来估算，估算结果受相关参数选择和掺烧煤质变化的影响，从而造成较大的误差，烟气量的偏差会影响包括脱硝系统在内的各种污染物的减排计算结果，造成较大的偏差。

目前脱硝装置为了提高测量系统的均匀性，在SCR装置出入口陆续增加了进出口氮氧化物分区测量装置，并配套了分区巡测系统，对氨逃逸的测量装置及方法进行了优化，能够有效提高分区测量的准确性。分区测量的氮氧化物浓度数据、氨逃逸等数据可以为烟气流量的计算提供准确的数据支持。

为了实现脱硝装置入口的烟气量数据，目前主流方法采用布置均匀的采样装置或者采样煤质参数计算的方法，但是通过采样装置的测量结果受取样装置的布置及可靠性影响较大，无法持续稳定测量，且投入的成本较大，采用煤质数据计算烟气量受煤质参数的波动较大，且依赖于煤质参数的分析结果，数据的延迟性较大。

参见中国专利文献CN110619929A公开了一种电站煤粉锅炉烟气流量软测量方法，利用煤质的工业分析和元素分析数据，通过模型得出论烟气量和理论空气量，锅炉磨煤机的给煤量、锅炉过量空气系统和烟气中一氧化碳占比，计算出锅炉烟气量。但该方法中煤质的工业分析和元素分析往往滞后性比较大，且模型往往受机组的燃烧系统结构和燃烧特性等因素需要更新，因此对锅炉烟气流量的计算局限性较大。

参见中国专利文献CN110595555A公开了一种基于实时煤质情况的烟道烟气流量分配在线监测方法，需在尾部竖井烟道新增加低温过热器进口烟气温度测试和低温再热器进口烟气温度测点，基于传热平衡的原理，通过传热平衡计算得到流过烟道两侧的流量份额进行取平均处理，从而得到尾部竖井烟道烟气流量分配份额。但由于实际工况下烟道两侧的烟气流量存在一定的偏差，而该方法对两侧的流量份额进行取平均处理，因此会存在一定的计算误差。

参见中国专利文献CN107664523A公开了一种矩阵式全烟气流量测量装置和方法，该装置包括全压测量系统、静压测量系统、差压测量元件以及固定件，全压测量和静压测量系统采用靠背管形式焊接成型，分别于设置于烟道外的差压测量元件连接，能够稳定可靠地测量烟气流量。但由于现实装置中无法避免存在装置积灰和采样装置磨损的问题，测量装置的可靠性较差。

参见中国专利文献CN106197566A公开了一种燃煤电厂复杂烟道烟气流量监测方法与系统，包括模拟子系统、流量校验子系统、流量监测子系统，通过对复杂烟道中烟气流量进行单点在线监测，同时根据流量校验子系统得到的基准流量与单点监测流量之间对应关系获得不同负荷下的修正系数函数对单点监测流量进行修正，对相应的数据进行显示。但该方法受单点测量的准确性及校验子系统的模型影响较大，且无法通过实测的数据进行修正，测得的烟气流量的准确性无法真实标定。

参见中国专利文献CN107861911A公开了一种燃煤电站锅炉尾部双烟道烟气流量在线软测量方法，在机组实际运行数据的基础上，从进入尾部双烟道开始到空预器位置采用烟气侧到工质侧的动态能量和质量平衡，通过软测量的方法对两侧烟道的烟气流量进行计算，同时采用每天煤质的工业数据对基准烟气物性参数进行校正，实现对尾部双烟道烟气流量的实时软测量。但烟气流量计算的方法过于复杂，且受限于模型计算的结果，准确性不高。

综上所述，目前已公开的锅炉烟气流量计算和测量方法中，除了采用矩阵烟气压力测量和单点烟气流量测量的方法之外，大多数方法采用基于煤质数据和烟气参数的模型计算得到锅炉的烟气流量，计算过程过于复杂，且受模型的限值对不同类型的机组需要修正模型参数，烟气流量的计算方法适用性不强，缺乏综合采用基于脱硝装置测试的实时数据的计算锅炉烟气流量的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，用于解决锅炉烟气流量计算过程复杂和结果精度差的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，包括如下步骤：

S1：选择入口处分区测量的测点，测点的数量为i，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,in,i，选择出口处分区测量的测点，测点的数量为j，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,in,j，

S2：计算入口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,in,avg和出口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,out,avg，

S3：根据实时的脱硝反应器潜能P_L,τ和现场试验测试的脱硝反应器潜能P_L,0，计算实时氨逃逸浓度C_NH3，

S4：计算实时氨氮摩尔比NSR，

S5：统计实时液氨流量G_NH3，换算得到设定氧含量下干烟气流量Q_干基，

S6：根据SCR入口烟气湿度设计值H，计算设定氧含量下湿烟气流量Q_湿基，根据设定的氧含量

换算得到实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q。

优选地，所述的入口处各测点的设定氧含量下氮氧化物的浓度值C_NOx,in,i包括A侧的浓度值C_NOx,in,Ai和B侧的浓度值C_NOx,in,Bi；所述的出口处各测点的设定氧含量下氮氧化物的浓度值C_NOx,in,j包括A侧的浓度值C_NOx,out,Aj和B侧的浓度值C_NOx,out,Bj。

优选地，所述的入口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,in,,avg为：C_NOx,in,avg＝∑C_NOx,in,i/n_i(i＝1,2，…n_i)，包括A侧的平均浓度值C_NOx,in,A,avg和B侧的平均浓度值C_NOx,in,B,avg；所述的出口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,out,avg为：C_NOx,out,avg＝∑C_NOx,out,j/n_j(j＝1,2，…n_j)，包括A侧的平均浓度值C_{NOx,out,A,avg}和B侧的平均浓度值C_{NOx,out,B,avg}。

优选地，所述的实时氨逃逸浓度C_NH3为：

式中：

反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为ppm；

η：脱硝效率，单位为％；

P_L,τ：实时脱硝反应器潜能；

反应器入口处平均氮氧化物浓度，单位为mg/m³；

τ：最近一次现场脱硝评估测试时间与当前时间的差值，单位为h；

P_L,0：现场试验测试的脱硝反应器潜能；

反应器入口氧气浓度，单位为％。

优选地，所述的实时氨逃逸浓度C_NH3包括A侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,A和B侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,B。

优选地，所述的实时氨氮摩尔比NSR为：

NSR＝(C_NOx,in,avg-C_NOx,out,avg)*100/C_NOx,in,avg+M_NO2*C_slipNH3/M_NH3/C_NOx,in,avg，

式中：

C_slipNH3：反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为mg/m³；

M_NO2：二氧化氮的摩尔质量，单位为g/mol；

M_NH3：氨气的摩尔质量，单位为g/mol。

优选地，所述的实时氨氮摩尔比NSR包括A侧的实时氨氮摩尔比NSR_A和B侧的实时氨氮摩尔比NSR_B。

优选地，所述的实时液氨流量G_NH3包括A侧的液氨流量G_NH3,A和B侧的液氨流量G_NH3,B。

优选地，所述的设定氧含量下干烟气流量Q_干基为：

Q_干基＝G_NH3*M_NO2*10⁶/C_NOx,in,avg/NSR/M_NH3。

优选地，所述的设定氧含量下干烟气流量Q_干基包括A侧的干烟气流量Q_A,干基和B侧的干烟气流量Q_B,干基，所述的设定氧含量下湿基烟气流量Q_湿基包括A侧的湿烟气流量Q_A,湿基以及B侧的湿烟气流量Q_B,湿基，所述的设定氧含量下湿基烟气流量Q_湿基＝Q_干基/(1-H)，所述的实际入口氧量条件下的湿基烟气流量

所述的实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q为A侧的实际湿烟气流量Q_A与B侧的实际湿烟气流量Q_B之和。

优选地，所述的入口处分区测量的数量i为3-6个，所述的出口处分区测量的数量j为3-6个。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明提出了一种以脱硝装置分区测量参数为基准的计算方法，结合实时的液氨耗量等参数，通过计算得到锅炉烟气流量参数，且可利用计算得出的烟气流量参数对脱硝装置的运行进行控制调节，提高喷氨优化控制的调节性能，烟气流量参数的计算过程简单、适用性强且准确性高。

附图说明

附图1为本发明的烟气流量计算流程图；

附图2为本发明的分区测量的测点布置示意图。

以上附图中：1、入口测点；2、出口测点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种基于分区测量的脱硝装置参数的锅炉烟气流量计算方法，流程如图1所示，采用分区测量装置对烟气入口和出口处氮氧化物的浓度进行测试，根据测试数据计算A、B侧出口氨逃逸浓度，计算A、B侧的氨氮摩尔比，再根据实时的氨耗量计算A、B侧烟气流量，最后根据烟气成分折算到所要的实际烟气量。为了便于气流的均布，利于充分燃烧以及尾部换热面的受热均匀，通常将锅炉的尾部烟道分为两部分，即A侧和B侧。

锅炉烟气流量的计算具体包括如下步骤：

S1：如图2所示，选择入口处分区测量的测点，测点的数量为i，测点的数量i选取3-6个，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,in,i，包括A侧的浓度值C_NOx,in,Ai和B侧的浓度值C_NOx,in,Bi；选择出口处分区测量的测点，测点的数量为j，测点的数量j选取3-6个，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,in,j，包括A侧的浓度值C_NOx,out,Aj和B侧的浓度值C_NOx,out,Bj。

S2：计算入口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,in,avg和出口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,out,avg，其中：C_NOx,in,avg＝∑C_NOx,in,i/n_i(i＝1,2，…n_i)，包括A侧的平均浓度值C_NOx,in,A,avg和B侧的平均浓度值C_NOx,in,B,avg；C_NOx,out,avg＝∑C_NOx,out,j/n_j(j＝1,2，…n_j)，包括A侧的平均浓度值C_{NOx,out,A,avg}和B侧的平均浓度值C_{NOx,out,B,avg}。

S3：根据实时的脱硝反应器潜能P_L,τ和现场试验测试的脱硝反应器潜能P_L,0，计算实时氨逃逸浓度C_NH3，包括A侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,A和B侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,B，实时氨逃逸浓度C_NH3为：

式中：

反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为ppm；

η：脱硝效率，单位为％；

P_L,τ：实时脱硝反应器潜能；

反应器入口处平均氮氧化物浓度，单位为mg/m³；

P_L,0：现场试验测试的脱硝反应器潜能；

反应器入口氧气浓度，单位为％。

S4：计算实时氨氮摩尔比NSR，包括A侧的实时氨氮摩尔比NSR_A和B侧的实时氨氮摩尔比NSR_B，实时氨氮摩尔比NSR为：

式中：

C_slipNH3：反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为mg/m³；

M_NO2：二氧化氮的摩尔质量，单位为g/mol；

M_NH3：氨气的摩尔质量，单位为g/mol。

S5：统计实时液氨流量G_NH3，包括A侧的液氨流量G_NH3,A和B侧的液氨流量G_NH3,B，并根据还原剂耗量计算公式换算得到设定氧含量下干烟气流量Q_干基，包括A侧的干烟气流量Q_A,干基和B侧的干烟气流量Q_B,干基，设定氧含量下干烟气流量Q_干基为：

Q_干基＝G_NH3*M_NO2*10⁶/C_NOx,in,avg/NSR/M_NH3。

S6：根据SCR入口烟气湿度设计值H，计算设定氧含量下湿烟气流量Q_湿基，设定氧含量下湿基烟气流量Q_湿基包括A侧的湿烟气流量Q_A,湿基以及B侧的湿烟气流量Q_B,湿基，设定氧含量下湿烟气流量Q_湿基＝Q_干基/(1-H)，再根据设定的氧含量

换算得到实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q为：

实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q为A侧的实际湿烟气流量Q_A与B侧的实际湿烟气流量Q_B之和。

实施例一：

本实施例选用一台300MW的墙式对冲燃烧锅炉的脱硝系统，具体计算过程如下：

S1：选择入口处分区测量的测点，测点数量为4个，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为6％氧含量下的浓度值C_NOx,in,i，包括A侧的浓度值C_NOx,in,A1、C_NOx,in,A2、C_NOx,in,A3、C_NOx,in,A4和B侧的浓度值C_NOx,in,B1、C_NOx,in,B2、C_NOx,in,B3、C_NOx,in,B4；选择出口处分区测量的测点，测点的数量为4个，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为6％氧含量下的浓度值C_NOx,in,j，包括A侧的浓度值C_NOx,out,A1、C_NOx,out,A2、C_NOx,out,A3、C_NOx,out,A4和B侧的浓度值C_NOx,out,B1、C_NOx,out,B2、C_NOx,out,B3、C_NOx,out,B4，具体数值如表一所示。

S2：计算入口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,in,avg，得到A侧的平均浓度值C_NOx,in,A,avg为625mg/m³以及B侧的平均浓度值C_NOx,in,B,avg为608mg/m³；计算出口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,out,avg，得到A侧的平均浓度值C_{NOx,out,A,avg}为31mg/m³以及B侧的平均浓度值C_{NOx,out,B,avg}为32mg/m³。

表一：入口和出口处各测点的6％氧含量下氮氧化物浓度值：

S3：根据实时的脱硝反应器潜能P_L,τ和现场试验测试的脱硝反应器潜能P_L,0等参数(如表2中所示)，计算实时氨逃逸浓度C_NH3，得到A侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,A为4.7ppm以及B侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,B为4.1ppm。

表二：本实施例的现场试验测试数据：

S4：查得二氧化氮的摩尔质量M_NO2为46g/mol，氨气的摩尔质量M_NH3为17g/mol，计算实时氨氮摩尔比NSR，得到A侧的实时氨氮摩尔比NSR_A为0.965以及B侧的实时氨氮摩尔比NSR_B为0.961。

S5：统计实时液氨流量G_NH3，得到A侧的液氨流量G_NH3,A为121kg/h以及B侧的液氨流量G_NH3,B为116kg/h，并根据还原剂耗量计算公式计算6％氧含量下干烟气流量Q_干基，得到A侧的干烟气流量Q_A,干基为541911m³/h以及B侧的干烟气流量Q_B,干基为535510m³/h。

S6：根据SCR入口烟气湿度设计值9.8％，计算6％氧含量下湿烟气流量Q_湿基，得到A侧的湿烟气流量Q_A,湿基为600788m³/h以及B侧的湿烟气流量Q_B,湿基为593692m³/h，换算为实际入口氧量条件下A、B侧的湿基烟气流量分别为495155m³/h和508879m³/h，最终得到实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q为1004034m³/h。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：选择入口处分区测量的测点，测点的数量为i，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,in,i，选择出口处分区测量的测点，测点的数量为j，测得各测点的氮氧化物的浓度值并换算为设定氧含量下的浓度值C_NOx,out,j，

S3：根据实时的脱硝反应器潜能P_L,τ和现场试验测试的脱硝反应器潜能P_L,0，计算实时氨逃逸浓度C_NH3，所述的实时氨逃逸浓度C_NH3为：

式中：

反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为mg/m³；

η：脱硝效率，单位为％；

反应器入口处平均氮氧化物浓度，单位为mg/m³；

P_L,0：现场试验测试的脱硝反应器潜能；

反应器入口氧气浓度，单位为％；

S4：计算实时氨氮摩尔比NSR，所述的实时氨氮摩尔比NSR为：

式中：

C_slipNH3：反应器出口NH₃逃逸浓度，单位为mg/m³；

M_NO2：二氧化氮的摩尔质量，单位为g/mol；

M_NH3：氨气的摩尔质量，单位为g/mol，

S5：统计实时液氨流量G_NH3，换算得到设定氧含量下干烟气流量Q_干基，所述的设定氧含量下干烟气流量Q_干基为：

Q_干基＝G_NH3*M_NO2*10⁶/C_NOx,in,avg/NSR/M_NH3，

换算得到实际入口氧量条件下的湿基烟气流量Q，所述的设定氧含量下干烟气流量Q_干基包括A侧的干烟气流量Q_A,干基和B侧的干烟气流量Q_B,干基，所述的设定氧含量下湿基烟气流量Q_湿基包括A侧的湿烟气流量Q_A,湿基以及B侧的湿烟气流量Q_B,湿基，所述的设定氧含量下湿基烟气流量Q_湿基＝Q_干基/(1-H)，所述的实际入口氧量条件下的湿基烟气流量

2.根据权利要求1所述的基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：所述的入口处各测点的设定氧含量下氮氧化物的浓度值C_NOx,in,i包括A侧的浓度值C_NOx,in,Ai和B侧的浓度值C_NOx,in,Bi；所述的出口处各测点的设定氧含量下氮氧化物的浓度值C_NOx,out,j包括A侧的浓度值C_NOx,out,Aj和B侧的浓度值C_NOx,out,Bj。

3.根据权利要求1所述的基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：所述的入口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,in,,avg为：C_NOx,in,avg＝∑C_NOx,in,i/n_i(i＝1,2，…n_i)，包括A侧的平均浓度值C_NOx,in,A,avg和B侧的平均浓度值C_NOx,in,B,avg；所述的出口处各测点的平均氮氧化物浓度值C_NOx,out,avg为：C_NOx,out,avg＝∑C_NOx,out,j/n_j(j＝1,2，…n_j)，包括A侧的平均浓度值C_{NOx,out,A,avg}和B侧的平均浓度值C_{NOx,out,B,avg}。

4.根据权利要求1所述的基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：所述的实时氨逃逸浓度C_NH3包括A侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,A和B侧的实时氨逃逸浓度C_NH3,B。

5.根据权利要求1所述的基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：所述的实时氨氮摩尔比NSR包括A侧的实时氨氮摩尔比NSR_A和B侧的实时氨氮摩尔比NSR_B。

6.根据权利要求1所述的基于脱硝装置分区测量的锅炉烟气流量计算方法，其特征在于：所述的实时液氨流量G_NH3包括A侧的液氨流量G_NH3,A和B侧的液氨流量G_NH3,B。