CN113578008A - 一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法及系统，其中方法包括：根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；建立脱硝效率与氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与锅炉运行状态参数的函数关系；根据脱硝效率、氨氮摩尔比、第一关系式、第二关系式和函数关系构建喷氨控制方程，并根据喷氨控制方程控制喷氨量。从而解决了现有技术控制效果差，导致净烟气中的氮氧化物浓度波动较大，容易出现超标排放的技术问题。

Description

一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法及系统

技术领域

本申请涉及烟气净化技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法及系统。

背景技术

近年来，我国建设了大量的以炉排炉为主的垃圾焚烧锅炉，垃圾焚烧后会产生大量的污染物，包括氮氧化物、二氧化硫、氯化氢等，需要用烟气处理装置进行净化。其中氮氧化物的处理主要采用非选择性催化还原方法(SNCR)进行脱除，即向垃圾焚烧炉的炉膛内喷入氨水，以将氮氧化物还原成氮气。

目前垃圾焚烧炉的脱硝控制方法主要是：运行人员根据净烟气中测量的氮氧化物浓度，手动调整氨水调整阀和工艺水调整阀，控制喷入垃圾焚烧炉的氨水量，从而将净烟气中的氮氧化物控制在一定的浓度范围内，这种控制方法极其粗放，控制效果差，净烟气中的氮氧化物浓度波动很大，经常出现超标排放现象。

发明内容

本申请提供了一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法及系统，用于解决现有技术控制效果差，导致净烟气中的氮氧化物浓度波动较大，容易出现超标排放的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，所述方法包括：

根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；

根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；

建立所述脱硝效率与所述氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与所述锅炉运行状态参数的函数关系；

根据所述脱硝效率、所述氨氮摩尔比、所述第一关系式、所述第二关系式和所述函数关系构建喷氨控制方程，并根据所述喷氨控制方程控制喷氨量。

可选地，所述喷氨控制方程为：

式中，Q、JO₂、O₂、Q1、Q2、Qzq、T均为垃圾焚烧炉在线数据，NO为期望的净烟气NO浓度控制目标，由运行人员设置，脱硝前后的氧量O₂(1)、O₂(2)与炉膛出口氧量O₂接近，控制时取O₂(1)＝O₂(2)＝O₂。

可选地，所述根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率，具体包括：

获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，基于脱硝效率公式根据NO(1)、O₂(1)、NO(2)、O₂(2)计算脱硝效率。

可选地，所述脱硝效率公式为：

式中，NO(2)i为i时刻脱硝后的一氧化氮浓度，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅生成的一氧化氮浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉脱硝前的氧量，O₂(2)i为i时刻脱硝后的氧量。

可选地，所述根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比，具体包括：

根据所述i时刻的喷氨量、烟气量、送入炉膛的一次风量、送入炉膛的二次风量、锅炉蒸发量、炉膛平均温度、炉膛出口氧量、净烟气的一氧化氮浓度以及净烟气的氧气浓度，基于氨氮摩尔比公式计算氨氮摩尔比。

可选地，所述氨氮摩尔比公式为：

式中，C_NH3为氨水浓度，G_NH3i为i时刻喷氨量，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度，Qi为i时刻送入炉膛的总风量，JO₂i为i时刻净烟气的氧气浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉脱硝前的氧量。

可选地，所述获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，具体包括：

通过设置于垃圾焚烧锅炉炉膛喷氨枪的下部的若干个测量点，获取所述i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)；

通过设置于垃圾焚烧锅炉喷氨枪后的若干个测量点，获取所述i时刻的脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)。

本申请第二方面提供一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统，所述系统包括：

第一计算单元，用于根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；

第二计算单元，用于根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；

建立单元，用于建立所述脱硝效率与所述氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与所述锅炉运行状态参数的函数关系；

控制单元，用于根据所述脱硝效率、所述氨氮摩尔比、所述第一关系式、所述第二关系式和所述函数关系构建喷氨控制方程，并根据所述喷氨控制方程控制喷氨量。

可选地，所述第一计算单元，具体用于：

获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，基于脱硝效率公式根据NO(1)、O₂(1)、NO(2)、O₂(2)计算脱硝效率

可选地，所述第二计算单元，具体用于：

根据所述i时刻的喷氨量、烟气量、送入炉膛的一次风量、送入炉膛的二次风量、锅炉蒸发量、炉膛平均温度、炉膛出口氧量、净烟气的一氧化氮浓度以及净烟气的氧气浓度，基于氨氮摩尔比公式计算氨氮摩尔比。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，包括：根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；建立脱硝效率与氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与锅炉运行状态参数的函数关系；根据脱硝效率、氨氮摩尔比、第一关系式、第二关系式和函数关系构建喷氨控制方程，并根据喷氨控制方程控制喷氨量。本申请的方法可以使脱硝控制更加精准，净烟气中的氮氧化物浓度波动小，不易超标，且可降低垃圾焚烧锅炉的氨水消耗量，节约成本。从而解决了现有技术控制效果差，导致净烟气中的氮氧化物浓度波动较大，容易出现超标排放的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法实施例一的流程示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法实施例二的流程示意图；

图3为本申请实施例中提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统实施例的结构示意图；

图4为通过本申请的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法的脱硝效果的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例一提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，包括：

步骤101、根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率。

需要说明的是，本实施例在垃圾焚烧锅炉炉膛喷氨枪的下部布置若干个NO浓度测量点，用于测量垃圾焚烧炉生成的NO浓度，以NO(1)表示，同时测量氧量O₂(1)；并在垃圾焚烧锅炉喷氨枪后布置若干个NO浓度测量点，用于测量垃圾焚烧炉经过脱硝后的NO浓度，以NO(2)表示，同时测量氧量O₂(1)。

从而根据脱硝前的(垃圾焚烧炉生成)一氧化氮浓度NO(1)和氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)和氧量O₂(2)计算脱硝效率，具体的脱硝效率计算公式为：

式中，NO(2)i为i时刻脱硝后的一氧化氮浓度，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉脱硝前的氧量，O₂(2)i为i时刻脱硝后的氧量。

步骤102、根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比。

需要说明的是，本实施例同时获取喷氨量G_NH3i、烟气量Qi、送入炉膛的一次风量Q1i、二次风量Q2i、锅炉蒸发量Qzqi、炉膛平均温度Ti、炉膛出口氧量O₂i、净烟气NO浓度NOi、净烟气O₂浓度JO₂i等参数，计算氨氮摩尔比，具体的氨氮摩尔比计算公式为：

式中，C_NH3为氨水浓度，G_NH3i为i时刻喷氨量，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度，Qi为i时刻送入炉膛的总风量，JO₂i为i时刻净烟气的氧气浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅生成的氧量。

步骤103、建立脱硝效率与氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与锅炉运行状态参数的函数关系。

需要说明的是，本实施例的第一关系式为：r＝f1(ηNO)；

第二关系式为：NO2i＝f2(NOi)

函数关系为：NO(1)＝K1*Q1+K2*Q2+K3*Qzq+K4*T+K5*O2+K0，其中K1、K2、K3、K4、K5为系数，K0为常数。

步骤104、根据脱硝效率、氨氮摩尔比、第一关系式、第二关系式和函数关系构建喷氨控制方程，并根据喷氨控制方程控制喷氨量。

需要说明的是，本实施例根据上述脱硝效率计算公式、氨氮摩尔比计算公式第一关系式、第二关系式和函数关系变换得到喷氨控制方程，喷氨控制方程为：

式中，Q、JO₂、O₂、Q1、Q2、Qzq、T均为垃圾焚烧炉在线数据，NO为期望的净烟气NO浓度控制目标，由运行人员设置，脱硝前后的氧量O₂(1)、O₂(2)与炉膛出口氧量O₂接近，控制时取O₂(1)＝O₂(2)＝O₂

然后根据喷氨控制方程通过PID控制器可实现喷氨阀的自动调节，从而实现脱硝控制。

本实施例的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法具体应用的效果如图4所示，通过图4可以知道，净烟气的一氧化氮波动明显减少，控制效果良好，不易超标，且可降低垃圾焚烧锅炉的氨水消耗量，节约成本。从而解决了现有技术控制效果差，导致净烟气中的氮氧化物浓度波动较大，容易出现超标排放的技术问题。

以上为本申请实施例一提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，以下为本申请实施例二提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法。

请参阅图2，本申请实施例二提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，包括：

步骤201、获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，基于脱硝效率公式根据NO(1)、O₂(1)、NO(2)、O₂(2)计算脱硝效率。

步骤202、根据i时刻的喷氨量、烟气量、送入炉膛的一次风量、送入炉膛的二次风量、锅炉蒸发量、炉膛平均温度、炉膛出口氧量、净烟气的一氧化氮浓度以及净烟气的氧气浓度，基于氨氮摩尔比公式计算氨氮摩尔比。

步骤203、建立脱硝效率与氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与锅炉运行状态参数的函数关系。

步骤204、根据脱硝效率、氨氮摩尔比、第一关系式、第二关系式和函数关系构建喷氨控制方程，并根据喷氨控制方程控制喷氨量。

以上为本申请实施例二提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，以下为本申请实施例提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统。

请参阅图3，本申请实施例提供的一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统，包括：

第一计算单元301，用于根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率。

第二计算单元302，用于根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比。

建立单元303，用于建立脱硝效率与氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与锅炉运行状态参数的函数关系。

控制单元304，用于根据脱硝效率、氨氮摩尔比、第一关系式、第二关系式和函数关系构建喷氨控制方程，并根据喷氨控制方程控制喷氨量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，包括：

根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；

根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；

建立所述脱硝效率与所述氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与所述锅炉运行状态参数的函数关系；

根据所述脱硝效率、所述氨氮摩尔比、所述第一关系式、所述第二关系式和所述函数关系构建喷氨控制方程，并根据所述喷氨控制方程控制喷氨量。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述喷氨控制方程为：

式中，Q、JO₂、O₂、Q1、Q2、Qzq、T均为垃圾焚烧炉在线数据，NO为期望的净烟气NO浓度控制目标，由运行人员设置，脱硝前后的氧量O₂(1)、O₂(2)与炉膛出口氧量O₂接近，控制时取O₂(1)＝O₂(2)＝O₂。

3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率，具体包括：

获取i时刻的垃圾焚烧锅生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，基于脱硝效率公式根据NO(1)、O₂(1)、NO(2)、O₂(2)计算脱硝效率。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述脱硝效率公式为：

式中，NO(2)i为i时刻脱硝后的一氧化氮浓度，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅生成的一氧化氮浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉脱硝前的氧量，O₂(2)i为i时刻脱硝后的氧量。

5.根据权利要求3所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比，具体包括：

根据所述i时刻的喷氨量、烟气量、送入炉膛的一次风量、送入炉膛的二次风量、锅炉蒸发量、炉膛平均温度、炉膛出口氧量、净烟气的一氧化氮浓度以及净烟气的氧气浓度，基于氨氮摩尔比公式计算氨氮摩尔比。

6.根据权利要求5所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述氨氮摩尔比公式为：

式中，C_NH3为氨水浓度，G_NH3i为i时刻喷氨量，NO(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度，Qi为i时刻送入炉膛的总风量，JO₂i为i时刻净烟气的氧气浓度，O₂(1)i为i时刻垃圾焚烧锅炉脱硝前的氧量。

7.根据权利要求3所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制方法，其特征在于，所述获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，具体包括：

通过设置于垃圾焚烧锅炉炉膛喷氨枪的下部的若干个测量点，获取所述i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)；

通过设置于垃圾焚烧锅炉喷氨枪后的若干个测量点，获取所述i时刻的脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)。

8.一种垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据脱硝前以及脱硝后的一氧化氮浓度和氧量计算脱硝效率；

第二计算单元，用于根据同一时刻的锅炉运行状态参数计算氨氮摩尔比；

建立单元，用于建立所述脱硝效率与所述氨氮摩尔比的第一关系式，建立脱硝后的一氧化氮浓度和净烟气一氧化氮浓度的第二关系式，以及建立脱硝前一氧化氮浓度与所述锅炉运行状态参数的函数关系；

控制单元，用于根据所述脱硝效率、所述氨氮摩尔比、所述第一关系式、所述第二关系式和所述函数关系构建喷氨控制方程，并根据所述喷氨控制方程控制喷氨量。

9.根据权利要求8所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统，其特征在于，所述第一计算单元，具体用于：

获取i时刻的垃圾焚烧锅炉生成的一氧化氮浓度NO(1)以及氧量O₂(1)，以及脱硝后的一氧化氮浓度NO(2)以及氧量O₂(2)，基于脱硝效率公式根据NO(1)、O₂(1)、NO(2)、O₂(2)计算脱硝效率。

10.根据权利要求9所述的垃圾焚烧锅炉脱硝控制系统，其特征在于，所述第二计算单元，具体用于：

根据所述i时刻的喷氨量、烟气量、送入炉膛的一次风量、送入炉膛的二次风量、锅炉蒸发量、炉膛平均温度、炉膛出口氧量、净烟气的一氧化氮浓度以及净烟气的氧气浓度，基于氨氮摩尔比公式计算氨氮摩尔比。

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