CN113877389B - 一种链箅机-回转窑系统sncr-scr耦合脱硝系统的控制方法 - Google Patents

一种链箅机-回转窑系统sncr-scr耦合脱硝系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种链箅机‑回转窑系统SNCR‑SCR耦合脱硝系统的控制方法。本发明通对基于链箅机‑回转窑系统SNCR‑SCR耦合脱硝系统的脱硝工艺进行优化设计，采用多指标试验的综合加权评分法，建立了源头、过程和末端控制耦合脱硝数学模型，综合考虑工艺参数、成本和技术经济指标等与最佳脱硝率等之间的匹配关系，形成一种球团耦合脱硝优化控制方法。采用此方法，可形成最佳的耦合超低NOx排放技术，在降低SNCR氨消耗量的前提下能够有效保证脱硝效率，同时还能延长SCR脱硝催化剂寿命，明显降低系统脱硝运行成本和投资成本。

Description

一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法
技术领域
本发明涉及链箅机-回转窑脱硝系统，具体涉及一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法，属于链箅机烟气处理技术领域。
背景技术
国家产业结构调整指导目录(2019年本)明确提出鼓励类技术包括高炉高比例球团冶炼工艺技术，是由于球团生产过程能耗低、环境相对友好，且产品具有强度好、品位高、冶金性能好的优点，应用到高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用。2015年至2018年，我国球团矿产量由12800万吨增至15900万吨。我国球团生产以链箅机-回转窑工艺为主，其产量占球团总产量的60％以上。近年来，随着铁矿原料和燃料的日趋复杂，赤铁矿比例的提高(导致焙烧温度升高)、低品质燃料的规模利用、气基回转窑含氮焦炉煤气的应用等，使得不少企业球团生产过程NOx排放浓度呈上升趋势；加之我国环保要求的日益严苛，2019年生态环境部发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，明确要求球团焙烧烟气在基准含氧量18％条件下，NOx小时均值排放浓度不高于 50mg/m3，如果氧含量高于18％，则NOx浓度按折算到基准氧含量后的值进行考核。
虽然球团企业在环保方面做了大量的工作，除尘和脱硫得到了有效控制，能够满足排放要求，但是目前NOx因脱除成本高、工艺复杂，给球团产业带来了新的挑战，部分企业因 NOx超标不得不大量减产，甚至面临关停。从大多数的球团厂生产情况来看，NOx一般排放浓度在100～300mg/m3，废气中的氧气含量17％-19％，如果能从源头和过程出发，减少NOx 产生，从而能够满足排放要求，可以省去末端脱硝净化设备，对链箅机-回转窑球团生产意义重大，有利于进一步提高球团生产的生命力和竞争力。
现有脱除烟气中氮氧化物的方法主要有选择性催化还原技术(SCR)和非选择性催化还原技术(SNCR)。其中，SCR脱硝技术的选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下， NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成N2和H2O，而不和烟气中的氧进行氧化反应。对SNCR脱硝技术而言，环境温度起主导作用，一般认为温度范围为800℃～1100℃较为适宜。当温度过高时，NH3氧化生成NO，会造成NO的浓度升高，导致NOx的脱除率降低；当温度过低时，NH3的反应速率下降，NOx脱除率随之降低，同时NH3的逃逸量也会增加。在链箅机-回转窑生产过程中，通常预热二段(PH)的温度范围为850℃～1100℃，满足SNCR脱硝技术的条件，但需要优化控制才能达到最佳的减排效果。
现有的链箅机-回转窑球团生产工艺中，链箅机分成鼓风干燥段(UDD)、抽风干燥段 (DDD)、预热一段(TPH)和预热二段(PH)，环冷机分成环冷一段(C1)、环冷二段(C2) 和环冷三段(C3)。其中，环冷一段(C1)的风直接进入回转窑(Kiln)中焙烧球团矿，经预热二段(PH)加热预热球后鼓入到抽风干燥段(DDD)对生球进行抽风干燥，再经抽风干燥段(DDD)向外排放(排放之前经过烟气净化处理)；环冷二段(C2)的风进入预热一段(TPH) 加热预热球后向外排放；环冷三段(C3)的风进入鼓风干燥段(UDD)对生球进行鼓风干燥，从而实现链箅机-回转窑-环冷机风流系统的闭路循环。
NOx是形成光化学烟雾、酸雨、灰霾天气，加剧臭氧层破坏和促进温室效应的主要原因，对生态环境危害巨大。球团生产过程NOx的产生主要源于燃料型和热力型两种形式，虽然可以通过降低球团矿产量，即减少煤气或煤粉喷入量，通过降低球团矿强度要求，即降低回转窑温度，通过采用较低NOx的原料和燃料等措施来减少链箅机-回转窑球团生产过程NOx的生成量，但是难以满足超低排放的环保要求。
为了满足链箅机-回转窑球团生产过程NOx排放要求，响应国家的节能减排号召，必须从工艺流程本身出发，同时利用系统自身的特点，在不新增末端治理设备的前提下实现低NOx 球团生产。因此，一种球团烟气超低NOx排放的生产系统被提出。该系统在链箅机的预热二段设置SNCR法脱NOx的装置，降低球团烟气中NOx的含量，同时在预热二段的底部风箱的出风口处增设SCR系统，进一步降低烟气中NOx的含量，从而实现球团烟气NOx的超低排放，以此解决上述面临的技术难题，具有“节能、减排和超低NOx生产”的特点。但是该系统控制机制有待优化。以降低SNCR氨消耗量和SCR催化剂使用寿命，进而降低脱硝成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请在一种球团烟气超低NOx排放的生产系统的基础上，提出一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法，通过采用多指标试验的综合加权评分法，建立了源头、过程和末端控制耦合脱硝数学模型，综合考虑各技术(工艺参数、成本和技术经济指标等与最佳脱硝率)之间的匹配关系，形成一种球团耦合脱硝优化控制方法。采用此方法，可形成最佳的耦合超低NOx排放技术，在降低SNCR氨消耗量的前提下能够有效保证脱硝效率，同时还能延长SCR脱硝催化剂寿命，明显降低系统脱硝运行成本和投资成本。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：
一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法，该方法包括如下步骤：
1)在链箅机-回转窑脱硝系统中，通过在预热二段和/或预热二段与回转窑之间的过渡段设置SNCR脱硝系统。同时在预热二段出风口之后设置SCR脱硝系统。建立SNCR-SCR耦合脱硝机制。
2)实时检测并采集SNCR脱硝前的NOx初始浓度、SNCR喷氨的氨氮比、SNCR喷氨的窗口温度、SCR脱硝前的NOx浓度、SCR喷氨的氨氮比、SCR催化剂床层数参数信息。
3)根据检测得到的参数信息建立了SNCR-SCR耦合脱硝数学模型。
4)根据SNCR-SCR耦合脱硝数学模型计算并调整控制SNCR喷氨量最小且使得烟气中的NOx含量满足排放条件。
作为优选，所述SNCR-SCR耦合脱硝数学模型如下：
y＝A·yx+B·ym+C·yt+D·yz+E·yn+F·yc...式I。
式I中，y为SNCR-SCR耦合脱硝率。yx为基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率。ym为基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率。yt为基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率。yz为基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率。yn为基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率。yc为基于SCR 催化剂床层数的脱硝率。A为SNCR脱硝前的NOx初始浓度x的影响因子权重。B为SNCR 喷氨的氨氮比m的影响因子权重。C为SNCR喷氨的窗口温度t的影响因子权重。D为SCR 脱硝前的NOx浓度z的影响因子权重。E为SCR喷氨的氨氮比n的影响因子权重。F为SCR 催化剂床层数c的影响因子权重。且A+B+C+D+E+F＝1。
作为优选，A为0.02-0.4，优选为0.05-0.2。B为0.1-0.8，优选为0.2-0.5。C为0.05-0.5。优选为0.1-0.3。D为0.01-0.3，优选为0.02-0.2。E为0.05-0.4，优选为0.1-0.3。F为0.05-0.5，优选为0.1-0.4。
作为优选，所述基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx为：
Figure RE-GDA0002625570120000031
式II中，x为SNCR脱硝前的NOx初始浓度，mg/m3。i为x的次方。0≤i≤Nx。Nx为x 的最高次方。axi为x的第i次方的系数。
作为优选，所述基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym为：
Figure RE-GDA0002625570120000032
式III中，m为SNCR喷氨的氨氮比；β为m的次方。0≤β≤Nm。Nm为m的最高次方。 amβ为m的第β次方的系数。
作为优选，所述基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt为：
Figure RE-GDA0002625570120000041
式IX中，t为SNCR喷氨的窗口温度，℃。δ为t的次方。0≤δ≤Nt。Nt为t的最高次方。atδ为t的第δ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz为：
Figure RE-GDA0002625570120000042
式V中，z为SCR脱硝前的NOx浓度，mg/m3。γ为z的次方。0≤γ≤Nz。Nz为z的最高次方。azγ为z的第γ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn为：
Figure RE-GDA0002625570120000043
式VI中，n为SCR喷氨的氨氮比。λ为n的次方。0≤λ≤Nn。Nn为n的最高次方。anλ为n的第λ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc为：
Figure RE-GDA0002625570120000044
式VII中，c为SCR催化剂床层数。θ为c的次方。0≤θ≤Nc。Nc为c的最高次方。acθ为c的第θ次方的系数。
作为优选，将式II-VII代入式I中，得：
Figure RE-GDA0002625570120000045
式VIII进一步转化即可获得式I所述SNCR-SCR耦合脱硝数学模型。
作为优选，步骤4)具体为：
401)当x·(1-y)≤50mg/m3时。减小SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m-STEPm。按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)＞50mg/m3；然后执行此时的m值。
402)当x·(1-y)＞50mg/m3时。增大SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m+STEPm；按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)≤50mg/m3；然后执行此时的m’值；
其中：m为当前计算时的SNCR喷氨的氨氮比；m’为下一步迭代计算的SNCR喷氨的氨氮比；STEPm的取值为0.01-0.5；优选为0.03-0.3；更优选为0.05-0.1。
在现有技术中，为了满足链箅机-回转窑球团生产过程NOx排放要求，即要求球团焙烧烟气在基准含氧量18％条件下，NOx小时均值排放浓度不高于50mg/m3。如果氧含量高于 18％，则NOx浓度按折算到基准氧含量后的值进行考核。为了实现该目的，现有的工艺通过从工艺流程本身出发，同时利用系统自身的特点，在不新增末端治理设备的前提下实现低NOx 球团生产。通过在该系统链箅机的预热二段设置SNCR法脱NOx的装置，降低球团烟气中 NOx的含量，同时在预热二段的底部风箱的出风口处增设SCR系统，进一步降低烟气中NOx 的含量，从而实现球团烟气NOx的超低排放。虽然该SNCR-SCR联合工艺可以实现NOx的超低排放，但是由于目前并没有相应的优化控制机制，从而导致SNCR脱硝机制和SCR脱硝机制不能完美结合，从而导致SNCR的氨消耗量较大(相应带来氨逃逸量增多的问题)或者 SCR脱硝催化剂的使用寿命较短，需要频繁更换以满足脱硝要求，从而带来生产投资成本较大的问题。而如果贸然降低喷氨量或者未及时更换催化剂，则又会导致NOx排放超标的问题。
现阶段，在链箅机-回转窑脱硝系统中，当在PH段或过渡段采用了SNCR技术，大幅降低进入SCR技术的NOx浓度，降低催化剂的消耗，延长催化剂活性。一般情况下，要求催化剂活性保持在60％以上。当只采用SCR技术脱硝时，催化剂活性可维持约3年，当采用 SNCR+SCR系统后，催化剂活性延长至约3.6年。不同脱硝系统中催化剂活性使用年限祥见说明书附图2。采用SNCR+SCR系统，可降低工程投资约1000万元，降低催化剂更换成本约20万元/年。不同脱硝工艺的投资和维护成本对比见说明书附图3。
在本发明中，通过实时监测和采集SNCR-SCR耦合脱硝系统中的关键参数，即实时检测并采集SNCR脱硝前的NOx初始浓度、SNCR喷氨的氨氮比、SNCR喷氨的窗口温度、SCR 脱硝前的NOx浓度、SCR喷氨的氨氮比、SCR催化剂床层数的参数信息。然后根据各个关键参数对脱硝效果的影响进行合理的权重分配，基于试验研究和工程应用经验，采用多指标试验的综合加权评分法从而建立了SNCR-SCR耦合脱硝数学模型，通过该数学模型建立优化控制机制，可以针对不同的链箅机-回转窑SNCR-SCR耦合脱硝系统进行优化控制，进而使得在满足NOx超低排放(不大于50mg/m3)的前提下，使得系统能够达到即满足SNCR喷氨量最小的同时SCR催化剂的使用寿命最长的最佳组合机制，从而保证了脱硝系统的脱硝效率，降低了投入成本，获得最佳的经济效益。
在本发明中，针对链箅机-回转窑NCR-SCR耦合脱硝系统，第一步为：主要考虑SNCR脱硝前(预热二段和/或预热二段与回转窑之间的过渡段)的NOx初始浓度(x)、SNCR喷氨的氨氮比(m)以及SNCR喷氨的窗口温度(t)对脱硝率的影响，然后经过数据分析和数据曲线拟合，确定SNCR脱硝效率数学模型：
首先，针对基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx为：
Figure RE-GDA0002625570120000061
式II中，x为SNCR脱硝前的NOx初始浓度，mg/m3。i为x的次方。0≤i≤Nx。Nx为x 的最高次方。axi为x的第i次方的系数。
其次，针对基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym为：
Figure RE-GDA0002625570120000062
式III中，m为SNCR喷氨的氨氮比。β为m的次方。0≤β≤Nm。Nm为m的最高次方。 amβ为m的第β次方的系数。
最后，针对基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt为：
Figure RE-GDA0002625570120000063
式IX中，t为SNCR喷氨的窗口温度，℃。δ为t的次方。0≤δ≤Nt。Nt为t的最高次方。atδ为t的第δ次方的系数。
进一步地，结合权重分配得出SNCR脱硝率公式如下：
ySNCR＝A1·yx+B1·ym+C1·yt...(1)。
公式(1)进一步演化为：
Figure RE-GDA0002625570120000064
公式(2)中，ySNCR为SNCR脱硝率；A1是仅考虑SNCR脱硝时关键参数x的影响权重因子；B1是仅考虑SNCR脱硝时关键参数m的影响权重因子；C1是仅考虑SNCR脱硝时关键参数t的影响权重因子；A1+B1+C1＝1(A1、B1、C1的权重比例确定可根据实际工况进行合理调整分配)；i、β、δ分别为关键参数x、m、t的次方。Nx、Nm、Nt分别为关键参数x、 m、t的最高次方。axi、amβ、atδ分别为关键参数x、m、t各次方对应的系数。
在仅考虑SNCR脱硝时，通过采用单一变量形式，采用大数据拟合的方法获得各个关键参数(x、m、t)分别对SNCR脱硝率的影响，然后再根据多指标试验的综合加权评分法从而建立了SNCR脱硝数学模型。
在本发明中，针对链箅机-回转窑NCR-SCR耦合脱硝系统，第二步为：主要考虑多管后SCR脱硝前的NOx浓度(z)、SCR喷氨的氨氮比(n)以及SCR催化剂床层数(c)对脱硝率的影响，然后经过数据分析和数据曲线拟合，确定SCR脱硝效率数学模型：
首先，针对基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz为：
Figure RE-GDA0002625570120000071
式V中，z为SCR脱硝前的NOx浓度，mg/m3。γ为z的次方。0≤γ≤Nz。Nz为z的最高次方。azγ为z的第γ次方的系数。
其次，针对基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn为：
Figure RE-GDA0002625570120000072
式VI中，n为SCR喷氨的氨氮比。λ为n的次方。0≤λ≤Nn。Nn为n的最高次方。anλ为n的第λ次方的系数。
最后，针对基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc为：
Figure RE-GDA0002625570120000073
式VII中，c为SCR催化剂床层数。θ为c的次方。0≤θ≤Nc。Nc为c的最高次方。acθ为c的第θ次方的系数。
进一步地，结合权重分配得出SCR脱硝率公式如下：
ySCR＝D1·yz+E1·yn+F1·yc...(3)。
公式(3)进一步演化为：
Figure RE-GDA0002625570120000074
公式(2)中，ySCR为SCR脱硝率；D1是仅考虑SCR脱硝时关键参数z的影响权重因子；E1是仅考虑SCR脱硝时关键参数n的影响权重因子；F1是仅考虑SCR脱硝时关键参数c的影响权重因子；D1+E1+F1＝1(D1、E1、F1的权重比例确定可根据实际工况进行合理调整分配)；γ、λ、θ分别为关键参数z、n、c的次方。Nz、Nn、Nc分别为关键参数z、n、c的最高次方。azγ、anλ、acθ分别为关键参数z、n、c各次方对应的系数。
在仅考虑SCR脱硝时，通过采用单一变量形式，采用大数据拟合的方法获得各个关键参数(z、n、c)分别对SCR脱硝率的影响，然后再根据多指标试验的综合加权评分法从而建立了SCR脱硝数学模型。
进一步地，基于试验研究和工程应用经验，采用多指标试验的综合加权评分法，建立了过程(SNCR技术)和末端控制(SCR技术)耦合脱硝数学模型，即SNCR-SCR耦合脱硝数学模型：
y＝A·yx+B·ym+C·yt+D·yz+E·yn+F·yc...式I。
时I进一步演化为：
Figure RE-GDA0002625570120000081
式VIII中，A为SNCR脱硝前的NOx初始浓度x的影响因子权重。B为SNCR喷氨的氨氮比m的影响因子权重。C为SNCR喷氨的窗口温度t的影响因子权重。D为SCR脱硝前的NOx浓度z的影响因子权重。E为SCR喷氨的氨氮比n的影响因子权重。F为SCR催化剂床层数c的影响因子权重。且A+B+C+D+E+F＝1。其中A为0.02-0.4，优选为0.05-0.2。B 为0.1-0.8，优选为0.2-0.5。C为0.05-0.5。优选为0.1-0.3。D为0.01-0.3，优选为0.02-0.2。E 为0.05-0.4，优选为0.1-0.3。F为0.05-0.5，优选为0.1-0.4。x为SNCR脱硝前的NOx初始浓度，mg/m3。m为SNCR喷氨的氨氮比。t为SNCR喷氨的窗口温度，℃。z为SCR脱硝前的 NOx浓度，mg/m3。n为SCR喷氨的氨氮比。c为SCR催化剂床层数。i、β、δ、γ、λ、θ分别为脱硝关键参数x、m、t、z、n、c的次方。Nx为x的最高次方。axi为x的第i次方的系数。 Nm为m的最高次方。amβ为m的第β次方的系数。Nt为t的最高次方。atδ为t的第δ次方的系数。Nz为z的最高次方。azγ为z的第γ次方的系数。Nn为n的最高次方。anλ为n的第λ次方的系数。Nc为c的最高次方。acθ为c的第θ次方的系数。
在本发明中，Nx的取值范围为0-5，优选为1-3。Nm的取值范围为0-5，优选为1-3。Nt的取值范围为0-5，优选为1-3。Nz的取值范围为0-5，优选为1-3。Nn的取值范围为0-5，优选为1-3。Nc的取值范围为0-5，优选为1-3。
进一步地，式VIII进一步转化即可获得SNCR-SCR耦合脱硝数学模型：
y＝A·yx+B·ym+C·yt+D·yz+E·yn+F·yc...式I。
在本发明中，根据国家要求球团焙烧烟气在基准含氧量18％条件下，NOx小时均值排放浓度不高于50mg/m3。如果氧含量高于18％，则NOx浓度按折算到基准氧含量后的值进行考核。即需满足x·(1-y)≤50mg/m3这个条件的成本越低越好，经济价值越高。成本从两个方面体现，一是SNCR喷氨量的多少。二是SCR催化剂活性时长。在保证脱硝要求的情况下，喷氨量越少越经济，催化剂活性时长越长越好。
当x·(1-y)≤50mg/m3时。降低m的值进行计算，计算步长为STEPm。即对式VIII不断执行m＝m-STEPm的计算，直至刚好满足x(1-y)＞50mg/m3(即刚刚不满足x·(1-y)≤50mg/m3) 时，即为喷氨量最小临界点，为了安全起见，我们在此时的m值的基础上执行m＝m+STEPm。以保证x·(1-y)≤50mg/m3条件，即为最经济的喷氨量。这个点既保证了SNCR喷氨量最小，又能够最大程度的延长SCR催化剂活性时长，同时也满足了NOx超低排放条件，是最具经济性的选择。
当x·(1-y)＞50mg/m3时。增加m的值进行计算，计算步长为STEPm。即对式VIII不断执行m＝m+STEPm的计算，直至刚好满足x·(1-y)≤50mg/m3。然后执行此时的m值。以保证x·(1-y)≤50mg/m3条件，即为最经济的喷氨量。这个点既保证了SNCR喷氨量最小，又能够最大程度的延长SCR催化剂活性时长，同时也满足了NOx超低排放条件，是最具经济性的选择。
其中，步长STEPm的取值为0.01-0.5。优选为0.03-0.3。更优选为0.05-0.1。可以根据实际工况进行合理调整设计。
与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：
1、首创了过程(SNCR技术)和末端控制(SCR技术)耦合脱硝数学模型；应用此模型，可优化脱硝工艺参数，降低球团厂脱硝的投资、运行和维护成本。
2、本发明所述方法能够有效控制链箅机-回转窑SNCR-SCR脱硝系统达到最经济的喷氨量。保证了SNCR喷氨量最小，又能够最大程度的延长SCR催化剂活性时长，同时也满足了 NOx超低排放条件，降低了投资和维护成本，显著地提高了经济效益。
3、本发明所述控制方法操作简单，建立SNCR-SCR耦合脱硝数学模型的参数来源方便，不需额外增设大型控制设备和大量操作人员，具有很好的推广价值。
附图说明
图1为链箅机-回转窑SNCR-SCR耦合脱硝系统结构图。
图2为不同脱硝系统中催化剂活性使用年限曲线图。
图3为不同脱硝工艺投资和维护成本对比表图。
图4为本发明所述方法的控制流程图。
图5为基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx的经验方程拟合曲线图。
图6为基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym的经验方程拟合曲线图。
图7为基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt的经验方程拟合曲线图。
图8为基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz的经验方程拟合曲线图。
图9为基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn的经验方程拟合曲线图。
图10为基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc的经验方程拟合曲线图。
附图标记：1：链箅机；2：回转窑；3：SNCR脱硝系统；4：SCR脱硝系统；UDD：鼓风干燥段；DDD：抽风干燥段；TPH：预热一段；PH：预热二段；C1：环冷一段；C2：环冷二段；C3：环冷三段。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法，该方法包括如下步骤：
1)在链箅机-回转窑脱硝系统中，通过在预热二段和/或预热二段与回转窑之间的过渡段设置SNCR脱硝系统。同时在预热二段出风口之后设置SCR脱硝系统。建立SNCR-SCR耦合脱硝机制。
2)实时检测并采集SNCR脱硝前的NOx初始浓度、SNCR喷氨的氨氮比、SNCR喷氨的窗口温度、SCR脱硝前的NOx浓度、SCR喷氨的氨氮比、SCR催化剂床层数的参数信息。
3)根据检测得到的参数信息建立了SNCR-SCR耦合脱硝数学模型。
4)根据SNCR-SCR耦合脱硝数学模型计算并调整控制SNCR喷氨量最小且使得烟气中的NOx含量满足排放条件。
作为优选，所述SNCR-SCR耦合脱硝数学模型如下：
y＝A·yx+B·ym+C·yt+D·yz+E·yn+F·yc...式I。
式I中，y为SNCR-SCR耦合脱硝率。yx为基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率。ym为基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率。yt为基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率。yz为基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率。yn为基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率。yc为基于SCR 催化剂床层数的脱硝率。A为SNCR脱硝前的NOx初始浓度x的影响因子权重。B为SNCR 喷氨的氨氮比m的影响因子权重。C为SNCR喷氨的窗口温度t的影响因子权重。D为SCR 脱硝前的NOx浓度z的影响因子权重。E为SCR喷氨的氨氮比n的影响因子权重。F为SCR 催化剂床层数c的影响因子权重。且A+B+C+D+E+F＝1。
作为优选，A为0.02-0.4，优选为0.05-0.2。B为0.1-0.8，优选为0.2-0.5。C为0.05-0.5。优选为0.1-0.3。D为0.01-0.3，优选为0.02-0.2。E为0.05-0.4，优选为0.1-0.3。F为0.05-0.5，优选为0.1-0.4。
作为优选，所述基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx为：
Figure RE-GDA0002625570120000111
式II中，x为SNCR脱硝前的NOx初始浓度，mg/m3。i为x的次方。0≤i≤Nx。Nx为x 的最高次方。axi为x的第i次方的系数。
作为优选，所述基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym为：
Figure RE-GDA0002625570120000112
式III中，m为SNCR喷氨的氨氮比。β为m的次方。0≤β≤Nm。Nm为m的最高次方。 amβ为m的第β次方的系数。
作为优选，所述基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt为：
Figure RE-GDA0002625570120000113
式IX中，t为SNCR喷氨的窗口温度，℃。δ为t的次方。0≤δ≤Nt。Nt为t的最高次方。atδ为t的第δ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz为：
Figure RE-GDA0002625570120000114
式V中，z为SCR脱硝前的NOx浓度，mg/m3。γ为z的次方。0≤γ≤Nz。Nz为z的最高次方。azγ为z的第γ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn为：
Figure RE-GDA0002625570120000115
式VI中，n为SCR喷氨的氨氮比。λ为n的次方。0≤λ≤Nn。Nn为n的最高次方。anλ为n的第λ次方的系数。
作为优选，所述基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc为：
Figure RE-GDA0002625570120000116
式VII中，c为SCR催化剂床层数。θ为c的次方。0≤θ≤Nc。Nc为c的最高次方。acθ为c的第θ次方的系数。
作为优选，将式II-VII代入式I中，得：
Figure RE-GDA0002625570120000121
作为优选，式VIII进一步转化即可获得式I所述SNCR-SCR耦合脱硝数学模型。
作为优选，步骤4)具体为：
401)当x·(1-y)≤50mg/m3时。减小SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m-STEPm。按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)＞50mg/m3；然后执行此时的m值。
402)当x·(1-y)＞50mg/m3时。增大SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m+STEPm；按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)≤50mg/m3；然后执行此时的m’值；
其中：m为当前计算时的SNCR喷氨的氨氮比；m’为下一步迭代计算的SNCR喷氨的氨氮比；STEPm的取值为0.01-0.5；优选为0.03-0.3；更优选为0.05-0.1。
实施例1
针对链箅机-回转窑脱硝系统所设置的SNCR法脱NOx系统，主要考虑SNCR脱硝前NOx 初始浓度(x)、SNCR喷氨的氨氮比(m)及SNCR喷氨的窗口温度(t)对脱硝率的影响，经过数据分析和数据曲线拟合，确定SNCR脱硝效率公式：
(1)确定基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx为：
Figure RE-GDA0002625570120000122
SNCR脱硝前的NOx初始浓度x，mg/m3 脱硝率yx
270 26.30％
407 48.40％
424 59.00％
670 67.20％
进行经验方程：通过经验方程拟合，得：
yx＝-0.000003x2+0.0043x-0.6646。
(2)确定基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym为：
Figure RE-GDA0002625570120000123
Figure RE-GDA0002625570120000124
Figure RE-GDA0002625570120000131
进行经验方程：通过经验方程拟合，得：
ym＝-0.118m2+0.8214m-0.5975。
(3)确定基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt为：
Figure RE-GDA0002625570120000132
/>
SNCR喷氨的窗口温度t，℃ 脱硝率yt
1006 12.10％
980 10.70％
924 48.40％
890 71.30％
831 60.80％
进行经验方程：通过经验方程拟合，得：
yt＝-0.00003t2+0.043t-17.62。
(4)确定基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz为：
Figure RE-GDA0002625570120000133
SCR脱硝前的NOx浓度z，mg/m3 脱硝率yz
800 89.00％
700 90.00％
600 91.00％
500 92.00％
400 93.00％
300 94.00％
200 95.00％
进行经验方程：通过经验方程拟合，得：
yz＝-0.0001z+0.97。
(5)确定基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn为：
Figure RE-GDA0002625570120000134
Figure RE-GDA0002625570120000135
Figure RE-GDA0002625570120000141
进行经验方程：通过经验方程，得：
yn＝0.1643n2-0.5482n+1.3437。
(6)确定基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc为：
Figure RE-GDA0002625570120000142
SCR催化剂床层数c 脱硝率yc
4 89.00％
4 90.00％
3 91.00％
3 92.00％
3 93.00％
2 94.00％
2 95.00％
进行经验方程：通过经验方程拟合，得：
yc＝0.9979*10-0.027c。
综合步骤(1)-(6)，式VIII转换为：
y＝A·(-0.000003x2+0.0043x-0.6446)+B·(-0.118m2+0.8214m-0.5975)+C·(-0.00003t2+0.043t-17.62)+ D·(-0.0001z+0.97)+E·(0.1643n2-0.5482n+1.3437)+F·(0.9979e-0.027c)。
在本实施例中，各参数权重取值如下：A＝0.1，B＝0.25，C＝0.15，D＝0.15，E＝0.1，F＝0.25。则，拟合后得到的SNCR-SCR耦合脱硝率y的计算公式为：
y＝0.1·(-0.000003x2+0.0043x-0.6446)+0.25·(-0.118m2+0.8214m-0.5975)+0.15·(-0.00003t2+0.043t-17.62)+ 0.15·(-0.0001z+0.97)+0.1·(0.1643n2-0.5482n+1.3437)+0.25·(0.9979e-0.027c)。
(7)对各个参数设定一组初始基准值：x＝897mg/m3，m＝1.0，t＝924℃，z＝295mg/m3， n＝1.05，c＝2；此时，SNCR技术的脱硝率为68.3％，SCR技术的脱硝率为94.5％，耦合脱硝率为100％。
(8)在链箅机-回转窑系统工况稳定的前提下，即SNCR脱硝前的NOx初始浓度x和SNCR喷氨的窗口温度t相对稳定的前提下，然后逐步降低SNCR喷氨的氨氮比m，步长STEPm为0.1。通过拟合后得到的SNCR-SCR耦合脱硝率y的计算公式进行计算；
Figure RE-GDA0002625570120000151
在上述基准参数的基础上，即使将SNCR喷氨的氨氮比m由1.0降低到0.9后，NOx排放浓度为48.92mg/m3＜50mg/m3。NOx排放浓度任然符合国家超低排放标准。
需要说明的是，当回转窑所用的煤粉中含N量增加，而保持当前燃烧状态不变，则尾气中NOx的浓度升高，即SNCR脱硝前的NOx初始浓度x增大，对应的脱硝率会呈上升趋势，而SNCR系统保持氨氮比m和SNCR喷氨的窗口温度t不变时，脱硝率维持在66-67％，满足工艺要求。保持氨氮比m不变，烟气中的NOx总量在增加，实际的喷氨量增加，脱硝成本相应会提高。
Figure RE-GDA0002625570120000152
Figure RE-GDA0002625570120000161
进一步需要说明的是，当链箅机-回转窑系统工况发生变化，喷煤量增多，从而导致窑内温度升高，窑尾尾气温度升高，尾气中的NOx含量升高，即SNCR脱硝前的NOx初始浓度x与SNCR喷氨的窗口温度t同时增大。此时，SNCR脱硝率随浓度x的增大而增大，随温度 t的增大而减小，温度t的影响成为限制脱硝率的主要因素，应及时采取降低窗口温度的措施。(一般为将温度t降低到到1000℃之内)
Figure RE-GDA0002625570120000162
综合以上结果分析后的工艺建议为：
Figure RE-GDA0002625570120000163
/>

Claims (12)

1.一种链箅机-回转窑系统SNCR-SCR耦合脱硝系统的控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1)在链箅机-回转窑脱硝系统中，通过在预热二段和/或预热二段与回转窑之间的过渡段设置SNCR脱硝系统；同时在预热二段出风口之后设置SCR脱硝系统；建立SNCR-SCR耦合脱硝机制；
2)实时检测并采集SNCR脱硝前的NOx初始浓度、SNCR喷氨的氨氮比、SNCR喷氨的窗口温度、SCR脱硝前的NOx浓度、SCR喷氨的氨氮比、SCR催化剂床层数的参数信息；
3)根据检测得到的参数信息建立了SNCR-SCR耦合脱硝数学模型；
4)根据SNCR-SCR耦合脱硝数学模型计算并调整控制SNCR喷氨量最小且使得烟气中的NOx含量满足排放条件；
其中：所述SNCR-SCR耦合脱硝数学模型如下：
y＝A·yx+B·ym+C·yt+D·yz+E·yn+F·yc...式I；
式I中，y为SNCR-SCR耦合脱硝率；yx为基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率；ym为基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率；yt为基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率；yz为基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率；yn为基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率；yc为基于SCR催化剂床层数的脱硝率；A为SNCR脱硝前的NOx初始浓度x的影响因子权重；B为SNCR喷氨的氨氮比m的影响因子权重；C为SNCR喷氨的窗口温度t的影响因子权重；D为SCR脱硝前的NOx浓度z的影响因子权重；E为SCR喷氨的氨氮比n的影响因子权重；F为SCR催化剂床层数c的影响因子权重；且A+B+C+D+E+F＝1；A为0.02-0.4，B为0.1-0.8，C为0.05-0.5，D为0.01-0.3，E为0.05-0.4，F为0.05-0.5。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：A为0.05-0.2，B为0.2-0.5，C为0.1-0.3，D为0.02-0.2，E为0.1-0.3，F为0.1-0.4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基于SNCR脱硝前的NOx初始浓度的脱硝率yx为：
Figure FDA0004206478930000011
式II中，x为SNCR脱硝前的NOx初始浓度，mg/m3；i为x的次方；0≤i≤Nx；Nx为x的最高次方；axi为x的第i次方的系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述基于SNCR喷氨的氨氮比的脱硝率ym为：
Figure FDA0004206478930000021
式III中，m为SNCR喷氨的氨氮比；β为m的次方；0≤β≤Nm；Nm为m的最高次方；amβ为m的第β次方的系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述基于SNCR喷氨的窗口温度的脱硝率yt为：
Figure FDA0004206478930000022
式IX中，t为SNCR喷氨的窗口温度，℃；δ为t的次方；0≤δ≤Nt；Nt为t的最高次方；atδ为t的第δ次方的系数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述基于SCR脱硝前的NOx浓度的脱硝率yz为：
Figure FDA0004206478930000023
式V中，z为SCR脱硝前的NOx浓度，mg/m3；γ为z的次方；0≤γ≤Nz；Nz为z的最高次方；azγ为z的第γ次方的系数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述基于SCR喷氨的氨氮比的脱硝率yn为：
Figure FDA0004206478930000024
式VI中，n为SCR喷氨的氨氮比；λ为n的次方；0≤λ≤Nn；Nn为n的最高次方；anλ为n的第λ次方的系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述基于SCR催化剂床层数的脱硝率yc为：
Figure FDA0004206478930000025
式VII中，c为SCR催化剂床层数；θ为c的次方；0≤θ≤Nc；Nc为c的最高次方；acθ为c的第θ次方的系数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：将式II-VII代入式I中，得：
Figure FDA0004206478930000031
式VIII进一步转化即可获得式I。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤4)具体为：
401)当x·(1-y)≤50mg/m3时；减小SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m-STEPm；按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)＞50mg/m3；然后执行此时的m值；
402)当x·(1-y)＞50mg/m3时；增大SNCR喷氨的氨氮比，m’＝m+STEPm；按照式VIII进行迭代计算，直至刚好满足x·(1-y)≤50mg/m3；然后执行此时的m’值；
其中：m为当前计算时的SNCR喷氨的氨氮比；m’为下一步迭代计算的SNCR喷氨的氨氮比；STEPm的取值为0.01-0.5。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：STEPm的取值为0.03-0.3。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：STEPm的取值为0.05-0.1。
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