CN114307627A - 一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，涉及电厂环保技术领域，本发明方法包括步骤一：喷氨量计算、步骤二：引入反馈量修正、步骤三：引入前馈量和死区、步骤四：增加喷氨旁路流量计。锅炉SCR脱硝反应过程中，氨喷入后存在一定的反应延迟，造成脱硝自动控制品质低下，且存在过量喷氨堵塞空预器的隐患。本发明通过优化基于计算理论氨耗量的喷氨自动控制理论使脱硝自动控制效果得到大幅提升，达到了既满足环保排放要求，又运行稳定的要求，由于整个过程，NO_x排放值控制稳定，所以有效避免了瞬时的过量喷氨现象，氨逃逸降低，减少了硫酸氢铵的生成量，有助于减轻空预器的堵塞。

Description

一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法

技术领域

本发明涉及电厂环保技术领域，尤其涉及一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法。

背景技术

锅炉SCR脱硝反应过程中，氨喷入后存在一定的反应延迟，造成脱硝自动控制品质低下，且存在过量喷氨堵塞空预器的隐患。当前燃煤电厂环保控制形势日趋严峻，各个电厂都增加了SCR脱硝装置，白杨河电厂的两台300MW机组更是在2014年实现了超低排放，烟气NO_x控制50mg/m3以下。由于烟气的脱硝化学反应存在一定的延迟，脱硝自动控制一直以来达不到精确控制，容易出现偏差，需要值班人员不时的加以干预。造成人员劳动强度加大，以及NO_x控制值的大幅度波动，存在过量喷氨的隐患。氨逃逸至空预器反应生成硫酸氢铵，堵塞空预器，增加各风机电耗。

脱硝反应存在一定的延迟，不同的温度区间反应速度存在差别，采用传统的PID调节器控制效果不理想，有时调节速度跟不上，有时又过快、稳不住，针对这一问题，我们就脱硝过程进行了分析：

在催化剂情况下，一定量的NO_x反应需要消耗一定的NH₃，而烟气中的NO_x含量可以通过仪表测出，再乘以烟气量就可以求得NO_x总量。如此一来，就可以计算出理论氨消耗量。这也为喷氨自动控制奠定了基础：用将喷氨量作为控制的对象，烟气中NO_x总量变动时，及时调整喷氨量至计算出的喷氨需要量。

实际遇到的问题是：测量必然存在误差，计算也存在偏差，造成调节结果存在偏差，所以就需要采取一定的措施进行修正，消除偏差；另外脱硝反应本省存在一定迟延，负荷变化时，必然会存在滞后性增大的问题，需要引入负荷变化作为前馈，提高负荷变化时的响应速度。

而这一控制理论严重依赖于喷氨流量计的测量准确性，必须采取措施保证喷氨流量计的测量准确性，针对这一情况并综合分析脱硝的反应过程，本发明特提出一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法以解决上述背景技术中所提出的问题。

发明内容

本发明对脱硝的反应过程进行了综合分析，优化控制逻辑，完善设备系统，通过优化基于计算理论氨耗量的喷氨自动控制理论使脱硝自动控制效果得到大幅提升，实现脱硝的自动调节目的。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，具体包括如下步骤：

步骤一：采集烟气中NO_x的排放量数据，，计算出烟气中NO_x排放控制到合格标准的理论喷氨需求量；

步骤二：采集SCR出口NO_x的实测值数据，并将SCR出口的NO_x实测值引入调节模型内作为调节效果的反馈，形成闭环控制，用实测值和目标值的差值修正调节过程，其核心还是计算脱除这一NO_x差值所需增减的喷氨量；

步骤三：采集机组负荷值变化数据，并将目标负荷变化值作为前馈量；

步骤四：采集系统参数变化数据，在调节模型中加入1％的死区；

步骤五：增加喷氨旁路流量计，采集喷氨流量数据。

优选地，所述理论氨需求量的计算步骤包括：

将所述采集到的烟气中NO_x排放量数据代入到理论氨耗量调节模型中；

将所述炉烟气流量和SCR入口NO_x浓度进行乘积，可以计算出烟气中NO_x总含量：

NO_X(总量)＝总烟气量×SCR入口NO_x浓度；

通过NO_x含量和氨氮摩尔比的乘积可以计算出氨的消耗量：

NH_{3(估算耗量)}＝NO_x*氨氮摩尔比。

优选地，所述调节模型内脱硝效率的计算步骤包括：

根据所述计算出的氨耗量可计算出调节模型的脱硝效率；

根据所述氨氮摩尔比可知与对应的脱硝效率基本相当；

在所述估算模型中可以用脱硝效率来代替氨氮摩尔比；

由于所述烟气控制排放出口NO_x浓度不超一个定值，而所述脱硝入口NO_x随时变化，所述脱硝效率是一变量，其计算公式如下：

η＝(SCR入口NO_x浓度-目标NO_x浓度)÷入口NO_x浓度；

NH_{3(估算耗量)}＝η*总烟气量×SCR入口NO_x浓度。

优选地，所述反馈量修正数据的引入具体步骤包括：

计算所述SCR出口的NO_x实测值与目标值的差值；

将所述NO_x计算差值和SCR入口NO_x浓度进行比值，并作为反馈量来修正喷氨量，其计算公式如下量：

K₁＝1+(实测值-目标值)/SCR入口NO_x浓度；

NH_3(修正)＝NH_{3(估算耗量)}*K₁；

只要目标值和实测值存在偏差，K₁就一直不等于1，就会一直进行修正，随着两者偏差逐渐减小，修正作用逐渐减弱，在调节过程中加入一个保持环节，当实测值和目标值偏差小至一定之后，K₁保持不再变化。此后调节过程趋于平稳。

优选地，所述调节模型中前馈量的引入具体步骤包括：

计算所述机组目标负荷与实际负荷的差值；

将所述机组负荷的计算差值和实际负荷进行比值，并作为前馈来反馈调节模型中的喷氨量，其计算公式如下：

K₂＝0.1*(目标负荷—实际负荷)/实际负荷；

式中0.1为经验系数，根据现场试验选取，用K₂对喷氨量进行修正，实现喷氨量和燃烧工况的同步变化，提高了响应速度，增减负荷结束，燃烧工况也趋向平稳，实际负荷趋近于目标负荷，K2逐渐趋近于0。

优选地，在所述调节模型中增设喷氨旁路流量计，具体包括：

通过所述喷氨旁路流量计记录实际喷氨量；

通过切换所述喷氨旁路流量计，停运故障流量计。

优选地，所述氨氮摩尔比受反应速率、烟气混合因素影响，实际运行中氨氮摩尔比会比理论值1要稍高，通常取1.05。

优选地，所述脱硝反应过程中，采用氨作为还原剂，在有氧条件下，其反应式具体如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O；

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

本发明图4中红线为机组负荷，实线为CEMS出口处NO_x折算值，虚线的突变部分为采样表计定期反吹的影响。从图中变化趋势可以看出在负荷变动幅度不是特别剧烈时，脱硝自动能保持NO_x排放在40mg/m3附近，并且不出现大幅度的变化，达到了既满足环保排放要求，又运行稳定的要求，由于整个过程，NO_x排放值控制稳定，所以有效避免了瞬时的过量喷氨现象，氨逃逸降低，减少了硫酸氢铵的生成量，有助于减轻空预器的堵塞。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法的步骤示意图；

图2为本发明提出的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法的原理示意图；

图3为本发明提出的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法的安装线路示意图；

图4为本发明提出的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法中机组负荷与CEMS出口处NO_x折算值快捷趋势图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-4，一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，具体包括如下步骤：

步骤一：烟气中的NO_x主要由NO和NO₂组成，其中NO约占NO_x总量的95％，NO₂约占NO_x总量的5％,因此，化学脱除NO的反应方程式被认为是脱硝反应的主要反应方程式,因而粗略的将NO_x成分认为全部是NO，对于由此造成的计算误差，由后来的修正环节加以修正，计算出烟气中NO_x排放控制到合格标准的理论喷氨需求量；

脱硝反应过程中，采用氨作为还原剂，在有氧条件下，其反应式具体如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O；

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O；

在工程计算中，主要以上述两公式作为主要反应式，并以此为基础，根据烟气量，NO_x排放浓度、脱硝效率进行氨消耗量的计算；

通过炉烟气流量和SCR入口NO_x浓度乘积可以计算出烟气中NO_x总含量：

NO_X(总量)＝总烟气量×SCR入口NO_x浓度；

通过NO_x含量和氨氮摩尔比的乘积可以计算出氨的消耗量：

NH_{3(估算耗量)}＝NO_x*氨氮摩尔比；

氨氮摩尔比和对应的脱硝效率基本相当，因而在估算中可以用脱硝效率来代替氨氮摩尔比，由于要求控制烟气排放出口NO_x浓度不超一个定值，而脱硝入口NO_x随时变化，所以脱硝效率是一变量，其计算公式如下：

η＝(SCR入口NO_x浓度-目标NO_x浓度)÷入口NO_x浓度；

NH_{3(估算耗量)}＝η*总烟气量×SCR入口NO_x浓度；

氨氮摩尔比受反应速率、烟气混合因素影响，实际运行中氨氮摩尔比会比理论值1要稍高，通常取1.05。

步骤二：实际生产中，由于表计测量误差、实际烟气量分布偏差、以及烟气中NO_x含量的分布偏差，实际喷氨流量表计测量误差的存在，并且理论耗氨量本身就是一估算值，若按此估算的喷氨量进行喷氨，必定无法达到控制的要求，因此引入反馈量修正，将SCR出口的NO_x实测值引入作为调节效果的反馈，形成闭环控制，用实测值和目标值的差值修正调节过程，其核心还是计算脱除这一NO_x差值所需增减的喷氨量；

以步骤二中这一差值和SCR入口NO_x浓度的比值来修正喷氨量：

K₁＝1+(实测值-目标值)/SCR入口NO_x浓度；

NH_3(修正)＝NH_{3(估算耗量)}*K₁；

只要目标值和实测值存在偏差，K₁就一直不等于1，就会一直进行修正，随着两者偏差逐渐减小，修正作用逐渐减弱，在调节过程中加入一个保持环节，当实测值和目标值偏差小至一定之后，K₁保持不再变化。此后调节过程趋于平稳。

步骤三：在以上调节模型中，当机组负荷变化，增减燃料量时，需要检测到烟气流量和SCR入口的NO_x变化后才能相应的增减喷氨量，所以存在一定的滞后，造成变负荷时响应慢、调节品质差，因此引入前馈量，引入目标负荷值做为前馈量；

当机组接受变负荷指令，开始增减风量和燃料量时，同时增减部分喷氨量，从而加快变负荷时调节的响应速度，提高调节品质：

K₂＝0.1*(目标负荷—实际负荷)/实际负荷；

式中0.1为经验系数，根据现场试验选取，用K₂对喷氨量进行修正，实现喷氨量和燃烧工况的同步变化，提高了响应速度，增减负荷结束，燃烧工况也趋向平稳，实际负荷趋近于目标负荷，K2逐渐趋近于0；

考虑到只要系统中参数存在变化，该调节的输出就会不断的变化，喷氨调节门就会频繁的小范围动作，会造成设备的老化，为避免喷氨调节门频繁的调节动作，造成执行机构的老化和损坏，在调节过程中加入1％的死区，当参数变化轻微时，保持调节输出稳定。

步骤四：基于以上原理的调节模型，其调节过程完全依赖于喷氨流量测量，而喷氨流量计容易出现结垢，造成指示不准，流量不准，喷氨自动控制就无从谈起，因此对炉前喷氨管路也进行了相应的技改，原系统只有停运单侧脱硝才可以检查修理流量计，必然造成NO_x超标，为解决此问题，增加喷氨旁路流量计，增加旁路流量计之后，可以在不影响脱硝投入的情况下，切换为旁路流量计，停运故障流量计，定期对两侧的喷氨流量计进行清理和维护，保持表计指示准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

采集烟气中NO_x的排放量数据，并计算出烟气中NO_x排放控制到合格标准的理论喷氨需求量；

采集SCR出口NO_x的实测值数据，并将SCR出口的NO_x实测值引入调节模型内作为调节效果的反馈；

采集机组负荷值变化数据，并将目标负荷变化值作为前馈量；

采集系统参数变化数据，在调节模型中加入1％的死区；

增设喷氨旁路流量计，采集喷氨流量数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述理论氨需求量的计算步骤包括：

将所述采集到的烟气中NO_x排放量数据代入到理论氨耗量调节模型中；

将所述炉烟气流量和SCR入口NO_x浓度进行乘积，可以计算出烟气中NO_x总含量：

NO_X(总量)＝总烟气量×SCR入口NO_x浓度；

将所述NO_x含量和氨氮摩尔比进行乘积，可以计算出氨消耗量：

NH_{3(估算耗量)}＝NO_x*氨氮摩尔比。

3.根据权利要求2所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述调节模型内脱硝效率的计算步骤包括：

根据所述计算出的氨耗量可计算出调节模型的脱硝效率；

根据所述氨氮摩尔比可知与对应的脱硝效率基本相当；

在所述估算模型中可以用脱硝效率来代替氨氮摩尔比；

所述烟气控制排放出口NO_x浓度不超一个定值，而所述脱硝入口NO_x随时变化，所述脱硝效率是一变量，其计算公式如下：

η＝(SCR入口NO_x浓度-目标NO_x浓度)÷入口NO_x浓度；

NH_{3(估算耗量)}＝η*总烟气量×SCR入口NO_x浓度。

4.根据权利要求1所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述反馈量修正数据的引入具体步骤包括：

计算所述SCR出口的NO_x实测值与目标值的差值；

将所述NO_x计算差值和SCR入口NO_x浓度进行比值，并作为反馈量来修正喷氨量，其计算公式如下：

K₁＝1+(实测值-目标值)/SCR入口NO_x浓度；

NH_3(修正)＝NH_{3(估算耗量)}*K₁。

5.根据权利要求1所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述调节模型中前馈量的引入具体步骤包括：

计算所述机组目标负荷与实际负荷的差值；

将所述机组负荷的计算差值和实际负荷进行比值，并作为前馈来反馈调节模型中的喷氨量，其计算公式如下：

K₂＝0.1*(目标负荷—实际负荷)/实际负荷；

式中0.1为经验系数，根据现场试验选取，增减负荷结束，燃烧工况也趋向平稳，实际负荷趋近于目标负荷，K2逐渐趋近于0。

6.根据权利要求1所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，在所述调节模型中增设喷氨旁路流量计，具体包括：

通过所述喷氨旁路流量计记录实际喷氨量；

通过切换所述喷氨旁路流量计，停运故障流量计。

7.根据权利要求2所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述氨氮摩尔比受反应速率、烟气混合因素影响，实际运行中氨氮摩尔比会比理论值1高，通常取1.05。

8.根据权利要求1所述的一种基于理论氨耗量的脱硝调节方法，其特征在于，所述脱硝反应过程中，采用氨作为还原剂，在有氧条件下，其反应式具体如下：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O；

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O。

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