CN114887485B - 一种燃煤电厂scr脱硝喷氨测量控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统及方法，设计合理，结构巧妙，脱硝测量准确，调节快速，精准的达到所需喷氨量。所述控制系统包括，依次设置在省煤器出口烟道的水平段内的静态混合器、喷氨格栅和第一分区混合器；喷氨格栅与烟道分区一一对应设置，若干喷氨格栅分别通过对应的喷氨分区调阀连接在喷氨母管上，喷氨母管上设置有喷氨总调阀；设置在省煤器出口烟道上的省煤器出口烟道测量系统，设置在脱硝入口烟道处的入口分区取样管，入口分区取样管经设置在烟道外的中式脱硝试验台连接到脱硝出口烟道内；设置在脱硝出口烟道上的出口分区取样管，出口分区取样管分别连接脱硝分区巡测测量系统；以及控制单元。

Description

一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统及方法
技术领域
本发明涉及燃煤电厂SCR脱硝领域，具体为一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统及方法。
背景技术
氮氧化物是燃煤机组及燃气轮机释放的主要污染物之一，严重威胁着人类的生存环境。随着各行业最新大气污染物排放指标的颁布，燃煤电厂及燃气轮机必须更加严格有效的控制烟气中氮氧化物的排放。目前燃煤及燃气机组多采用选择性催化还原剂(SCR)脱硝技术，其还原剂基本集中在液氨。
现有燃煤电厂的SCR脱硝装置进、出口位置的CEMS仪表多采用单点取样测量方式，由于脱硝反应装置烟道较长，出口烟道截面均较大且NOx浓度分布均匀性较差，CEMS仪表测量值具有严重的滞后性且代表性较差，使得其反馈到喷氨控制单元对总喷氨量计算出现严重偏差，造成局部延时少喷，严重影响电厂NOx达标排放，同时测量数据的延时导致的过量喷氨加大了脱硝反应器下游设备空预器的堵塞，严重威胁机组的安全运行。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统及方法，设计合理，结构巧妙，脱硝测量准确，调节快速，精准的达到所需喷氨量。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统，包括，
依次设置在省煤器出口烟道的水平段内的静态混合器、喷氨格栅和第一分区混合器；喷氨格栅与烟道分区一一对应设置，若干喷氨格栅分别通过对应的喷氨分区调阀连接在喷氨母管上，喷氨母管上设置有喷氨总调阀；
设置在省煤器出口烟道上的省煤器出口烟道测量系统，
设置在脱硝入口烟道处的入口分区取样管，入口分区取样管经设置在烟道外的中式脱硝试验台连接到脱硝出口烟道内；
设置在脱硝出口烟道上的出口分区取样管，出口分区取样管分别连接脱硝分区巡测测量系统；
控制单元，所述控制单元的输入端连接省煤器出口烟道测量系统、中式脱硝试验台的输出端和脱硝分区巡测测量系统的输出端，控制单元的输出端连接喷氨总调阀的控制端以及分区调阀的控制端。
可选的，省煤器出口烟道的水平段经导流板连接竖直段，省煤器出口烟道的竖直段连接脱硝入口烟道，省煤器出口烟道的竖直段内设置第二分区混合器。
可选的，所述省煤器出口烟道的水平段内设置有位于喷氨格栅上游的省煤器口烟道测量系统。
可选的，所述喷氨格栅包括依次连接的分区联箱、喷氨支管和呈密集型矩阵设置的喷氨嘴；分区联箱经喷氨分区调阀连接喷氨母管输出端设置的母管联箱。
可选的，所述中式脱硝试验台包括分别与对应的入口分区取样管分别一一对应连接的测试单元，所述测试单元包括依次设置在入口分区采样管输出端的中式试验脱硝反应器和中式试验分区原位测量仪。
可选的，所述中式试验脱硝反应器中的催化剂与各分区本体反应器催化剂相同。
一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，基于上述任意一项所述的控制系统，包括如下步骤，
将通过静态混合器混合均匀的烟气和氮氧化物，经喷氨格栅喷氨并与烟气分区混合；
混合均匀后的烟气进入脱硝反应器前每个分区抽取设定的烟气，进入中式脱硝试验台进行脱硝试验，并得到各分区中式试验脱硝后烟气中的氮氧化物值、平均氮氧化物值和氨气值；
烟气通过脱硝本体反应器进行脱硝，并由脱硝分区巡测测量系统得到各分区本体脱硝后烟气中的氮氧化物值、平均氮氧化物值和氨气值；
进行调节的步骤，根据中式试验脱硝后烟气中各分区氮氧化物平均值与控制氮氧化物值做对比，反馈给各喷氨总阀进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行调节；
进行微调的步骤，根据脱硝出口烟气中的平均氮氧化物值与氮氧化物控制值做对比，反馈给喷氨总阀门进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。
可选的，所述进行调节的步骤，具体包括，
在控制单元中，根据省煤器出口烟道测量系统测量出的烟气量与原烟气中氮氧化物，以及中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1，计算出需氨量B1，同时与控制氮氧化物值A做对比，反馈给各喷氨总调阀进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区喷氨分区调阀进行调节。
可选的，所述进行微调的步骤，具体包括，
脱硝出口烟道内脱硝分区巡测测量系统测量出各分区烟气中的氮氧化物和氨气值，得到烟气中的平均氮氧化物值A2；
在控制单元中将值A2与中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1进行对比，在根据烟气量以及原烟气中氮氧化物计算出需氨量差值，反馈给喷氨总调阀进行微调；同时脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区喷氨分区调阀进行微调。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将喷氨格栅前移，增加喷氨混合前大范围的静态混合器，喷氨混合后增加分区混合器，将烟气与氨气均匀混合，烟气中氨氮摩尔比相对标准偏差小；混合后的烟气在进入脱硝反应器前每个分区抽取一定的烟气，进入中式试验台微型脱硝反应器，之后迅速测出值；将各分区中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物与喷氨总调阀氮氧化物控制值对比，反馈给各喷氨总阀进行调节；各分区中式试验脱硝后烟气中氮氧化物值与氮氧化物控制值做对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行调节。脱硝出口脱硝分区巡测测量系统测量出各分区烟气中的平均氮氧化物与之前中式试验烟气中平均氮氧化物对比，反馈给各喷氨总阀进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。实现了机组脱硝分区喷氨控制；中式试验台快速测量烟气中氮氧化物和氨气，实现了总体的喷氨量以及各分区喷氨量的快速调节，同时通过脱硝分区巡测测量系统测量本体反应器后烟气中氮氧化物及氨气，通过中式试验台数据及调阀控制值得对比，可迅速进行喷氨总调阀及各分区的喷氨分区调阀的喷氨微调，达到精准喷氨的目的，避免了局部喷氨过大或过小的情况，实现了机组的稳定安全性脱硝。
进一步的，中式试验脱硝反应器中的催化剂与各分区本体反应器催化剂相同，从而使得中式试验台中催化剂的活性及性能能够实时反映本体催化剂活性和性能，为本体更换催化剂提供数据和理论支撑。
附图说明
图1为本发明实例中所述燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统示意图。
图2为本发明实例中所述一个分区喷氨格栅的布置示意图。
图3为本发明实例中所述中式脱硝试验台布置示意图。
图中：1-省煤器出口烟道1，2-静态混合器，3-烟道取样探头，4-省煤器出口烟道测量系统，5-喷氨格栅，6-第一分区混合器，7-弯头导流板，8-第二分区混合器，9-脱硝入口烟道，10-入口分区取样管，11-中式脱硝试验台，12-中式试验出口手动阀门，13-中式试验入口手动阀门，14-过渡导流板，15-烟道顶板导流板，16-整流格栅，17-脱硝本体反应器，18-脱硝出口烟道，19-脱硝分区巡测测量系统，20-出口分区取样管，21-氨喷嘴，22-喷氨支管，23-喷氨分区调阀，24-喷氨总调阀，25-喷氨母管，26-中式试验脱硝反应器，27-中式试验分区原位测量仪。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统及方法，通过将各分区中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1与控制氮氧化物值A做对比，同时根据烟气量与原烟气中氮氧化物，反馈给各喷氨总阀24进行调节；各分区中式试验脱硝后烟气中氮氧化物值控制氮氧化物值做对比，反馈给各分区喷氨阀门23进行调节。脱硝出口脱硝分区巡测测量系统测量出各分区烟气中的平均氮氧化物值A2与值A1对比，反馈给各喷氨总阀24进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。
为达到上述目的，本发明所述的燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统包括顺着烟气流向依次布置在省煤器出口烟道1的水平段中的静态混合器2、省煤器口烟道测量系统4、喷氨格栅5、第一分区混合器6，设置在省煤器出口烟道1的竖直段中的第二分区混合器8，设置在水平段和竖直段之间的平竖导流板7，设置在省煤器出口烟道1的竖直段和脱硝入口烟道9之间的入口分区取样管10，连接在入口分区取样管10上的各分区中式脱硝试验台11，设置在脱硝出口烟道18中的脱硝分区巡测测量系统19。本发明所述系统还包括控制单元，用于通过三个测量系统的测量，对喷氨的总调阀24和各喷氨分区调阀23分别进行控制，所述控制单元的输入端连接省煤器口烟道测量系统4输出端、中式脱硝试验台11的输出端和脱硝分区巡测测量系统19的输出端，控制单元的输出端连接喷氨总调阀24和各分区喷氨分区调阀23的控制端。省煤器出口烟道测量系统4用于矩阵式烟气测量和NOX/O2浓度测量。
如图2所示，喷氨格栅5分区设置，沿着省煤器出口水平烟道的宽度方向分隔而成若干喷氨分区，每个喷氨分区对应一个喷氨格栅5，喷氨格栅5包含多根喷氨支管22，喷氨支管22平行布置在烟道，其按深度方向布满烟道，每个喷氨分区的喷氨支管的入口端连接对应分区联箱的分支出口端，各分区联箱的入口端经喷氨分区管道连接喷氨母管25对应的接口，喷氨母管25的入口端设置调节喷氨总量控制的喷氨总调阀24，每根喷氨分区管道上分别设置喷氨分区调阀23。
如图3所示，脱硝入口测量系统用于烟气量测量、入口NOX/O2测量；中式脱硝试验台11包括各分区测试单元，各分区测试单元中的中式试验脱硝反应器26输入端依次连接中式试验入口手动阀门23和入口分区取样管道10，输出端设置中式试验出口手动阀门12；中式试验台脱硝反应器26中的催化剂按照处理烟气比例取自各分区本体催化剂，中式试验分区原位测量仪27用于中式试验台出口的测量，进行NOX/O2和NH3测量。
其中，脱硝分区巡测测量系统19(CEMS)输入端连接设置在脱硝出口烟道18中的出口分区取样管20，用于脱硝出口烟道18各分区NOX/O2测量、NH3测量。
本发明所述方法，解决了脱硝装置出口CEMS仪表测量代表性差，严重滞后性影响喷氨控制单元精准喷氨问题。在运行时，烟气经省煤器进入省煤器出口烟道1，经静态混合器2的作用混合均匀，随后省煤器出口烟道测量系统4快速测量烟气中NOX/O2浓度及烟气量，之后烟气与喷氨分区系统下的喷氨格栅5喷出的氨空混合气混合搅拌在一起，在各分区对应的第一分区混合器6、弯头导流板7的导流下进入竖直烟道，为了使得各分区烟气和氨气混合均匀，在竖直烟道中再增加一组第二分区混合器8，经两层分区混合器混合到达脱硝入口烟道9，此时烟气中氮氧化物和氨已混合均匀。省煤器出口烟道测量系统4测量原烟气中NOX/O2浓度及烟气量后，原烟气中的氮氧化物与氨气在分区均匀混合。
此时打开入口取样管道10上的阀门，通过压差的作用，一定量的烟气进入口取样管道10，在中式试验脱硝反应器26中NOX和氨气发生反应，生产N2和水，随后中式试验分区原位测量仪27分别测量各入口分区取样管10反应后烟气中的NOX/O2浓度和氨气，烟气中未反应的NOX和氨气通过中式分区原位测量仪27快速测量其数值；在各分区取样管10作用下脱硝入口烟道内一定的烟气进入中式脱硝试验台11进行脱硝反应，之后由中式试验分区原位测量仪27测量出各分区烟气中的氮氧化物、氨气以及烟气平均氮氧化物。
同时主烟气经脱硝入口烟道9，在烟道顶板导流板15及整流格栅16的导流下进入脱硝反应器17，烟气中的NOX和氨气在催化剂的作用下发生反应，脱除烟气中的氮氧化物。
在控制单元中，根据省煤器出口烟道测量系统4测量出的烟气量与原烟气中氮氧化物，以及中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1，计算出需氨量B1，同时与控制氮氧化物值A做对比，反馈给各喷氨总调阀24进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区喷氨分区调阀23进行调节。
随后烟气进入脱硝出口烟道18，各分区脱硝出口烟道18内的烟气在脱硝分区巡测测量系统19的测量下，得到各个分区中NOX和氨气，继而计算烟气中的平均氮氧化物A2值；之后在控制单元将A2值与A1值进行对比，在根据烟气量以及原烟气中氮氧化物计算出需氨量差值，反馈给喷氨总阀门进行微调；同时脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。
其中，中式试验脱硝后烟气中各分区氮氧化物平均值与控制值氮氧化物做对比，反馈给各喷氨总阀23进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区喷氨阀门24进行调节；具体的，将各分区中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1与控制氮氧化物值A做对比，同时根据烟气量与原烟气中氮氧化物，反馈给各喷氨总调阀24进行调节；各分区中式试验脱硝后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值做对比，反馈给各分区喷氨分区调阀23进行调节；
脱硝出口烟气中的平均氮氧化物值与氮氧化物控制值做对比，反馈给喷氨总阀门进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。具体的，将脱硝出口的脱硝分区巡测测量系统19测量出各分区烟气中的平均氮氧化物值A2与值A1对比，反馈给各喷氨总调阀24进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区喷氨分区调阀23进行微调。
本发明所述方法可迅速进行脱硝精准喷氨调节，弥补了测量时效的延迟性及代表性差的问题，避免了局部喷氨过大或过小的情况，实现了机组的稳定安全性脱硝。在此过程中式试验台的脱硝反应器中催化剂的活性可以实时反映本体催化剂活性。解决了燃煤机组脱硝SCR系统喷氨自动控制问题，以实现脱硝测量系统准确性、快速性，从而使喷氨系统迅速、精准的达到所需喷氨量，实现机组稳定脱硝及下游空预器设备的正常运行。

Claims (5)

1.一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，其特征在于，基于燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制系统，包括，
依次设置在省煤器出口烟道（1）的水平段内的静态混合器（2）、喷氨格栅（5）和第一分区混合器（6）；喷氨格栅（5）与烟道分区一一对应设置，若干喷氨格栅（5）分别通过对应的喷氨分区调阀（23）连接在喷氨母管（25）上，喷氨母管上设置有喷氨总调阀（24）；
设置在省煤器出口烟道（1）上的省煤器出口烟道测量系统（4），
设置在脱硝入口烟道处的入口分区取样管（10），入口分区取样管（10）经设置在烟道外的中式脱硝试验台（11）连接到脱硝出口烟道（18）内；
设置在脱硝出口烟道（18）上的出口分区取样管（20），出口分区取样管（20）分别连接脱硝分区巡测测量系统（19）；
控制单元，所述控制单元的输入端连接省煤器出口烟道测量系统（4）、中式脱硝试验台（11）的输出端和脱硝分区巡测测量系统（19）的输出端，控制单元的输出端连接喷氨总调阀（24）的控制端以及喷氨分区调阀（23）的控制端；
省煤器出口烟道（1）的水平段经导流板（7）连接竖直段，省煤器出口烟道（1）的竖直段连接脱硝入口烟道，省煤器出口烟道（1）的竖直段内设置第二分区混合器（8）；
所述省煤器出口烟道（1）的水平段内设置有位于喷氨格栅（5）上游的省煤器口烟道测量系统（4）；
所述中式脱硝试验台（11）包括分别与对应的入口分区取样管（10）分别一一对应连接的测试单元，所述测试单元包括依次设置在入口分区取样管（10）输出端的中式试验脱硝反应器（26）和中式试验分区原位测量仪（27）；
所述燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，包括如下步骤，
将通过静态混合器（2）混合均匀的烟气和氮氧化物，经喷氨格栅（5）喷氨并与烟气分区混合；
混合均匀后的烟气进入脱硝反应器前每个分区抽取设定的烟气，进入中式脱硝试验台（11）进行脱硝试验，并得到各分区中式试验脱硝后烟气中的氮氧化物值、平均氮氧化物值和氨气值；
烟气通过脱硝本体反应器（17）进行脱硝，并由脱硝分区巡测测量系统（19）得到各分区本体脱硝后烟气中的氮氧化物值、平均氮氧化物值和氨气值；
进行调节的步骤，根据中式试验脱硝后烟气中各分区氮氧化物平均值与控制氮氧化物值做对比，反馈给各喷氨总调阀（24）进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀（23）进行调节；
进行微调的步骤，根据脱硝出口烟气中的平均氮氧化物值与中式试验烟气中平均氮氧化物对比，反馈给喷氨总阀门进行微调；脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区的喷氨分区调阀进行微调。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，其特征在于，所述进行调节的步骤，具体包括，
在控制单元中，根据省煤器出口烟道测量系统（4）测量出的烟气量与原烟气中氮氧化物，以及中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1，计算出需氨量B1，同时与控制氮氧化物值A做对比，反馈给各喷氨总调阀（24）进行调节；各分区中式脱硝试验后烟气中氮氧化物值与控制氮氧化物值A对比，反馈给各分区喷氨分区调阀（23）进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，其特征在于，所述进行微调的步骤，具体包括，
脱硝出口烟道内脱硝分区巡测测量系统（19）测量出各分区烟气中的氮氧化物和氨气值，得到烟气中的平均氮氧化物值A2；
在控制单元中将值A2与中式试验脱硝后烟气中平均氮氧化物值A1进行对比，在根据烟气量以及原烟气中氮氧化物计算出需氨量差值，反馈给喷氨总调阀（24）进行微调；同时脱硝出口各分区氮氧化物值与中式试验脱硝后各分区氮氧化物值进行对比，反馈给各分区喷氨分区调阀（23）进行微调。
4.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，其特征在于，所述喷氨格栅（5）包括依次连接的分区联箱、喷氨支管（22）和呈密集型矩阵设置的喷氨嘴（21）；分区联箱经喷氨分区调阀（23）连接喷氨母管（25）输出端设置的母管联箱。
5.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂SCR脱硝喷氨测量控制方法，其特征在于，所述中式试验脱硝反应器（26）中的催化剂与各分区本体反应器催化剂相同。
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