CN115105938A - 一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅和喷氨量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅和喷氨量计算方法，包括检测设施和多个喷氨格栅单元，喷氨格栅单元包括多根围绕并连接主管的支管，各个喷氨格栅单元设有调节阀和压差取样点，各个压差取样点分别经各自的仪表导管与烟道外的压差变送设施连接，压差变送设施与各个喷氨格栅单元的调节阀门信息连接。本发明将传统的各喷氨格栅的中心位置设置压差取样点，通过压差值计算出各喷氨格栅单元烟气流量，根据各喷氨格栅处的烟气流量在烟道截面分布情况，精准调控各喷氨格栅的喷氨量，实现精准、均匀喷氨的目的。较传统的喷氨格栅，脱硝效率提高1.4倍以上，氨逃逸量大大减少，同时节约了氨气用量，从而大大降低了运行成本。

Description

一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅和喷氨量计算方法

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅和喷氨量计算方法，是一种燃烧炉的环保辅助设施和方法，是一种用于燃烧炉烟气污染物净化的设施，特别是烟气脱硝方面的环保辅助设施和催化剂喷射量的计算方法。

背景技术

氮氧化物(NOx)作为当今最重要的大气污染物之一，通常是由固定污染源进行释放，如工业锅炉、燃气涡轮、燃煤电厂等产生的，严重污染着大气环境及人类的健康。烟气脱硝工程是消减氮氧化物排放，降低氮氧化物对大气环境、人类健康的威胁，选择性还原(SCR)烟气脱硝技术由于操作简单、脱硝效率高而被广泛应用于烟气脱硝工程。SCR烟气脱硝技术是通过喷氨格栅将一定浓度的氨气喷入烟气中与烟气混合，在下游催化剂的作用下产生化学还原反映从而降低烟气中氮氧化物的浓度。目前，喷氨格栅虽然经过多次改造升级，但仍不能克服由于烟道中烟气流场及流速不均、各喷氨单元喷氨量无法精确调控所导致的喷氨不均，造成烟气中的氮氧化物大量逃逸致使氮氧化物超标、氨逃逸超标以及在喷氨格栅喷氨量调平调整过程中较为困难等相关问题。因此，对于现有烟气脱硝喷氨格栅，如何提高喷氨均匀度，进一步减少烟气中氮氧化物，提高环保喷氨格栅的效率，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅和喷氨量计算方法。所述的喷氨格栅针对各喷氨格栅单元的中心位置的烟气流量进行监测，利用各喷氨格栅单元喷氨量与烟气流量成正比例关系，进而喷氨量计算，实现精准喷氨。

本发明的目的是这样实现的：一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅，包括设置在燃烧炉烟道中检测氮氧化物的检测设施和均匀分布在烟道中的多个喷氨格栅单元，所述的喷氨格栅单元包括多根围绕并连接主管的支管，所述的支管上设有多个喷氨口，各个所述喷氨格栅单元的主管上分别设有调节阀和压差取样点，各个所述的压差取样点分别经各自的仪表导管与烟道外的能够通过压差值计算出经过各喷氨格栅单元烟气流量的压差变送设施连接，所述的压差变送设施与各个喷氨格栅单元的调节阀门信息连接。

进一步的，所述的喷氨格栅单元成网格型均匀分布在截面为矩形的烟道中，所述的喷氨格栅单元的支管分别为H形，所述的压差取样点设置在H形的中连线的中点。

进一步的，所述的压差取样点的两个取样口方向顺着烟气流动的方向设置。

进一步的，各个所述的仪表导管设有反吹风设施。

进一步的，所述的调节阀门是电控调节阀门。

进一步的，所述的电控调节阀门与运算控制器连接，所述的运算控制器与所述的检测氮氧化物的检测设施、压力变送器连接。

一种使用上述烟气脱硝高效调控喷氨格栅的喷氨量计算方法，所述方法的步骤如下：

步骤1，测量压差：通过喷氨格栅单元取样点测出压差Δp；

步骤2，计算烟气流量：由取样点测得的压差根据公式计算当前取样点的烟气流速q_m：

其中：K为计算系数；

步骤3，折算流量：考虑水份、压力、温度及氧含量用q_m折算出标况下的烟气流量Q_烟气；

步骤4，计算NOx量：由检测氮氧化物的检测设施中获取烟气中所含NOx浓度，计算出烟气中单位时间所含NOx量：

NOx量＝Q_烟气×NOx浓度；

步骤5，计算喷氨摩尔数：根据单位时间NOx的量算出单位时间喷NH₃的量，公式为：

NH₃摩尔数＝NOx摩尔数；

依据实际化学反应方程式算出需要喷氨的摩尔数，化学反应式：

步骤6，折算喷氨量：将化学反应式计算出的喷氨摩尔数转换为工业单位喷氨量。

本发明的优点和有益效果是：本发明将传统的各喷氨格栅的中心位置设置压差取样点，通过压差值计算出各喷氨格栅单元烟气流量，根据各喷氨格栅处的烟气流量在烟道截面分布情况，计算出精确的喷氨量，并以此精准调控各喷氨格栅的喷氨量，实现精准、均匀喷氨的目的。较传统的喷氨格栅，脱硝效率提高1.4倍以上，氨逃逸量大大减少，同时节约了氨气用量，从而大大降低了运行成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一所述喷氨格栅的原理框图；

图2是本发明实施例一、二所述喷氨格栅的结构示意图；

图3是本发明实施例三、四的取样口排列和反吹风设施示意图；

图4是本发明实施例六所述喷氨格栅的电控原理框图；

图5是本发明实施例七所述方法的流程图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅，如图1、2所示。本实施例包括设置在燃烧炉烟道1中检测氮氧化物的检测设施2和均匀分布在烟道中的多个喷氨格栅单元3，所述的喷氨格栅单元包括多根围绕并连接主管301的支管302，所述的支管上设有多个喷氨口303，各个所述喷氨格栅单元的主管上分别设有调节阀304和压差取样点305，各个所述的压差取样点分别经各自的仪表导管306与烟道外的能够通过压差值计算出经过各喷氨格栅单元烟气流量的压差变送设施4连接，所述的压差变送设施与各个喷氨格栅单元的调节阀门信息连接。

本实施例的原理是：在各喷氨格栅单元的中心位置设置压差取样点，通过仪表导管将压差输送到烟道外的压差变送器仪表上，通过压差值计算出各喷氨格栅单元烟气流量及氮氧化物的量，根据各喷氨格栅处的烟气流量及氮氧化物在烟道截面分布情况，精准调控各喷氨格栅的喷氨量，实现精准、均匀喷氨的目的。所述的取样的压差通过导压管将压差输送到烟道外的压差变送器仪表上。所述的各喷氨格栅配有独立氨气控制阀门(调节阀门)，通过调控阀门的开度控制喷氨量。

图1中所描述的烟道(图1、2中由粗虚线框表示)是某个燃烧炉矩形烟道的水平截面图，有12个H形的喷氨格栅单元均匀的分布在该烟道的一个水平截面上，在实际中还可以有多层喷氨格栅，即在多个不同高度的水平截面上分布多个喷氨格栅单元，各个水平截面之间保持一定的距离，以便作为催化剂的氨能够充分与烟气融合。

为使氨水能够均匀的从各个喷口中喷出，喷氨格栅单元的主管通过设置在喷氨格栅单元的中心部位，如果支管是圆周分布的，主管可设置在圆周的中心，如果支管是H型分布的，则主管可以设置在H形中间短连线的中点位置。

压差变送设施包括两个取样口的压差取样点、仪表导管和压力变送器。取样点的取样口通过有两个，分别按烟气流动方向的前后顺序设置在烟气流动的通道上，以检测两个不同位置的压力，获得两个压力之间的差值。仪表导管通常为两根，分别连接两个取样口，压力变送器可以是通用的压力传感器。为防止烟气中的粉尘堵塞取样口以及仪表导管，可以将取样口顺着烟气流动的方向设置，并在仪表导管上设置反吹气设施，利用反吹气将仪表导管和取样口中沾染的粉尘吹出导管和取样口。

各个喷氨格栅单元的主管上均设有调节阀门。调节阀门可以是手动控制的，也可以是电控阀门。当调节阀门为手动时，操作人员可以通过读取检测氮氧化物的检测设施的NOx参数值，和各个压差变送设施所测出的压差参数值，通过各个压差参数值与NOx参数值的计算获得各个喷氨格栅单元需要的喷氨量，由操作人员手动控制调节阀门，以到达各个喷氨格栅单元的喷氨量。如果采用电动调节阀则可以实现完全的自动化控制，即通过压力变送设施所输出的电信号到运算控制器，经过运算控制器计算后得出喷氨量，再由喷氨量计算出电动阀门的开度，再由电动阀门动作执行。

检测氮氧化物的检测设施是专门用于检测烟气中氮氧化物的传感器，以及能够将传感器所测得的参数以电信号的方式输出并显示的设备，如CEMS仪表等。在烟道中如何检测氮氧化物存在多种方案的现有技术。如在一些现有技术的方案中，认为烟道中某个截面上的NOx是不均匀的，所以在烟道的一个平面内设置多个传感器，对NOx进行检测。然而在实际中这样的检测方式成本过高(CEMS仪表是一种价格较高的仪器)，设备成本是一个较大的负担。因此，本实施例则采用测量烟道中一点或有限的几点NOx的量值，并认为烟道中的NOx是均匀的，仅由于烟气流量不同而产生NOx在同一截面中量值的变化，因此，本实施例可以在烟道中设置一个或少数几个测量NOx的传感器即能够实现喷氨量的精确控制。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于喷氨格栅单元的细化。本实施例所述的喷氨格栅单元成网格型均匀分布在截面为矩形的烟道中，所述的喷氨格栅单元的支管分别为H形，所述的压差取样点设置在H形的中连线的中点，如图2所示。

本实施例中，喷氨格栅各个支管分布为H形，即两侧两根长管，中间一根短管连接两根长管的中点，在短管的中点设置与主管的连接点。这样，各个喷氨格栅的中心位于主管与支管的连接处，因此在这个位置设置压差取样点就是在各喷氨格栅单元的中心位置设置压差取样点。由于各个喷氨格栅单元均匀的分布在烟道中，所述的压差取样点也就随各喷氨格栅成网格化均匀分布在烟道截面。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于压差取样点的取样口的细化。本实施例所述的压差取样点的两个取样口3051、3052方向顺着烟气流动的方向设置，如图3所示。

为防止烟尘倒灌堵塞取样口，本实施例采取了两个取样均背风的设计。两个取样口在空间上可以在一条直线上，也可以不在一条直线，但烟气流动方向上一定要保持一前一后，以确保有压差。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于仪表导管的细化。本实施例各个所述的仪表导管设有反吹风设施5，如图3所示。

为防止堵塞压差取样的仪表导管和取样口，可以在仪表导管上设置防堵反吹风设置，即在仪表导管后端(如果仪表导管与取样口衔接的位置为前端，则仪表导管与压力变送设施衔接的位置为后端)设置一分叉管，用这个分叉管连接压缩空气的气源，在检测烟气的过程中或之后不断的利用压缩空气做反吹(图3中的箭头方向)，将仪表导管和取样口中沾染的粉尘吹回烟道中，以保持仪表导管和取样口的畅通。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于调节阀门的细化。本实施例所述的调节阀门是电控调节阀门。

使用电控调节阀门可以方便的手动调节阀门的开度，也可以利用电子装置控制阀门的开度，以实现自动控制。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于电控调节阀门的细化。本实施例所述的电控调节阀门与运算控制器6连接，所述的运算控制器与所述的检测氮氧化物的检测设施、压力变送器连接，如图4所示。

本实施例自动化控制方案，即使用信号反馈的方式，对喷氨量进行控制。其控制过程为：先检测烟道中氮氧化物的平均含量，再压差检测的方式检测流过各个喷氨格栅的烟气流量，通过这两个参数计算出流过各个喷氨格栅的氮氧化物量，以此计算出各个喷氨格栅的喷氨量，再将喷氨量换算为各个调节阀门的开度并予以执行，实现精确的喷氨控制量。

本实施例所述的运算控制器，是具有计算和存储能力的电子设备，如单片机，工业PC等电子设备。

实施例七：

一种使用上述实施例所述的烟气脱硝高效调控喷氨格栅的喷氨量计算方法。本实施例所述计算方法是基于喷氨格栅单元为计算基础，各喷氨格栅入口的NOx浓度视为相同，单位为mg/Nm³(干基烟气，6％O₂)。计算过程的基于原理为：压差→烟气流量→氮氧化物的量→喷氨量，并以计算得到的喷氨量控制阀门。

所述方法的步骤如下(流程如图5所示)：

步骤1，测量压差：通过喷氨格栅单元取样点测出压差Δp。

上述实施例中的喷氨格栅分为单元，每个单元有都有自己的压差取样点，获取该喷氨格栅处的压差取样，本实施例中称之为“当前”喷氨格栅单元。

步骤2，计算烟气流量：由取样点测得的压差根据公式计算当前取样点的烟气流速q_m：

其中：K为计算系数。

计算系数K与检测环境因素、测量仪器本身特性相关，通常情况下，测量仪器会给出计算系数K的参考值。

步骤3，折算流量：考虑水份、压力、温度及氧含量用q_m折算出标况下的烟气流量Q_烟气；

得出流速再计算出该单元处的烟气流量，计算出来的烟气流量是实际的烟气流量，需考虑烟气中水份、压力、温度及氧含量等影响因素折算成标况下的烟气流量，即：干基烟气，6％O₂，单位为：Nm³/h。

步骤4，计算NOx量：由检测氮氧化物的检测设施中获取烟气中所含NOx浓度，计算出烟气中单位时间所含NOx量：

NOx量＝Q_烟气×NOx浓度；

通过喷氨格栅单元取样点测得的标况烟气流量乘以NOx浓度(单位：mg/Nm³干基烟气，6％O₂)，得出单位时间NOx的量(单位：mg/h干基烟气，6％O₂)。

步骤5，计算喷氨摩尔数：根据单位时间NOx的量算出单位时间喷NH₃的量，公式为：

NH₃摩尔数＝NOx摩尔数；

依据实际化学反应方程式算出需要喷氨的摩尔数，化学反应式：

步骤6，折算喷氨量：将化学反应式计算出的喷氨摩尔数转换为工业单位喷氨量。

工业生产中的所有仪器、仪表的显示通常是克、千克(公斤)等单位，因此需要将摩尔数转换为工业单位：mg/h或kg/h，以便工业仪表进行喷氨量调整，控制喷氨作业。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如喷氨格栅的形式、喷氨量的调节形式等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种烟气脱硝高效调控喷氨格栅，包括设置在燃烧炉烟道中检测氮氧化物的检测设施和均匀分布在烟道中的多个喷氨格栅单元，所述的喷氨格栅单元包括多根围绕并连接主管的支管，所述的支管上设有多个喷氨口，其特征在于，各个所述喷氨格栅单元的主管上分别设有调节阀和压差取样点，各个所述的压差取样点分别经各自的仪表导管与烟道外的能够通过压差值计算出经过各喷氨格栅单元烟气流量的压差变送设施连接，所述的压差变送设施与各个喷氨格栅单元的调节阀门信息连接。

2.根据权利要求1所述的高效调控喷氨格栅，其特征在于，所述的喷氨格栅单元成网格型均匀分布在截面为矩形的烟道中，所述的喷氨格栅单元的支管分别为H形，所述的压差取样点设置在H形的中连线的中点。

3.根据权利要求2所述的高效调控喷氨格栅，其特征在于，所述的压差取样点的两个取样口方向顺着烟气流动的方向设置。

4.根据权利要求3所述的高效调控喷氨格栅，其特征在于，各个所述的仪表导管设有反吹风设施。

5.根据权利要求4所述的高效调控喷氨格栅，其特征在于，所述的调节阀门是电控调节阀门。

6.根据权利要求5所述的高效调控喷氨格栅，其特征在于，所述的电控调节阀门与运算控制器连接，所述的运算控制器与所述的检测氮氧化物的检测设施、压力变送器连接。

7.一种使用权利要求6所述的烟气脱硝高效调控喷氨格栅的喷氨量计算方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

步骤1，测量压差：通过喷氨格栅单元取样点测出压差Δp；

步骤2，计算烟气流量：由取样点测得的压差根据公式计算当前取样点的烟气流速q_m：

其中：K为计算系数；

步骤3，折算流量：考虑水份、压力、温度及氧含量用q_m折算出标况下的烟气流量Q_烟气；

步骤4，计算NOx量：由检测氮氧化物的检测设施中获取烟气中所含NOx浓度，计算出烟气中单位时间所含NOx量：

NOx量＝Q_烟气×NOx浓度；

步骤5，计算喷氨摩尔数：根据单位时间NOx的量算出单位时间喷NH₃的量，公式为：

NH₃摩尔数＝NOx摩尔数；

依据实际化学反应方程式算出需要喷氨的摩尔数，化学反应式：

步骤6，折算喷氨量：将化学反应式计算出的喷氨摩尔数转换为工业单位喷氨量。

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