CN116610170A - 高效sncr智能三维温度分区控制方法 - Google Patents
高效sncr智能三维温度分区控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开了一种高效SNCR智能三维温度分区控制方法，涉及SNCR脱硝技术领域，该方法包括：获取锅炉炉膛内测温水平面的二维温度分布数据集；将二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集；采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集；根据三维温度场数据集，得到每个工况下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系；根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及三维温度分布数据集和三维温差关系，合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；根据温度实时数据集，遍历所有喷枪进行控制。本发明能够实现脱硝效率超过70%以上，且满足氨逃逸排放标准，促进节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧炉、煤粉炉、循环流化床上应用SNCR脱硝技术领域，特别是指一种高效SNCR智能三维温度分区控制方法。
背景技术
随着全球能源消耗增加，煤炭、生物质、垃圾、天然气、石油等燃料燃烧发电导致污染物NOx排放量增加，排入大气的NOx会引发酸雨、酸雾和光化学烟雾，臭氧消耗，土壤酸化、地表水富营养化等问题。NOx排放量总量控制和减少势在必行，SNCR（selective non-catalytic reduction，选择性非催化还原）脱硝技术具有投资成本低、运行成本低、设备可靠性高、自动化程度高、占地面积小、脱硝经济性指标高等特点，备受广泛应用。
SNCR脱硝技术是将20%-30%浓度的氨水或尿素稀释制备成5%左右浓度的氨水（尿素）溶液作为还原剂喷射到温度窗口为850℃-1100℃范围的热烟气中。现有SNCR脱硝系统脱硝效率一般在50%左右，极个别到60%，随着NOx污染物排放指标趋严，现有很多电厂无法满足新的污染物排放标准，通过其他技术替换或升级存在场地空间不够或投资费用高、运行费用高等问题，限制了可行性。
现有技术还至少存在以下缺点：
（1）现有技术脱硝效率普遍在50%左右，极个别高效的可以达到约60%的脱硝效率。现有技术无法适应负荷波动下的温度变化，无法自动选择最佳的温度窗口喷射，当温度降低，反应速度慢，氨逃逸增加，在尾部烟气中形成铵盐（硫酸铵、硫酸氢铵和氯化铵），极易粘结在受热面上和堵塞烟气净化滤袋或使催化剂失活。严重时，烟囱排放的氨气态超标，污染环境；当温度升高，氨气会被直接氧化为氮氧化物，降低了脱硝效率，增加了还原剂消耗，造成运行费用增加。
（2）现有技术NOx被还原剂还原后，在垃圾焚烧炉上，需要1分钟以上到达烟囱上的CEMS（Continuous Emission Monitoring System，烟气自动监控系统）监测位置，控制系统收到的反馈延迟，因而出现控制精度低，还原剂喷入量无法精准匹配，氨逃逸较高的现象，造成氨排放污染和氨盐沾污下游换热器、催化剂表面。
（3）现有技术普遍采用水平面温度检测和相应的水平面分层控制，一是测温准确性较低，二是炉膛经常出现左右侧燃烧温度不均，烟气偏流情况，水平面分层控制容易出现个别喷枪不处于最佳温度窗口，从而引起脱硝效率降低和还原剂消耗增加。
（4）现有技术工程应用主要为二维平面局部点温度，无法解析炉膛三维空间温度分布，个别项目采用超声波测温水平面温度梯度分布，但因没有构建三维空间各点温度，仍存在对空间温度检测不够精准的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种脱硝效率高的高效SNCR智能三维温度分区控制方法。
一种高效SNCR智能三维温度分区控制方法，用于锅炉的SNCR脱硝系统，所述方法包括：
获取锅炉炉膛内设有测温元件的水平面在当前时刻或当前预设时间段下该水平面的二维温度分布数据集；
按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集；
采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集；
根据所述三维温度场数据集，得到每个工况下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系；
根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；
根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪。
本发明实施例的高效SNCR智能三维温度分区控制方法，首先获取锅炉炉膛内设有测温元件的水平面在当前时刻或当前预设时间段下该水平面的二维温度分布数据集，然后按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集，之后采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集，根据所述三维温度场数据集，得到每个工况下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系，再根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，最后根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪。这样，本发明实施例采用一层或两层或以上的测温元件在线实时采集数据，通过算法获取测温元件所在垂直通道上下范围内的三维立体温度场（同时实现了秒级追踪域内温度），自动判断竖直面内喷枪组，选择在最佳温度窗口内的喷枪开启，实现锅炉负荷在设计范围内工况波动下，在立体空间任意竖直面组任意标高层的SNCR脱硝系统投用的喷枪均能全部保持在最佳温度窗口（最佳温度窗口可以定义为高温烟气中的温度区间为870℃-1050℃）范围内。本发明实施例将实测数据与理论模型数据相结合，准确得到各喷枪处的温度实时数据，从而对喷枪进行精确控制，能够实现脱硝效率超过70%以上，通常保持在75%-85%，且满足氨逃逸排放标准，促进节能减排。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的高效SNCR智能三维温度分区控制方法的流程示意图；
图2为应用本发明高效SNCR智能三维温度分区控制方法的锅炉SNCR脱硝系统的结构示意图；
图3为本发明的高效SNCR智能三维温度分区控制方法的具体实施例的流程图；
图4为图2中稀释氨水/尿素分配模块、及竖直面内喷枪组喷射模块的具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种高效SNCR智能三维温度分区控制方法，用于锅炉的SNCR脱硝系统，锅炉的SNCR脱销系统如图2所示，可以包括依次连接的氨水/尿素（还原剂）混合模块S10、稀释氨水/尿素分配模块S20和竖直面内喷枪组喷射模块S40，竖直面内喷枪组喷射模块S40连接有三维子域温度实时检测与报警及控制计算模块S30，其中，氨水/尿素混合模块S10用于将20~30%的氨水或尿素按总量定量稀释，之后稀释液进入稀释氨水/尿素分配模块S20分配至各支路至竖直面内喷枪组喷射模块S40，喷枪按计算机或PLC（ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器）中装载的三维子域温度实时检测与报警及控制计算模块S30进行智能选择性开启，实现高温烟气中NOx在最佳温度窗口内高效还原。
为控制烟气出口NOx目标，可以采用烟囱CEMS（Continuous Emission MonitoringSystem，烟气排放连续监测系统）的NOx测量值信号S60与NOx设定值S601进行比较，经PID（Proportion Integration Differentiation，比例-积分-微分）反馈控制20~30%氨水或尿素总量，同时，为防止过量的还原剂喷入，还可以通过省煤器出口氨逃逸检测模块S50测量值与NH3设定值S501进行比较，经PID反馈限制20~30%氨水或尿素总量。为适应负荷波动，还可以通过三维子域温度实时检测与报警及控制计算模块S30延伸阈值检测实现检测烟气偏流控制/报警模块S70，用于微调稀释氨水/尿素分配模块各支路流量，阈值超限发出报警提醒。
可以理解的是，当应用于图2所示的SNCR脱销系统时，本发明实施例的高效SNCR智能三维温度分区控制方法可以在三维子域温度实时检测与报警及控制计算模块S30处执行，即全部喷枪组的工作通过三维子域温度实时检测与报警及控制计算模块S30的写入程序智能控制。
如图1所示，本发明实施例的高效SNCR智能三维温度分区控制方法可以包括：
步骤1：获取锅炉炉膛内设有测温元件的水平面在当前时刻或当前预设时间段下该水平面的二维温度分布数据集；
本步骤具体实施时，可以在锅炉炉膛内设有测温元件的水平面处，现场采集当前时刻（t）或时间区间起始/终止时刻（t）的该水平面的二维温度分布数据集。
测温元件可以为辐射温度计（红外测温）、超声波测温或热电偶测温，测温元件可以为一层，也可以为两层或以上，布置位置在所需测量空间的任意高度和位置，避开喷枪雾化影响空间，优选布置在烟气流动方向下游的喷枪层之间的一层为基准层。在图4所示示例中，可以通过设置的红外测温仪表T11、T12、T13、T14水平面布置，现场按当前时刻（t）或时间区间起始/终止时刻（t）采集该水平面的二维温度分布数据集[x,y,Tc,t]，其中x、y为测温元件在水平面内的坐标，Tc为测量的温度数据，t为时间。
本步骤对应图3中的步骤S311：采集水平面二维温度分布数据集。
步骤2：按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集；
本步骤是进行坐标系转换，将二维温度分布数据转换为三维温度分布数据。
作为一种可选的实施例，所述按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集（步骤2），可以包括：
步骤21：按预设坐标系，在所述二维温度分布数据集中增加空间竖向坐标，形成所述三维温度分布数据集。
本步骤中，可以根据测温区域空间按自定义坐标系，在二维温度分布数据集中增加空间竖向坐标（即z轴坐标），从而将二维温度分布数据集[x,y,Tc,t]转换为三维温度分布数据集[x,y,z,Tc,t]。
作为另一种可选的实施例，所述按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集（步骤2），还可以包括：
步骤21’：将锅炉炉膛测温区域空间划分为若干六面体网格；
步骤22’：所述三维温度分布数据集中，设有所述测温元件的水平面中的六面体网格对应的温度赋值为所述二维温度分布数据集中相应测温点的温度，其余六面体网格对应的温度赋值为0。
上述步骤21’-22’中，将锅炉炉膛测温区域空间划分为若干六面体网格（正方体或长方体），以方便进行测温和后续进行喷枪控制，六面体网格的大小可根据需要灵活设定，例如六面体网格尺寸可以为20mm×20mm×20mm~1000mm×2000mm×2000mm的范围；由于初始仅有测温元件所在水平面的温度数据，故在三维温度分布数据集中，设有测温元件的水平面中的六面体网格对应的温度赋值为二维温度分布数据集中相应测温点的温度，其余六面体网格对应的温度赋值为0，也就是说，设置测量层六面体网格子域高度层的温度为Tc，其余均为0（温度为0的六面体网格将在后续步骤再予以赋值）。
本步骤2对应图3中的步骤S312：将二维数据转换为三维数据集。
当测温元件为两层或以上时，将二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集为两组或以上，分别对应测温元件所处的标高层z坐标。优选烟气流动方向下游的测温元件为基准层，其余测温层作为校正层，依次布置在烟气流动方向的上游。
步骤3：采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集；
本步骤为理论分析，根据锅炉的设计手册，采用CFD（Computational FluidDynamics，计算流体力学）数值分析锅炉不同工况（即不同燃料热值、燃料消耗量、出口氧量的输入条件）下三维温度场数据集，其中，燃料热值可以选择设计点热值LHV（设计）、最高热值LHV（高）、最低热值LHV（低）或最高与最低之间的热值。燃料消耗量可以选择设计点消耗量（符号Bp），范围可以为30%Bp-120%Bp。出口氧量浓度（符号O）可以选择6%或7%，范围可以为2%-10%（湿烟气下体积浓度）。具体实施时，可以数值分析完成全部不同工况下测温区域空间内三维温度场数据集[X,Y,Z,T]，其中X、Y、Z为空间三维坐标，T为温度。
本步骤对应图3中的步骤S321：CFD数值分析不同工况三维温度场数据集。
步骤4：根据所述三维温度场数据集，得到每个工况（不同燃料热值、燃料消耗量、出口氧量的输入条件）下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系；
本步骤中，可以根据所述三维温度场数据集，深度学习建立每个工况下不同蒸发量（符号D）、烟气量（符号Q）、以及（锅炉）出口氧量（符号O）下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系，该三维温差关系用于表示竖直面内相邻六面体网格中上六面体网格与下六面体网格两者之间的温度差值。该三维温差关系可以为简化的函数关系，然而，为保证精度，优选的，三维温差关系为三维温差数据集，所述三维温差数据集记录了竖直面内相邻六面体网格中上六面体网格与下六面体网格两者之间的温度差值。
具体实施时，三维温差数据集可以表示为[X,Y,Z,△T,D,Q,O]，其中[X,Y,Z,△T]=[X,Y,Zd,Td]- [X,Y,Z,T]，即三维子域（锅炉炉膛测温区域空间）细分为若干六面体网格（亦称节点），空间竖直方向相邻下节点温度[X,Y,Zd,Td]减其上节点温度[X,Y,Z,T]得到，按此方法循环，得到全部工况下的三维温差数据集[X,Y,Z,△T,D,Q,O]。可以将得到的三维温差数据集[X,Y,Z,△T,D,Q,O]导入计算机或PLC控制柜可读存储介质，以供后续步骤使用。
三维温差数据集的示例如下：
根据出口固定氧量（O=7%），CFD数值分析获得锅炉炉膛测温区域空间的中心区域某一组1~19m高度方向六面体节点的温度数据，建立上下节点温差数值△T，如表1所示，所列为一组局部的代表。组合节点位置坐标[X,Y,Z]及温差[△T]、蒸发量[D]、烟气量[Q]、出口氧量[O]=7%，得到三维温差数据集[X,Y,Z,△T,D,Q,7%]。
表1
注：表1中负荷点即代表一种工况，表中左侧“负荷点CFD节点温度”即为步骤3中得到的一种工况下三维温度竖直方向一列节点数据，表中右侧“负荷点六面体节点温差”即为步骤4中根据该三维温度场数据得到的该工况下的三维温差关系，此温差关系可以通过深度学习和标准差分析，剔除流场扰动因素，形成具有代表性的有限三维温差数据集，其中LP1、LP2、LP3、LP5分别代表{设计点热值10470kJ/kg，燃料消耗量31.25t/h，出口氧量7%}、{中间热值9240kJ/kg，燃料消耗量35.4t/h，出口氧量7%}、{最高热值13610kJ/kg，燃料消耗量24t/h，出口氧量7%}、{设计点热值10470kJ/kg，燃料消耗量21.9t/h，出口氧量7%}。
本步骤4对应图3中的步骤S322：深度学习建立不同蒸发量和烟气量下三维温差数据集。
步骤5：根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；
本步骤中，是将步骤3-4中的理论模型数据与实测数据进行结合，得到各喷枪处的温度实时数据，以便于后续进行精确控制。需要说明的是，本发明适用于烟气流动处于层流（非扰流、涡流等）的三维空间，基于层流下流场与温度场存在关联关系的机理。
作为一种可选的实施例，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集（步骤5），可以包括：
根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在所述三维温度分布数据集的基础上，检索出口氧量、烟气量、蒸发量、以及所述三维温差数据集并进行线性插值，运算合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，并检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集。
具体实施时，可以接收锅炉实测反馈的蒸发量（符号Dc）、烟气量（符号Qc）及出口氧量（符号Oc），通过数据集库检索和线性插值运算合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域（该子域可理解为前述的六面体网格）的温度实时数据集[x,y,z,Tx,t]，其中Tx为合成的各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度。检索顺序优选为出口氧量、烟气量、蒸发量，逐一比对和插值运算。本步骤即实现了前述温度为0的六面体网格的温度赋值，由此得到了锅炉炉膛测温区域空间的整体温度，也即得到了各喷枪处的温度实时数据。
为提高测温准确度，所述设有测温元件的水平面可以为两层或以上，优选烟气流动方向下游的测温元件为基准层，其余校正层测温元件依次在烟气流动方向上游布置，校正层测温元件实测的（水平）二维温度分布数据集和基准层实测的（水平）二维温度分布数据集之差与CFD数值分析提取得到的三维温差数据集中校正层和基准层的二维温差相除，得到当前时刻或当前预设时间段动态校正系数β（其中一层测温元件情况β取恒定值1）；此时，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集（步骤5），可以包括：
步骤51：对于位于测温元件基准层水平面以下的喷枪，根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在该水平面对应的三维温度分布数据集的基础上，向下检索所述三维温差数据集并进行线性插值，运算并乘以动态校正系数β，合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；
步骤52：对于位于测温元件基准层水平面以上的喷枪，根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在该水平面对应的三维温度分布数据集的基础上，向上检索所述三维温差数据集并进行线性插值，运算并乘以动态校正系数β，合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集。
这样，通过上述步骤51-52，实测两层或两层以上的二维水平面温度分布，结合各层温度差值的实时动态数据修正蒸发量、烟气量、出口氧量、温差数据集模型，实现二维转换三维温度场极高精度实时数据。
本步骤5对应图3中的步骤S313：接收实测反馈的蒸发量和烟气量，合成各喷枪三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集。
作为另一种可选的实施例，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集（步骤5），还可以包括：
根据所述温度实时数据集，进行三维温度场实时可视化显示。
本步骤对应图3中的步骤S319：三维温度场显示。具体实施时，根据温度实时数据集[x,y,z,Tx,t]，进行三维温度场实时可视化显示，可视化显示的方法可以为：设[x,y,z,Tx,t]中Tx温度所处区间[600,700]颜色为[c1,c2]，区间[700,800]颜色为[c3,c4]，区间[800,900]颜色为[c5,c6]，区间[900,1000]颜色为[c7,c8]，区间[1000,1100]颜色为[c9,c10]，区间[1100,1200]颜色为[c11,c12]，区间[1200,1300]颜色为[c13,c14]，区间[1300,1400]颜色为[c15,c16]，c1至c16均为RGB（RedGreenBlue，红绿蓝）值。温度区间上下限和区间段范围按线性均分n段，每小段区间温度对应RGB颜色值，将所有六面体节点坐标和区间温度颜色值组成集合C，按实际空间体排列顺序绘制当前实时的温度场，并根据刷新频率重复绘制温度场和渲染动作。这样，基于实测三维子域区间温度分布数据，即可实现可视化的动态温度场渲染显示。
作为再一种可选的实施例，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集（步骤5），还可以包括：
根据所述温度实时数据集，若检测到温度异常，则发出警告，喷枪保持原位。
本步骤对应图3中的步骤S318：检测温度异常发出警告，跳出循环，喷枪保原位。当检测到温度异常时，发出警告，跳出后续循环，将喷枪保持在原位，提醒值班运行人员。
步骤6：根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪。
本步骤中，根据所述温度实时数据集，即可遍历所有喷枪，对喷枪的开启与关闭进行控制，具体来说，判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪，若否，则关闭该喷枪。
具体实施时，参见图3中的步骤S314-317，每竖直面喷枪组可以按标高从上到下依次判断（也可以从下往上依次判断），判断各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否满足预设温度范围，预设温度范围可以为[900℃≤Ts≤1000℃]或[870℃≤Ts≤1050℃]（步骤S314），若是，则此喷枪（区码）开启，向下加一层（步骤S315），若否，则此喷枪关闭，向下加一层（步骤S316），完成全部各竖直面喷枪组循环一次，等待设定刷新周期开始新的循环判断（步骤S317），整个运行期间，可实时检测空间三维子域温度信息，并根据现场设定周期，自动控制匹配最佳位置的喷枪开启，实现在立体空间任意竖直面组任意标高层的SNCR脱硝系统的喷枪全周期自动智能化选择在最佳温度窗口。
为进一步提高脱硝效率，优选的，锅炉炉膛竖直面内上下相邻喷枪依次串联，从而形成若干竖直面喷枪组，最终各竖直面喷枪组并联。每个喷枪组由一个调节阀调节流量，每个喷枪可独立控制。
这样，本发明实施例中形成竖直面喷枪组，基于烟气流向温降梯度方向上的竖直面内优先选择喷枪，有别于现有技术水平面上选择喷枪层的方法，实现了最佳温度窗口内SNCR喷枪的自动匹配选择，不遗漏不误选的策略目标，并且能够进一步提高脱硝效率。
竖直面喷枪组组数和喷枪层数可以根据需要灵活设置，例如喷枪组组数为3-20组，喷枪层数为3-7层。
下面对竖直面喷枪组的结构及其控制进行举例说明：
图4示出了稀释氨水/尿素分配模块、及竖直面内喷枪组喷射模块中的其中一路，如图4所示，其中通过流量测量仪表231测量流量信号，再通过气动调节阀232控制其对应的竖直面内喷枪组43所在支路的流量，喷枪组43包括气动球阀431、气动球阀432、气动球阀433、气动球阀434、气动球阀435和喷枪N31、喷枪N32、喷枪N33、喷枪N34、喷枪N35，每个喷枪可独立控制。
喷枪控制流程可以如下：
竖直面喷枪组43按标高从上到下依次判断喷枪N35、喷枪N34、喷枪N33、喷枪N32、喷枪N31，是否满足[900℃≤Ts≤1000℃]（步骤S314），判断为是，则此喷枪（区码）开启，喷枪编号减1（步骤S315），判断为否，则此喷枪关闭，喷枪编号减1（步骤S316），完成喷枪组43后，继续类似控制完成全部各竖直面喷枪组循环一次，等待设定刷新周期开始新的循环判断（步骤S317），整个运行期间，可实时检测空间三维子域温度信息，并根据现场设定周期，自动控制匹配最佳位置的喷枪开启，实现在立体空间任意竖直面组任意标高层的SNCR脱硝系统的喷枪全周期自动智能化选择在最佳温度窗口。同时，当检测到温度异常时发出警告，跳出循环，将喷枪保持在原位（步骤S318），提醒值班运行人员。此外，根据三维子域的温度实时数据集（步骤S313）[x,y,z,Tx,t]可视化三维温度场实时可视化显示（步骤S319）。
综上，本发明实施例的高效SNCR智能三维温度分区控制方法，首先获取锅炉炉膛内设有测温元件的水平面在当前时刻或当前预设时间段下该水平面的二维温度分布数据集，然后按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集，之后采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集，根据所述三维温度场数据集，得到每个工况下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系，再根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，最后根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪。这样，本发明实施例采用一层或两层或以上的测温元件在线实时采集数据，通过算法获取测温元件所在垂直通道上下范围内的三维立体温度场（同时实现了秒级追踪域内温度），自动判断竖直面内喷枪组，选择在最佳温度窗口内的喷枪开启，实现锅炉负荷在设计范围内工况波动下，在立体空间任意竖直面组任意标高层的SNCR脱硝系统投用的喷枪均能全部保持在最佳温度窗口（最佳温度窗口可以定义为高温烟气中的温度区间为870℃-1050℃）范围内。本发明实施例将实测数据与理论模型数据相结合，准确得到各喷枪处的温度实时数据，从而对喷枪进行精确控制，能够实现脱硝效率超过70%以上，通常保持在75%-85%，且满足氨逃逸排放标准，促进节能减排。
此外，本发明实施例还具有以下有益效果：
（1）本发明实施例基于实测二维平面温度分布，通过三维空间坐标点各工况下CFD数值分析结合计算机深度学习获取蒸发量、烟气量、出口氧量、温度差值数据集模型，实现精准度高和快速的三维子域区间温度分布实时数据的检测；
（2）本发明实施例将二维平面温度分布转换为三维子域温度，并在竖直面内分区快速正确选择最佳位置喷枪进行控制，实现了脱硝效率不低于70%，氨逃逸满足排放标准的性能指标；
（3）本发明实施例实现快速实时准确检测三维子域温度和在线显示，并可设有温度阈值报警，检测烟气偏流阈值，实现自动跟踪和调整功能，进一步的降低还原剂消耗和提高脱硝效率，并能适应负荷变化，随负荷变化自动控制调整SNCR各喷枪。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高效SNCR智能三维温度分区控制方法，用于锅炉的SNCR脱硝系统，其特征在于，所述方法包括：
获取锅炉炉膛内设有测温元件的水平面在当前时刻或当前预设时间段下该水平面的二维温度分布数据集；
按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集；
采用CFD数值分析锅炉不同工况下三维温度场数据集；
根据所述三维温度场数据集，得到每个工况下不同蒸发量、烟气量、以及出口氧量下锅炉炉膛测温区域空间的三维温差关系；
根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；
根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集，包括：
按预设坐标系，在所述二维温度分布数据集中增加空间竖向坐标，形成所述三维温度分布数据集。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按预设坐标系将所述二维温度分布数据集转换为三维温度分布数据集，包括：
将锅炉炉膛测温区域空间划分为若干六面体网格；
所述三维温度分布数据集中，设有所述测温元件的水平面中的六面体网格对应的温度赋值为所述二维温度分布数据集中相应测温点的温度，其余六面体网格对应的温度赋值为0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维温差关系为三维温差数据集，所述三维温差数据集记录了竖直面内相邻六面体网格中上六面体网格与下六面体网格两者之间的温度差值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，包括：
根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在所述三维温度分布数据集的基础上，检索出口氧量、烟气量、蒸发量、以及所述三维温差数据集并进行线性插值，运算合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，并检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设有测温元件的水平面为一层或两层以上，当测温元件设有一层时，布置在烟气流动方向下游的喷枪层之间，此层作为基准层；当测温元件设有两层以上时，烟气流动方向下游的测温元件为基准层，其余校正层测温元件依次在烟气流动方向上游布置，校正层测温元件实测的二维温度分布数据集和基准层实测的二维温度分布数据集之差与CFD数值分析提取得到的三维温差数据集中校正层和基准层的二维温差相除，得到当前时刻或当前预设时间段动态校正系数β；
所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，包括：
对于位于测温元件基准层水平面以下的喷枪，根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在该水平面对应的三维温度分布数据集的基础上，向下检索所述三维温差数据集并进行线性插值，运算并乘以动态校正系数β，合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集；
对于位于测温元件基准层水平面以上的喷枪，根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量，在该水平面对应的三维温度分布数据集的基础上，向上检索所述三维温差数据集并进行线性插值，运算并乘以动态校正系数β，合成各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，包括：
根据所述温度实时数据集，进行三维温度场实时可视化显示。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据锅炉实测反馈的蒸发量、烟气量、出口氧量、以及所述三维温度分布数据集和三维温差关系，合成覆盖各喷枪所在区域空间的实时温度三维分布数据集，检出各喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度实时数据集，包括：
根据所述温度实时数据集，若检测到温度异常，则发出警告，喷枪保持原位。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述温度实时数据集，遍历所有喷枪，并判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若是，则开启该喷枪，包括：
判断每个喷枪对应的三维雾化分区坐标子域的温度是否在预设温度范围内，若否，则关闭该喷枪。
10.根据权利要求1-9中任一所述的方法，其特征在于，锅炉炉膛竖直面内上下相邻喷枪依次串联，从而形成若干竖直面喷枪组，最终各竖直面喷枪组并联。
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