CN117531361A - 尿素热解优化控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种尿素热解优化控制系统及方法，包括以下步骤，步骤1，控制尿素喷射量；步骤2，控制稀释热风量；步骤3，控制尿素溶液浓度；步骤4，控制出口NOx浓度，本发明将稀释热风与尿素匹配喷射，根据尿素量及分布变化，相应调整稀释热风量及其喷入位置，确保热解炉内尿素溶液充分热解，保证尿素热解系统可靠经济运行。对尿素热解控制方式进行优化，保证NOx稳定平衡控制，降低下游设施堵塞风险。

Description

尿素热解优化控制系统及方法
技术领域
本发明涉及SCR烟气脱硝尿素热解制氨技术领域，尤其涉及一种尿素热解优化控制系统及方法。
背景技术
尿素溶液经喷枪喷入热解炉中，在稀释热风作用下进行热解，当负荷变化时，尿素喷枪投运组合相应调整，热解炉中尿素溶液覆盖区域相应发生变化，但是稀释热风分布并未相应调整，即稀释热风与尿素溶液分布匹配适应性差，导致部分区域热源不足、尿素热解不完全，进而导致热解炉出口管道结晶堵塞问题，影响机组安全运行。同时稀释热风量保持固定，没有跟随负荷需求变化而相应调整，导致稀释热风加热热耗偏高，影响系统运行经济性。
同时，当前尿素热解系统出口两侧氨量调节不平衡，导致SCR两侧NOx浓度偏差较大，对下游设施存在堵塞风险。
发明内容
本发明旨在提供尿素热解优化控制方法，以克服现有技术中存在的不足。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种尿素热解优化控制方法，包括以下步骤，
步骤1，控制尿素喷射量；
步骤2，控制稀释热风量；
步骤3，控制尿素溶液浓度；
步骤4，控制出口NOx浓度。
作为本发明的尿素热解优化控制方法的改进，在步骤1中，根据不同负荷下烟气量、NOx浓度等参数计算所需尿素溶液量，在实际运行中，据此对尿素流量调节总阀kN，0进行调节，理论所需尿素溶液量计算公式如下：
LN＝Gg×(CNOx，in-CNOx，out)/CN×1.53/1000000
式中，LN表示尿素溶液流量，单位kg/h；Gg表示SCR入口烟气流量，单位m3/h；CNOx，in表示SCR入口NOx浓度，单位mg/m3；CNOx，out表示SCR出口NOx设定浓度，单位mg/m3，一般取30～40mg/m3；CN表示尿素溶液配制浓度，单位％。
作为本发明的尿素热解优化控制方法的改进，在步骤2中，稀释热风量满足氨空稀释比≯5％的要求即可，所需稀释风流量按照如下公式确定
La＝15×LN×CN
式中，La表示所需稀释风量，单位m3/h。
作为本发明的尿素热解优化控制方法的改进，在步骤3中，根据环境温度对尿素溶液浓度控制，当环境温度高于25℃时，尿素溶液浓度可控制在50％～55％；当环境温度低于25℃时，尿素溶液浓度可控制在40％～45％。
作为本发明的尿素热解优化控制方法的改进，在步骤4中，当SCR-A及SCR-B侧出口NOx浓度均低于SCR出口NOx设定浓度超过5mg/m3时，关小尿素流量调节总阀kN，0开度；当出口NOx均高于设定浓度超过5mg/m3时，开大kN，0开度。
本发明旨在提供尿素热解优化控制方法，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种尿素热解优化控制系统，包括换热器，所述换热器对应连接有烟气管道进口和烟气管道出口，所述换热器对应连接有稀释风机和稀释风分配管，稀释分配管连接有热解炉，稀释分配管和热解炉之间设置有稀释风开关阀，还包括带有尿素流量调节阀的尿素溶液喷射管道，尿素流量调节阀并接有延伸至热解炉内的喷枪，每个喷枪配有一个喷枪阀门，热解炉出口设置有并列的侧氨量调节阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将稀释热风与尿素匹配喷射，根据尿素量及分布变化，相应调整稀释热风量及其喷入位置，确保热解炉内尿素溶液充分热解，保证尿素热解系统可靠经济运行。对尿素热解控制方式进行优化，保证NOx稳定平衡控制，降低下游设施堵塞风险。
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中记载的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的热解炉的结构示意图；
图3为稀释风分配管在热解炉设置的结构示意图；
图4为喷枪在热解炉设置的结构示意图；
图5为2组喷枪及稀释风管投运模式下覆盖范围图；
图6为1组喷枪及稀释风管投运模式下覆盖范围图。
其中，1、换热器；2、烟气管道进口；3、烟气管道出口；4、稀释风机；5、稀释风分配管；6、热解炉；7、稀释风开关阀；8、尿素流量调节阀；9、尿素溶液喷射管道；10、喷枪；11、喷枪阀门；12、。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种尿素热解优化控制方法，包括以下步骤，
步骤1，控制尿素喷射量；根据不同负荷下烟气量、NOx浓度等参数计算所需尿素溶液量，在实际运行中，据此对尿素流量调节总阀kN，0进行调节，理论所需尿素溶液量计算公式如下：
LN＝Gg×(CNOx，in-CNOx，out)/CN×1.53/1000000
式中，LN表示尿素溶液流量，单位kg/h；Gg表示SCR入口烟气流量，单位m3/h；CNOx，in表示SCR入口NOx浓度，单位mg/m3；CNOx，out表示SCR出口NOx设定浓度，单位mg/m3，一般取30～40mg/m3；CN表示尿素溶液配制浓度，单位％。
步骤2，控制稀释热风量；在步骤2中，稀释热风量满足氨空稀释比≯5％的要求即可，所需稀释风流量按照如下公式确定
La＝15×LN×CN
式中，La表示所需稀释风量，单位m3/h。
步骤3，控制尿素溶液浓度；在步骤3中，根据环境温度对尿素溶液浓度控制，当环境温度高于25℃时，尿素溶液浓度可控制在50％～55％；当环境温度低于25℃时，尿素溶液浓度可控制在40％～45％。
步骤4，控制出口NOx浓度，在步骤4中，当SCR-A及SCR-B侧出口NOx浓度均低于SCR出口NOx设定浓度超过5mg/m3时，关小尿素流量调节总阀kN,0开度；当出口NOx均高于设定浓度超过5mg/m3时，开大kN,0开度。
一种尿素热解优化控制系统，包括换热器1，所述换热器1对应连接有烟气管道进口2和烟气管道出口3，所述换热器1对应连接有稀释风机4和稀释风分配管5，稀释分配管连接有热解炉6，稀释分配管和热解炉6之间设置有稀释风开关阀7，还包括带有尿素流量调节阀8的尿素溶液喷射管道9，尿素流量调节阀8并接有延伸至热解炉6内的喷枪10，每个喷枪10配有一个喷枪10开关阀，热解炉6出口设置有并列的侧氨量调节阀12。
如图1至6所示，实际运行中根据SCR入口烟气量以及NOx浓度计算理论所需尿素溶液量，指导尿素溶液喷射。本示例喷枪10设置6支，每支喷枪10等间距布置，相邻喷枪10夹角为60°，每支喷枪10插入热解炉6深度为：0.23*D，其中D表示热解炉6内径。尿素喷枪10溶液喷射扩散角≯45°；喷枪10与热解炉6上表面距离h1根据尿素雾化液滴以及稀释热风扩散路径确定，一般在0.8m～2.5m之间，确保尿素溶液与稀释热风覆盖范围充分重合。尿素流量调节阀8，对应kN,0。喷枪101/3/5为第一组，对应喷枪阀门11kN,1、kN,3、kN,5，喷枪102/4/6为第二组，对应kN,2、kN,4、kN,6。相应的，稀释风机4的调节阀对应ka,0。稀释风分配管51/3/5为第一组，对应ka,1、ka,3、ka,5，稀释风分配管52/4/6为第二组，对应ka,2、ka,4、ka,6。高温烟气调节阀对应kg。侧氨量调节阀12对应kA,1和kA,2。低负荷时投运其中一组喷枪10及稀释风分配管5，高负荷时投运两组喷枪10及稀释风管，在不同投运模式下，均能保证尿素液滴与稀释热风扩散覆盖范围基本重合。
在低负荷运行时，一般20％～60％额定负荷范围，仅投运一组喷枪10，此时需要关闭喷枪阀门11kN,1、kN,3、kN,5或者kN,2、kN,4、kN,6；当高负荷运行时，大于60％额定负荷，投运两组喷枪10，此时全部喷枪阀门11打开。
实际运行中，当实际稀释风量低于所需稀释风量时，开大ka,0阀门；当实际稀释风量大于所需稀释风量30％时，关小ka,0阀门。
控制热解炉6出口混合气温度T3＞340℃，当温度偏低时，开大kg阀门，增加高温烟气抽取量，提高稀释风加热温度。
稀释风分配阀门状态与喷枪10运行方式保持一致，即当尿素喷枪10投运第一组时，稀释风第一组分配阀门开，第二组阀门关；当尿素喷枪10投运第二组时，稀释风第二组分配阀门开，第一组阀门关；当尿素喷枪10全部投运时，全部稀释风分配阀门开。
尿素溶液浓度越高，其结晶温度越高，当实际温度低于结晶温度时，需对尿素溶液管路进行伴热保温，以避免尿素溶液结晶堵塞管路。根据环境温度对尿素溶液浓度精确控制，仅依靠保温确保尿素溶液不发生结晶，消除伴热能耗。当环境温度高于25℃时，尿素溶液浓度可控制在50％～55％；当环境温度低于25℃时，尿素溶液浓度可控制在40％～45％。
当一侧高或另一侧低于设定浓度超过5mg/m3，如果两侧均值在设定浓度±5mg/m3内，kN,0开度不变，仅对ka,1和ka,2阀门开度进行调节，NOx浓度高侧阀门开大或者低侧关小；如果两侧均值偏离设定浓度超过5mg/m3，同步对kN,0开度进行调节，NOx浓度偏高时阀门开大，浓度偏低时阀门关小。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种尿素热解优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，控制尿素喷射量；
步骤2，控制稀释热风量；
步骤3，控制尿素溶液浓度；
步骤4，控制出口NOx浓度。
2.根据权利要求1所述的尿素热解优化控制方法，其特征在于，在步骤1中，根据不同负荷下烟气量、NOx浓度等参数计算所需尿素溶液量，在实际运行中，据此对尿素流量调节总阀kN，0进行调节，理论所需尿素溶液量计算公式如下：
LN＝Gg×(CNOx，in-CNOx，out)/CN×1.53/1000000
式中，LN表示尿素溶液流量，单位kg/h；Gg表示SCR入口烟气流量，单位m3/h；CNOx，in表示SCR入口NOx浓度，单位mg/m3；CNOx，out表示SCR出口NOx设定浓度，单位mg/m3，一般取30～40mg/m3；CN表示尿素溶液配制浓度，单位％。
3.根据权利要求1所述的尿素热解优化控制方法，其特征在于，在步骤2中，所需稀释风流量按照如下公式确定
La＝15×LN×CN
式中，La表示所需稀释风量，单位m3/h。
4.根据权利要求1所述的尿素热解优化控制方法，其特征在于，在步骤3中，根据环境温度对尿素溶液浓度控制，当环境温度高于25℃时，尿素溶液浓度可控制在50％～55％；当环境温度低于25℃时，尿素溶液浓度可控制在40％～45％。
5.根据权利要求1所述的尿素热解优化控制方法，其特征在于，在步骤4中，当SCR-A及SCR-B侧出口NOx浓度均低于SCR出口NOx设定浓度超过5mg/m3时，关小尿素流量调节总阀kN,0开度；当出口NOx均高于设定浓度超过5mg/m3时，开大kN,0开度。
6.一种尿素热解优化控制系统，包括换热器，所述换热器对应连接有烟气管道进口和烟气管道出口，其特征在于，所述换热器对应连接有稀释风机和稀释风分配管，稀释分配管连接有热解炉，稀释分配管和热解炉之间设置有稀释风开关阀，还包括带有尿素流量调节阀的尿素溶液喷射管道，尿素流量调节阀并接有延伸至热解炉内的喷枪，每个喷枪配有一个喷枪阀门，热解炉出口设置有并列的侧氨量调节阀。
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