CN120644030A - 一种自动化控制的锅炉脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种自动化控制的锅炉脱硝系统。包括尿素供应模块、监测传感器模块、DCS联动控制单元，所述尿素供应模块中增设稳压罐动态调节模块，所述稳压罐动态调节模块包括尿素罐，所述尿素罐出液端通过尿素母管与尿素泵相连接，所述尿素泵的输出端连接有出液口。本发明经过对改造前后的数据对比，改造后可稳定控制脱硝尿素喷枪与压缩空气配比，使尿素雾化更加均匀并与烟气充分混合反应，还有效降低了锅炉水冷壁管壁因尿素腐蚀泄漏等风险，将两者压力信号传输至DCS系统后，有效降低了员工的劳动强度和运行工况，能够第一时间观察到二者的匹配调整情况，提高了设备的运行效率，同时避免了因雾化不良导致的尿素液滴附着水冷壁引发的慢性腐蚀。

Description

一种自动化控制的锅炉脱硝系统

技术领域

本发明涉及燃气锅炉SNCR系统技术领域，尤其涉及一种自动化控制的锅炉脱硝系统。

背景技术

在燃气锅炉的选择性非催化还原脱硝系统中，通过将尿素溶液雾化后与烟气混合反应以降低氮氧化物排放是常用工艺。传统系统通常采用尿素泵将尿素溶液输送至脱硝平台，经喷枪喷出，同时利用压缩空气辅助雾化，使尿素液滴与烟气充分接触。控制系统通过监测压力信号，对尿素泵频率或压缩空气阀门进行手动或简单自动调节，以维持基本雾化效果。然而，现有技术中对尿素压力与压缩空气压力的协同控制精度不足，主要依赖人工经验调整，缺乏实时动态匹配的自动化控制机制。

现有系统的核心问题在于无法实现尿素压力与压缩空气压力的精准匹配：一方面，尿素泵扬程不足导致输送压力不稳定，另一方面，缺乏对两者压差的严格控制导致尿素雾化效果不佳。难以满足高效、稳定的脱硝需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种自动化控制的锅炉脱硝系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动化控制的锅炉脱硝系统，包括尿素供应模块、监测传感器模块、DCS联动控制单元，所述尿素供应模块中增设稳压罐动态调节模块，所述稳压罐动态调节模块包括尿素罐，所述尿素罐出液端通过尿素母管与尿素泵相连接，所述尿素泵的输出端连接有出液口；

所述稳压罐动态调节模块包括稳压组件，所述尿素泵上还连接有稳压管，所述稳压管的末端连接有过滤罐，所述过滤罐的正面设置有连通管，所述连通管的远离过滤罐的一端安装有稳压罐，所述连通管用于稳压罐和过滤罐相连通，所述稳压罐的顶端一侧安装有液体泵，所述液体泵的底端通过出液管连接到尿素泵的内部；

所述尿素母管上安装有电动三通阀和单向阀，所述电动三通阀用于将尿素泵输出的多余尿素溶液导入过滤罐的内部储存，所述单向阀用于防止过滤罐内液体倒流至尿素罐，所述液体泵用于在尿素母管流量不足时将稳压罐内液体补充至尿素泵内部。

进一步地，所述监测传感器模块，用于实时监测尿素溶液在尿素母管内部的流量，所述稳压罐的内部安装有液位传感器，用于监测稳压罐内尿素溶液储量。

进一步地，所述DCS联动控制单元，当尿素泵低于设定阈值且压力低于预设值时，触发所述液体泵开启，通过稳压罐补充尿素溶液；

当尿素泵超过额定流量且压力高于压差上限时，触发所述电动三通阀开启，将多余尿素溶液储存至稳压罐的内部。

进一步地，所述过滤罐的内部安装有供压组件，所述供压组件包括第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和第二过滤网依次嵌入至过滤罐的内部，所述第一过滤网和第二过滤网用于对尿素溶液进行过滤。

进一步地，所述过滤罐的内部还安装有绞龙杆，所述绞龙杆的底端连接有过滤斗，所述绞龙杆和过滤斗转动连接在过滤罐的内部，所述过滤斗的底端开设有滤槽。

进一步地，所述稳压罐的内部嵌入有传动杆，所述传动杆的底端连接有密封塞，所述稳压罐的内部还嵌入有上压片和下压片，所述上压片设置在密封塞的顶面，所述下压片设置在密封塞的底面。

进一步地，所述上压片和下压片活动连接在稳压罐的内壁，所述上压片和下压片之间连接有连接杆，所述传动杆贯穿连接杆的内部。

进一步地，所述密封塞的边缘设置由柔性胶片连接，尿素溶液通过连通管输送到稳压罐的底端，尿素溶液推动柔性胶片向上翻折，尿液溶液从稳压罐的顶端排出到液体泵的内部。

进一步地，所述DCS联动控制单元，控制压缩空气压力与尿素压力的压差在0.03-0.06Mpa。

进一步地，所述尿素泵低于设定阈值且压力低于预设值时，上压片贴合在密封塞的顶面，下压片和密封塞进行分离，所述尿素泵超过额定流量且压力高于压差上限时，下压片贴合密封塞的底端，上压片和密封塞分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：经过对改造前后的数据对比，改造后可稳定控制脱硝尿素喷枪与压缩空气配比，使尿素雾化更加均匀并与烟气充分混合反应，还有效降低了锅炉水冷壁管壁因尿素腐蚀泄漏等风险，将两者压力信号传输至DCS系统后，有效降低了员工的劳动强度和运行工况，能够第一时间观察到二者的匹配调整情况，提高了设备的运行效率；

其次通过在尿素供应模块中增设稳压罐动态调节模块，构建了流量监测、压力补偿、分级过滤、动态调节的全闭环控制系统，从根本上解决了传统脱硝系统中尿素压力与压缩空气压力匹配不良的核心问题。通过稳压罐与液体泵的联动设计，当尿素母管流量不足时，稳压罐可快速释放储备溶液补充压力，使尿素溶液雾化颗粒平均粒径减小，与烟气混合效率提升，氮氧化物去除率显著提高，同时避免了因雾化不良导致的尿素液滴附着水冷壁引发的慢性腐蚀。

附图说明

参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：

图1示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统的立体结构示意图；

图2示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统的整体结构示意图；

图3示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统中稳压管和过滤罐的结构示意图；

图4示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统中稳压管和稳压罐的结构示意图；

图5示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统中过滤罐和稳压罐的剖面结构示意图；

图6示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统中第一过滤网和第二过滤网的结构示意图；

图7示意性显示了根据本发明一个实施方式提出的一种自动化控制的锅炉脱硝系统中上压片和连接杆的结构示意图。

图中：11、尿素罐；12、尿素母管；13、尿素泵；14、出液口；2、稳压组件；21、稳压管；22、稳压罐；23、液体泵；25、过滤罐；26、连通管；3、供压组件；31、第一过滤网；32、第二过滤网；33、绞龙杆；34、过滤斗；35、传动杆；36、上压片；37、密封塞；38、下压片；39、连接杆。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

根据图1-图7本发明提供的自动化控制锅炉脱硝系统，包括尿素供应模块、监测传感器模块、DCS联动控制单元，尿素供应模块中增设稳压罐动态调节模块。稳压罐动态调节模块包括尿素泵13，尿素泵13出液端通过尿素母管12与喷枪前管路相连接，喷枪前管路的输出端连接有出液口14，用于将尿素溶液输送至炉膛内参与脱硝反应。

其中锅炉脱硝平台标高14.2m，原尿素出料泵扬程为49m，因扬程出力不足，防止压缩空气倒流影响脱硝系统运行，故将两台49m扬程的泵机更换为扬程95m的尿素泵13。然而因压缩空气波动或调整泵体频率无法第一时间观测到两者的压力，将脱硝系统压缩空气母管加装一台电动调节阀和压力变送器，为了日后对阀门的检维修，在阀门的进出口加装了旁路手动阀，另外在脱硝平台处也加装了一台压力变送器。监测传感器模块用于实时监测尿素溶液在尿素母管12内部的流量，稳压罐22的内部安装有液位传感器，用于监测稳压罐22内尿素溶液储量，这样将压缩空气和尿素的压力传输至主控DCS画面，运行人员能第一时间观测到两者的压力差，及时进行调整。

DCS联动控制单元，当喷枪前管路流量低于设定阈值且压力低于预设值时，触发液体泵23开启，通过稳压罐22补充尿素溶液，并控制压缩空气压力与尿素压力的压差在0.03-0.06MPa；当喷枪前管路流量超过额定流量且压力高于压差上限时，触发电动三通阀开启，将多余尿素溶液储存至稳压罐22的内部。保证压缩空气压力低于尿素压力0.03-0.06MPa，在此区间内调整尿素喷枪雾化处于最佳状态，使尿素溶液与烟气充分混合，有效降低氮氧化物含量，同时降低因尿素雾化不佳造成锅炉水冷壁慢性腐蚀的风险。操作过程中需进行单一调节，若同时调节压缩空气和尿素泵13频率，不仅会影响尿素溶液的雾化效果，还会对水冷壁的安全运行产生影响，导致脱硝系统运行不稳定造成环保数据超标。

为了保证尿素溶液供给的稳定性，通过设置稳压组件2提供稳定的供压，确保出液口14末端连接的尿素喷枪雾化处于最佳状态，实现烟气和尿素的充分混合。稳压罐动态调节模块包括稳压组件2，尿素泵13上还连接有稳压管21，稳压管21的末端连接有过滤罐25，过滤罐25的正面设置有连通管26，连通管26远离过滤罐25的一端安装有稳压罐22，用于连通稳压罐22和过滤罐25；稳压罐22的顶端一侧安装有液体泵23，液体泵23的底端通过出液管连接到喷枪前管路的内部。

尿素母管12上安装有电动三通阀和单向阀，电动三通阀用于将尿素泵13输出的多余尿素溶液导入过滤罐25的内部储存，单向阀用于防止过滤罐25内液体倒流至尿素罐11，液体泵23用于在尿素母管12流量不足时将稳压罐22内液体补充至喷枪前管路内部。

在尿素溶液供给过程中，储存于尿素罐11的溶液通过尿素母管12输送至尿素泵13，经尿素泵13从出液口14喷洒出去。当尿素泵13从尿素母管12吸取的流量不足时，流量降低导致压力下降，此时通过稳压罐22进行流量补给，使流量和压力均恢复稳定趋势。当尿素泵13从尿素母管12吸取的流量低于额定值的80%且母管压力降至0.3MPa以下时，安装于母管上的电磁流量计实时捕捉流量骤降信号，DCS系统立即触发稳压组件2启动液体泵23，打开稳压罐22出液阀，罐内储备的尿素溶液经连通管26进入过滤罐25，通过50μm第一过滤网31和20μm第二过滤网32的双重过滤后，由液体泵23加压至母管当前压力，经稳压管21补入喷枪前管路。补液过程中，液位传感器实时监测稳压罐22液位，低于20%时自动停泵防止空转气蚀；过滤罐25进口端反向单向阀阻止母管高压液体倒灌，绞龙杆33同步推送拦截的杂质至过滤斗34暂存，避免堵塞补液路径。稳压罐22容积按系统最大分钟流量15%设计，单次补液可维持30秒以上应急流量，为泵组切换或管路疏通争取时间，直至母管流量恢复至额定值95%且压力稳定在0.35-0.6MPa区间，完成动态补偿循环。

这一设计将压力下降速率从0.1MPa/s控制至0.01MPa/s以内，压差波动幅度缩小80%，确保喷枪雾化压差始终处于0.03-0.06MPa最佳区间，雾化颗粒平均粒径减小40%，氮氧化物去除率提升5%-8%，水冷壁因雾化不良导致的腐蚀频率从每年4次降至≤1次，泄漏风险降低75%。同时，精准补液避免了传统系统的过量喷射补偿，尿素单耗显著下降。当尿素泵13突发故障导致压力供给不足时，稳压罐22可独立维持3-5分钟应急流量，将NOx浓度超标时长缩短至1分钟以内，结合自动排渣功能，维护工作量减少40%，关键部件寿命延长20%-30%，显著提升系统稳定性、经济性与安全性，尤其适用于高负荷波动工况下的高效脱硝需求。

另外，经过过滤后的尿素溶液从过滤罐25流通到稳压罐22的内部后，通过调节上压片36和下压片38的位置，实现不同状态下的工作环境。过滤罐25的内部安装有供压组件3，包括第一过滤网31和第二过滤网32，依次嵌入过滤罐25的内部，用于对尿素溶液进行分级过滤；过滤罐25内还安装有绞龙杆33，底端连接过滤斗34并转动连接于过滤罐25内部，过滤斗34的底端开设有滤槽。

稳压罐22的内部嵌入有传动杆35，底端连接密封塞37；稳压罐22内还嵌入有上压片36和下压片38，分别设置于密封塞37的顶面和底面，并通过连接杆39与密封塞37联动，传动杆35贯穿连接杆39的内部。密封塞37边缘通过柔性胶片与稳压罐22内壁连接，尿素溶液通过连通管26输送到稳压罐22的底端时，推动柔性胶片向上翻折，溶液从稳压罐22的顶端排出到液体泵23的内部。当喷枪前管路流量低于设定阈值且压力低于预设值时，上压片36贴合在密封塞37的顶面，下压片38与密封塞37分离，使稳压罐22内溶液快速排出；当喷枪前管路流量超过额定流量且压力高于压差上限时，下压片38贴合密封塞37的底端，上压片36与密封塞37分离，引导多余溶液进入稳压罐22储存。

过滤罐25内部集成双层过滤结构与杂质推送组件：第一过滤网31和第二过滤网32按50μm、20μm孔径依次嵌入过滤罐25中部，形成分级过滤层，对从稳压罐22流出的尿素溶液进行杂质拦截；绞龙杆33垂直贯穿两层过滤网，底端与过滤斗34转动连接，过滤斗34底端开设条形滤槽，槽宽与第二过滤网32网孔匹配，确保仅合格溶液通过。溶液流经过滤罐25时，大颗粒杂质如尿素结晶、焊渣被第一过滤网31拦截，微小颗粒被第二过滤网32捕获，绞龙杆33在电机驱动下缓慢旋转，将拦截的杂质持续推送至过滤斗34暂存，避免堵塞滤网。

稳压罐22内部通过传动杆35、上压片36、下压片38及密封塞37构建动态压力调节机构：传动杆35贯穿稳压罐22顶部，底端与密封塞37固定连接，密封塞37边缘通过柔性胶片与罐体内壁连接，形成可上下浮动的密封腔；上压片36和下压片38通过连接杆39与密封塞37联动。当尿素溶液经连通管26进入稳压罐22底端时，液体推动柔性胶片向上翻折，溶液从密封塞37边缘间隙进入罐体内腔，经顶端出口流入液体泵23；系统检测到尿素母管12流量不足且压力过低时，上压片36在DCS系统控制下向下移动，贴合密封塞37顶面，打开下压片38与密封塞37的间隙，使稳压罐22内溶液快速排出；流量过大、压力过高时，下压片38向上移动贴合密封塞37底面，上压片36分离，引导多余溶液进入稳压罐22储存。

本发明在稳压罐22内部构建的动态压力调节机构，通过传动杆35、上压片36、下压片38及密封塞37的联动设计，实现了对尿素溶液压力的自适应精准控制与柔性缓冲。柔性胶片连接的密封塞37形成可浮动密封腔，使尿素溶液经连通管26进入稳压罐底端时，能通过液体压力自动推动胶片翻折，无阻碍地流入罐体内腔，避免了传统机械阀门因结晶或杂质导致的卡涩问题，保障了溶液流通的顺畅性。

DCS系统通过控制上压片36与下压片38的位置切换，实现了不同工况下的快速响应：流量不足时，上压片贴合密封塞顶面，强制打开下压通道，使储备液以0.2m/s的流速快速补入母管，避免压力骤降对雾化效果的影响；流量过大时，下压片贴合密封塞底面，精准控制上压通道开度，将多余溶液储存速率稳定在1.2m³/h，防止高压对水冷壁的冲击。

该机构通过密封腔容积的动态变化，实现了对系统压力的柔性缓冲，消除了传统刚性阀门调节时的压力冲击，延长了液体泵23和喷枪的使用寿命。同时，柔性胶片与联动压片的设计无需额外动力源，仅通过液体压力与DCS信号即可完成状态切换，降低了系统能耗与维护成本，显著提升了脱硝系统在负荷波动工况下的稳定性与可靠性。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动化控制的锅炉脱硝系统，包括尿素供应模块、监测传感器模块、DCS联动控制单元，其特征在于，所述尿素供应模块中增设稳压罐动态调节模块，所述稳压罐动态调节模块包括尿素罐，所述尿素罐出液端通过尿素母管与尿素泵相连接，所述尿素泵的输出端连接有出液口；

所述稳压罐动态调节模块包括稳压组件，所述尿素泵上还连接有稳压管，所述稳压管的末端连接有过滤罐，所述过滤罐的正面设置有连通管，所述连通管的远离过滤罐的一端安装有稳压罐，所述连通管用于稳压罐和过滤罐相连通，所述稳压罐的顶端一侧安装有液体泵，所述液体泵的底端通过出液管连接到尿素泵的内部；

所述尿素母管上安装有电动三通阀和单向阀，所述电动三通阀用于将尿素泵输出的多余尿素溶液导入过滤罐的内部储存，所述单向阀用于防止过滤罐内液体倒流至尿素罐，所述液体泵用于在尿素母管流量不足时将稳压罐内液体补充至尿素泵内部。

2.如权利要求1所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述监测传感器模块，用于实时监测尿素溶液在尿素母管内部的流量，所述稳压罐的内部安装有液位传感器，用于监测稳压罐内尿素溶液储量。

3.如权利要求1所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述DCS联动控制单元，当尿素泵低于设定阈值且压力低于预设值时，触发所述液体泵开启，通过稳压罐补充尿素溶液；

当尿素泵超过额定流量且压力高于压差上限时，触发所述电动三通阀开启，将多余尿素溶液储存至稳压罐的内部。

4.如权利要求1所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述过滤罐的内部安装有供压组件，所述供压组件包括第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和第二过滤网依次嵌入至过滤罐的内部，所述第一过滤网和第二过滤网用于对尿素溶液进行过滤。

5.如权利要求4所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述过滤罐的内部还安装有绞龙杆，所述绞龙杆的底端连接有过滤斗，所述绞龙杆和过滤斗转动连接在过滤罐的内部，所述过滤斗的底端开设有滤槽。

6.如权利要求1所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述稳压罐的内部嵌入有传动杆，所述传动杆的底端连接有密封塞，所述稳压罐的内部还嵌入有上压片和下压片，所述上压片设置在密封塞的顶面，所述下压片设置在密封塞的底面。

7.如权利要求6所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述上压片和下压片活动连接在稳压罐的内壁，所述上压片和下压片之间连接有连接杆，所述传动杆贯穿连接杆的内部。

8.如权利要求7所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述密封塞的边缘设置由柔性胶片连接，尿素溶液通过连通管输送到稳压罐的底端，尿素溶液推动柔性胶片向上翻折，尿液溶液从稳压罐的顶端排出到液体泵的内部。

9.如权利要求3所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述DCS联动控制单元，控制压缩空气压力与尿素压力的压差在0.03-0.06Mpa。

10.如权利要求8所述的自动化控制的锅炉脱硝系统，其特征在于，所述尿素泵低于设定阈值且压力低于预设值时，上压片贴合在密封塞的顶面，下压片和密封塞进行分离，所述尿素泵超过额定流量且压力高于压差上限时，下压片贴合密封塞的底端，上压片和密封塞分离。