CN202207547U - 烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，包括控制器、用于调节还原剂流量的调节阀、用于检测还原剂流量的流量计、用于检测锅炉炉膛温度的热电偶、锅炉负荷监测装置、用于检测锅炉出口处NO_X浓度的NO_X浓度监测仪和用于检测锅炉出口处氨气浓度的氨逃逸监测仪；所述的调节阀、流量计、热电偶、NO_X浓度监测仪、氨逃逸监测仪和锅炉负荷监测装置均与控制器连接。该烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置结合前馈控制与反馈控制方式，响应速度更快，控制效果更好。

Description

烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置

技术领域

本实用新型属于烟气选择性非催化还原脱硝(即SNCR)技术领域，涉及一种烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置。

背景技术

烟气SNCR脱硝的电气控制系统中，传统的PLC或DCS控制系统根据NO_X的排放浓度而调节脱硝还原剂(氨)的用量，使氨(NH₃)与NOx(即氮氧化物)发生反应生成N₂和H₂O，从而达到减排氮氧化物(NOx)的目的。具体的应用过程为烟气脱硝装置通过尾部烟气NOx浓度检测仪得到的烟气中NO_X的浓度信号来调节还原剂用量(即采用反馈方式进行控制)，当尾部烟气NO_X浓度高于设定值的时候，加大调节阀的开度，加大还原剂喷射量，当NO_X浓度低于设定值的时候，可以适当减少还原剂的喷射量，此过程是一个简单的PID调节过程，但这样的控制方式会存在一个问题，那就是还原剂与NO_X在炉膛里发生反应需要一定的时间，反应后的烟气经过引风装置进入烟道需要时间，NO_X浓度检测仪装在尾部烟道中对NO_X进行检测，检测后的浓度值送到PLC或DCS用来控制阀门的开度又需要一些时间，调节值与响应值会存在一个很大的时间滞后性从而导致系统的响应时间长，超调量会比较大，振荡量比较大，控制不稳定等诸多问题，并且会产生更多的氨逃逸，造成二次污染。而且在此工作的过程中如果NO_X浓度检测仪发生故障或者处于维护保养阶段，整个系统将无法工作而停机。这些控制装置存在控制不稳定，自动化程度不高，响应时间长，成本高，对NO_X浓度检测仪依耐性强(而国内很多厂家的NO_X在线连续检测设备都存在运行不稳定，维护保养频繁等问题)，达不到控制系统稳、准、快的目标。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题是提供一种烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，该烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置结合前馈控制与反馈控制方式，响应速度更快，控制效果更好。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，包括控制器、用于调节还原剂流量的调节阀、用于检测还原剂流量的流量计、用于检测锅炉炉膛温度的热电偶、锅炉负荷监测装置、用于检测锅炉出口处NO_X浓度的NO_X浓度监测仪和用于检测锅炉出口处氨气浓度的氨逃逸浓度检测仪；

所述的调节阀、流量计、热电偶、NO_X浓度监测仪、氨逃逸浓度检测仪和锅炉负荷监测装

置均与控制器连接；

其中锅炉负荷监测装置、控制器及调节阀构成的还原剂喷射前馈控制系统；锅炉负荷监测装置输出的锅炉负荷信号和过氧量信号作为还原剂喷射前馈控制系统的输入信号；

NO_X浓度监测仪、热电偶，控制器及调节阀构成还原剂喷射反馈控制系统。

所述的调节阀为电控调节阀或气控调节阀。

所述的控制器为PLC控制器或DCS控制器。

烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置为多层设计，每层都需要配备有调节阀、流量计和热电偶。

所述的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置还包括上位机，所述的控制器与上位机通信连接。

整个还原剂喷射控制装置采用前馈-反馈控制形式，能提高整个装置的控制质量，避免单独的反馈控制达不到控制要求的现象。

对NOx检测仪器和氨逃逸浓度检测仪送回到PLC的NOx浓度信号作周期采样取平均值作为实际应用的NOx浓度检测值，不采用实时数据作为应用中的NOx浓度信号，主要是为了防止NOx变化太频繁造成控制系统频繁调节，产生振荡导致系统不稳定。

本实用新型的有益效果：

本实用新型装置中引入锅炉燃烧状态信号(锅炉负荷及过氧系数，温度等)，脱硝装置首先通过这些信号查表得到一个初始的还原剂设计流量(此设计流量是工艺调试过程中得到的一个实际值，流量达到这个值时NOx浓度基本上已经达到了目标控制值附近)，调节阀门的开度使还原剂流量达到初始设计流量值并稳定后，PLC再根据NOx浓度检测仪和氨逃逸浓度检测仪送过来的浓度信号及喷射层区域的温度信号微调还原剂的流量使NOx排放值更加准确稳定。此装置不仅仅能提高系统的稳定性，加快系统的响应时间，减少振荡，而且在NOx浓度检测仪器或氨逃逸浓度检测仪发生故障的情况下，系统同样可以根据先前的锅炉燃烧状态信号进行粗调而不至于导致系统停机。

本实用新型的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置包括若干台调节阀、一套NO_X浓度在线监测仪、一套氨逃逸浓度检测仪、几套测温热电偶、一套PLC或DCS自控系统、一台人机接口和操作控制台以及锅炉负荷监测装置。其中NOx浓度信号、氨逃逸量信号、锅炉负荷信号、炉膛内氧含量信号、喷氨量的流量信号直接接入PLC或DCS，调节阀采用模拟量调控的方式，其中人机接口、PLC或DCS、NOx浓度检测、氨逃逸量检测、调节阀控制、氨流量检测组成一个动态平衡的闭环控制系统。

本实用新型的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，能适用于各种SNCR烟气脱硝电控装置，此装置能同时根据锅炉的运行状态(负荷、燃烧状况和温度等)以及烟道中NO_X监测浓度和氨逃逸浓度自动调节各层或各喷枪的还原剂的用量，使NO_X的去除效果达到理想的状态，同时又能严格控制氨的逃逸。

本实用新型具有控制方便、准确、可靠、响应时间短以及超调量小和振荡小等优点。系统投入运行后不仅能稳定地控制NOx的排放量，同时又能严格控制氨逃逸，避免对后续设备如空气预热器等的损害，在NO_X检测设备和氨逃逸浓度检测仪故障或者不工作时，SNCR脱硝装置照常能正常工作，进一步提高了系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置的原理及结构示意图；

标号说明：1-调节阀，2-流量计，3-热电偶，4-喷枪，5-NO_X浓度监测仪，6-氨逃逸浓度检测仪，7-人机接口，8-PLC控制器，9-炉膛，10-烟道，11-锅炉DCS系统，12-静态混合器，13-还原剂溶液入口，14-稀释水入口，15-雾化空气入口，16-烟道与烟囱的接口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置包括若干台调节阀1(根据所配的喷枪的数量或者设计的喷射的层数来确定调节阀的具体数量)，一套NO_X浓度监测仪，一套氨逃逸监测仪，若干套测温的热电偶，一套PLC和DCS控制系统，一套人机接口，锅炉负荷监测装置接入PLC。其中NO_X浓度由氮氧化物浓度检测仪测得一标准的4-20mA电流信号送入PLC模拟量通道换算得到，氨逃逸量由氨浓度检测仪(即氨逃逸监测仪)测得一标准的4-20mA电流信号送入PLC模拟量通道换算得到，锅炉负荷信号及炉内氧含量信号由锅炉信号检测装置测量得到的标准信号(电流或电压信号)接入PLC模拟量输入通道换算得到，温度由热电偶或者专用测温仪测得的信号送入PLC模拟量通道换算后得到，调节阀采用标准电流4-20mA的模拟量调控的方式来控制阀门的开度以控制还原剂的用量。其中PLC、NO_X浓度检测、氨逃逸量检测、调节阀控制、氨流量检测组成一个动态平衡的闭环控制环路。

系统投入运行的工作过程如下：

1、系统准备就绪，SNCR控制系统(即烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置)根据锅炉负荷信号及过氧系数信号查表程序取得一个初始喷射流量(此流量是工艺调试过程中取得的值)，比如负荷为X，过氧系数为Y，经查表得到第一层喷射量为100L/h，第二层喷射量为100L/h，第三层喷射量为50L/h，这是SNCR控制系统启动运行时每层喷枪最初喷射流量。得到初始流量后系统调节调节阀使还原剂的喷射量达到初始流量值并稳定一段时间，流量通过如图1所示的流量计检测得到一标准的电流信号(4-20mA)送入PLC(达到某个设定值会使NOx经脱硝系统后的排放值到达目标值附近)，待流量稳定后PLC会输出一个中间状态变量告知系统已经处于设计的流量值附近，且已稳定一段时间，得到这一信号后系统会启动反馈控制机制，即根据NOx监测仪和氨逃逸浓度检测仪送过来的浓度信号以及炉膛各喷射层区域的温度信号修正还原剂的喷射量，使NO_X的排放值进一步精调，满足NOx排放控制目标且又不因为过多的还原剂喷射产生氨逃逸；

2、对NOx检测仪器和氨逃逸浓度检测仪送回到PLC的NOx浓度信号作周期采样取平均值作为实际应用的NOx浓度检测值，不采用实时数据作为应用中的NOx浓度信号，主要是为了防止NOx变化太频繁造成控制系统频繁调节，产生振荡导致系统不稳定。将处理后的NO_X浓度信号跟NOx设定值进行比较得到一个超出设定值的差值，把这一差值换算成需要增加还原剂喷射量值f(Δ)(也可以当作总的还原剂喷射量值)，为了防止氨逃逸的超标，氨逃逸检测值不能超过设定值，如超出则系统会发出报警提示工程人员检查系统。比如NOx设定值为180mg/m³，而NOx在线监测仪检测到的值为250mg/m³，经公式计算需要增加100L/h的喷射量才能达到NOx减排目标(降低70mg/m³)，当检测到的NOx浓度信号比设定值小时，f(Δ)为负数，表明需要减少还原剂的喷射量，减少还原剂的喷射量是为了防止氨逃逸的产生。

3、SNCR控制系统根据各层喷射区域所检测到的温度信号经过复合数学运算得到一修正函数f(x)，对应三层喷枪的修正函数分别为f1(X)，f2(X)，f3(X).比如应该增加还原剂喷射量为100L/h，经温度场测定后得到一修正函数f1(X)＝0.3f(Δ)，f2(X)＝0.5f(Δ)，f3(X)＝0.2f(Δ)，第一层对应修正量为100*0.3＝30L/h，第二层对应修正量100*0.5＝50L/h，第三层对应修正量为100*0.2＝20L/h，经过上面的运算，第一层所应该喷射的流量为初始流量加修正流量100+30＝130L/h，第二层为100+50＝150L/h，第三层为50+20＝70L/h，跟前面步骤一样，当f(x)为负数时，表明此层喷射量需要减少，修正函数的确定是在工艺调试过程中根据不同温度场的分布情况而产生的多组工程参数。

考虑到目前阶段国内厂家的NO_X检测设备和氨逃逸浓度检测仪技术不成熟，工作不稳定，且故障或维护保养频繁，如果NO_X检测仪没有正常运行那么PLC得到NO_X浓度检测仪故障信号，SNCR脱硝系统会根据锅炉的燃烧情况(负荷及过氧系数等)进行还原剂喷射量的调节，不再进行利用NOx检测信号与各喷射区域温度信号修正还原剂喷射量的过程，这种就能保证在NO_X检测仪故障的时候SNCR控制系统同样能够正常工作，大体满足NOX排放浓度在规定的范围附近，从而保证系统不因为NO_X检测仪和氨逃逸浓度检测仪的原因而停机，同样能达到降低NOx排放量，保护环境的目的。

Claims (5)

1.一种烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，其特征在于，包括控制器、用于调节还原剂流量的调节阀、用于检测还原剂流量的流量计、用于检测锅炉炉膛温度的热电偶、锅炉负荷监测装置、用于检测锅炉出口处NO_X浓度的NO_X浓度监测仪和用于检测锅炉出口处氨气浓度的氨逃逸浓度检测仪；

所述的调节阀、流量计、热电偶、NO_X浓度监测仪、氨逃逸浓度检测仪和锅炉负荷监测装置均与控制器连接；

其中锅炉负荷监测装置、控制器及调节阀构成的还原剂喷射前馈控制系统；锅炉负荷监测装置输出的锅炉负荷信号和过氧量信号作为还原剂喷射前馈控制系统的输入信号；

NO_X浓度监测仪、热电偶，控制器及调节阀构成还原剂喷射反馈控制系统。

2.根据权利要求1所述的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，其特征在于，所述的调节阀为电控调节阀或气控调节阀。

3.根据权利要求1所述的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器或DCS控制器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，其特征在于，烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置为多层设计，每层都需要配备有调节阀、流量计和热电偶。

5.根据权利要求4所述的烟气选择性非催化还原脱硝系统的还原剂喷射控制装置，其特征在于，还包括上位机，所述的控制器与上位机通信连接。

Images