CN204746295U - 一种尿素水解反应器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种实现简单，精确可靠，响应迅速的尿素水解反应器控制系统。其包括信号转换模块，加权输出模块和蒸汽开度调节模块；信号转换模块的输入端连接水解反应器的负荷指令信号，输出端输出第一加热蒸汽调门开度信号；蒸汽开端调节模块的输入端分别接入操作压力设定信号和水解反应器压力测量信号，输出端输出第二加热蒸汽调门开度信号；加权输出模块的输入端分别接入第一、二加热蒸汽调门开度信号，输出端输出加热蒸汽调门开度信号并连接加热蒸汽调门的控制端。从而精确控制水解反应器加热蒸汽耗量，控制易于实现，不改变现在已有的控制回路和控制结构，控制稳定可靠，能够用于改进火电厂烟气脱硝用尿素水解反应器控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及火电厂脱硝用尿素水解制氨设备，具体为尿素水解反应器控制系统。
背景技术
近年来，国内外发电企业对液氨使用过程中的潜在危险越来越重视，在某些特殊地区及距离城市、居民区较近的燃煤电厂中，尿素水解制氨已成为制备SCR脱硝还原剂的推荐工艺。
尿素水解制氨工艺在火电厂SCR脱硝还原剂制备工段中逐渐得到应用，其操作条件和工艺路线与传统的化工行业尿素深度水解技术存在显著差别(CN204057981U，尿素水解反应器；CN203513297U，尿素溶液水解制氨系统；CN202430017U，一种应用于烟气脱硝的尿素水解器；CN201458752U；制取烟气脱氮所需还原剂的尿素水解系统；CN201971645U，尿素水解制氨系统)。火电厂尿素水解工艺是为了更方便、经济地制备脱硝需要的氨气，其原理为利用尿素溶液在压力釜中发生水解反应生成氨气。
尿素水解反应器的热源可选用锅炉二次风，如中国专利CN203922753U公开的一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法和装置；也可选用电加热方式，如中国专利CN203095628U公开的一种用于烟气脱硝的电加热尿素水解制氨反应器，但最为经济可行的热源是锅炉产生的低压蒸汽。加热蒸汽通过盘管的方式进入水解器，加热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，需要增加1个冷凝水回收装置，水解器内的气液两相平衡体系的压力约为0.6～1.0MPa，温度约150℃。水解后的产物为NH3、CO2、H2O的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5％的氨气，送往SCR脱硝系统。
尿素水解装置一般采用定压运行。定压运行方式下，控制目标为反应器压力，当外界需求氨产量发生变化时，气相出口阀门开始动作，将引起反应器内压力发生变化，此时由反应器压力连锁控制的蒸汽阀门开度将发生改变，增加(或减少)的热量将改变反应器内温度，进而改变反应速度和氨产量，并引起反应器内压力变化，通过PID调节作用，蒸汽阀门开度将逐渐趋于稳定值。由于水解反应器尺寸庞大，容器内储存有大量高温尿素溶液，在热惯性的作用下，水解反应器工作温度变化缓慢，再加上加热蒸汽的热传导过程，从气相出口阀门动作到加热蒸汽阀门动作经历的时间将很长，水解反应器对变负荷指令的响应速度很慢，变负荷过程中蒸汽阀门动作频繁，热量浪费非常严重。另一方面，尿素水解装置的停机过程较为缓慢，当SCR区由于故障需要迅速切断氨气供应时，如何控制尿素水解装置紧急停机也是亟需解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种实现简单，精确可靠，响应迅速的尿素水解反应器控制系统。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种尿素水解反应器控制系统，包括信号转换模块，加权输出模块和蒸汽开度调节模块；所述的信号转换模块的输入端连接水解反应器的负荷指令信号，输出端输出第一加热蒸汽调门开度信号；所述的蒸汽开端调节模块的输入端分别接入操作压力设定信号和水解反应器压力测量信号，输出端输出第二加热蒸汽调门开度信号；所述的加权输出模块的输入端分别接入第一、二加热蒸汽调门开度信号，输出端输出加热蒸汽调门开度信号并连接加热蒸汽调门的控制端。
优选的，信号转换模块的输入端还连接SCR区发出的紧急关断信号；信号转换模块用于将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后转换输出；选择时，紧急关断信号的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。
优选的，水解反应器压力测量信号由水解反应器上设置的压力表的输出端输出。
优选的，其还包括依次设置在水解反应器气相出口的气相出口调门和气相出口流量计；气相出口调门的控制端连接气相调节模块的输出端；气相调节模块的输入端分别连接气相出口流量计的输出端和水解反应器负荷指令信号。
进一步，气相调节模块、信号转换模块，加权输出模块和蒸汽开度调节模块均分别采用对应功能的PLC控制器。
优选的，其还包括设置在加热蒸汽调门输入端的加热蒸汽流量计，用于反馈加热蒸汽调门的调节结果。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型根据尿素水解反应器产氨量，也就是负荷与所需加热蒸汽耗量呈线性约束的关系，通过信号转换模块由水解反应器负荷指令生成一路加热蒸汽用量信号，引入加热蒸汽调门开度的控制中作为前馈信号，配合与开度调节模块发出的一路加热蒸汽用量信号，精确控制水解反应器加热蒸汽耗量，控制易于实现，不改变现在已有的控制回路和控制结构，控制稳定可靠，能够用于改进火电厂烟气脱硝用尿素水解反应器控制。并且在变负荷工况下，通过采用热量前馈信号能够修正水解反应器加热蒸汽调门开度，能够显著降低系统响应时间，减小加热蒸汽调门开度信号的振幅，从而提高水解反应器系统对变负荷的响应能力，减小变负荷过程中的热量浪费，改善水解装置的经济性。
进一步的，将SCR区紧急关断信号作为前馈信号引入到水解反应器加热蒸汽控制环节中，通过信号转换模块实现选择转换，从而能够控制反应器迅速停机，防止水解反应器超压运行，保障设备安全。
进一步的，通过PLC控制器对各模块功能的简单实现，简化了控制系统的结构，提高了反应速度，保证了控制的可靠性和易操作性。
附图说明
图1为本实用新型所述控制系统的结构连接示意图。
图2为控制系统响应水解反应器负荷增加10％指令的仿真图。
图3为控制系统响应水解反应器负荷减小10％指令的仿真图。
图中：1为加热蒸汽流量计，2为加热蒸汽调门，3为操作压力设定信号，4为压力表，5为水解反应器，6为气相出口调门，7为气相出口流量计，8为水解反应器的负荷指令信号，91为气相调节模块、92为信号转换模块，93为加权输出模块，94为蒸汽开度调节模块，10为SCR区发出的紧急关断信号。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型一种尿素水解反应器控制系统，如图1所示，其包括信号转换模块(92)，加权输出模块(93)和蒸汽开度调节模块(94)；信号转换模块(92)的输入端连接水解反应器的负荷指令信号(8)，输出端输出第一加热蒸汽调门开度信号；蒸汽开端调节模块(94)的输入端分别接入操作压力设定信号(3)和水解反应器压力测量信号，输出端输出第二加热蒸汽调门开度信号；加权输出模块(93)的输入端分别接入第一、二加热蒸汽调门开度信号，输出端输出加热蒸汽调门开度信号并连接加热蒸汽调门(2)的控制端。
本优选实例中，信号转换模块(92)的输入端还连接SCR区发出的紧急关断信号(10)；信号转换模块(92)用于将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后转换输出；选择时，紧急关断信号(10)的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。水解反应器压力测量信号由水解反应器(5)上设置的压力表(4)的输出端输出。
本优选实施例中，如图1所示，其还包括依次设置在水解反应器气相出口的气相出口调门(6)和气相出口流量计(7)；气相出口调门(6)的控制端连接气相调节模块(91)的输出端；气相调节模块(91)的输入端分别连接气相出口流量计(7)的输出端和水解反应器负荷指令信号(8)。以及设置在加热蒸汽调门(2)输入端的加热蒸汽流量计(1)，用于反馈加热蒸汽调门(2)的调节结果。气相调节模块(91)、信号转换模块(92)，加权输出模块(93)和蒸汽开度调节模块(94)均分别采用对应功能的PLC控制器。
本实用新型使用时，在现有的水解反应器负荷压力控制系统上，增加一路热量前馈信号控制线路，如图1中虚线所示。该信号由水解反应器负荷信号通过信号转换模块92转换，并通过加权输出模块93的依次处理后送入反应器加热蒸汽控制环节作为前馈信号，能够充分的与现有的通过蒸汽开度调节模块94输出的加热蒸汽调门开度信号进行配合，控制加热蒸汽调门开度。水解反应器负荷即产氨量与热耗量即加热蒸汽用量呈线性关系。对本采用本实用新型所述的控制系统进行仿真，如图2和3所示，本实用新型控制系统能够显著降低变负荷工况下系统响应时间，减小加热蒸汽调门开度信号的振幅，从而提高水解反应器系统对变负荷的响应能力，减小变负荷过程中的热量浪费，改善水解装置的经济性。另一方面，将SCR区紧急关断信号10也作为前馈信号通过信号转换模块92引入水解反应器加热蒸汽控制环节，当SCR区由于氨泄漏需要紧急关断氨气供应时，该前馈信号控制加热蒸汽调门迅速关闭，防止水解反应器在紧急停机过程中出现超压运行，保障设备安全。而其现有的通过气相出口调门6控制的气相产出流量则不会受到本实用新型控制系统的影响，能够更好的在保证安全的前提下正常稳定的运转。
Claims (6)
1.一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，包括信号转换模块(92)，加权输出模块(93)和蒸汽开度调节模块(94)；
所述的信号转换模块(92)的输入端连接水解反应器的负荷指令信号(8)，输出端输出第一加热蒸汽调门开度信号；
所述的蒸汽开端调节模块(94)的输入端分别接入操作压力设定信号(3)和水解反应器压力测量信号，输出端输出第二加热蒸汽调门开度信号；
所述的加权输出模块(93)的输入端分别接入第一、二加热蒸汽调门开度信号，输出端输出加热蒸汽调门开度信号并连接加热蒸汽调门(2)的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，所述的信号转换模块(92)的输入端还连接SCR区发出的紧急关断信号(10)；信号转换模块(92)用于将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后转换输出；选择时，紧急关断信号(10)的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。
3.根据权利要求1所述的一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，所述的水解反应器压力测量信号由水解反应器(5)上设置的压力表(4)的输出端输出。
4.根据权利要求1所述的一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，还包括依次设置在水解反应器气相出口的气相出口调门(6)和气相出口流量计(7)；气相出口调门(6)的控制端连接气相调节模块(91)的输出端；气相调节模块(91)的输入端分别连接气相出口流量计(7)的输出端和水解反应器负荷指令信号(8)。
5.根据权利要求4所述的一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，所述的气相调节模块(91)、信号转换模块(92)，加权输出模块(93)和蒸汽开度调节模块(94)均分别采用对应功能的PLC控制器。
6.根据权利要求1所述的一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，还包括设置在加热蒸汽调门(2)输入端的加热蒸汽流量计(1)，用于反馈加热蒸汽调门(2)的调节结果。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114177861A (zh) * | 2020-09-12 | 2022-03-15 | 陕西青朗万城环保科技有限公司 | 一种尿素溶液微波紫外光解制氨气方法及其控制系统 |
| CN114560477A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-05-31 | 西安热工研究院有限公司 | 一种烟气脱硝用尿素催化水解控制系统和方法 |
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- 2015-07-17 CN CN201520524808.XU patent/CN204746295U/zh not_active Expired - Fee Related
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