CN217092908U - 一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，包括SCR脱硝反应器，SCR脱硝反应器的排放口内设有均匀分布的若干独立的喷氨格栅，每个喷氨格栅均通过喷氨支管和唯一的支管集箱连通，支管集箱通过连接管和氨分配母管连通；连接管上设有电磁阀和支管流量计，氨分配母管通过主分配管和氨液提供系统连通，主分配管上设有母管调节阀组；SCR脱硝反应器的排放口内还设有若干采集氮氧气体浓度的气体传感器，气体传感器的位置和喷氨格栅的位置对应，气体传感器和控制器电连接。本实用新型可以解决原脱硝系统存在的过量喷氨、氨逃逸大、脱硝系统人工调节工作量大等难题，脱硝还原剂消耗降低显著，具有很强的推广应用价值。节能效果显著。

Description

一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，属于电厂脱硝设备技术领域。

背景技术

SCR脱硝装置的高效稳定运行受到普遍性关注。按超低排放标准要求，NO_x排放浓度需严格控制在50mg/Nm³(6％O²)以下，较低的NO_x排放浓度常伴随着较高氨逃逸率，如果进一步降低NOx排放浓度，氨逃逸也将进一步增大。逃逸的氨(NH₃)与烟气中的三氧化硫(SO₃)反应生成硫酸氢铵(NH₄HSO₄)，该酸性物质易造成下游空预器、除尘器堵塞，造成不利影响。其机理是随着超低排放标准的执行，SCR脱硝效率往往超过90％，氨氮摩尔比平均值超过0.9，当入口NOx浓度波动时(变化幅度常达到±30mg/Nm³)，常规SCR的催化剂上游截面处的氨氮摩尔比超过1.0的局部区域将大为增加，这些位置的氨逃逸率远超允许值，加之增加脱硝催化剂层数后SO₂/SO₃转化率提高，生成大量NH₄HSO₄，其在146～207℃温度范围内为液态，具有非常强的粘性，极易捕捉飞灰，粘附在空预器蓄热元件及电除尘阴极线表面。若不及时清理，粘附的飞灰还会结成硬块，导致空预器及除尘器阻力攀升、三大风机电耗上升、排烟温度上升、除尘效果等问题，堵灰严重时还可能造成风机失速或喘振、炉膛负压波动甚至被迫停机冲洗等影响。并且，局部喷氨过量，易导致催化剂微孔堵塞，影响催化剂使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，可以解决原脱硝系统存在的过量喷氨、氨逃逸大、脱硝系统人工调节工作量大等难题，脱硝还原剂消耗降低显著，具有很强的推广应用价值。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，包括SCR脱硝反应器，SCR脱硝反应器的排放口内设有均匀分布的若干独立的喷氨格栅，每个喷氨格栅均通过喷氨支管和唯一的支管集箱连通，支管集箱通过连接管和氨分配母管连通；连接管上设有电磁阀和支管流量计，氨分配母管通过主分配管和氨液提供系统连通，主分配管上设有母管调节阀组；SCR脱硝反应器的排放口内还设有若干采集氮氧气体浓度的气体传感器，气体传感器的位置和喷氨格栅的位置对应，气体传感器和控制器电连接。

前述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统中，所述电磁阀和控制器电连接。

前述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统中，所述母管调节阀组包括依次串联的第一阀体、母管流量计、第二阀体、第三阀体、液动闸阀、气动闸阀和第四阀体，第一阀体、母管流量计和第二阀体作为一个整体和第五阀体并联设置，第三阀体、液动闸阀、气动闸阀和第四阀体作为一个整体和第六阀体并联设置。

前述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统中，所述气体传感器采用半导体陶瓷气体传感器，所述气体传感器位于采样管内，采样管和负压提供装置连通。负压提供装置提供负压，将烟气吸入采样管内，气体传感器采集采样管内的烟气数据。

与现有技术相比，本实用新型可以解决原脱硝系统存在的过量喷氨、氨逃逸大、脱硝系统人工调节工作量大等难题，脱硝还原剂消耗降低显著，具有很强的推广应用价值。节能效果显著。且项目实施后降低运行人员脱硝喷氨调整工作量，全面提升喷氨控制的品质，使SCR性能适应NOx超低排放要求、适应机组深度调峰需求，达到节约喷氨量、降低NOx排放浓度、降低空预器堵塞几率、减轻尾部设备积灰或结垢等综合效果。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；

图2是脱硝氨分配控制逻辑图。

附图标记：1-主分配管，2-第一阀体，3-母管流量计，4-第二阀体，5-第三阀体，6-液动闸阀，7-气动闸阀，8-第四发阿提，9-第五阀体，10-第六阀体，11-氨分配母管，12-电磁阀，13-连接管，14-支管流量计，15-支管集箱，16-喷氨支管，17-喷氨格栅，18-SCR脱硝反应器。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，包括SCR脱硝反应器18，SCR脱硝反应器18的排放口内设有均匀分布的若干独立的喷氨格栅17，每个喷氨格栅17均通过喷氨支管16和唯一的支管集箱15连通，支管集箱15通过连接管13和氨分配母管11连通；连接管13上设有电磁阀12和支管流量计14，氨分配母管11通过主分配管1和氨液提供系统连通，主分配管1上设有母管调节阀组；SCR脱硝反应器18的排放口内还设有若干采集氮氧气体浓度的气体传感器，气体传感器的位置和喷氨格栅17的位置对应，气体传感器和控制器电连接。所述电磁阀12和控制器电连接。所述气体传感器采用半导体陶瓷气体传感器，所述气体传感器位于采样管内，采样管和负压提供装置连通。

实施例2：一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，包括SCR脱硝反应器18，SCR脱硝反应器18的排放口内设有均匀分布的若干独立的喷氨格栅17，每个喷氨格栅17均通过喷氨支管16和唯一的支管集箱15连通，支管集箱15通过连接管13和氨分配母管11连通；连接管13上设有电磁阀12和支管流量计14，氨分配母管11通过主分配管1和氨液提供系统连通，主分配管1上设有母管调节阀组；SCR脱硝反应器18的排放口内还设有若干采集氮氧气体浓度的气体传感器，气体传感器的位置和喷氨格栅17的位置对应，气体传感器和控制器电连接。所述电磁阀12和控制器电连接。所述气体传感器采用半导体陶瓷气体传感器，所述气体传感器位于采样管内，采样管和负压提供装置连通。

所述母管调节阀组包括依次串联的第一阀体2、母管流量计3、第二阀体4、第三阀体5、液动闸阀6、气动闸阀7和第四阀体8，第一阀体2、母管流量计3和第二阀体4作为一个整体和第五阀体9并联设置，第三阀体5、液动闸阀6、气动闸阀7和第四阀体8作为一个整体和第六阀体10并联设置。

本实用新型的一种实施例的工作原理：在机组运行状态下，对SCR脱硝反应器18的出口通过气体传感器采集一氧化氮和二氧化氮的浓度，气体传感器将采集到的信号发送给控制器，控制器根据一氧化氮和二氧化氮的浓度和流量以及脱硝氨液的浓度计算脱硝氨液的流速，然后控制电磁阀12调节开度。由于运行状态的问题，SCR脱硝反应器18的出口的氧化氮浓度不稳定，采用本系统根据不同浓度匹配不同流量的溶液，能够避免过量喷氨、氨逃逸大、脱硝系统人工调节工作量大等问题的出现。氨液首先通过主分配管1进入氨分配母管11，然后通过连接管13、支管集箱15和喷氨格栅17将氨液喷向SCR脱硝反应器，作用于烟气。

气体传感器采用半导体陶瓷气体传感器测量原理，现场直接测量，测量准确性高，无零点漂移；采用先进的压缩空气引流装置作为采样动力，结构简单，测量准确，能够实现多测点实时测量，响应速度快，响应时间＜3s，根据机组实际工况，单侧SCR脱硝反应器入口烟道设置2个测点，单侧SCR反应器出口烟道设置5个测点，每个测点安装有独立的原位式测量仪表，单台机组总的测量表计数量14台(测量组分：NO_X/O₂)。各测点相互独立，同步测量实时输出数据，区别于现有单点抽取检测方式，仪表响应时间小于3s，数据采集传感器直接安装于烟道上，为调整提供实时、精准的数据。

本系统采用DCS控制系统植入新的自动控制逻辑，自动控制方案采用基于脱硝反应原理(氨氮摩尔比)的控制理念。具体控制方法为串级调节，控制的主调节有别于传统的输出(修正供氨量)，主调节输出数据和控制器采集的相关数据运算后得出副调节的给定值(即供氨量)，副调节给定值为供氨流量调节信号，可消除现场调节阀门流量特性对调节性能的影响，实现动态氨氮摩尔比控制。在线原位式实时监测NOx/O₂分析仪比传统抽取式CEMS数据采集时间超前90s；动态氨氮摩尔比调整效果明显，因原位式仪表数据采集超前90s，在第2个查询线位置原位式仪表检测的入口NOx增大了120mg/Nm³，供氨量及时的根据氨氮摩尔比增加，但此时抽取式CEMS还未检测到入口NOx的变化，若采用抽取式CEMS测点作为程序控制引用点，其效果会明显变差，自动无法投入。

首先在机组运行状态下，对当前脱硝系统进出口浓度分布及CV值进行测量摸底，通过对测量数据的分析，评估当前喷氨格栅情况，制定喷氨格栅调整方案，确定调整目标。同时全面收集当前脱硝系统运行数据，并对运行数据进行分析，确定自动调节系统组态方案。喷氨自动调整前期，依托便携式多测点氮氧化物同步检测仪对机组喷氨格栅进行全方位调整，使分区喷氨量与分区的NOx总量实现良好匹配。通过采用便携式多测点氮氧化物同步检测仪，既能保证SCR出口氮氧化物检测数据的同源性，又能为调整喷氨格栅提供有力的依据。

脱硝系统入口流场、NOx浓度分布变化导致各个区域NOx污染物的总量会变化，现有的喷氨格栅均为手动阀，无法实现在线调整。本方案将单侧反应器喷氨格栅分为5个区，其中每个区母管设置调节门来实现入口流场、NOx浓度分布变化时喷氨量实时的控制。

该项目拟安装原位式测量仪表，采用半导体陶瓷气体传感器测量原理，现场直接测量，测量准确性高，无零点漂移；采用先进的压缩空气引流装置作为采样动力，结构简单，测量准确，能够实现多测点实时测量，响应速度快，响应时间＜3s，根据机组实际工况，单侧SCR反应器入口烟道设置2个测点，单侧SCR反应器出口烟道设置5个测点，每个测点安装有独立的原位式测量仪表，单台机组总的测量表计数量14台(测量组分：NO_X/O₂)。各测点相互独立，同步测量实时输出数据，区别于现有单点抽取检测方式，仪表响应时间小于3s，数据采集传感器直接安装于烟道上，为调整提供实时、精准的数据。调整后的NOx浓度分布情况见表1。

表1：调整后的NOx浓度分布情况表

表2：调整后的喷氨支管开度表。

脱硝系统供氨自动设计为串级控制回路调节，自动调节的主调为出口NOX浓度，副调为氨气流量。主调PID，SP为设定脱硝效率，PV为实际效率，主调PID输出加SP设定脱硝效率，求和之后乘以理论喷氨量得到设定喷氨量，设定喷氨量与实际喷氨量分别作为副调PID的SP、PV值，调节调节门。其中理论喷氨量计算公式为QA＝烟气量×入口NOX浓度×0.3695(氨氮摩尔比)×0.5，即得到单侧实际理论需氨量。操作面板设定值为脱硝出口NOX浓度，调节系统中实际出口NOX浓度采用出口五个取样测点的平均值，实际入口NOX浓度采用入口两个取样测点的平均值。

SP＝(入口NOX浓度-设定出口NOX浓度)/入口NOX浓度

PV＝(入口NOX浓度-实际出口NOX浓度)/入口NOX浓度

再次检查逻辑及相关参数无误后，做好防止阀门振荡的安全措施后，开始了A、B两侧分区调门和总量控制调门自动的投入，并监视其控制效果。根据实际控制效果，对控制系统进行再优化，直到实际控制效达到要求为止。在稳态工况下，参数基本整定完成并达到预期的控制效果后，开展了阶跃扰动试验、变负荷试验，进一步验证控制系统的实际调节效果，必要时，进行了参数再调整，最后使得控制回路满足运行人员的要求，获得了较好的控制效果。

方案实施后，脱硝系统氨耗量由10.50Kg/万Kw.h下降至9.04Kg/万Kw.h，下降13.92％，按照使用尿素做为还原剂、单台机组年发电量20亿千瓦时计算，通过减少喷氨量，每年可节约尿素耗量435吨，节约费用约110万元，节能效果显著。且项目实施后降低运行人员脱硝喷氨调整工作量，全面提升喷氨控制的品质，使SCR性能适应NOx超低排放要求、适应机组深度调峰需求，达到节约喷氨量、降低NOx排放浓度、降低空预器堵塞几率、减轻尾部设备积灰或结垢等综合效果。

Claims (4)

1.一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，其特征在于，包括SCR脱硝反应器(18)，SCR脱硝反应器(18)的排放口内设有均匀分布的若干独立的喷氨格栅(17)，每个喷氨格栅(17)均通过喷氨支管(16)和唯一的支管集箱(15)连通，支管集箱(15)通过连接管(13)和氨分配母管(11)连通；连接管(13)上设有电磁阀(12)和支管流量计(14)，氨分配母管(11)通过主分配管(1)和氨液提供系统连通，主分配管(1)上设有母管调节阀组；SCR脱硝反应器(18)的排放口内还设有若干采集氮氧气体浓度的气体传感器，气体传感器的位置和喷氨格栅(17)的位置对应，气体传感器和控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电磁阀(12)和控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，其特征在于，所述母管调节阀组包括依次串联的第一阀体(2)、母管流量计(3)、第二阀体(4)、第三阀体(5)、液动闸阀(6)、气动闸阀(7)和第四阀体(8)，第一阀体(2)、母管流量计(3)和第二阀体(4)作为一个整体和第五阀体(9)并联设置，第三阀体(5)、液动闸阀(6)、气动闸阀(7)和第四阀体(8)作为一个整体和第六阀体(10)并联设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于多点实时在线监测原理的精准喷氨脱硝系统，其特征在于，所述气体传感器采用半导体陶瓷气体传感器，所述气体传感器位于采样管内，采样管和负压提供装置连通。

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