ES2517601T3 - Sistema de control adaptativo para control de distribución de reactivos en reactores SCR - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) que comprende las etapas de: a) suministro (202) al sistema con multitud de boquillas de inyección de reactivos (104), estando cada boquilla configurada y adaptada para distribuir un reactivo para un catalizador SCR (106) corriente abajo de las boquillas de inyección y para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento, y con multitud de sensores (108, 109), cada uno situado en un punto distinto de la rejilla, en el que los sensores están configurados y adaptados para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en el catalizador SCR; b) determinación (204) de un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador (106) independientemente de las demás boquillas de inyección; y c) optimización (206) del flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de una superficie del catalizador, caracterizado porque el flujo de reactivo está optimizado en base a las siguientes ecuaciones: en las que: N >= Número de boquillas de inyección, M >= Número de puntos de medición de la rejilla, Xj >= Caudal del amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima, Ai >= Concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi >= Concentración de amoniaco en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Kij >= Coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla de la j-ésima válvula de inyección, AMMavg >= Concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor, Di >= Valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco-NOX en el i-ésimo punto de la rejilla, y >= Eficiencia de la reducción de NOX.

Description

E08844742
16-10-2014
DESCRIPCIÓN
Sistema de control adaptativo para control de distribución de reactivos en reactores SCR
5 Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a la reducción de las emisiones de NOX y, más particularmente, a los sistemas de 10 reducción catalítica selectiva (SCR) para la reducción de las emisiones de NOX.
2. Descripción de la técnica relacionada
Se conocen diversos dispositivos y procedimientos en la técnica para la reducción de las emisiones de NOX en
15 entornos industriales. De este tipo de dispositivos, muchos de ellos están dirigidos a la reducción de las emisiones de NOX a través de procesos SCR.
La combustión de combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo y el gas industrial o natural produce sustancias peligrosas para el medio ambiente, incluyendo el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2). El óxido nítrico 20 y dióxido de nitrógeno se denominan colectivamente óxido de nitrógeno, o NOX. En el proceso normal de combustión de combustibles fósiles, la mayor parte de NOX es NO. La producción de NOX puede ocurrir cuando se quema combustible fósil en diversos aparatos, incluyendo calentadores de refinería, sistemas de turbinas de gas y calderas, tales como las de las plantas de vapor. El combustible puede incluir el carbón, el petróleo, el gas, los productos de desecho, tales como los residuos sólidos urbanos, y diversos materiales carbonosos. Las agencias
25 federales, estatales y regionales han establecido normativas para limitar las emisiones de NOX de las centrales eléctricas y otras fuentes.
Para cumplir con las normativas gubernamentales, las emisiones de NOX se regulan mediante controles de combustión o utilizando procedimientos de post-combustión. Las técnicas de control de la combustión incluyen la 30 sintonización de la caldera, la utilización de quemadores de bajo NOX y/o de corrientes de aire superiores, etapas de combustible y otras técnicas encaminadas a suprimir la formación de NOX. Estas técnicas son capaces de conseguir entre un 25 y un 60 por ciento de eficiencia de reducción de NOX. Sin embargo, en muchos casos, las normativas o permisos gubernamentales requieren una mayor eficiencia de eliminación de NOX. Para llevar a cabo este tipo de límites de emisiones de NOX se han comercializado procedimientos de tratamiento de gases de
35 combustión procedentes de la postcombustión. Estos procedimientos incluyen procesos de reducción selectiva no catalítica (SNCR) y de reducción catalítica selectiva (SCR), combinaciones de dos procesos y otros procedimientos. Solo son posibles mayores eficiencias de eliminación de NOX (del 80 a más del 90 por ciento) cuando se utiliza la tecnología SCR.
40 La tecnología del reactor SCR se utiliza para tratar gases de escape de procesos industriales, tales como la producción de energía, antes de que el gas se libere a la atmósfera. El proceso de reactor de SCR se basa en el uso de un catalizador para tratar el gas de escape mientras el gas pasa a través del reactor SCR. Son necesarios tanto un agente reductor de NOX como un reactor de catalizador para el proceso de SCR continúe. Debido a que el catalizador es una parte integrante de la reacción química, se realiza un gran esfuerzo para proporcionar la máxima
45 exposición del catalizador al gas de escape y para garantizar que todo el NOX queda suficientemente expuesto al catalizador y al agente reductor para el tratamiento. En esta tecnología, el catalizador SCR se coloca en una ventana de temperatura óptima, típicamente entre 287 y 398 °C. Debido a que el agente reductor de NOX es caro y se consume en grandes cantidades, deben afrontarse nuevos problemas complejos en relación con la utilización de reactivos y su distribución. Si el agente reductor (por ejemplo, amoniaco) no se consume por completo en el
50 proceso de SCR, puede liberarse a la atmósfera, lo que se conoce como "deslizamiento". El deslizamiento aumenta el coste del consumo de reactivos, dando como resultado una utilización no óptima del agente reductor y pudiendo provocar también el ensuciamiento de los equipos situados corriente abajo. Además, las normativas gubernamentales limitan las cantidades de liberación admisible de reactivo en la atmósfera. Como resultado, un control adecuado del proceso de SCR requiere un control estricto tanto del NOX como de los agentes reductores
55 liberados en la atmósfera.
Hay un número conocido de agentes reductores de NOX. Un agente reductor de NOX que se usa habitualmente es el amoniaco. El proceso principal para la eliminación de NOX del flujo de gas de combustión es la inyección de un agente reductor, como amoniaco, urea o cualquier otro agente reductor conocido, en el flujo de gas
60 de combustión. Por ejemplo, la reducción catalítica selectiva de NOX que implica la inyección de amoniaco (NH3) en un flujo de gas de combustión en presencia de un catalizador se produce como las siguientes reacciones químicas:
4NO+4NH3+O2 →(con catalizador) 4N2+6H2O; (reacción principal) y 65 2NO2+4NH3+O2→ (con catalizador) 3N2+6H2O.
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La reacción principal sigue a través de una capa de catalizador dentro de un rango de temperatura de 315 a 398°
C. . Los principales componentes del catalizador incluyen dióxido de titanio (TiO2) y pentóxido de vanadio (V2O5). Además, se añaden óxido de tungsteno (WO3) y trióxido de molibdeno (MoO3) para aumentar la resistencia térmica
5 y para limitar los efectos de deterioro de los venenos del catalizador. La selección y el dimensionamiento adecuados del volumen de catalizador son críticos para lograr el rendimiento del sistema requerido. El volumen de catalizador se determina basándose en la actividad química del catalizador, teniendo en cuenta la velocidad de desactivación del catalizador, la desviación de la temperatura y el flujo de gas de combustión, y la relación molar de NH3/NOX a través de la sección transversal del lecho de catalizador.
Una rejilla de inyección de amoniaco (AIG) se utiliza habitualmente para inyectar amoniaco vaporizado en el reactor de SCR. Debido al deseo de la técnica convencional de inyectar una mezcla homogénea de gases de combustión y amoniaco en el reactor de SCR, la rejilla de inyección de amoniaco se encuentra normalmente situada justo después del reactor de catalizador de SCR. Además de localizar la rejilla de inyección de amoniaco
15 inmediatamente antes del reactor del catalizador de SCR, la rejilla de inyección de amoniaco está equipada con inyectores de chorro para asegurar además que el vapor de amoniaco está distribuido de forma adecuada y uniforme a través de un área de sección transversal, o de una cara, de la cámara del reactor catalítico del sistema de SCR.
La patente de EE. UU. n.º 5.104.629 de Dreschler, la patente de EE. UU. n.º 5.603.909 de Varner y otros, la patente de EE. UU. n.º 4.160.805 de Inaba y otros, y la patente de EE. UU. n.º 5.988.115 de Anderson y otros, describen diversas técnicas para distribuir el reactivo sobre un catalizador. Sin embargo, aunque la técnica anterior proporciona disposiciones del sistema de SCR que son eficaces para una gran reducción de las concentraciones de NOX en los gases de combustión, sigue habiendo problemas con la implementación del control de las emisiones
25 de NOX sin emisión de amoniaco no reaccionado. El principal problema con el control simultáneo de las emisiones de NOX y NH3 se deriva de la incapacidad para ajustar el perfil de concentración de amoniaco al perfil de concentración de NOx en la cara del catalizador de SCR. Las disparidades entre el perfil de la concentración de amoniaco o el perfil de concentración de NOX producen una reducción de la eficiencia de NOX (en el caso de suministro de amoniaco insuficiente) o emisiones de amoniaco sin reaccionar (en el caso de exceso de oferta de amoníaco). Este problema se agrava por el hecho de que el perfil de concentración de NOX es altamente no uniforme a través de la cara del catalizador y cambia con distintos parámetros de funcionamiento. Además, incluso con la inyección de vapor de amoniaco homogénea, el problema de desprendimiento de amoniaco se sigue produciendo.
35 Se han sugerido diversas soluciones a estos problemas, por ejemplo en la Publicación de Patente de Estados Unidos n.º 2004 / 0057889A1 a Buzanowski (en adelante "Buzanowski"). Buzanowski describe una rejilla de distribución de amoniaco que proporciona el control del ajuste y la distribución de inyección de amoníaco y hace coincidir de forma continua el cambiante perfil de concentración de NOX con un perfil de concentración de amoniaco a lo largo del conducto. Sin embargo, el sistema descrito por Buzanowski requiere un gran número de inyectores de amoniaco, válvulas y sensores en la rejilla. Además, el control de un inyector de amoniaco dado en Buzanowski se basa en una medición directamente corriente abajo de dicho inyector, sin tener en cuenta la influencia de los demás inyectores. Sin embargo, no sucede siempre que cada boquilla de inyección tiene un campo de influencia claramente definido. Por lo general existe un grado de influencia de dos o más boquillas de inyección sobre la concentración de amoniaco en una única ubicación corriente abajo.
45 Las investigaciones anteriores en el control automático de SCR se han centrado en la respuesta del sistema transitorio para cargar los cambios. Se han propuesto numerosos esquemas de control mejorados para limitar el desprendimiento de amoniaco durante los cambios de carga de la caldera. Estos incluyen diferentes estrategias de alimentación anticipada, lógica difusa y control del proceso multivariable (MPC). Igualmente importante para limitar el desprendimiento de amoniaco es la distribución uniforme de amoniaco, NOX, la temperatura y el caudal a través del lecho de catalizador. Esta uniformidad tradicionalmente se ha logrado mediante un diseño cuidadoso del reactor, los conductos y el sistema de mezcla de gases de combustión con el uso de modelos físicos. Así, la distribución de amoniaco se ajusta manualmente en el campo para lograr la mejor relación posible entre amoniaco y NOX a través del lecho de catalizador. Sin embargo, las limitaciones físicas de la disminución de presión de gas
55 de combustión y planta de combustión limitan el grado en que se puede lograr esta uniformidad.
Dichos procedimientos y sistemas convencionales se han considerado generalmente satisfactorios para la finalidad prevista. Sin embargo, todavía existe la necesidad continua de que la técnica mejore la distribución automática de flujo de los reactivos sobre catalizadores en sistemas SCR. También sigue existiendo la necesidad técnica de que dichos procedimientos y sistemas sean baratos y fáciles de hacer y usar. La presente invención proporciona una solución para estos problemas.
DE 44 35 103 A1 da a conocer un proceso para mejorar la efectividad de los dispositivos De-NOX de SCR (Reducción Catalítica Selectiva) (mediante ajuste automático de la cantidad de material de reducción inyectado en 65 la concentración de NOX local en la corriente de gas de combustión de los dispositivos de combustión. El suministro de material de reducción a las boquillas o grupos de éstos, que se distribuyen corriente abajo de la
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disposición del catalizador a través de la sección transversal del canal de gas de combustión y se fijan al suministro de material de reducción, se controla individualmente de acuerdo con el NOX local medido y la concentración de material de reducción en el canal o la diferencia de ambos. El documento también describe un dispositivo para llevar a cabo el proceso anterior.
5
Sumario de la invención
El objeto y las ventajas de la presente invención se expondrán y se harán evidentes a partir de la descripción que sigue. Las ventajas adicionales de la invención se realizarán y se conseguirán mediante los procedimientos y
10 sistemas particularmente indicados en la descripción escrita y las reivindicaciones de la misma, así como en los dibujos adjuntos.
Según la reivindicación 1, la invención incluye un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR). El procedimiento incluye el paso de suministro del sistema con
15 múltiples boquillas de inyección de reactivos, configuradas y adaptadas para ser calibradas de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento. El procedimiento incluye además la determinación de un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador independientemente de las demás boquillas de inyección, y la optimización del flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de una superficie del catalizador.
20 El procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) incluye la optimización del flujo de reactivo en base a las siguientes ecuaciones:
imagen1
25 en las que: N = Número de boquillas de inyección, M = Número de puntos de medición de la rejilla, Xj = Caudal del amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima,
30 Ai = Concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi = Concentración de amoniaco en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Kij = Coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla para la válvula de inyección j-ésima, que se define como la fracción del flujo en la válvula de inyección j-ésima que aparece en el i-ésimo punto de la rejilla,
35 AMMavg = Concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor, Di = Valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco-NOX en el i-ésimo punto de la rejilla, y η = Eficiencia de la reducción de NOX.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el paso de optimización puede tener lugar manualmente. También se
40 contempla que el paso de optimización se puede producir a través de un sistema de control automatizado en comunicación con múltiples boquillas de inyección. El paso de optimización puede ocurrir corriente arriba de que haya comenzado la reacción SCR. Al menos un segundo paso de optimización puede ocurrir durante la reacción SCR.
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Además, de acuerdo con la invención, el paso de determinación del coeficiente de influencia puede incluir la medición de los niveles de contaminantes próximos al menos a un punto de medición corriente abajo de las boquillas de inyección. Se contempla que el paso de determinación del coeficiente de influencia puede incluir la medición de los niveles de contaminantes al menos en un punto de medición corriente arriba de las boquillas de
5 inyección y al menos en un punto corriente abajo de las boquillas de inyección. El sistema puede tener cualquier número adecuado de boquillas de inyección de reactivos. Se contempla que el sistema puede tener menos de 25 boquillas de inyección de reactivos, menos de 15 boquillas de inyección de reactivos o menos de 5 boquillas de inyección de reactivos. También se contempla que el sistema puede tener tan solo 2 boquillas de inyección de reactivos.
En otro aspecto de acuerdo con la presente invención, cada boquilla de inyección tiene un diámetro de aproximadamente entre 1,27 y 24,5 cm. Cada boquilla de inyección puede tener un diámetro de aproximadamente entre 2,54 y 20,32 cm. También se contempla la posibilidad de que cada boquilla de inyección pueda tener un diámetro de aproximadamente entre 5,08 y 15,24 cm. También es posible que múltiples boquillas de inyección
15 formen un sistema de rejilla que tenga múltiples ramas en las que al menos dos de las ramas de la rejilla se puedan calibrar de forma independiente.
Según la reivindicación 8, la invención también incluye un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR). El sistema incluye múltiples boquillas de inyección de reactivos. Cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante la reacción SCR para distribuir un reactivo para un catalizador SCR corriente abajo de las boquillas de inyección. El sistema incluye además múltiples puntos de detección configurados y adaptados para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en el catalizador SCR. Se incluye un sistema de optimización que está configurado y adaptado para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador independientemente de las demás boquillas de
25 inyección y para determinar un caudal óptimo de reactivo para cada boquilla. Un sistema de control automatizado está en comunicación con el sistema de optimización y las diversas boquillas de inyección. El sistema de control automatizado está configurado y adaptado para calibrar el caudal de cada boquilla de inyección al caudal óptimo, independientemente de las demás boquillas de inyección, de acuerdo con las ecuaciones anteriores.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, el sistema de optimización está configurado para determinar el coeficiente de influencia en base a los niveles de reactivos o contaminantes detectados en los puntos de detección. El sistema de optimización se puede configurar para determinar el caudal óptimo de reactivo en base a las ecuaciones mostradas anteriormente con respecto al procedimiento de la invención.
35 También se contempla que el sistema de optimización pueda incluir un ordenador. Además, las boquillas de inyección se pueden configurar y adaptar para distribuir reactivo al catalizador por mezcla a granel. Se contempla que puede haber menos boquillas de inyección que puntos de detección. El sistema puede incluir además un segundo conjunto de puntos de detección corriente abajo de las boquillas de inyección configurado para medir los niveles de contaminantes en la entrada de una o más boquillas. También es posible para que haya menos boquillas de inyección que puntos de detección totales en el primer y el segundo conjunto de puntos de detección. Es posible que el sistema tenga la mitad de boquillas de inyección que de puntos de detección totales en el primer y el segundo conjunto de puntos de detección o menos.
Según la reivindicación 13, la invención también incluye un medio legible mecánicamente que contiene
45 instrucciones de programa para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR). El programa incluye un segmento de código para dar instrucciones a un procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada una de las múltiples boquillas de inyección de reactivos para un catalizador independiente de las demás boquillas de inyección, en el que cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento. El programa incluye además un segmento de código para dar instrucciones al procesador para optimizar el flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de una superficie del catalizador, de acuerdo con las ecuaciones anteriores.
En otro aspecto de acuerdo con la invención, el segmento de código para dar instrucciones al procesador para
55 optimizar el flujo de reactivo incluye instrucciones para optimizar en base a las ecuaciones mostradas anteriormente con respecto a los procedimientos de la invención. El segmento de código para dar instrucciones al procesador para optimizar el flujo de reactivo se puede configurar para dar instrucciones al procesador para llevar a cabo la optimización antes de que haya comenzado la reacción SCR. Además, el programa puede incluir también un segmento de código para dar instrucciones al procesador para llevar a cabo al menos un segundo paso de optimización durante la reacción SCR.
Se puede incluir otro segmento de código para aceptar los datos de medición de al menos un punto de medición en el que el segmento de código para dar instrucciones a un procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla está configurado para determinar el coeficiente de influencia para cada boquilla mediante la 65 utilización de los datos de medición en los niveles de contaminantes próximos al menos a un punto de medición corriente abajo de las boquillas de inyección. También se contempla que el segmento de código para dar
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instrucciones a un procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla se pueda configurar para determinar el coeficiente de influencia para cada boquilla mediante la utilización de los datos de medición en los niveles de contaminantes próximos al menos a un punto de medición corriente arriba de las boquillas de inyección y al menos a un punto corriente abajo de las boquillas de inyección.
5 De acuerdo con otro aspecto de la invención, los segmentos de código para dar instrucciones al procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada una de las múltiples boquillas y para dar instrucciones al procesador para optimizar el flujo de reactivo de cada boquilla de inyección están configurados y adaptados para controlar las diversas boquillas de inyección. En este caso las boquillas de inyección forman un sistema de rejilla que tiene múltiples ramas, en las que al menos dos de las ramas de la rejilla se pueden calibrar de forma independiente.
Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la descripción detallada siguiente son solo a modo de ejemplo y están pensadas para proporcionar una explicación más amplia de la invención reivindicada. Los
15 dibujos adjuntos, que se incorporan y forman parte de esta memoria descriptiva, se incluyen para ilustrar y proporcionar una comprensión adicional de los procedimientos y sistemas de la invención. Junto con la descripción, los dibujos sirven para explicar los principios de la invención.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista esquemática de una primera realización representativa de un sistema SCR de acuerdo con la presente invención, mostrando las localizaciones de las sondas de reactivo/NOX. La Fig. 2 es un diagrama de flujo de un proceso de SCR de acuerdo con la presente invención, que muestra los pasos de control de los caudales de reactivo.
25 La Fig. 3 es un gráfico de concentración de NOX en la salida del catalizador de modelado con un sistema de optimización de acuerdo con la presente invención. La Fig. 4 es un gráfico de la variación en la distribución de entrada de NH3/NOX en la entrada del catalizador de modelado con un sistema de optimización de acuerdo con la presente invención. La Fig. 5 es un gráfico de datos de campo de concentración de NOX en la salida del catalizador para el que el flujo de reactivo se determinó por el modelo de acuerdo con la invención. La Fig. 6 es un gráfico de datos de campo de variación en la distribución de entrada de NH3/NOX en la entrada del catalizador en el que el flujo de reactivo se determinó mediante un modelo de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de la realización preferente
35 A continuación se hará referencia con detalle a las formas de realización preferentes de la presente invención, cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos adjuntos. Un procedimiento y los pasos correspondientes de la invención se describirán en combinación con la descripción detallada del sistema.
Los dispositivos y procedimientos presentados en este documento pueden ser utilizados para controlar un sistema de SCR. La presente invención es particularmente adecuada para la mejora de la distribución del flujo de los reactivos sobre un catalizador SCR. De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR). El sistema incluye múltiples boquillas de inyección de reactivos. Cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante la reacción SCR para distribuir un
45 reactivo para un catalizador SCR corriente abajo de las boquillas de inyección. El sistema incluye además múltiples puntos de detección configurados y adaptados para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en el catalizador SCR. Se incluye un sistema de optimización que está configurado y adaptado para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador independientemente de las demás boquillas de inyección y para determinar un caudal óptimo de reactivo para cada boquilla. Un sistema de control automatizado está en comunicación con el sistema de optimización y las diversas boquillas de inyección. El sistema de control automatizado está configurado y adaptado para calibrar el caudal de cada boquilla de inyección al caudal óptimo, independientemente de las demás boquillas de inyección.
A título explicativo e ilustrativo y no limitativo, se muestra una vista parcial de un ejemplo de realización del sistema
55 de acuerdo con la invención en la Fig. 1 y se designa generalmente por el carácter de referencia 100. Otras formas de realización de un sistema de acuerdo con la invención, o aspectos de la misma, se proporcionan en la Fig. 2 tal y como se describirá.
Tal y como se muestra, se proporciona una entrada 102 en una parte corriente arriba del sistema 100, donde el gas de combustión sin tratar entra para tratamiento, como se indica en la Fig. 1 mediante la flecha 120. Se proporciona al menos una boquilla de inyección de reactivos 104 para inyectar un reactivo en el gas de combustión sin tratar
120. Cada boquilla 104 se puede calibrar de forma independiente durante el funcionamiento del sistema SCR 100. Las boquillas 104 distribuyen un reactivo para al catalizador de SCR 106, situado corriente abajo de las boquillas
104. El gas de combustión 120 se mezcla con el reactivo 120 de los inyectores de reactivos 104. La mezcla se
65 somete a reducción de NOX a medida que pasa por el catalizador SCR 106. El gas de combustión tratado 122 pasa desde el catalizador de SCR 106 a través de la salida 124 y, finalmente, hacia el aire ambiente a través de una pila
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u otra estructura adecuada.
Los reactivos típicos para procesos SCR incluyen amoniaco y urea, en particular en soluciones acuosas. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que las boquillas 104 se pueden configurar para inyectar
5 cualquier reactivo adecuado en el sistema 100 sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Aunque la invención se puede poner en práctica sin dispositivos de mezcla a granel, es preferible que el reactivo se distribuya al catalizador de SCR 106 por mezcla a granel. Se puede usar cualquier otro esquema de mezcla adecuado sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Además, aunque en el presente documento se describen como boquillas, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se pueden usar conductos o cualquier otro medio adecuado de suministro de reactivo en el sistema 100 en lugar de las boquillas 104 sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
Los diversos sensores 108 situados en las inmediaciones del catalizador SCR 106 proporcionan mediciones de concentración de reactivo y / o de concentración de NOX al controlador 110. Los sensores 108 se representan en la
15 Fig. 1 corriente abajo del catalizador SCR 106, sin embargo, también es posible localizar los sensores 108 corriente arriba del catalizador SCR 106, o incluso dentro de la estructura del catalizador de SCR 106.
No es necesario que el número de sensores 108 sea el mismo que el número de boquillas 104. Es posible utilizar más boquillas 104 que sensores 108. Sin embargo, es preferible tener al menos un sensor 108 por boquilla 104. En algunas configuraciones, por ejemplo, puede haber menos de dos entradas para el reactivo. Sin embargo, se podría seguir empleando un número mucho mayor de sensores 108 para controlar las entradas en semejante sistema, conforme con la invención.
La Fig.1 muestra un segundo conjunto de sensores 109 situados corriente arriba de los inyectores de reactivos
25 104. Los expertos en la técnica reconocerán que los sensores 109 son opcionales. Sin embargo, resulta ventajoso disponer de un segundo conjunto de sensores 109 para proporcionar mediciones de los niveles de contamincorriente arriba en la entrada de una o más boquillas 104. Los sensores 109 situados corriente arriba miden el nivel de contaminantes corriente arriba, lo que proporciona datos para un bucle de alimentación anticipada además de para el bucle de retroalimentación proporcionado por los sensores 108 para controlar la cantidad y distribución de reactivo. En las formas de realización de la invención que incluyen los dos conjuntos de sensores 108/109, es posible tener menos boquillas 104 que el número total de sensores 108/109. El sistema 100 puede funcionar con menos de la mitad de boquillas 104 que el número total de sensores 108/109. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se puede utilizar cualquier número adecuado de sensores 108/109 junto con cualquier número adecuado de boquillas 104 sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
35 El sistema de control 110 está configurado y adaptado para recibir las mediciones de los sensores 108/109 y para controlar en consecuencia el flujo de reactivo a través de las boquillas 104. Un sistema de optimización 112 en comunicación con o incluido como parte del sistema de control 110 utiliza las mediciones de los sensores 108 para determinar el caudal óptimo para las boquillas de reactivos 104. El sistema de control 110 está conectado a los inyectores de reactivo 104 y controla el caudal de reactivo de cada boquilla 104 en base a las determinaciones del sistema de optimización 112 con respecto a los caudales óptimos , de forma independiente para cada boquilla 104.
La creación de coeficientes de influencia se puede completar por separado en un procedimiento fuera de línea, que puede ser un ensayo de modelo, un ensayo analítico, una prueba de campo o cualquier otro procedimiento
45 adecuado. Los coeficientes de influencia se utilizan en el sistema de optimización 112 para optimizar continuamente la distribución de reactivo durante el funcionamiento. También es posible automatizar el proceso de generación de coeficientes de influencia. Se puede colocar, por ejemplo, un conjunto adicional de sensores entre las boquillas 104 y el catalizador 106, que junto con los sensores 108 se podrían utilizar de forma consciente para determinar los coeficientes de influencia para las boquillas 104. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que la optimización se podría realizar inicialmente para diversas condiciones de funcionamiento para generar una tabla de consulta o una base de datos de parámetros de control optimizados sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. A partir de aquí, en lugar de la optimización continua, el sistema podría simplemente buscar los valores óptimos de la tabla en base a las condiciones de medición, o incluso interpolar los valores óptimos usando cualquier esquema de optimización adecuado, para controlar la distribución de reactivo.
55 Los procedimientos de control de flujo de reactivo conocidos anteriormente partían de la hipótesis de que sin mezclado adecuado cada boquilla de inyección en un sistema de SCR típico tenía un campo de influencia sin interacción claramente definido más adelante. Sin embargo, en la práctica, cada boquilla puede tener o no un campo de influencia claramente definido, dependiendo del diseño del sistema de mezclado estático, la geometría general del sistema, el nivel de carga, etc. A menudo hay un grado de influencia de dos o más boquillas de inyección sobre la concentración de reactivo en cualquier ubicación única corriente abajo. Esta influencia cruzada entre las distintas boquillas de inyección es repetible y se puede determinar a partir del modelo y las pruebas de campo. Estas influencias se pueden utilizar para optimizar la relación NH3/NOX a través de la cara del catalizador durante la sintonización del sistema de inyección, ya sea manual o automática. Esto se puede lograr primero
65 mediante una serie de pruebas de influencia de la válvula donde se inyecta un flujo de reactivo constante a través de cada boquilla de inyección de forma individual, determinando después el área de influencia de cada válvula en
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base a las mediciones de la rejilla de contaminantes y/o reactivos. Estas pruebas también se pueden realizar en los estudios de modelos físicos utilizando los datos de influencia del campo de inyección para obtener las estimaciones de flujos preliminares.
5 Se puede suponer que existe una relación lineal entre el flujo de amoniaco en cualquier boquilla de inyección y el amoniaco en cualquier punto de medición en la cara del catalizador. A partir de esta hipótesis se puede derivar una serie de ecuaciones lineales para resolver la variación mínima a través de la cara del catalizador teniendo en cuenta ciertas restricciones del sistema. La base matemática para esto es la siguiente. Los resultados de los ensayos físicos de modelos y este procedimiento se pueden utilizar para determinar la configuración inicial de las
10 válvulas de equilibrio de amoniaco con el fin de optimizar el rendimiento durante la sintonización de campo de los reactores de SCR comerciales. Mediante la "sintonización previa" antes de la puesta en marcha, se puede reducir mucho el tiempo de optimización de campo y mejorar el rendimiento.
El sistema de optimización 112 determina un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección 104. El
15 coeficiente de influencia para cada boquilla 104 se determina independiente de las demás boquillas 104. Los coeficientes de influencia se pueden utilizar como salidas para controlar el caudal de reactivo a través de cada boquilla 104 de manera que cada boquilla 104 funciona a un caudal óptimo. El sistema de optimización 112 se puede configurar para calcular los coeficientes de influencia en base a la concentración de reactivos, la concentración de contaminantes, o ambas, según lo detecten los sensores 108/109. Preferiblemente, el sistema de
20 optimización 112 aplica el siguiente sistema de ecuaciones para determinar la caudal óptima de flujo de reactivo:
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en las que N es el número de boquillas de inyección, M es el número de puntos de medición de la rejilla, Xj es el
25 caudal de amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima, Ai es la concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi es la concentración de amoniaco en ppm en el iésimo punto de medición de la rejilla, Kij es el coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla para la válvula de inyección j-ésima, AMMavg es la concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor, Di es el valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco
30 NOX en el i-ésimo punto de la rejilla, y η es la eficiencia de la reducción de NOX.
Las ecuaciones independientes anteriores se pueden representar por una ecuación matricial:
AxB=C
35 en la que A es una matriz de dimensiones (2*M+2) X (N + 2*M + 1) y B es un vector de dimensiones N + 2*M + 1. C es el vector del lado derecho (RHS), cuyos elementos representan las restricciones de las ecuaciones lineales. La función objetivo a minimizar es:
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y se puede minimizar por el método Simplex o cualquier otro algoritmo adecuado. Los expertos en la técnica reconocerán que las ecuaciones equivalentes o las variaciones de las ecuaciones y algoritmos anteriores, o
5 cualquier otra ecuación y procedimiento adecuados para la optimización conocidos actualmente o descubiertos más tarde se pueden utilizar sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Por ejemplo, en lugar de minimizar la suma de las desviaciones absolutas es posible minimizar la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las desviaciones, conocida como minimización del 'Valor cuadrático medio' o RMS.
10 Así, el sistema de optimización 112 puede encontrar el porcentaje de flujo de amoniaco que pasa a través de cada boquilla de inyección de forma tal que el valor RMS de la distribución NH3/NOX sea lo más bajo posible. De esta forma la optimización reduce el deslizamiento al tiempo que proporciona el nivel deseado de reducción de NOX con una gran variedad de condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, los sistemas conocidos previamente y diseñados para cargas de capacidad completa no eran muy adecuados para prevenir el deslizamiento con cargas
15 bajas. El sistema de optimización 112 proporciona una reducción significativa del deslizamiento de carga baja mediante el ajuste adecuado del flujo de amoniaco para cada inyector individual, el mantenimiento de una distribución uniforme de reactivos y contaminantes a través del catalizador SCR 106 con una gran variedad de condiciones de funcionamiento, incluyendo los estados transitorios.
20 La Fig.1 muestra el sistema de control 110 y el sistema de optimización 112 como sistemas conectados separados. Sin embargo, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que el sistema de control 110 y el sistema de optimización 112 pueden ser un sistema unitario. Para el sistema de optimización 110 también posible recibir directamente las mediciones de los sensores 108 y/o 109 y pasarle la información del flujo de reactivo óptimo al sistema de control 110, que controla las boquillas 104 como corresponde. El sistema de control 110 y el sistema de
25 optimización 112 pueden estar formados por uno o más sistemas manuales, circuitos analógicos o digitales, ordenadores o cualquier otro dispositivo o dispositivos adecuado. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se puede utilizar cualquier disposición adecuada del sistema de control 110 y del sistema de optimización 112 sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
30 Además, de acuerdo con la invención, se proporciona un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR). El procedimiento incluye el paso de suministro del sistema con múltiples boquillas de inyección de reactivos, en el que cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento. El procedimiento también incluye los pasos de determinación de un coeficiente de influencia para cada boquilla de
35 inyección para un catalizador independientemente de las demás boquillas de inyección, y la optimización del flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de una superficie del catalizador.
A título ilustrativo y no limitativo, tal y como se realiza aquí y como se representa en las Figs. 1 y 2, el
40 procedimiento 202 incluye un paso 202 de suministro de múltiples boquillas de inyección de reactivos (por ejemplo, boquillas 104). El procedimiento incluye además el paso 204 de determinación de un coeficiente de influencia para cada boquilla. El coeficiente de influencia para cada boquilla es independiente de las demás boquillas y está relacionado con el grado de influencia que una boquilla determinada tiene en el lecho del catalizador SCR. La determinación de la influencia para cada boquilla se puede lograr mediante el funcionamiento de las boquillas de
45 una en una o con diferentes especies de gas, midiendo después la influencia cerca del lecho del catalizador con una gran variedad de condiciones de funcionamiento. Esta prueba de influencia se puede realizar mediante pruebas del modelo físico a escala, pruebas de campo de la escala completa SCR, procedimientos de dinámica de fluidos computacional o cualquier otro procedimiento adecuado. Como se describió anteriormente, la prueba de influencia se puede realizar manualmente o se puede automatizar sin apartarse del espíritu y el alcance de la
50 invención.
El procedimiento también incluye un paso 206 para optimizar el flujo de reactivo desde las boquillas. El flujo se optimiza minimizando la suma de la desviación a través de una superficie del catalizador para múltiples boquillas de inyectores de reactivos, como se describe anteriormente. El paso de optimización 206 se puede realizar con un 55 sistema de optimización (por ejemplo, el 112) para una gran variedad de condiciones de funcionamiento para proporcionar los parámetros para su uso en un controlador (por ejemplo, el controlador 110). Los coeficientes de influencia utilizados por el sistema de optimización se pueden determinar antes de poner el sistema de optimización en línea, como se describe anteriormente. También es posible llevar a cabo pruebas periódicas de coeficientes de influencia en un modo de calibración separado, por ejemplo, mediante la inclusión de un sistema
60 adicional de sensores entre las boquillas y el lecho del catalizador, como se describe anteriormente.
Además, de acuerdo con esta forma de realización de la invención, el paso de optimización del flujo de reactivo
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puede implicar la solución de las ecuaciones expuestas anteriormente en la discusión de sistema 100. Este paso de optimización puede ser una operación manual. Sin embargo, es preferible llevar a cabo la optimización por medio de un sistema de control automatizado en comunicación con las boquillas de inyección. Además, es posible realizar el paso de optimización antes de que comience la reacción SCR. Por ejemplo, es posible usar la
5 optimización en un modelo de reactor dado para ayudar en el diseño de un sistema de acuerdo con la invención. Los expertos en la técnica apreciarán que este tipo de modelos también se puede utilizar para diseñar los componentes para la adaptación de un sistema existente.
También es posible llevar a cabo la optimización durante la reacción SCR. La optimización durante el funcionamiento permite ajustar de forma dinámica el flujo de reactivo como respuesta a los cambios en la carga de funcionamiento. El ajuste del flujo de reactivos durante las operaciones de SCR puede reducir aún más las emisiones de NOX así como el deslizamiento de reactivos durante la carga dinámica.
El paso de determinación del coeficiente de influencia puede incluir la medición de los niveles de contaminantes y/o
15 reactivos próximos al menos a un punto de medición corriente abajo de las boquillas de inyección. Como se planteó anteriormente, estas mediciones se pueden llevar a cabo usando sensores (por ejemplo, los sensores 108) situados corriente abajo de las boquillas de reactivos. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que es posible que los sensores estén situados corriente arriba del lecho del catalizador, corriente abajo del lecho del catalizador y/o integrados en el lecho del catalizador, sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención. Por otra parte, también es posible incluir para el paso de determinación de coeficientes de influencia la medición de los niveles de contaminantes corriente arriba (por ejemplo, con los sensores de 109) de las boquillas de inyección, además de la medición corriente abajo de las boquillas.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, los pasos del procedimiento se pueden llevar a cabo para el control
25 de la dosificación de un reactivo a través de menos de 25 boquillas de inyección de reactivos. Los pasos del procedimiento se pueden llevar a cabo para menos de 15 boquillas de inyección de reactivos, o menos de 5 boquillas de inyección de reactivos. También es posible para los pasos del procedimiento a llevar a cabo en los que el sistema incluye dos boquillas de inyección de reactivos. Ha de entenderse que aunque las formas de realización de la invención se describen junto con boquillas de los inyectores de reactivo, se pueden utilizar formas de realización de la invención con extremos de tubos abiertos o cualquier otro medio adecuado de inyección de reactivos. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que el procedimiento se puede realizar para cualquier número adecuado de boquillas de reactivos sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
También es posible llevar a cabo los pasos del procedimiento de acuerdo con la invención en la que cada boquilla
35 de inyección tiene un diámetro aproximadamente de entre 1,27 y 25,4 cm. También es posible llevar a cabo el procedimiento para diámetros de boquilla aproximadamente de entre 2,54 y 20,32 cm. También se pueden realizar los pasos del procedimiento en el que las boquillas de inyección tienen un diámetro aproximadamente de entre 5,08 y 15,24 cm. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se pueden utilizar boquillas de cualquier diámetro adecuado sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
Los pasos del procedimiento se pueden llevar a cabo para sistemas en los que las boquillas de inyección forman un sistema de rejilla. También es posible que las boquillas de dicho sistema de rejilla formen al menos dos ramas de la rejilla, pudiendo controlar o calibrar cada una de ellas por separado. Por otra parte, aunque la Fig. 1 muestra las boquillas y los sensores en matrices unidimensionales, los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que se
45 puede utilizar cualquier rejilla adecuada de boquillas y sensores, incluyendo las rejillas bidimensionales o tridimensionales, sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.
La invención incluye además un medio legible mecánicamente que contiene instrucciones de programa para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de SCR. El programa incluye un segmento de código para dar instrucciones a un procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada una de las múltiples boquillas de inyección de reactivos para un catalizador independiente de las demás boquillas de inyección. Cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento. Se incluye un segmento de código adicional para dar instrucciones al procesador para optimizar el flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la
55 desviación a través de una superficie del catalizador.
A título ilustrativo y no limitativo, tal y como se realiza aquí y como se representa en la Fig. 1, el segmento de código para dar instrucciones al procesador para determinar un coeficiente de influencia para cada una de las múltiples boquillas de inyección de reactivos (por ejemplo, las boquillas 104) para un catalizador determina los coeficientes para cada boquilla de forma independiente. Otro segmento de código da instrucciones al procesador para optimizar el flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de la superficie del catalizador SCR. El segmento de código de optimización puede incluir un código para optimizar el flujo de reactivo en base a las ecuaciones descritas anteriormente con respecto al sistema 100. Es posible configurar el segmento de código de optimización para realizar la optimización antes de que haya comenzado la 65 reacción SCR, como cuando se modela para fines de diseño. También es posible que el segmento de código de optimización incluya código para que se produzca un paso de optimización durante la reacción SCR. El código está
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provisto de coeficientes de influencia determinados mediante pruebas del modelo físico a escala, pruebas de campo de la escala completa SCR, procedimientos de dinámica de fluidos computacional o cualquier otro procedimiento adecuado como se describió anteriormente. Una vez hecho esto, el código puede optimizar automáticamente la distribución de reactivo.
5 Además, de acuerdo con la invención, se puede incluir un segmento de código adicional para aceptar los datos de medición de al menos un punto de medición. En este caso, el segmento de código para la determinación de coeficientes de influencia se podría configurar para determinar el coeficiente de influencia para cada boquilla mediante la utilización de los datos de medición en los niveles de contaminantes o de reactivos próximos al menos
10 a un punto de medición corriente abajo de las boquillas de inyección. En caso de que los datos de medición estén disponibles para puntos corriente arriba y corriente abajo de las boquillas de inyección, el segmento de código para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla se puede configurar para determinar los coeficientes de influencia en base a las mediciones corriente arriba y corriente abajo. El segmento de código para determinar coeficientes también se puede adaptar para sistemas que incluyen una rejilla de boquillas con múltiples ramas en
15 el que al menos dos de las ramas se pueden calibrar de forma independiente.
A modo de ejemplo y no limitativo, se probó una implementación ilustrativa de los sistemas y procedimientos de la invención se ensayó en un reactor de SCR con los resultados que se muestran en las Figs. 3-6. Los sensores se utilizaron para determinar los coeficientes de influencia en el reactor SCR probando cada una de las cuatro salidas 20 de reactivos y determinando un coeficiente de influencia para cada una, según lo descrito anteriormente. Estos coeficientes de influencia se utilizaron en un modelo computacional del sistema de acuerdo con la técnica de optimización descrita anteriormente. El modelo determina un caudal óptimo para cada salida de reactivo. Usando estos caudales óptimos, también fue posible modelar la concentración de NOX esperada en la salida del catalizador, como se muestra en la Fig. 3, así como las relaciones molares NH3/NOX en la entrada del catalizador,
25 como se muestra en la Fig. 4. Por lo tanto, las Figs. 3-4 representan las mejores condiciones de funcionamiento posibles esperadas para el reactor de SCR.
Los caudales óptimos del modelo para las cuatro salidas de reactivos se llevaron a cabo a continuación, en el campo, en el reactor de SCR. Las mediciones de las relaciones molares NH3/NOX reales y la concentración de NOX 30 se obtuvieron para treinta y cinco puntos en la entrada y la salida del catalizador SCR , respectivamente. La Fig. 5 muestra las concentraciones de NOX reales medidas en la salida del catalizador, que se puede comparar con la Fig. 3 (los círculos indican las ubicaciones de los sensores). Las relaciones molares reales de NH3/NOX medidas en la entrada del catalizador se muestran en la Fig. 6, que se puede comparar con la Fig. 4 (con los círculos indicando las ubicaciones de los sensores). Para validar los ajustes de la válvula obtenidos por el sistema de optimización,
35 los ajustes de la válvula se varían en el campo a partir de los valores óptimos de modelado. Variar los ajustes de la válvula de esta manera dio como resultado el deterioro de la distribución de NOX y de la relación NH3/NOX, demostrando así que los ajustes de la válvula modelados eran realmente óptimos.
La adaptación de los sistemas existentes es un uso previsto para la incorporación de los sistemas, procedimientos
40 y código informático de la invención. Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que la invención se puede poner en práctica en sistemas existentes, nuevos sistemas y concepción de sistemas contemplados no existentes todavía.
Todas las declaraciones de este documento narran los principios, aspectos y formas de realización de la invención,
45 así como los ejemplos específicos de la misma y están pensados para abarcar tanto los equivalentes estructurales como funcionales de los mismos. Además, se pretende que dichos equivalentes incluyan tanto los equivalentes actualmente conocidos, como los equivalentes desarrollados en el futuro, es decir, cualesquiera elementos desarrollados que realicen la misma función, independientemente de la estructura.
50 Los diagramas de bloques y otras representaciones de metodologías de este documento representan las vistas conceptuales de los circuitos ilustrativos, y demás mecanismos y software que encarnan los principios de la invención empleados en las realizaciones del sistema y del programa legible mecánicamente de la invención.
Del mismo modo, se apreciará que los flujos del sistema aquí descritos representan diversos procesos que se
55 pueden representar substancialmente en soportes legibles por ordenador y ejecutar así mediante un ordenador o un procesador en combinación con el hardware del sistema de flujo apropiado, tanto si dicho ordenador o procesador se muestra o no de forma explícita. Por otra parte, los diversos procesos descritos en este documento pueden entenderse como una representación no sólo del procesamiento y/u otras funciones, sino alternativamente como bloques de código de programa que llevan a cabo dicho procesamiento o dichas funciones.
60 La presente invención, tal y como se describe anteriormente y se muestra en los dibujos, se proporciona para controlar la dosificación de un reactivo en los sistemas de reducción de SCR con propiedades superiores, incluyendo un deslizamiento bajo durante el estado estacionario, el transitorio y las condiciones de carga bajas. Es evidente para los expertos en la técnica que se pueden hacer distintas modificaciones y variaciones en los
65 dispositivos y procedimientos de la presente invención sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas. .

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) que comprende las etapas de:
    5 a) suministro (202) al sistema con multitud de boquillas de inyección de reactivos (104), estando cada boquilla configurada y adaptada para distribuir un reactivo para un catalizador SCR (106) corriente abajo de las boquillas de inyección y para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento, y con multitud de sensores (108, 109), cada uno situado en un punto distinto de la rejilla, en el que
    10 los sensores están configurados y adaptados para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en el catalizador SCR; b) determinación (204) de un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador (106) independientemente de las demás boquillas de inyección; y c) optimización (206) del flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación
    15 a través de una superficie del catalizador,
    caracterizado porque
    el flujo de reactivo está optimizado en base a las siguientes ecuaciones:
    imagen1
    20 en las que:
    N = Número de boquillas de inyección, M = Número de puntos de medición de la rejilla,
    25 Xj = Caudal del amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima, Ai = Concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi = Concentración de amoniaco en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Kij = Coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla de la j-ésima válvula de inyección,
    30 AMMavg = Concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor, Di = Valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco-NOX en el i-ésimo punto de la rejilla, y η = Eficiencia de la reducción de NOX.
  2. 2. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva
    35 (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1, en el que el paso de optimización se produce manualmente, o en el que el paso de optimización se produce a través de un sistema de control automatizado en comunicación con multitud de boquillas de inyección.
    40 3. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1,
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    en el que el paso de optimización se produce antes de que haya comenzado la reacción SCR, en el que el procedimiento preferiblemente también comprende al menos un segundo paso de optimización que se produce durante la reacción SCR.
    5 4. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1, en el que el paso para determinar el coeficiente de influencia incluye la medición de los niveles de contaminantes próximos al menos a un punto de medición (108) corriente abajo de las boquillas de inyección (104), en el que el paso para determinar el coeficiente de influencia incluye preferiblemente la medición de los niveles de
    10 contaminantes al menos en un punto de medición corriente arriba (109) de las boquillas de inyección y al menos en un punto corriente abajo de las boquillas de inyección.
  3. 5. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1,
    15 en el que el sistema tiene menos de 25 boquillas de inyección de reactivos (104), en el que el sistema tiene preferiblemente 2 boquillas de inyección de reactivos.
  4. 6. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1,
    20 en el que cada boquilla de inyección (104) tiene un diámetro de aproximadamente entre 1,27 y 25,4 cm, preferiblemente de entre 2,54 y 20,32 cm, más preferiblemente de entre 5,08 y 15,24..
  5. 7. Un procedimiento para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva
    25 (SCR) (100) como se expone en la reivindicación 1, en el que multitud de boquillas de inyección (104) forman un sistema de rejilla que tiene múltiples ramas en las que al menos dos de las ramas de la rejilla se pueden calibrar de forma independiente.
  6. 8. Un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100), que comprende:
    30 a) múltiples boquillas de inyección de reactivos (104), configuradas y adaptadas para ser calibradas de forma independiente durante la reacción SCR para distribuir un reactivo para un catalizador SCR (106) corriente abajo de las boquillas de inyección; b) múltiples sensores (108, 109), cada uno situado en un punto distinto de la rejilla, en el que los sensores están
    35 configurados y adaptados para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en el catalizador SCR; c) un ordenador de optimización (112) configurado y adaptado para determinar un coeficiente de influencia para cada boquilla de inyección para un catalizador independientemente de las demás boquillas de inyección y para determinar un caudal óptimo de reactivo para cada boquilla; y
    40 d) un sistema de control automatizado (110) en comunicación con el ordenador de optimización y las múltiples boquillas de inyección, estando el sistema de control automatizado configurado y adaptado para calibrar el caudal de cada boquilla de inyección al caudal óptimo, independientemente de las demás boquillas de inyección,
    caracterizado porque
    el ordenador de optimización está configurado para determinar el caudal óptimo de reactivo en base a las 45 siguientes ecuaciones:
    E08844742
    16-10-2014
    imagen2
    en las que: N = Número de boquillas de inyección,
    5 M = Número de puntos de medición de la rejilla, Xj = Caudal del amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima, Ai = Concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi = Concentración de amoniaco en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla,
    10 Kij = Coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla de la j-ésima válvula de inyección, AMMavg = Concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor, Di = Valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco-NOX en el i-ésimo punto de la rejilla, y η = Eficiencia de la reducción de NOX.
    15 9. El sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) de la reivindicación 8, en el que el ordenador de optimización (112) está configurado para determinar el coeficiente de influencia en base a los niveles de reactivos o contaminantes detectados en los puntos de la rejilla (108,109).
  7. 10. El sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) de la reivindicación 8, en el que las boquillas de 20 inyección (104) están configuradas y adaptadas para distribuir reactivo al catalizador (106) por mezcla en masa.
  8. 11. El sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) de la reivindicación 8, en el que hay menos boquillas de inyección (104) que puntos de la rejilla (108, 109).
    25 12. El sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) de la reivindicación 8, que comprende además un segundo conjunto de sensores (109), cada uno situado en un punto distinto de la rejilla corriente arriba de las boquillas de inyección (104) configurado para medir al menos uno de los niveles de reactivos y contaminantes en la entrada de una o más boquillas, en el que preferiblemente hay menos boquillas de inyección que el total de puntos de la rejilla (108, 109), en el que preferiblemente hay a lo sumo la mitad de boquillas de inyección que el total de
    30 puntos de la rejilla.
  9. 13. Un medio legible por máquina que contiene instrucciones de programa para controlar la dosificación de un reactivo en un sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) (100) según la reivindicación 8, comprendiendo el programa:
    35 a) un segmento de código para dar instrucciones a un procesador (112) para determinar (204) un coeficiente de influencia para cada una de las múltiples boquillas de inyección de reactivos (104) para un catalizador (106) independiente de las demás boquillas de inyección, en el que cada boquilla está configurada y adaptada para ser calibrada de forma independiente durante una reacción SCR cuando el sistema está en funcionamiento; y
    40 b) un segmento de código para dar instrucciones al procesador para optimizar (206) el flujo de reactivo de cada boquilla de inyección para minimizar una suma de la desviación a través de una superficie del catalizador, caracterizado porque el segmento de código para dar instrucciones al procesador para optimizar el flujo de
    E08844742
    16-10-2014
    reactivo incluye preferiblemente instrucciones de optimización en base a las siguientes ecuaciones:
    imagen3
    5 en las que:
    N = Número de boquillas de inyección, M = Número de puntos de medición de la rejilla, Xj = Caudal del amoniaco en la boquilla de inyección j-ésima,
    10 Ai = Concentración de NOX en la cara del catalizador de entrada en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Bi = Concentración de amoniaco en ppm en el i-ésimo punto de medición de la rejilla, Kij = Coeficiente de influencia en el i-ésimo punto de la rejilla de la j-ésima válvula de inyección, AMMavg = Concentración de amoniaco promedio en ppm a través de toda la sección transversal del reactor,
    15 Di = Valor absoluto de la desviación del valor medio de la relación amoniaco-NOX en el i-ésimo punto de la rejilla y η = Eficiencia de la reducción de NOX.
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