CN103574580B - 一种火电机组NOx排放监控方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电机组NOx排放监控方法及***。该方法包括：数据库服务器读取实时数据库中的锅炉运行参数；数据库服务器计算锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的锅炉运行参数；数据库服务器根据所选择的符合相关系数条件的锅炉运行参数计算锅炉效率和NOx排放量，并且将符合相关系数条件的锅炉运行参数以及锅炉效率和NOx排放量发送至监控设备以进行监控；在所计算的锅炉效率和NOx排放量不符合条件时，监控设备根据符合锅炉效率和NOx排放量条件的锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。本发明能够实现对锅炉运行参数的实时监控，并且能够优化火电机组的NOx排放量，从而节约火电机组的运行费用。

Description

一种火电机组NOx排放监控方法及***

技术领域

本发明涉及火力发电领域，具体地，涉及一种火电机组NOx排放监控方法及***。

背景技术

在火力发电领域中，目前火电机组的锅炉基本上都采用了低NOx燃烧技术，而我国目前采用的低NOx燃烧技术能够将火电机组省煤器出口NOx控制在600mg/Nm³左右，此排放浓度不符合国家环境保护部颁布《火电厂大气污染物排放标准》的要求，因为《火电厂大气污染物排放标准》要求火力火电机组执行NOx排放浓度小于100mg/Nm³的标准。

为了符合上述国家标准的要求，对于常规火力发电厂来说，可以如下方是来实现：增加炉外脱硝***，例如选择性催化还原法（SCR）；进行低NOx燃烧器（LNB）***改造，使改造后的低NOx燃烧器的排放符合国家标准；通过燃烧优化控制，使最终的NOx排放浓度符合国家标准的要求。

对于火力火电机组而言，采用单一LNB技术难以达到国家标准的要求，因此需要增加SCR设备，但为了使最终的排放浓度符合国家标准的要求，需要优化LNB的排放浓度，从而为SCR设备的正常工作并排放符合国家标准的NOx提供保障，但是目前没有对LNB排放进行监控以及对LNB和SCR协调进行监控的实现方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种火电机组NOx排放监控方法及***，以优化火电机组的NOx排放量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种火电机组NOx排放监控方法，该方法包括：数据库服务器读取实时数据库中的锅炉运行参数；所述数据库服务器计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；所述数据库服务器根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，并且所述数据库服务器将所述符合相关系数条件的所述锅炉运行参数以及所述锅炉效率和所述NOx排放量发送至监控设备以进行监控；在所计算的所述锅炉效率和所述NOx排放量不符合条件时，所述监控设备根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

优选地，所述锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

优选地，该方法还包括：所述数据库服务器根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

优选地，所述数据库服务器计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率和所述NOx排放量之间的相关系数包括：所述数据库服务器根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

优选地，所述数据库服务器选择符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数包括：所述数据库服务器选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的所述锅炉运行参数。

优选地，所述数据库服务器根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量包括：所述数据库服务器构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；所述数据库服务器将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为所述输入层的节点取值；所述数据库服务器通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

优选地，该方法还包括：所述数据库服务器归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

优选地，该方法还包括：所述数据库服务器根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

优选地，该方法还包括：所述数据库服务器利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

优选地，该方法还包括：所述数据库服务器利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

本发明提供了一种火电机组NOx排放监控***，该***包括：实时数据库，用于存储锅炉运行参数；数据库服务器，用于读取实时数据库中的锅炉运行参数；计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量；监控设备，用于接收所述数据库服务器发送的所述符合相关系数条件的所述锅炉运行参数以及所述锅炉效率和所述NOx排放量以进行监控；在所计算的所述锅炉效率和所述NOx排放量不符合条件时，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数。

优选地，锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

优选地，所述数据库服务器还用于根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

优选地，所述数据库服务器用于根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

优选地，所述数据库服务器用于选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的锅炉运行参数。

优选地，所述数据库服务器用于构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为输入层的节点取值；通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

优选地，所述数据库服务器用于归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

优选地，所述数据库服务器用于根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

优选地，所述数据库服务器用于利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

优选地，所述数据库服务器用于利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

本发明能够实现对锅炉运行参数的实时监控，并且能够优化火电机组的NOx排放量，从而节约火电机组的运行费用，达到经济效益与社会效益相结合的效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的火电机组NOx排放监控流程图；

图2是本发明提供的神经网络示意图；

图3是本发明提供的火电机组NOx排放监控***图；

图4是本发明提供的监控设备用户界面示意图。

附图标记说明

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了实现在NOx排放过程中的监控，本发明提供了如图1所示监控流程，具体包括：数据库服务器读取实时数据库中的锅炉运行参数（步骤101）；所述数据库服务器计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数（步骤103）；所述数据库服务器根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，并且所述数据库服务器将所述符合相关系数条件的所述锅炉运行参数以及所述锅炉效率和所述NOx排放量发送至监控设备以进行监控（步骤105）；在所计算的所述锅炉效率和所述NOx排放量不符合条件时，所述监控设备根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数（步骤107）。此处所谓符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数是指在锅炉运行效率和NOx排放量符合预设条件时所对应的锅炉运行参数。在火电机组中，锅炉运行参数非常多，例如锅炉运行参数可以包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、入炉总空气量等等。需要说明的是，此处列举的锅炉运行参数仅作示例而非限制，还可以包括其他的锅炉运行参数。

由于锅炉运行参数非常多，而对于NOx排放量的控制主要侧重于锅炉效率和NOx排放量之间的权衡，在使锅炉效率得到保证的情况下，尽量地降低NOx排放量。为此，需要从许多的锅炉运行参数中选取可用的锅炉运行参数。为了增加计算的有效性和加快计算的速度，可以先根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。需要说明的是，剔除异常的锅炉运行参数并非本发明必须，因为在剔除异常的锅炉运行参数的情况下，本发明也可以得以实施。

为了计算锅炉运行参数与所述锅炉效率和所述NOx排放量之间的相关系数，可以使用下式：

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

经过上述的相关系数计算之后，可以选择锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值（例如0.3）以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值（0.3）的所述锅炉运行参数。为了计算方便，可以对所选择的锅炉运行参数进行归一化处理，例如通过下式：

其中x_ij表示第i样本数据的第j个属性的值，min_j表示第j个属性的最小值，max_j表示第j个属性的最大值，x_ij’为标准化后的数据。对于锅炉效率以及NOx排放量也可以进行相应的归一化处理。

在选择了合适的锅炉运行参数之后，可以通过这些锅炉运行参数计算出锅炉效率和NOx排放量。在进行该计算时，可以采用多种方式实现，本发明选用神经网络来进行计算。本发明提供的神经网络如图2所示，包括输入层、隐含层以及输出层，输入层的节点取值为锅炉运行参数，输出层的节点取值为锅炉效率和NOx排放量，神经网络中各节点之间可以存在权值。对于神经网络的构建和运行都可以通过现有技术来实现，本发明不再进行详细的描述。

为了进行监控NOx排放量，数据库服务器可以接收符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数以及锅炉效率和所述NOx排放量发送至监控设备，监控设备将相应的数据进行显示或进行相应的控制。

通过上述的优化控制，可以得到能够降低NOx排放量的锅炉运行参数，在锅炉效率和所述NOx排放量不符合预设的条件时，控制设备然后可以根据该锅炉运行参数来对低NOx燃烧器的锅炉运行参数进行调整，从而实现NOx排放量的优化。在与SCR设备结合后，排放的NOx将会进入SCR设备进行还原。在SCR设备进行还原时，需要以氨作为还原剂，因此需要数据库服务器根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。由于SCR设备烟道中NOx的浓度分布不均，因此数据库服务器可以用SCR设备烟道中NOx的浓度分布来进行修正；本发明修正液氨消耗量的具体技术方案有两个，一是根据具体反应器情况，模拟计算NOx的浓度分布场，采用积分计算出偏差或修正因子；另外一种是通过建立液氨库存、消耗跟踪数据库，采用物料平衡原理实时地校验液氨消耗量，确保液氨消耗量准确无误。

脱硝效率是脱硝***性能的重要指标之一，为了准确地反应脱硝效率，数据库服务器可以利用NH3/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者对脱硝效率修正。在SCR投产后，影响脱硝效率的主要内因是催化剂的活性状态，鉴于在保证有效寿命期（一般为3万小时以上）内催化剂活性处于一个稳定的衰减过程，本发明计算脱硝效率基本方案是通过采集模块实时地采集SCR入口有关参数，出口有关参数、以及氨逃逸情况，结合NH3/NO摩尔比，建立反应平衡方程，实时地计算分析得出催化剂活性状态和对应的脱硝效率，这个效率就是SCR对应的最佳脱硝效率，将指导运行人员及时地调整锅炉、及SCR有关运行参数，确保锅炉设备始终处于安全、环保、经济运行状态。

数据库服务器可以将上述计算出来的氨消耗量发送至监控设备，控制设备可以根据计算出的氨消耗量来控制进入SCR设备的氨的量。同样地，数据库服务器还可以可以将上述计算出来的脱硝效率发送至监控设备以供监控。

本发明所提供的监控设备可以是安装有软件的终端，例如计算机或者工作站。通过软件可以实现如图3所述的用户界面，在该界面上设置了许多的监测模块，例如锅炉效率监测模块M1，烟气流量监测模块M2，空预器压差监测模块M3，液氨耗量监测模块M4，催化剂活性监测模块M5，氨逃逸监测模块M6，除尘器二次电流监测模块M7，送风机M8，引风机M9，稀释风机M10，烟气混合器M11等等，如果数据库服务器发送过来相关的数据，软件可以将数据进行相应的统计，在用户点击相应的监测模块后，可以实时地在屏幕上通过曲线或数字的方式显示。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (18)

1.一种火电机组NOx排放监控方法，其特征在于，该方法包括：

数据库服务器读取实时数据库中的锅炉运行参数；

所述数据库服务器计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；

所述数据库服务器根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量，并且所述数据库服务器将所述符合相关系数条件的所述锅炉运行参数以及所述锅炉效率和所述NOx排放量发送至监控设备以进行监控；

在所计算的所述锅炉效率和所述NOx排放量不符合条件时，所述监控设备根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数，

其中，所述数据库服务器计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数和所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数包括：

所述数据库服务器根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2{(y_j-\stackrel{\‾}{y})}^2}},$

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据库服务器根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库服务器选择符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数包括：

所述数据库服务器选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的所述锅炉运行参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库服务器根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量包括：

所述数据库服务器构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；

所述数据库服务器将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为所述输入层的节点取值；

所述数据库服务器通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据库服务器归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据库服务器根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据库服务器利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述数据库服务器利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。

10.一种火电机组NOx排放监控***，其特征在于，该***包括：

实时数据库，用于存储锅炉运行参数；

数据库服务器，用于读取实时数据库中的锅炉运行参数；计算所述锅炉运行参数与锅炉效率和NOx排放量之间的相关系数，选择符合相关系数条件的所述锅炉运行参数；以及根据所选择的符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数计算所述锅炉效率和所述NOx排放量；

监控设备，用于接收所述数据库服务器发送的所述符合相关系数条件的所述锅炉运行参数以及所述锅炉效率和所述NOx排放量以进行监控；在所计算的所述锅炉效率和所述NOx排放量不符合条件时，根据符合所述锅炉效率和所述NOx排放量条件的所述锅炉运行参数调整锅炉的运行参数，

其中，所述数据库服务器用于根据下式计算所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ij}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_j-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2{(y_j-\stackrel{\‾}{y})}^2}},$

其中ρ_ij为锅炉运行参数x_i与锅炉效率或NOx排放量y_j之间的相关系数，为锅炉运行参数x_i的均值，为锅炉效率或NOx排放量y_j的均值，i、j均为正整数。

11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，锅炉运行参数包括锅炉负荷、主蒸汽流量、主蒸汽温度、主蒸汽压力、给水温度、给水流量、燃料量、送风量、送风机电流、引风量、引风机电流、送风机挡板开度、引风机挡板开度、排烟温度、炉膛温度、热风温度、一次风压、炉膛负压、二次风压、再热温度、过热器减温水量、再热减温水量、磨煤机给煤量、二次风挡板开度、一次风量、磨煤机通风量、入炉总煤量、以及入炉总空气量中的至少两者。

12.根据权利要求10所述的***，其特征在于，所述数据库服务器还用于根据拉伊达法则剔除异常的所述锅炉运行参数。

13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于选择所述锅炉运行参数与所述锅炉效率之间的相关系数大于第一预设值以及所述锅炉运行参数与所述NOx排放量之间的相关系数大于第二预设值的锅炉运行参数。

14.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于构建包括输入层、隐含层以及输出层的神经网络；将符合所述相关系数条件的所述锅炉运行参数作为输入层的节点取值；通过所述神经网络计算出作为输出层节点的所述锅炉效率和所述NOx排放量的取值。

15.根据权利要求10-14任意一项所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于归一化所述锅炉运行参数、所述锅炉效率和所述NOx排放量。

16.根据权利要求10-14任意一项所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于根据所述NOx排放量计算SCR设备需要的氨消耗量。

17.根据权利要求16所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于利用NH₃/NO摩尔比、烟气温度、烟气流量比率以及氨逃逸率中的至少一者修正脱硝效率。

18.根据权利要求16所述的***，其特征在于，所述数据库服务器用于利用SCR设备烟道中NOx的浓度分布和/或SCR设备烟道中湿烟气流量修正氨消耗量。