CN108816043A - 一种脱硝设备及其自动控制方法 - Google Patents

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苏丽
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Abstract

本发明公开了一种脱硝设备及其自动控制方法，包括输气机构和SCR反应器，所述输气机构包括两个蒸发器，且蒸发器的侧方分别设置有第一液氨存储罐和第二液氨存储罐，第一液氨存储罐和第二液氨存储罐均通过氨气进管与对应的蒸发器连接，且氨气进管与第一液氨存储罐、第二液氨存储罐的连接处分别安装有第一供氨调门和第二供氨调门，所述蒸发器的侧方均通过蒸发管连接有混合器，且在蒸发管上安装有第一电磁阀，所述混合器的侧方均连接有空气进管，且在空气进管与混合器的连接处安装有第二电磁阀，该装置能够将锅炉运行总的前馈因素以及仪表等不可避免的设备因素考虑进控制策略中，避免了自动控制时的失控发生，有利于提高设备的脱硝效果。

Description

一种脱硝设备及其自动控制方法
技术领域
本发明涉及燃煤脱销领域，具体为一种脱硝设备及其自动控制方法。
背景技术
脱硝是指燃烧烟气中去除氮氧化物的过程，防止环境污染的重要性，已作为世界范围的问题而被尖锐地提了出来。世界上比较主流的工艺分为：SCR和SNCR。这两种工艺除了由于SCR使用催化剂导致反应温度比SNCR低外，其他并无太大区别，但如果从建设成本和运行成本两个角度来看，SCR的投入至少是SNCR投入的数倍，甚至10倍不止。
SCR是目前最成熟的烟气脱硝技术,它是一种炉后脱硝方法,是利用还原剂(NH3,尿素)在金属催化剂作用下,选择性地与NOx反应生成N2和H2O,而不是被O2氧化,故称为“选择性”。世界上流行的SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法SCR2种。此2种方法都是利用氨对NOx的还原功能,在催化剂的作用下将NOx(主要是NO)还原为对大气没有多少影响的N2和水,还原剂为NH3。
在SCR中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂(345℃～590℃)、中温催化剂(260℃～380℃)和低温催化剂(80℃～300℃)，不同的催化剂适宜的反应温度不同。
现有的SCR脱硝设备通常包括两个装有催化剂的反应器、两个液氨存储罐及一套氨气注入***。来自存储罐的液氨靠自身的压力进入蒸发器中。氨气经由稀释风机来的空气在氨气/空气混合器混合稀释，通过注入***被注入到烟气中，被稀释的氨气和烟气在SCR前被充分混合均匀后进入两层催化剂，进而产生化学反应，氮氧化物就被脱除。锅炉分A\B二侧，每侧有一个供氨调门，该调门进行对喷氨量的控制，从而参与控制出口烟囱NOx含量，并且二个调门保持平衡，防止催化剂的老死或者堵塞等现象。
但是，现有的脱硝设备及其自动控制方法存在以下缺陷：
(1)在测定喷氨量以及排放出口NOx含量时，需要用到CEMS分析仪表，但是目前CEMS分析仪表所测出来的NOx实际为NO值，且CEMS分析仪表测量时需要定期吹扫，对各个成分的含量也会有较大的影响，使得装置自动控制的精准度不高；
(2)设备在增、减负荷以及启动、停止磨煤机时，都会对NOx含量产生影响；
(3)现有的脱硝设备在脱硝时，SCR反应器出口NOx测量值与脱硫烟囱处NOx测量存在较大偏差，使得装置的脱硝效果不理想。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种脱硝设备及其自动控制方法，该装置能够将锅炉运行总的前馈因素以及仪表等不可避免的设备因素考虑进控制策略中，避免了自动控制时的失控发生，有利于提高设备的脱硝效果，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种脱硝设备，包括输气机构和SCR反应器，所述输气机构包括两个蒸发器，且蒸发器的侧方分别设置有第一液氨存储罐和第二液氨存储罐，所述第一液氨存储罐和第二液氨存储罐均通过氨气进管与对应的蒸发器连接，且氨气进管与第一液氨存储罐、第二液氨存储罐的连接处分别安装有第一供氨调门和第二供氨调门；
所述蒸发器的侧方均通过蒸发管连接有混合器，且在蒸发管上安装有第一电磁阀，所述混合器的侧方均连接有空气进管，且在空气进管与混合器的连接处安装有第二电磁阀。
进一步地，所述混合器相对于空气进管的另一侧均通过混合管连接有烟气仓，且在混合管上安装有第三电磁阀，所述烟气仓的侧方均连接有烟气管，且在烟气管的管口设置有第四电磁阀。
进一步地，所述烟气仓相对于混合管的另一侧均通过处理管与SCR反应器连接，且处理管与烟气仓的连接处均安装有第五电磁阀，所述处理管的管口均设置有入口CEMS分析仪表。
进一步地，所述SCR反应器包括与两个处理管连接的第一催化反应器，且第一催化反应器的侧方通过催化管连接有第二催化反应器，所述催化管上安装有第六电磁阀。
进一步地，所述第二催化反应器的侧方连接有排气管，且在排气管与第二催化反应器的连接处设置有第七电磁阀，所述排气管的管口安装有出口CEMS分析仪表。
另外，本发明还提供了一种脱硝自动控制方法，包括如下步骤:
步骤100、根据***扰动设定若干个前馈信号；
步骤200、根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值以及前馈信号调整喷氨量。进一步地，作为本发明的一种优选实施方式，***扰动包括SCR***本身的滞后性、脱硝入口NOx的波动、SCR***的负荷变化、SCR***磨切换时的影响。
进一步地，作为本发明的一种优选实施方式，根据SCR***本身的滞后性设定前馈信号的具体方法为：定义排气管NOx的折算值与设定NOx值的差值为第一路前馈信号，且该差值的大小通过试验获得阀门的特性确定；
根据脱硝入口NOx的波动设定前馈信号的具体方法为：当入口NOx分析仪不吹扫时，直接定义入口NOx变化量作为第二路前馈信号；当入口NOx分析仪吹扫时，首先确定入口两侧NOx的测定值，然后定义入口两侧NOx测定值的比值乘以另外一侧入口NOx的测定值为第二路前馈信号；
根据SCR***的负荷变化设定前馈信号的具体方法为：首先定义负荷变化量为第三路前馈信号；
进一步地，作为本发明的一种优选实施方式，根据SCR***磨切换时的影响设定前馈信号的具体方法为：在运行或者切磨之前手动给出1.5的开度量，用来平衡磨启停对出入口NOx量造成的影响。
进一步地，作为本发明的一种优选实施方式，在该***的PID参数中对PID输出指令进行了上限35下限10的限制，对自动指令总出口也进行了上限45下限10的限制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明能够通过排气管NOx的实际值计算出NOx折算值，并通过设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值，以及***本身的滞后性，调整喷氨量，有利于保证设备的脱硝效果；
(2)本发明根据处理管管口NOx的波动，以及负荷的变化，调整喷氨量，同时，能够考虑入口CEMS分析仪表定期吹扫所带来的影响，使阀门提前工作，避免对设备的脱硝产生影响；
(3)本发明能够根据机组现场实际运行情况进行调整，避免磨切换时对脱硝产生影响，同时，能够防止供氨调门过调，大大减小了排气管管口NOx超标的几率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体流程示意图。
图中标号：
1-输气机构；2-SCR反应器；
101-蒸发器；102-第一液氨存储罐；103-第二液氨存储罐；104-氨气进管；105-第一供氨调门；106-第二供氨调门；107-蒸发管；108-混合器；109-第一电磁阀；110-空气进管；111-第二电磁阀；112-混合管；113-烟气仓；114-第三电磁阀；115-烟气管；116-第四电磁阀；117-处理管；118-第五电磁阀；119-入口CEMS分析仪表；
201-第一催化反应器；202-催化管；203-第二催化反应器；204-第六电磁阀；205-排气管；206-第七电磁阀；207-出口CEMS分析仪表。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种脱硝设备，包括输气机构1和SCR反应器2，所述输气机构1包括两个蒸发器101，且蒸发器101的侧方分别设置有第一液氨存储罐102和第二液氨存储罐103，所述第一液氨存储罐102和第二液氨存储罐103均通过氨气进管104与对应的蒸发器101连接，且氨气进管104与第一液氨存储罐102、第二液氨存储罐103的连接处分别安装有第一供氨调门105和第二供氨调门106。
第一液氨存储罐102和第二液氨存储罐103内装有液氨，且液氨能够在自身压力的作用下沿着氨气进管104进入蒸发器101中，并在蒸发器101内从液态转化为气态，第一供氨调门105和第二供氨调门106分别用于对两个液氨存储罐的供氨量进行调节。
所述蒸发器101的侧方均通过蒸发管107连接有混合器108，且在蒸发管107上安装有第一电磁阀109，所述混合器108的侧方均连接有空气进管110，且在空气进管110与混合器108的连接处安装有第二电磁阀111。
蒸发管107用于将蒸发器101内气态的氨送入混合器108内，第一电磁阀109用于控制蒸发管107的通断，空气进管110用于向混合器108内通入空气，使得氨气能够被稀释成一定比例，第二电磁阀111用于控制空气进管110的通断。
所述混合器108相对于空气进管110的另一侧均通过混合管112连接有烟气仓113，且在混合管112上安装有第三电磁阀114，所述烟气仓113的侧方均连接有烟气管115，且在烟气管115的管口设置有第四电磁阀116。
混合管112用于将稀释后的氨气送入烟气仓113内，第三电磁阀114用于控制混合管112的通断，烟气管115用于将燃煤排放的烟气送入烟气仓113内，并在烟气仓113内与氨气充分混合，第四电磁阀116用于控制烟气管115的通断。
所述烟气仓113相对于混合管112的另一侧均通过处理管117与SCR反应器2连接，且处理管117与烟气仓113的连接处均安装有第五电磁阀118，所述处理管117的管口均设置有入口CEMS分析仪表119。
处理管117用于将烟气、氨气的混合气体送入SCR反应器2内，并在SCR反应器2内完成脱硝操作，第五电磁阀118用于控制处理管117的通断，入口CEMS分析仪表119用于分别测量从处理管117内送入SCR反应器2中烟气、氨气混合气体中NOx的变化量。
所述SCR反应器2包括与两个处理管117连接的第一催化反应器201，且第一催化反应器201的侧方通过催化管202连接有第二催化反应器203，所述催化管202上安装有第六电磁阀204。
第一催化反应器201和第二催化反应器203中分别设置有催化剂，使得烟气、氨气混合气体能够先后经过两次催化反应，完成脱硝操作，催化管202用于连接第一催化反应器201和第二催化反应器203，且可以使烟气、氨气混合气体在第一催化反应器201内充分反应，第六电磁阀204用于控制催化管202的通断。
所述第二催化反应器203的侧方连接有排气管205，且在排气管205与第二催化反应器203的连接处设置有第七电磁阀206，所述排气管205的管口安装有出口CEMS分析仪表207。
排气管205用于排放脱硝之后的气体，并传送至下游处理设备，且能够使使烟气、氨气混合气体在在第二催化反应器203内充分反应，第七电磁阀206用于控制排气管205的通断，出口CEMS分析仪表207用于测量排放气体中NOx的值，以便判断设备是否达到环保排放的标准。
另外，如图2所示，本发明还提供了一种脱硝自动控制方法，包括如下步骤：
步骤100、根据***扰动设定若干个前馈信号；
步骤200、根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值以及前馈信号调整喷氨量。在上述步骤中，***扰动包括SCR***本身的滞后性、脱硝入口NOx的波动、SCR***的负荷变化、SCR***磨切换时的影响。
进一步地，根据SCR***本身的滞后性设定前馈信号的具体方法为：定义排气管NOx的折算值与设定NOx值的差值为第一路前馈信号，且该差值的大小通过试验获得阀门的特性确定；
根据脱硝入口NOx的波动设定前馈信号的具体方法为：当入口NOx分析仪不吹扫时，直接定义入口NOx变化量作为第二路前馈信号；当入口NOx分析仪吹扫时，首先确定入口两侧NOx的测定值，然后定义入口两侧NOx测定值的比值乘以另外一侧入口NOx的测定值为第二路前馈信号；
根据SCR***的负荷变化设定前馈信号的具体方法为：首先定义负荷变化量为第三路前馈信号。
在上述步骤中，所获得的前馈信号的均可以通过f(x)函数使得阀门提前动作一定的量，从而获得准确控制的提前量，而该提前量是与阀门特性有关的，也就是说在实际操作中，可以根据有限次的试验获得阀门特性而得出f(x)，进而获得提前量。
而且在上述中，还需要强调的是，利用NOx的实际值计算出NOx的折算值，计算公式为：NOx折算值＝NOx实际值*15/(21-O2实际值)*1.53，其中，O2实际值为当前氧气含量值。
另外，根据SCR***磨切换时的影响设定前馈信号的具体方法为：在运行或者切磨之前手动给出1.5的开度量，用来平衡磨启停对出入口NOx量造成的影响。
在实施方式中，在该***的PID参数中对PID输出指令进行了上限35下限10的限制，对自动指令总出口也进行了上限45下限10的限制。
本控制方法将锅炉运行的总前馈因素以及仪表等不可避免的设备因素考虑进控制策略中，避免了自动控制时的失控发生，有效的解决了现有脱硝自动控制中的问题。
结合上述装置，本实施方式的具体的操作过程如下所述：
首先、脱硝设备运行，使得氨气和烟气能够在输气机构内混合，并输送至SCR反应器内进行脱硝。
然后根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值，以及***本身的滞后性，实时的调整第一供氨调门和第二供氨调门的喷氨量，有利于保证设备的脱硝效果，进一步根据处理管管口NOx的波动，以及负荷的变化，实时的调整第一供氨调门和第二供氨调门的喷氨量，避免对设备的脱硝产生影响，再者根据磨切换时的实际情况，以及避免第一供氨调门、第二供氨调门过调，对自动控制***进行优化，能够减小排气管管口NOx超标的几率。
在上述步骤中，脱硝设备运行的具体步骤为：
第一液氨存储罐和第二液氨存储罐的液氨能够在自身的压力下分别进入对应的蒸发器中，并转换为气态，气态的氨气能够分别经蒸发管进入对应的混合器中，并与空气混合稀释，稀释后的氨气能够分别经混合管进入烟气仓，并与待处理的烟气混合，混合的氨气和烟气能够先后进入第一催化反应器和第二催化反应器，进而产生化学反应，氮氧化物就被脱除，并从排气管排除。
根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值，以及***本身的滞后性，调整喷氨量的具体步骤为：首选需要设定一个排气中NOx的值，使烟气排放符合环保要求，利用出口CEMS分析仪表，测得排气管排放的烟气中NOx的实际值，根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值，使第一供氨调门和第二供氨调门提前动作一定量，这个量值的多少可以根据试验所得的第一供氨调门、第二供氨调门的阀门特性得出。
另外，根据处理管管口NOx的波动，以及负荷的变化，调整喷氨量的具体步骤为：利用入口CEMS分析仪表，分别测得两个处理管管口NOx的的变化量，根据NOx的的变化量，使第一供氨调门和第二供氨调门提前动作一定量，这个量值的多少可以根据试验所得的第一供氨调门、第二供氨调门的阀门特性得出，考虑到入口CEMS分析仪表需要定期吹扫，当一侧的入口CEMS分析仪表吹扫时，切换为两侧NOx值之比算出的系数乘以另一侧入口NOx值得出的量值，来使第一供氨调门、第二供氨调门提前动作,以减免由于吹扫带来的影响，测得负荷的变化量，并通过负荷的变化量来使第一供氨调门、第二供氨调门提前动作一定量，同样该量值的多少可以根据试验所得的第一供氨调门、第二供氨调门的阀门特性得出。
最后，根据实际情况，对自动控制***进行优化的具体步骤为：考虑磨切换时的影响，加入E、F磨运行信号的前馈，即运行这两台磨之前可手动给出1.5的开度量，平衡磨启停对出入口NOx量造成的严重影响，根据实际情况，为防止第一供氨调门、第二供氨调门过调，同时又要确保脱硝效率在该***的PID参数中对PID输出指令进行上限35下限10的限制，对自动指令总出口也进行了上限45下限10的限制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种脱硝自动控制方法，其特征在于,包括如下步骤:
步骤100、根据***扰动设定若干个前馈信号；
步骤200、根据设定NOx的值与排气管NOx的折算值的差值以及前馈信号调整喷氨量。
2.根据权利要求1所述的一种脱硝自动控制方法，其特征在于，***扰动包括SCR***本身的滞后性、脱硝入口NOx的波动、SCR***的负荷变化、SCR***磨切换时的影响。
3.根据权利要求2所述的一种脱硝自动控制方法，其特征在于，
根据SCR***本身的滞后性设定前馈信号的具体方法为：定义排气管NOx的折算值与设定NOx值的差值为第一路前馈信号，且该差值的大小通过试验获得阀门的特性确定；
根据脱硝入口NOx的波动设定前馈信号的具体方法为：当入口NOx分析仪不吹扫时，直接定义入口NOx变化量作为第二路前馈信号；当入口NOx分析仪吹扫时，首先确定入口两侧NOx的测定值，然后定义入口两侧NOx测定值的比值乘以另外一侧入口NOx的测定值为第二路前馈信号；
根据SCR***的负荷变化设定前馈信号的具体方法为：首先定义负荷变化量为第三路前馈信号。
4.根据权利要求2所述的一种脱硝自动控制方法，其特征在于，根据SCR***磨切换时的影响设定前馈信号的具体方法为：在运行或者切磨之前手动给出1.5的开度量，用来平衡磨启停对出入口NOx量造成的影响。
5.根据权利要求1所述的一种脱硝自动控制方法，其特征在于，在该***的PID参数中对PID输出指令进行了上限35下限10的限制，对自动指令总出口也进行了上限45下限10的限制。
6.一种脱硝设备，包括输气机构(1)和SCR反应器(2)，其特征在于：所述输气机构(1)包括两个蒸发器(101)，且蒸发器(101)的侧方分别设置有第一液氨存储罐(102)和第二液氨存储罐(103)，所述第一液氨存储罐(102)和第二液氨存储罐(103)均通过氨气进管(104)与对应的蒸发器(101)连接，且氨气进管(104)与第一液氨存储罐(102)、第二液氨存储罐(103)的连接处分别安装有第一供氨调门(105)和第二供氨调门(106)；
所述蒸发器(101)的侧方均通过蒸发管(107)连接有混合器(108)，且在蒸发管(107)上安装有第一电磁阀(109)，所述混合器(108)的侧方均连接有空气进管(110)，且在空气进管(110)与混合器(108)的连接处安装有第二电磁阀(111)。
7.根据权利要求6所述的一种脱硝设备，其特征在于：所述混合器(108)相对于空气进管(110)的另一侧均通过混合管(112)连接有烟气仓(113)，且在混合管(112)上安装有第三电磁阀(114)，所述烟气仓(113)的侧方均连接有烟气管(115)，且在烟气管(115)的管口设置有第四电磁阀(116)。
8.根据权利要求7所述的一种脱硝设备，其特征在于：所述烟气仓(113)相对于混合管(112)的另一侧均通过处理管(117)与SCR反应器(2)连接，且处理管(117)与烟气仓(113)的连接处均安装有第五电磁阀(118)，所述处理管(117)的管口均设置有入口CEMS分析仪表(119)。
9.根据权利要求8所述的一种脱硝设备，其特征在于：所述SCR反应器(2)包括与两个处理管(117)连接的第一催化反应器(201)，且第一催化反应器(201)的侧方通过催化管(202)连接有第二催化反应器(203)，所述催化管(202)上安装有第六电磁阀(204)。
10.根据权利要求9所述的一种脱硝设备，其特征在于：所述第二催化反应器(203)的侧方连接有排气管(205)，且在排气管(205)与第二催化反应器(203)的连接处设置有第七电磁阀(206)，所述排气管(205)的管口安装有出口CEMS分析仪表(207)。
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