CN109445383A - 一种带前置静态混合器的scr分区喷氨优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，涉及能源环保技术领域，尤其涉及火力发电厂选择性催化还原法脱硝技术领域。采用“前置静态混合器”关键技术，由具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①、喷氨格栅②、前置静态混合器③、SCR反应器④、具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤、具备人工智能软件的控制模块⑥、远程控制调节模块⑦组成。结构简单巧妙、提高脱硝效率，降低氨耗量效果明显。
Description
技术领域
本发明的一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，涉及能源环保技术技术领域，尤其涉及一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制技术领域。
背景技术
在大型机组SCR脱硝***中，还原剂氨由喷氨装置喷入烟道与烟气混合，喷氨控制主要采用总量控制调节的模式，通过入口的N0x浓度、烟气流量、氨氮摩尔比以及催化剂转换效率等数据计算出总体喷氨量，对进入整个喷氨格栅的氨气流量进行设定，并通过出口的N0x进行反馈调节氨气流量，由于锅炉负荷和燃烧方式的变化，不同工况下喷氨装置上游烟道内烟气流场分布不均匀，烟气中氮氧化物的分布也很不均匀，使得喷氨装置在实际运行中的调节难度相当大。喷氨量控制不当，将直接影响到脱硝的效率，影响NOx排放以及逃逸氨量，并会影响到催化剂的使用寿命和下游换热元件的腐蚀，从而影响整体的脱硝运行成本和锅炉效率。本发明人建立在长期从事烟气脱硝研究和数据采样分析的基础上，采用一种前置混合器，实现了SCR烟气流场的优化，该装置的结构简单，制造安装方便，能使无规则不均匀的流场实现局部区域均匀，配合采用分区喷氨优化控制方法，实现精准控制。
本发明的研制成功，有效解决了已有公知技术与现状存在的不足、缺陷与弊，降低了喷氨调节难度，提高了SCR脱硝***的脱硝效率，减少氨逃逸。
发明内容
本发明采取“前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制”关键技术，基于对脱硝***喷氨格栅、烟道几何结构的分析以及原始数据测量，应用CFD流场模拟，对流场进行计算分析，通过加装前置静态混合装置，将狭长烟道（截面）划分为3-4个区域，使得区域内NOX和NH3充分混合均匀，在每个区域内装设具备巡测功能带有矩阵取样装置的CMES分析***和相应调节装置，拟出相应的控制策略，通过远程控制调节模块自动实时调节对应喷氨区域的喷氨量，实现分区精准喷氨。
通过本发明达到的目的是：①、本发明采取“前置静态混合装置”关键设备，解决了机组负荷及燃烧工况发生变化时，脱硝烟道出现无规则不均匀的流场造成喷氨调节困难的问题。②、本发明装置结构简单、***易控制，解决常规喷氨优化装置投资成本高的问题。③、本发明采取“SCR分区喷氨优化控制”关键技术，采用矩阵取样方式，实现分区精准测量，差别化喷氨，解决常规单点测量不具备代表性，造成不同工况下喷氨调节困难的问题。④、本发明采取“SCR分区喷氨优化控制”关键技术，利用人工智能控制软件技术，将喷氨量与SCR入口NOx浓度进行关联，同时用SCR出口NOx、氨逃逸浓度进行修正，解决测量和控制精度不高造成SCR氨逃逸率大的问题，提高脱硝效率。⑤、本发明的结构科学合理且简单巧妙、方便使用且效果稳定可靠、易于制作与使用且制作成本与运营成本均低，具有科学性、先进性、准确性、代表性、实用性。⑥、本发明解决了已有公知技术与现状存在的不足、缺陷与弊端。 、本发明的研制成功，有效提高到了本行业的技术水平，可广泛推广应用。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制***，包括具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①、喷氨格栅②、前置静态混合器③、SCR反应器④、具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤、具备人工智能软件的控制模块⑥、远程控制调节模块⑦（见附图1）。
所述的前置静态混合器③，在喷氨格栅②前布置一层（若干个），喷氨格栅②后布置一层（若干个），每个沿烟道宽度方向布置一个静态混合器③形成一个烟气组分浓度混合均匀的区域，沿烟道宽度方向布置若干个静态混合器③，且相邻的混合器③沿分界线镜像对称布置。所述的静态混合器③，由两组叶片组成（见附图2），两组叶片分别在各自的区域内旋转混合且方向相反。其特点在于烟气经过两组叶片，形成漩涡，由于各处剪切速度不一样，烟气中氮氧化物和氨气充分混合，达到混合单元内浓度均匀的目的。
所述的具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①、具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤，均各自包括取样支管Ⅰ（3-4套）、混合器Ⅱ（3-4套）、采样探头接口法兰Ⅲ（3-4套）、烟道Ⅳ（见附图3）、现场变送箱、气体分析仪；每个静态混合器③布置一组取样检测装置，采样探头通过采样管与气体分析仪相连，气体分析仪所得数据输入具备人工智能软件的控制模块⑥，具备人工智能软件的控制模块⑥通过换算后，给出指令至远程控制调节模块⑦。
具备人工智能软件的控制模块⑥，其原理在于采用串级控制回路控制，将各静态混合后混合均匀区域的喷氨量与具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①测量结果、烟气量、机组煤质、负荷等数据进行关联，同时用SCR出口具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤测量结果进行修正。所述的串级控制回路，由主调节回路和副调节回路组成。所述的主调节回路，由SCR入口检测装置检测到的NOx含量和烟气流量的乘积得到入口NOx总量，设定脱硝效率=（进口NOx总量-出口NOx总量）/进口NOx总量，由函数fl（x）得到不同脱硝效率对应下的摩尔比，设定值与出口NOx浓度的比值经PID控制器输出指令作为修正值叠加到固定摩尔比，最终生成修正的NH3/NOx摩尔比，生成副调节回路的需氨量给定值。所述的副调节回路，根据修正的NH3/NOx摩尔比提供SCR反应器所需要的氨气总量，通过限速和限幅模块对前馈量进行限制，氨气流量设定值=入口NOx流量×实际NH3/NOx摩尔比。在充分考虑脱硝效率和催化剂脱硝活性的基础上，将出口NOx浓度控制在合理的范围内。
所述的远程控制调节模块⑦，采用调整线性较好的球阀、半球阀或隔膜阀，满足精细调整的要求。
本发明的工作原理及工作过程是：如说明书附图2所示，本发明的工作原理及工作过程极为简单明了，本发明充分发挥了“带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制”的关键技术的作用。在所述的带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法中，所述的前置静态混合器③，在喷氨格栅②前布置一层（若干个），喷氨格栅②后布置一层（若干个），每层沿烟道宽度方向布置若干个静态混合器③，沿烟道宽度方向布置若干个静态混合器③，且相邻的混合单元沿分界线镜像对称布置。当烟气通过静态混合器后，烟气在各自的区域内充分混合，减少该区域内烟气中各组分的速度及浓度梯度分布范围，保证进入SCR反应器前烟气混合均匀，有效降低调节难度和投资成本，同时为提高脱硝效率，降低氨逃逸率提供了有利条件。在“烟道静态混合器”关键技术的作用下，采用所述的具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①，有效检验静态混合器③的混合效果，同时为所述的具备人工智能软件的控制模块⑥提供了准确的数据，具备人工智能软件的控制模块⑥计算的调节方案传送给远程控制调节模块⑦，实现精准调节，最终达到提高脱硝效率，降低氨逃逸率的目的。
本发明的设计科学合理、结构简单巧妙、易于制作成本低，使用效果稳定可靠，解决了已有公知技术与现状存在的不足、缺陷与弊端，有效的提高到了本行业的技术水平。
由于采用了本发明所提供的技术方案，使得本发明与已有公知技术与现状相比，获得的有益效果是：
1、本发明采取“前置静态混合器”关键设备，解决了机组负荷及燃烧工况发生变化时，脱硝烟道出现无规则不均匀的流场造成喷氨调节困难的问题。
2、本发明装置结构简单、***易控制，解决常规喷氨优化装置投资成本高的问题。
3、本发明采取“SCR分区喷氨优化控制”关键技术，采用矩阵取样方式，实现分区精准测量，差别化喷氨，解决常规单点测量不具备代表性，造成不同工况下喷氨调节困难的问题。
4、本发明采取“SCR分区喷氨优化控制”关键技术，利用人工智能控制软件技术，将喷氨量与SCR入口NOx浓度进行关联，同时用SCR出口NOx、氨逃逸浓度进行修正，解决测量和控制精度不高造成SCR氨逃逸率大的问题，提高脱硝效率。
5、本发明的结构科学合理且简单巧妙、方便使用且效果稳定可靠、易于制作与使用且制作成本与运营成本均低，具有科学性、先进性、准确性、代表性、实用性。
6、本发明解决了已有公知技术与现状存在的不足、缺陷与弊端。
7、本发明的研制成功，有效提高到了本行业的技术水平，可广泛推广应用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的示意图。
图中的标号：具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES 分析***①、喷氨格栅②、前置静态混合器③、SCR反应器④、 具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤、具 备人工智能软件的控制模块⑥、远程控制调节模块⑦
图2为本发明具体实施方式中前置静态混合器③示意图
图中的标号：图中的标号：1、右旋叶片，2、左旋叶片，3、 右旋叶片，4、左旋叶片，5、喷氨格栅，6、烟道。
图3为本发明具体实施方式中具备巡测功能带有矩阵取样 装置的高量程CMES分析***①及具备巡测功能带有矩阵取样装 置的低量程CMES分析***⑤中矩阵取样装置示意图
图中的标号：Ⅰ、取样支管(3-4套)，Ⅱ、混合器(3-4套)， Ⅲ、采样探头接口法兰(3-4套)，Ⅳ、烟道。
Claims (10)
1.一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，其特征在于：由具备巡测功能带有矩阵取样装置的高量程CMES分析***①、喷氨格栅②、前置静态混合器③、SCR反应器④、具备巡测功能带有矩阵取样装置的低量程CMES分析***⑤、具备人工智能软件的控制模块⑥、远程控制调节模块⑦构成；所述前置静态混合器③其特征在于：由1、右旋叶片，2、左旋叶片，3、右旋叶片，4、左旋叶片，5、烟道，6、喷氨格栅构成。
2.根据权利要求1所述的一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，其特征在于：所述具备人工智能软件的控制模块⑥其原理在于采用串级控制回路控制，将各静态混合后混合均匀区域的喷氨量与具备巡测功能带有矩阵取样装置的CMES分析***①测量结果、烟气量、机组煤质、负荷等数据进行关联，同时用SCR出口具备巡测功能带有矩阵取样装置的CMES分析***⑤测量结果进行修正。
3.根据权利要求2所述的，所述的具备人工智能软件的控制模块⑥，由主调节回路和副调节回路组成。
4.所述的主调节回路，由SCR入口检测装置检测到的NOx含量和烟气流量的乘积得到入口NOx总量，设定脱硝效率=（进口NOx总量-出口NOx总量）/进口NOx总量，由函数fl（x）得到不同脱硝效率对应下的摩尔比，设定值与出口NOx浓度的比值经PID控制器输出指令作为修正值叠加到固定摩尔比，最终生成修正的NH3/NOx摩尔比，生成副调节回路的需氨量给定值。
5.所述的副调节回路，根据修正的NH3/NOx摩尔比提供SCR反应器所需要的氨气总量，通过限速和限幅模块对前馈量进行限制，氨气流量设定值=入口NOx流量×实际NH3/NOx摩尔比。
6.在充分考虑脱硝效率和催化剂脱硝活性的基础上，将出口NOx浓度控制在合理的范围内。
7.根据权利要求1所述的一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，其特征在于：所述的前置静态混合器③，在喷氨格栅②前布置一层（若干个），喷氨格栅②后布置一层（若干个），每个沿烟道宽度方向布置的静态混合器③形成一个烟气组分浓度混合均匀的区域。
8.根据权利要求1所述的一种带前置静态混合器的SCR分区喷氨优化控制方法，其特征在于：相邻的混合器③沿分界线镜像对称布置。
9.所述的静态混合器③，由两组叶片组成，两组叶片分别在各自的区域内旋转混合且方向相反。
10.其特点在于烟气经过两组叶片，形成漩涡，由于各处剪切速度不一样，烟气中氮氧化物和氨气充分混合，达到混合单元内浓度均匀的目的。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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