本發(fā)明屬于火力發(fā)電廠scr煙氣脫硝設(shè)備運行過程中的氨逃逸濃度控制領(lǐng)域，具體地是涉及一種氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法。

背景技術(shù)：

選擇性催化還原方法(selectivecatalyticreduction，scr)是目前國內(nèi)外大型燃煤機組上廣泛采用的主要脫硝工藝。scr脫硝工藝以氨(nh3)為還原劑，氨氣經(jīng)噴氨格柵噴入煙道，與煙氣充分混合，進入scr反應(yīng)器，在多層催化劑作用下，把煙氣中的nox還原成n2和h2o，完成nox的脫除。其中脫硝效率和氨逃逸濃度是脫硝設(shè)備相互依存的兩個最重要性能指標(biāo)。對于給定的脫硝設(shè)備，脫硝效率越高，對應(yīng)的氨逃逸濃度也越大。脫硝設(shè)備性能隨運行時間劣化過程中，脫硝效率維持不變時，對應(yīng)的氨逃逸濃度會逐漸增加。脫硝反應(yīng)器出口煙氣中的逃逸氨，會與煙氣中的so3在空氣預(yù)熱器冷端約140-220℃溫度區(qū)間生成高粘性硫酸氫銨，在換熱元件表面沾粘煙氣中的飛灰顆粒，逐漸累積在換熱元件之間形成堵塞，減小煙氣通流面積，增加空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)阻力。空氣預(yù)熱器常規(guī)設(shè)計煙氣阻力約1.0kpa，因硫酸氫銨堵塞而運行阻力約1.5-2.0kpa，甚至高達3.5kpa，不僅大幅度增加引風(fēng)機電耗(每千帕阻力增加的引風(fēng)機電流：300mw機組約30a，600mw機組約60a，1000mw機組約100a)，甚至嚴(yán)重影響機組帶負(fù)荷。

減少脫硝反應(yīng)器出口煙氣中的氨逃逸濃度是解決空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞的根本措施，為此，scr采用在線氨逃逸cems儀表來檢測煙氣中的氨逃逸濃度，據(jù)此控制噴氨量防止氨逃逸濃度過大。氨逃逸cems儀表主要采用原位式或者抽取式可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法進行測量，受煙塵濃度、空間振動以及大截面單點測量代表性低等因素的影響，在線cems儀表顯示值普遍不可靠。這使得scr噴氨量控制處于無依據(jù)的盲目狀態(tài)，經(jīng)常造成氨逃逸過大了而不自知，并直至脫硝設(shè)備性能低于臨界性能和空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重了，才考慮催化劑性能提效，使得此后催化劑采購期間的氨逃逸一直過大，加劇下游硫酸氫銨堵塞。

因此，本發(fā)明的發(fā)明人亟需構(gòu)思一種新技術(shù)以改善其問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對scr煙氣脫硝氨逃逸濃度在線cems檢測不可靠而引發(fā)的空氣預(yù)熱器硫酸氫銨嚴(yán)重堵塞問題，本發(fā)明提供了一種氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法，包括如下步驟：

s1：現(xiàn)場測試scr反應(yīng)器入口和/或出口的nox濃度、nh3/nox摩爾比、脫硝效率和氨逃逸濃度；

s2：利用所述步驟s1獲取的數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的scr反應(yīng)器潛能，并根據(jù)dcs表盤顯示的scr反應(yīng)器入口nox濃度和脫硝效率實時預(yù)測氨逃逸濃度；

s3：根據(jù)氨逃逸濃度預(yù)測值和預(yù)先設(shè)計的氨逃逸濃度上限值，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的氨逃逸濃度，并通過人工或者自動化的方式控制噴氨量。

優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括：

在機組高、中、低3個負(fù)荷點下現(xiàn)場測試scr反應(yīng)器入口的nox濃度、nh3/n0x摩爾比、脫硝效率和氨逃逸濃度。

優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括：

s21：利用式1計算各負(fù)荷點的脫硝反應(yīng)器潛能p；

式中，p為脫硝反應(yīng)器潛能；mr為nh3/nox摩爾比；η為脫硝效率；

s22：利用式2的插值法預(yù)測機組各負(fù)荷點的反應(yīng)器潛能pl；

式中，pl為機組負(fù)荷l下的反應(yīng)器潛能；l為機組實際運行負(fù)荷；低為最近一次現(xiàn)場實測的高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能；l高、l中、l低為最近一次現(xiàn)場實測時的機組高中低負(fù)荷；

s23：利用式3計算脫硝反應(yīng)器潛能p隨時間的劣化趨勢函數(shù)；

式中，λτ為劣化趨勢函數(shù)；τ為最近一次催化劑更換到當(dāng)前的累積運行時間；a為時間常數(shù)；

s24：基于最近一次現(xiàn)場測試計算的機組高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能，結(jié)合式2和式3計算當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的scr反應(yīng)器潛能；

pl，τ＝pl×λτ(4)

式中，pl，τ為機組當(dāng)前實際運行負(fù)荷l下的scr反應(yīng)器潛能；

s25：用式5實時計算氨逃逸預(yù)測值；

式中，為氨逃逸預(yù)測值；pl，τ為當(dāng)前機組實際負(fù)荷l下的脫硝反應(yīng)器潛能；cnox，in為scr入口運行在線顯示的nox濃度。

優(yōu)選地，時間常數(shù)a的取值范圍在50000h-100000h之間。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少包括如下有益效果：

本發(fā)明所述的氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法，利用定期現(xiàn)場測試的脫硝反應(yīng)器潛能來預(yù)測氨逃逸濃度的方法，可實時根據(jù)scr反應(yīng)器入口煙氣條件和運行脫硝效率，預(yù)測實際的氨逃逸濃度，據(jù)此合理控制噴氨流量和脫硝效率，并及時預(yù)警脫硝性能提效，控制和減少氨逃逸濃度，減輕對下游空氣預(yù)熱器的硫酸氫銨堵塞影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法的流程示意圖；

圖2為現(xiàn)場測試的原理圖。

其中：1為鍋爐，2為鍋爐省煤器，3為scr入口煙氣，4為scr反應(yīng)器，5為催化劑層，6為出口nox、nh3測點，7為入口nox、nh3測點。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，為符合本發(fā)明的一種氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法，包括如下步驟：

s1：現(xiàn)場測試scr反應(yīng)器入口和/或出口的nox濃度、nh3/nox摩爾比、脫硝效率和氨逃逸濃度；

s2：利用所述步驟s1獲取的數(shù)據(jù)，計算當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的scr反應(yīng)器潛能，并根據(jù)dcs表盤顯示的scr反應(yīng)器入口的nox濃度和脫硝效率實時預(yù)測氨逃逸濃度；

s3：根據(jù)氨逃逸濃度預(yù)測值和預(yù)先設(shè)計的氨逃逸濃度上限值，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的氨逃逸濃度，并通過人工或者自動化的方式控制噴氨量。

優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括：

在機組高、中、低3個負(fù)荷點下現(xiàn)場測試scr反應(yīng)器入口的nox濃度、nh3/nox摩爾比、脫硝效率和氨逃逸濃度。

優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括：

s21：利用式1計算各負(fù)荷點的脫硝反應(yīng)器潛能p；

式中，p為脫硝反應(yīng)器潛能；mr為nh3/nox摩爾比；η為脫硝效率；

s22：利用式2的插值法預(yù)測機組各負(fù)荷點的反應(yīng)器潛能pl；

式中，pl為機組負(fù)荷l下的反應(yīng)器潛能；l為機組實際運行負(fù)荷，mw；為最近一次現(xiàn)場實測的高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能；l高、l中、l低為最近一次現(xiàn)場實測時的機組高中低負(fù)荷，mw；

s23：利用式3計算脫硝反應(yīng)器潛能p隨時間的劣化趨勢函數(shù)；

式中，λτ為劣化趨勢函數(shù)；τ為最近一次催化劑更換到當(dāng)前的累積運行時間，h；a為時間常數(shù)；

s24：基于最近一次現(xiàn)場測試計算的機組高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能，結(jié)合式2和式3計算當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的scr反應(yīng)器潛能；

pl，τ＝pl×λτ(4)

式中，pl，τ為機組當(dāng)前實際運行負(fù)荷l下的scr反應(yīng)器潛能；

s25：用式5實時計算氨逃逸預(yù)測值；

式中，為氨逃逸預(yù)測值，mg/m³；pl，τ為當(dāng)前機組實際負(fù)荷l下的脫硝反應(yīng)器潛能；cnox，in為scr入口運行在線顯示的nox濃度，mg/m³。

優(yōu)選地，時間常數(shù)a的取值范圍在50000h-100000h之間。

優(yōu)選地，所述步驟s3中的氨逃逸濃度上限值≤2.28mg/m³。

為解決在線cems儀表檢測不可靠所引發(fā)的氨逃逸過大和下游硫酸氫銨堵塞問題，在對scr脫硝性能的內(nèi)在規(guī)律研究基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出利用現(xiàn)場定期測定的脫硝反應(yīng)器潛能來預(yù)測實際運行氨逃逸濃度的方法，用于控制脫硝噴氨量和預(yù)警脫硝性能提效。技術(shù)方案具體如下：

1)定期每年一次，至少在機組高、中、低(常規(guī)為100％、75％、50％)3個負(fù)荷點下現(xiàn)場測試scr反應(yīng)器入口nh3/nox摩爾比、脫硝效率和氨逃逸濃度，用式1計算各負(fù)荷點的脫硝反應(yīng)器潛能p，利用插值法(式2)預(yù)測機組45-100％負(fù)荷范圍內(nèi)各負(fù)荷點的反應(yīng)器潛能pl。其中數(shù)據(jù)獲取方法參見附圖2，其中鍋爐1，鍋爐省煤器2，scr入口煙氣3，scr反應(yīng)器4，催化劑層5，出口nox、nh3測點6，入口nox、nh3測點7。通過在出口nox、nh3測點6和入口nox、nh3測點7進行現(xiàn)場測試。

式中：

p為脫硝反應(yīng)器潛能；mr為nh3/nox摩爾比；η為脫硝效率；pl為機組負(fù)荷l下的反應(yīng)器潛能；l為機組運行負(fù)荷，mw；為最近一次現(xiàn)場實測的高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能；l高、l中、l低為為最近一次現(xiàn)場實測時的機組高中低負(fù)荷，mw。

2)根據(jù)多次現(xiàn)場測試評估的scr反應(yīng)器潛能p，回歸反應(yīng)器潛能p隨時間的劣化趨勢函數(shù)(式3)。受催化劑本體質(zhì)量、入口煙氣中的化學(xué)元素和飛灰堵塞磨損程度的不同，反應(yīng)器潛能劣化函數(shù)的時間常數(shù)a在50000h到100000h之間變化，時間常數(shù)越大，表明催化劑的劣化速率越慢。

式中：

λτ為反應(yīng)器潛能劣化函數(shù)；τ為最近一次催化劑更換到當(dāng)前的累積運行時間，h；a為時間常數(shù)。

3)基于最近一次現(xiàn)場測試計算的機組高中低負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能，利用式2和式3計算當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的scr反應(yīng)器潛能pl，τ。

pl，τ＝pl×λτ(4)

式中：pl，τ為機組當(dāng)前實際運行負(fù)荷l下的scr反應(yīng)器潛能。

4)根據(jù)脫硝反應(yīng)器性能與nh3/nox摩爾比、脫硝效率之間的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)式4預(yù)測的當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷下的反應(yīng)器潛能，針對scr實際運行入口nox濃度和脫硝效率，用式5實時預(yù)測氨逃逸濃度。

式中：

為實時預(yù)測的氨逃逸濃度，mg/m³；pl，τ為當(dāng)前機組實際負(fù)荷l下的脫硝反應(yīng)器潛能；cnox，in為scr入口運行在線顯示的nox濃度，mg/m³。

5)scr噴氨量越大，脫硝效率越高，出口nox濃度越低，氨逃逸濃度越大。實際運行過程中，應(yīng)控制噴氨量使nox排放濃度小于超低排放50mg/m³限值。根據(jù)實際運行的scr入口nox濃度和脫硝效率，用式5實時預(yù)測scr氨逃逸濃度。當(dāng)氨逃逸濃度大于設(shè)計上限(常規(guī)為2.28mg/m³，部分高硫煤機組為1.5mg/m³)和nox排放濃度遠(yuǎn)小于50mg/m³時，應(yīng)逐漸減少噴氨量，將nox排放濃度提高到40-50mg/m³，適當(dāng)降低脫硝效率和氨逃逸濃度，減輕下游空氣預(yù)熱器的硫酸氫銨堵塞。根據(jù)氨逃逸預(yù)測值，既可人工手動控制噴氨量，也可納入噴氨控制邏輯中實現(xiàn)自動控制。

6)隨運行時間增加，scr反應(yīng)器潛能逐漸降低，在控制相同的脫硝效率下，氨逃逸濃度會逐漸增加。針對scr入口nox濃度，在確保nox達標(biāo)排放的前提下，用式4和式5預(yù)測未來半年、1年后機組全負(fù)荷范圍內(nèi)各負(fù)荷點的氨逃逸濃度。當(dāng)預(yù)測的氨逃逸濃度接近或者大于設(shè)計上限時，應(yīng)根據(jù)氨逃逸濃度預(yù)警提前做好脫硝提效決策，如停機提效改造時間，催化劑層增加、更換、再生方案等。

下面以一個實施例進行具體說明。

該600mw機組scr煙氣脫硝裝置按“2+1”模式布置3層催化劑，其中第一、二層在2009年11月安裝，第三層在2014年5月安裝。以此機組為案例，結(jié)合部分現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，對氨逃逸濃度實時在線預(yù)測與控制方法的實施方式加以說明：

1)定期每年在機組檢修后，每次至少在高、中、低3個負(fù)荷點下，利用反應(yīng)器進出口煙道截面網(wǎng)格法布置的煙氣取樣裝置，采集和分析nox濃度分布，并在反應(yīng)器出口選擇6個代表點采集和分析氨逃逸濃度，用算術(shù)平均法計算反應(yīng)器進出口的nox平均濃度和出口氨逃逸平均濃度。在機組高、中、低負(fù)荷點下，分別用式1計算scr反應(yīng)器潛能。

下表1是在2014年和2016年現(xiàn)場測試的scr性能數(shù)據(jù)。

表1

2)兩次現(xiàn)場測試的實際運行間隔時間約19375h，計算反應(yīng)器潛能劣化時間常數(shù)約為97000h。結(jié)合最近一次的現(xiàn)場測試值，可用式4可預(yù)測當(dāng)前機組實際運行負(fù)荷點下的scr反應(yīng)器潛能。

3)根據(jù)機組dcs監(jiān)測的機組負(fù)荷、脫硝反應(yīng)器進口nox濃度、脫硝效率，用式5實時預(yù)測氨逃逸濃度，可指導(dǎo)運行人員合理調(diào)節(jié)噴氨量，避免氨逃逸濃度超過設(shè)計上限。

4)基于2016年12月測試的反應(yīng)器潛能及其劣化規(guī)律，按照當(dāng)前的scr入口nox濃度、脫硝效率，預(yù)測氨逃逸濃度達到2.28mg/m³上限前，還可繼續(xù)運行約4500h。屆時，需通過第一層催化劑更換或者第一二層催化劑再生等方式，提高scr脫硝性能，使氨逃逸濃度降低到設(shè)計上限以下，并長期運行。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。