一種基于權(quán)重閥調(diào)控的scr脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法，屬于燃煤鍋爐大 氣污染物控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣污染物氮氧化物（NOx)是造成大氣污染的主要污染源之一，它是導(dǎo)致酸雨、光 化學(xué)煙霧、霧霾、臭氧層空洞等環(huán)境問題的重要原因，近年以來，國家對各行業(yè)放量的 調(diào)控力度不斷加強(qiáng)。選擇性催化還原（SCR)煙氣脫硝技術(shù)以技術(shù)成熟高、脫硝率高、可靠性 好以及二次污染小等優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內(nèi)外燃煤鍋爐最廣泛應(yīng)用的煙氣脫硝技術(shù)。SCR煙 氣脫硝反應(yīng)的脫硝效率直接取決于煙氣中順 3與NO ,的混合匹配度（達(dá)到合理當(dāng)量比），即 氨氮混合匹配度高則反應(yīng)完全，否則將造成脫硝效率低或是NH3的過剩而形成氨逃逸，這對 SCR脫硝系統(tǒng)甚至整個鍋爐系統(tǒng)都是不利的。
[0003] 為有效降低首層催化劑入口處氨氮混合當(dāng)量比的不均勻性，可開發(fā)高效的噴氨裝 置。噴氨格柵（AIG)是廣泛應(yīng)用的噴氨裝置之一，大致可分為三種類型：渦流靜態(tài)混合式噴 氨格柵、線性控制式噴氨隔柵和分區(qū)控制式噴氨隔柵。其中，渦流靜態(tài)混合式噴氨格柵技術(shù) 噴氨嘴個數(shù)與靜態(tài)混合器的片數(shù)一致，且噴嘴直徑較大，數(shù)量較少，在還原劑氨噴入的初始 階段，與煙氣的混合效果極差，氨氮混合當(dāng)量比極其不均勻；線性控制式噴氨隔柵技術(shù)在其 煙道處布置若干根噴管，而每根噴管上又設(shè)置了若干噴嘴，且各噴管的流量是能夠分開調(diào) 節(jié)的；分區(qū)控制式噴氨隔柵技術(shù)則是將煙道截面分為若干個大小相同的區(qū)域，分區(qū)的數(shù)量 根據(jù)煙道尺寸和脫硝效率而定，多分為20~30個，每個區(qū)域內(nèi)又設(shè)置有若干噴氨噴嘴，各 個分區(qū)內(nèi)噴嘴的流速和角度單獨(dú)可調(diào)。后兩種AIG技術(shù)在還原劑氨噴入的初始階段，氨氮 混合相對比較均勻。
[0004] 除開發(fā)高效的噴氨裝置外，采用科學(xué)合理的噴氨控制方法對于降低氨氮混合當(dāng)量 比的不均勻性也尤為關(guān)鍵。當(dāng)前國內(nèi)主流的噴氨控制方法中，噴氨量大多采用總煙氣量乘 以SCR脫硝系統(tǒng)入口 NOx濃度再乘以氨氮摩爾比的計(jì)算方法得到，并均勻分配給各噴氨支 管。然而由于受SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流動特性的不均勻性、鍋爐負(fù)荷波動等其他原因的 綜合影響，各噴氨噴嘴所對應(yīng)區(qū)域的NO x流通量是不均勻的，顯然各噴氨支管均勻分配噴氨 量的方法是不合理的。同時，SCR脫硝系統(tǒng)長期運(yùn)行一段時間后其內(nèi)部流場特性及其隨負(fù) 荷的波動特性均會有所變動，因此有必要定期測試煙道內(nèi)的流場特性，及時調(diào)整各噴氨口 閥門開度，以最大限度地保證SCR反應(yīng)器內(nèi)持續(xù)良好的氨氮混合當(dāng)量比。
[0005] 綜上所示，在不改變現(xiàn)有燃煤鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)噴氨裝置結(jié)構(gòu)的前提下，可通過 采取科學(xué)合理的噴氨控制方法來保證良好的氨氮混合當(dāng)量比。因此，本發(fā)明在總結(jié)現(xiàn)有SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨控制方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方 法，該方法能夠保證系統(tǒng)煙道內(nèi)良好的氨氮混合當(dāng)量比，進(jìn)而有效提高脫硝效率，減少氨逃 逸及氨用量，降低下游空預(yù)器受損幾率及電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題：為解決當(dāng)前SCR脫硝系統(tǒng)噴氨控制技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一 種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了基于鍋爐負(fù)荷波動的各噴氨口控 制煙道流域流場分布特性與所需噴氨量的精確匹配，可有效解決當(dāng)前均勻噴氨所導(dǎo)致的氨 氮當(dāng)量混合均勻性較差、噴氨量偏高、氨逃逸超標(biāo)、脫硝效率較低等問題。
[0007] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所公開的一種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系 統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法共分為煙氣流場特性測量、煙氣流場分區(qū)域流動特性解析、噴氨權(quán)重閥確 定及噴氨閥門開度調(diào)整四個步驟。
[0008] 所述方法的具體步驟為：
[0009] 1)煙氣流場特性測量：利用測量設(shè)備測量定負(fù)荷工況下SCR脫硝系統(tǒng)噴氨格柵前 煙道橫向截面內(nèi)離散測點(diǎn)處的煙氣流場特性；
[0010] 2)煙氣流場分區(qū)域流動特性解析：利用函數(shù)內(nèi)插方法，結(jié)合噴氨格柵的噴嘴分布 情況，解析獲得與噴氨噴嘴分布相匹配的煙氣流場區(qū)域連續(xù)分布特性；
[0011] 3)噴氨權(quán)重閥確定：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的噴氨閥門權(quán)重確定方法，綜合各負(fù)荷條件下 的煙氣流場分區(qū)域流動特性，獲得各噴氨閥門的綜合權(quán)重；
[0012] 4)噴氨閥門開度調(diào)整：依據(jù)權(quán)重閥的權(quán)重差異對各閥門開度進(jìn)行調(diào)整，同時在 SCR脫硝系統(tǒng)出口截面進(jìn)行NO x出口濃度測量，及時反饋噴氨閥門開度調(diào)整效果。
[0013] 該方法適用于SCR脫硝系統(tǒng)首次運(yùn)行時噴氨閥門的開度確定或后期運(yùn)行期間噴 氨閥門開度的優(yōu)化調(diào)整。所述噴氨閥門指SCR脫硝系統(tǒng)噴氨格柵前端具體控制各模塊噴氨 量的各噴氨支管閥門。
[0014] 所述煙氣流場特性測量需在不同定負(fù)荷條件下進(jìn)行，所布離散測點(diǎn)間距應(yīng)小于1 米，每個離散測點(diǎn)測量單次測量時間不少于5s，重復(fù)測量次數(shù)不少于3次。
[0015] 所述煙氣流場分區(qū)域流動特性解析，解析煙氣流場分區(qū)域分布特性云圖時，定義 煙道壁面煙氣速度為〇,基于Matlab軟件利用A截面內(nèi)離散測點(diǎn)上的流場數(shù)據(jù)獲得該截面 內(nèi)的煙氣流場分區(qū)域連續(xù)分布特性，并求得分區(qū)域及整個截面內(nèi)的煙氣速度數(shù)值。
[0016] 所述預(yù)先設(shè)定的噴氨閥門權(quán)重巾的確定方法具體如下：
[0018] 其中：vsingli旨單個閥門所控制煙道區(qū)域內(nèi)的速度均值；
[0019] v_n指整個A截面的煙氣速度均值。
[0020] 若某噴氨閥門權(quán)重巾為負(fù)，則表示該噴氨閥門開度應(yīng)小于平均開度水平，反之， 則表示該噴氨閥門開度應(yīng)大于平均開度水平，閥門權(quán)重絕對值的大小代表了閥門調(diào)節(jié)幅度 的大小。
[0021] 所述依據(jù)權(quán)重閥的權(quán)重差異對各閥門開度進(jìn)行針對性調(diào)整，應(yīng)事先根據(jù)最大權(quán)重 閥與最小權(quán)重閥的權(quán)重差異及原開度差異獲得單位開度對應(yīng)的權(quán)重差異，隨后需將最大權(quán) 重閥的開度定義為最大開度，最后根據(jù)各閥門與最大權(quán)重閥的權(quán)重差異獲得各閥門的應(yīng)有 開度；對于首次運(yùn)行的SCR脫硝系統(tǒng)，最大權(quán)重閥與最小權(quán)重閥的原開度差異定義為1個單 位。
[0022] 所述在SCR脫硝系統(tǒng)出口截面進(jìn)行NOx出口濃度測量，需保證調(diào)節(jié)噴氨口所處位 置與SCR脫硝系統(tǒng)出口位置的空間對應(yīng)性，并以集控室實(shí)時NOx出口濃度顯示值為重要閥 門開度調(diào)節(jié)反饋量。
[0023] 有益效果：與現(xiàn)有的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨控制方法相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1)現(xiàn)有SCR脫硝系統(tǒng)的噴氨控制方法大多采用各噴氨支管均勻分配噴氨量的方 法，由于受SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流動特性的不均勻性、鍋爐負(fù)荷波動等其他原因的綜合 影響，此類方法可能導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)某局部噴氨區(qū)實(shí)際噴氨量過高，導(dǎo)致氨逃逸，也可能導(dǎo)致某 局部噴氨區(qū)實(shí)際噴氨量偏低，導(dǎo)致脫硝效率不達(dá)標(biāo)，即煙道內(nèi)氨煙混合均勻性較差。本發(fā) 明所公布的一種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法，綜合考慮了噴氨格柵前煙 道橫向截面內(nèi)煙氣流場特性及其隨負(fù)荷的波動特性，解析獲得了與噴氨噴嘴分布相匹配的 煙氣流場分區(qū)域分布特性云圖，進(jìn)而按照設(shè)定的閥門權(quán)重確定方法得到對應(yīng)噴氨閥門的權(quán) 重，從而實(shí)現(xiàn)了噴氨閥門開度的針對性調(diào)整，該噴氨控制方法最終實(shí)現(xiàn)了基于鍋爐負(fù)荷波 動的各噴氨口控制煙道流域流場分布特性與所需噴氨量的精確匹配，可有效解決當(dāng)前均勻 噴氨所導(dǎo)致的氨煙混合均勻性較差、噴氨量偏高、氨逃逸超標(biāo)、脫硝效率較低等問題。
[0025] 2) SCR脫硝系統(tǒng)各噴氨支管閥門多采用手動閥門，當(dāng)前采用非均勻噴氨的SCR脫 硝系統(tǒng)各噴氨支管手動閥門自始至終處于其初始開度卡位，然而SCR脫硝系統(tǒng)長期運(yùn)行一 段時間后其內(nèi)部流場特性及其隨負(fù)荷的波動特性均會有所變動。本發(fā)明所公布的一種基于 權(quán)重閥調(diào)控的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化方法，可應(yīng)用于此類SCR脫硝系統(tǒng)噴氨控制的定期維 護(hù)。通過定期開展SCR系統(tǒng)內(nèi)煙氣流場特性測量、煙氣流場分區(qū)域流動特性解析等技術(shù)工 作，獲取最新的基于鍋爐負(fù)荷波動的各噴氨口控制煙道流域流場分布特性與所需噴氨量的 精確匹配規(guī)律，從而最大限度地保證SCR反應(yīng)器內(nèi)持續(xù)良好的氨氮混合當(dāng)量比，有效提高 脫硝效率，減少氨逃逸及氨用量，降低下游空預(yù)器受損幾率及電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行成本。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施案例的SCR脫硝系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖，
[0027] 其中包括：SCR脫硝系統(tǒng)入口 1、連接煙道2、前端導(dǎo)流板組3、噴氨格柵前煙道截面 4、分區(qū)控制式噴氨隔柵5、AIG混合管6、后端導(dǎo)流板組7、反應(yīng)器頂棚8、整流格柵9、催化劑 層10、SCR反應(yīng)器出口截面11、SCR脫硝系統(tǒng)出口 12。
[0028] 圖2為本發(fā)明實(shí)施案例的SCR脫硝系統(tǒng)分區(qū)控制式噴氨隔柵結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明實(shí)施案例的600MW定負(fù)荷工況下SCR脫硝系統(tǒng)A截面與噴氨噴嘴分 布相匹配的煙氣流場區(qū)域連續(xù)分布特性。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，本實(shí)施案例在以本技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，應(yīng)當(dāng)理解實(shí)施案例是為了說明本發(fā)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述的實(shí)施 案例。
[0031] 本實(shí)施案例針對某電廠660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化 控制，其整體結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。該噴氨系統(tǒng)共由1個總閥、2個自動調(diào)節(jié)閥（分別 控制A、B側(cè)噴氨量）、48個手動蝶閥（單側(cè)各24個）等部件協(xié)同控制噴氨量。下面以該 SCR脫硝系統(tǒng)B側(cè)噴氨優(yōu)化控制為例進(jìn)行敘述，具體實(shí)施步驟如下：
[0032] 1)煙氣流場特性測量
[0033] 利用測量設(shè)備，得到600MW定負(fù)荷工況下SCR脫硝系統(tǒng)A截面內(nèi)離散測點(diǎn)處的煙 氣流場特性。SCR脫硝系統(tǒng)煙道A截面內(nèi)所布離散測點(diǎn)橫向間距依次為60mm、60mm、60mm、 50mm (合計(jì)4個離散測點(diǎn)），鍋爐深度方向所布離散測點(diǎn)間距均為880mm，其中兩側(cè)近壁面處 間距為450mm(合計(jì)16個離散測點(diǎn)），因此理論上共可獲得4X 16個離散測點(diǎn)上的流場特 性數(shù)據(jù)，但由于現(xiàn)場空間條件