余热锅炉内SNCR脱硝优化方法、系统、装置及介质与流程

余热锅炉内sncr脱硝优化方法、系统、装置及介质
技术领域
1.本发明涉及焚烧烟气净化领域，尤其涉及一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法、系统、装置及介质。


背景技术：

2.危险废物指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物。目前国内普遍采用焚烧法对危险废物进行处理，一般采用“回转窑+二燃室+余热锅炉(内置sncr)+急冷塔+干式反应器+布袋除尘器+湿法脱酸塔+烟气加热+低温scr”工艺路线。危险废物焚烧产生的烟气中的nox，是造成大气污染和产生酸雨的主要原因之一。
3.焚烧烟气中no
x
来源，按生成机理可分为热力型no
x
、燃料型no
x
和快速型no
x
。燃烧温度是产生热力型nox最重要的影响因素，在实际燃烧过程中炉内局部高温可能产生较多的no
x
。现有脱硝技术中，sncr是一种成本低廉和易于实施的脱硝技术，得到了广泛应用。但制约sncr的脱硝效率因素较多，其中主要影响因素包括：反应温度、停留时间、氨氮摩尔比、烟气及还原剂的混合效果等。
4.如图1所示，通常认为采用氨作为还原剂的sncr反应温度窗口在880～1080℃之间，nox的脱除效率和氨逃逸同反应温度有着及其重要的关系，为了获得大于80％的no
x
总体脱除效率，sncr最佳反应温度窗口一般控制在950～1040℃之间(因脱氨剂不同而异)。因此在喷枪布置设计时往往将喷枪布置在sncr最佳反应温度窗口区域。但在实际运行过程中，由于烟气温度随“处理量、低位热值、热负荷”变化存在较大的波动，进而导致运行过程中最佳温度窗口发生偏离；一旦发生偏离，调试期间也没有调整手段，导致sncr脱硝运行效率整体偏低。


技术实现要素：

5.为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法、系统、装置及介质。
6.本发明所采用的技术方案是：
7.一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法，包括以下步骤：
8.对余热锅炉内的烟气流场和烟气温度场进行cfd模拟，根据模拟结果调节余热锅炉的结构，以使余热锅炉内的scnr反应区域的烟气流场均匀，以及确定最佳温度窗口区域；
9.根据cfd模拟的温度场分布，确定还原剂的喷入点；
10.对scnr反应区域进行二维温度场测量，获取脱硝运行过程中最佳温度窗口区域上的温度信息；
11.根据温度信息调整还原剂的喷入量以及喷入位置。
12.进一步，所述scnr反应区域的水冷壁上敷设耐火材料，以减少温度梯度变化，以及增加了余热锅炉的耐腐蚀性能。
13.进一步，所述对scnr反应区域进行二维温度场测量，包括：
14.基于声波法对scnr反应区域进行实时地二维温度场测量，以实现最佳温度窗口区域上的温度变化的定量监测。
15.进一步，所述根据cfd模拟的温度场分布，确定还原剂的喷入点，包括：
16.由于不同的负荷对应不同的原始烟气量和烟气温度，采用cfd模拟计算出余热锅炉内针对不同负荷下的温度分布；
17.根据获得的温度分布，获取预设温度区间对应的位置作为还原剂的喷入点，根据获得的喷入点设置喷枪的位置和喷枪的数量。
18.进一步，沿着烟气移动的方向，在余热锅炉上设置n个喷入层，每个喷入层包括m个喷入点，其中n为大于1的整数，m为大于1的整数。
19.进一步，所述对scnr反应区域进行二维温度场测量，获取脱硝运行过程中最佳温度窗口区域上的温度信息，包括：
20.实时对scnr反应区域进行二维温度场测量后，获取最佳温度窗口区域中多个断面的温度场分布；
21.根据获得的断面的温度场分布，在同一断面上划分高效区和低效区。
22.进一步，所述根据温度信息调整还原剂的喷入量以及喷入位置，包括：
23.获取高效区对应的喷入点，在高效区对应的喷入点喷入第一预设量的还原剂；
24.获取低效区对应的喷入点，在低效区对应的喷入点喷入第二预设量的还原剂；
25.其中，第一预设量大于第二预设量。
26.本发明所采用的另一技术方案是：
27.一种余热锅炉内sncr脱硝优化系统，包括：
28.流场模拟模块，用于对余热锅炉内的烟气流场和烟气温度场进行cfd模拟，根据模拟结果调节余热锅炉的结构，以使余热锅炉内的scnr反应区域的烟气流场均匀，以及确定最佳温度窗口区域；
29.喷入点确定模块，用于根据cfd模拟的温度场分布，确定还原剂的喷入点；
30.温度测量模块，用于对scnr反应区域进行二维温度场测量，获取脱硝运行过程中最佳温度窗口区域上的温度信息；
31.喷射调整模块，用于根据温度信息调整还原剂的喷入量以及喷入位置。
32.本发明所采用的另一技术方案是：
33.一种余热锅炉内sncr脱硝优化装置，包括：
34.至少一个处理器；
35.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
36.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
37.本发明所采用的另一技术方案是：
38.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
39.本发明的有益效果是：本发明结合了设计与运行协同优化的sncr脱硝控制方案，实现了sncr最佳温度窗口的设计、温度的测量以及还原剂喷射的调整的闭环控制，有效地
提高sncr脱硝效率，以及减少氨逃逸量，保证sncr的高效运行。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
41.图1是nox脱除效率及氨逃逸率同反应温度的关系图；
42.图2是本发明实施例中余热锅炉的cfd模拟示意图；
43.图3是本发明实施例中sncr反应区域的剖视图；
44.图4是本发明实施例中sncr区域测温网络路径分布图；
45.图5是本发明实施例中不同喷枪区域对应的烟气平均温度示意图。
46.图6是本发明实施例中一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法的步骤流程图。
具体实施方式
47.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
49.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
50.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
51.术语解释：
52.危险废物焚烧：指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物，通过焚化燃烧使之分解并无害化的过程。
53.sncr(selective non-catalytic reduction)：选择性非催化还原的简称，是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的温度窗口内喷入还原剂将烟气中的no
x
还原为无害的氮气和水。
54.no
x
(nitrogen oxides)氮氧化物的简称，包括多种化合物，如一氧化二氮(n2o)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、三氧化二氮(n2o3)、四氧化二氮(n2o4)和五氧化二氮(n2o5)等。
危险废物焚烧烟气中的no
x
以no为主并有少量的no2，其中no含量占95％以上。
55.cfd(computational fluid dynamics)：计算流体动力学的简称，cfd是现代模拟仿真技术的一种，相当于虚拟地在计算机做实验，以模拟仿真实际的流体流动情况。其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而得到接近真实的流体流动情况。
56.声波法温度测量技术，是基于声速与介质温度的关系，介质中声波的传播速率与介质的温度呈某种函数关系，可通过测量声波的速率计算出该路径下介质的平均温度。声波测温特点：可视化——区块成像技术：获得温度场数据后，采用区块成像技术，即可直观地看到炉膛各区域实时的燃烧温度和强度；数字化——等温线数字建模技术：利用温度场数据信息，对炉膛截面进行数字建模，建立炉膛截面等温线实时分布图，可直观判断火焰中心是否偏离以及炉膛燃烧充分程度。
57.如图6所示，本实施例提供一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法，该方法可具体应用于危险废物焚烧领域中，包括以下步骤：
58.s1、对余热锅炉内的烟气流场和烟气温度场进行cfd模拟，根据模拟结果调节余热锅炉的结构，以使余热锅炉内的scnr反应区域的烟气流场均匀，以及确定最佳温度窗口区域。
59.参见图2，通过对余热锅炉内的烟气流场及烟气温度场进行cfd模拟，模拟确认余热锅炉结构设计是否合理，烟气分布是否均匀，如果分布不均，可以通过对余热锅炉的结构进行优化，以确保sncr区域烟气流场相对均匀。参见图1，由于nox脱除效率及氨逃逸率在不同反应温度下效果不一样，为了保证较高的效率，需要选择合适的温度范围，即最佳温度窗口区域来进行进行还原剂的喷射。另外，采用不同的还原剂，需求的温度也不同。因此通过cfd模拟烟气在锅炉内的降温情况，计算得出锅炉内烟气的温度分布，再确定最佳温度窗口区域。
60.s2、根据cfd模拟的温度场分布，确定还原剂的喷入点。
61.由于不同负荷对应不同的原始烟气量和烟气温度，根据系统设计负荷变化范围，采用cfd模拟计算出锅炉内不同负荷下的温度分布，然后根据最佳的温度区间选择不同负荷下的预留喷入点，即在特定区域设置预留适应不同操作负荷变化的喷入还原剂的喷入点。由于还原剂采用喷枪注入余热锅炉内，因此根据喷入点的位置，可以确定喷枪的对应位置。
62.s3、在余热锅炉内sncr区域的水冷壁敷设耐火材料。
63.该耐火材料耐火材料一般是由二氧化硅及三氧化二铝等其它矿物质组成耐火保温材料，可用于焚烧炉或者锅炉等高温设备内部，保护不能耐受较高温度的焚烧炉金属外壳或者锅炉管。正常锅炉内部只是设置的水冷壁管道，烟气通过辐射、热传导等方式把烟气中的能量传递给锅炉，进而对烟气降温，如果增加部分耐材，其可以减缓烟气对水冷壁的传热速率，进而控制sncr反应区的温度变化速率。正常sncr的还原剂是以水溶液的形式，经过压缩空气雾化后以一定的角度和长度喷入sncr反应器内的，正常不会直接喷到设备内壁，但是如果喷枪都出现堵塞或者喷枪头出现磨损，原来设计的雾化角度、雾化粒径及长度都可能出现失控，如果没有设置耐材，这些水溶液直接喷到锅炉内壁上，会造成锅炉内壁出现低温点，由于烟气中含有一些hcl、sox，这些酸性物质很容易在这些低温点造成锅炉管的腐
蚀，而增加耐材后，可以防止水溶液直接喷到水冷壁上，进而防止造成腐蚀。
64.因此，敷设耐火材料，可以减少并控制sncr反应区域的温度变化梯度，同时防止出现由于喷枪堵塞造成雾化滴液或者雾化失控，还原剂溶液直接喷射到水冷壁管道上，造成锅炉管道腐蚀的问题，增加余热锅炉的耐腐蚀性能，确保锅炉使用寿命。
65.s4、对scnr反应区域进行二维温度场测量，获取脱硝运行过程中最佳温度窗口区域上的温度信息。
66.基于声波法对scnr反应区域进行实时地二维温度场测量，以实现最佳温度窗口区域上的温度变化的定量监测；根据需要，可定量测量对应还原剂喷枪覆盖位置内的平均温度。
67.在实时对scnr反应区域进行二维温度场测量后，获取最佳温度窗口区域中多个断面的温度场分布；根据获得的断面的温度场分布，在同一断面上划分高效区和低效区。在高效区域喷入更多的还原剂，在低效区域喷入少量的还原剂，在保证总体高效的前提下，减少氨逃逸。
68.s5、根据温度信息调整还原剂的喷入量以及喷入位置。
69.在余热锅炉内同一截面上，不同位置，由于锅炉结构和传热的影响，其温度也不是绝对一致的。因此，在不同的位置设置对应的喷枪，具体操作时可以根据实测的温度选择合适的喷入点。
70.以下结合具体实施例对上述方法进行解释说明。
71.步骤一：参见图2，通过对余热锅炉内烟气流场、温度场及喷氨喷枪的cfd模拟。模拟确认余热锅炉结构设计是否合理，烟气分布是否均匀，如果分布不均，可以通过结构优化，确保sncr区域烟气流场相对均匀。
72.步骤二：通过对锅炉内传热的计算，确定最佳温度窗口区域的分布。
73.步骤三：通过对选型的喷枪的流场模拟，确定相应的还原剂喷入是否均匀，是否可以与烟气充分混合。
74.步骤四：参见图3，余热锅炉上根据锅炉设计的负荷变化范围，在锅炉sncr反应区域设置预留了适应不同操作负荷变化的喷入还原剂的喷入点，以某项目为例，设置三层即可满足要求，每一层设置6个喷枪。另外余热锅炉内sncr反应区域水冷壁敷设100mm耐火材料，减少了温度梯度并增加了余热锅炉的耐腐蚀性能。
75.步骤五：sncr区域基于声波法二维温度场的测量，实现了运行过程中最佳温度窗口区域变化的定量监测。
76.声波温度场测量系统安装在上图设置的三层sncr喷枪接口位置，每层六个接口安装六个声波收发器组成18条通道。通过控制单元进行声波的频率，以及声波发射器的吹扫工作；进行每次声波的收发，数据进入到分析单元内，大量数据通过分析得出炉膛断面的温度场分布。图4为sncr区域测温网络路径分布图。
77.步骤六：根据实时分析得出炉膛断面的温度场分布，可以根据实际需要测量出不同喷枪喷射范围内的平均温度，如图5，寻找最佳的温度窗口，示例性的选择第二层作为sncr喷枪插入口，同时根据不同喷枪对应的平均温度，参考图2曲线，调节相应的还原剂的喷入量，完成调试优化提高sncr脱硝效率、减少氨逃逸、降低运行成本。在不同项目案例中，可根据后期调试测试的最佳的温度窗口及脱硝溶剂喷射量的需要，高效sncr系统喷枪进行
多层多点立体布置，可单层喷射也可两层或三层同时喷射，以保证最佳的脱硝效果及较低的氨逃逸率。
78.综上所述，本实施例通过系统的设计模拟、温度场测量、调试优化，来解决实际设计过程烟气流场分布不均、温度场位置选择不合适，后期实际运行过程中sncr最佳温度窗口发生偏离，但是无法实时测量及调整喷枪位置，导致的sncr脱硝效率降低、氨逃逸增加的问题。进而提高sncr脱硝效率和减少氨逃逸量，来保证sncr的高效运行。
79.本实施例还提供一种余热锅炉内sncr脱硝优化系统，包括：
80.流场模拟模块，用于对余热锅炉内的烟气流场和烟气温度场进行cfd模拟，根据模拟结果调节余热锅炉的结构，以使余热锅炉内的scnr反应区域的烟气流场均匀，以及确定最佳温度窗口区域；
81.喷入点确定模块，用于根据cfd模拟的温度场分布，确定还原剂的喷入点；
82.温度测量模块，用于对scnr反应区域进行二维温度场测量，获取脱硝运行过程中最佳温度窗口区域上的温度信息；
83.喷射调整模块，用于根据温度信息调整还原剂的喷入量以及喷入位置。
84.本实施例的一种余热锅炉内sncr脱硝优化系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
85.本实施例还提供一种余热锅炉内sncr脱硝优化装置，包括：
86.至少一个处理器；
87.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
88.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如图6所示方法。
89.本实施例的一种余热锅炉内sncr脱硝优化系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
90.本技术实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图6所示的方法。
91.本实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行本发明方法实施例所提供的一种余热锅炉内sncr脱硝优化方法的指令或程序，当运行该指令或程序时，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
92.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
93.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反
说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
94.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
95.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
96.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
97.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
98.在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
99.尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
100.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。