一种燃煤锅炉scr脱硝控制方法与控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法与控制系统，在烟气进入催化剂前实时分区监测氨氮摩尔比，并以预置氨氮摩尔比为目标实时调节各分区对应喷氨支管远程电控调节阀控制各分区供氨量，使实测氨氮摩尔比与预置氨氮摩尔比保持一致，防止喷氨过量，并保证脱硝系统出口NOx浓度分布均匀。
【专利说明】-种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法与控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明燃煤锅炉污染物排放处理领域，特别是一种燃煤锅炉SCR脱硝控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着火电厂污染物排放标准的日趋严格，选择性催化还原脱硝（SCR)成为燃煤锅 炉必不可少的一部分，SCR以液氨或尿素为还原剂,还原NOx成为N2和H2O,反应过程中未 反应完全的NH3以逃逸氨的形式随烟气排出，同时燃煤锅炉燃烧过程中会产生少量的SO3, 未反应的NH3和SO3及烟气中的水发生化合反应生成硫酸氢铵（ABS)，化学反应方程式为： NH3+SO;+H2〇eNH4HS〇4。由方程式可知硫酸氢铵的反应速率主要与烟气温度、烟气中 的逃逸NH3浓度、SO3浓度及H2O浓度有关。
[0003] 硫酸氢铵在不同的温度下分别呈现气态、液态、颗粒状。气态或颗粒状硫酸氢铵会 随着烟气流经空气预热器，不会对空气预热器产生影响。而液态硫酸氢铵捕捉飞灰能力极 强，会与烟气中的飞灰粒子相结合，附着于空气预热器传热元件上形成融盐状的积灰，造成 预热器的腐蚀、堵灰等，进而影响预热器的换热及机组的正常运行。因此，合理的控制氨氮 摩尔比和喷氨量，能够从源头上控制氨逃逸浓度、减少或避免硫酸氢铵的生成。
[0004] 目前SCR烟气脱硝自动控制方式大体分为三类。
[0005] (1)依据确定的NH3Mk摩尔比来提供所需要的气氨流量（效率跟踪）。
[0006] (2)依据设定的脱硝系统出口NOx浓度来提供所需要的气氨流量（浓度跟踪）。
[0007] (3)基于神经网络自学习的控制模式。
[0008] 前两种控制方式称为传统的控制方式，测量信号存在较长时间的滞后性，烟气与 NH3在催化剂作用下的时间复杂性存在强非线性，难以精确的控制喷氨量。基于神经网络自 学习的控制模式，综合学习与脱硝效率有关的主要状态量信息，该网络模型训练目标为烟 气出口NOx含量与设定值之间偏差最小，求取最佳喷氨量，该模型具有自适应性，自学习功 能，能够很好的解决传统PID控制所带来的不足。
[0009] 但上述控制方式存在缺陷包括：
[0010] 1，控制粗放：目前的SCR系统烟气成分在线监测系统普遍采用抽取式单点采样， 即对多路烟气入口和多路出口，仅设置一个监测点，监测数据的代表性与实时性不强，忽略 NOx各个区域分布的不均匀性，因此在实际控制中很容易产生粗放型控制。
[0011] 2,依据效率跟踪或者浓度跟踪进行理论计算进而控制喷氨总调门的开度，理论计 算始终无法与SCR流场内的NOx浓度分布匹配，从而造成NOx脱除率下降及NH3逃逸的现 象的发生。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法与控制系统，用以解决现有 控制方法喷氨量不足或过量的问题；进一步的，还能够克服NOx分布不均匀单点采样造成 的粗放控制问题。
[0013] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0014] 一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法，检测进入催化剂前烟气中NOx浓度和氨浓度，计 算得到催化剂前氨氮摩尔比；根据预设的烟气出口NOx浓度和进入催化剂前烟气中NOx浓 度的差别大小，计算预置氨氮摩尔比；以预置氨氮摩尔比为目标值，催化剂前的氨氮摩尔比 为前馈量，通过自动控制算法控制喷氨量。
[0015] 将SCR设备在烟气前进的垂直截面上分为若干分区，每个分区对应的烟气入口腔 室均设有对应的喷氨装置、催化剂前NOx浓度检测装置和催化剂前氨浓度检测装置；各个 分区独立进行采集和控制。 Mw C1m
[0016] 所述各分区的氨氮摩尔比为乂 =χΓ ，Iii为第i个分区的氨氮摩尔 L i-in,NOx t：匕，为NO2摩尔数，Afwi3为NH3摩尔数，qWs为催化剂前氨浓度，为催化剂前NOx浓度；
[0017]各分区预置氨氮摩尔比圮=，ci-?,见为SCR催化剂前NOx浓 ^ i -UhNOx 度，Gmw1为预设的出口烟气中NOx浓度。
[0018] 所述自动控制算法包括PID算法或者神经网络算法。
[0019] 燃煤锅炉SCR脱硝控制系统，包括依次连通的烟气入口腔室、催化剂腔室、烟气出 口腔室，燃煤锅炉SCR脱硝系统在烟气前进的垂直截面上分为若干分区，每个分区对应的 烟气入口腔室均设有对应的喷氨装置、催化剂前NOx浓度检测装置（2)和催化剂前氨浓度 检测装置（3);还包括控制器（1)，控制器采样连接所述各分区的催化剂前NOx浓度检测装 置（2)和催化剂前氨浓度检测装置（3)，控制连接所述各分区的喷氨装置。
[0020]喷氨装置包括若干个喷嘴，喷嘴连接喷氨总管（5)，喷氨总管与喷嘴之间的喷氨支 路上设有调节阀（4)。
[0021] 每个分区对应的烟气出口腔室设有检测气中NOx浓度的催化剂后检测装置。
[0022] 本发明的控制中引入了预置NOx浓度、催化剂前NOx浓度以及氨浓度，能够最大 程度的保证不会出现喷氨过量或喷氨不足，继而造保证脱硝效率的同时降低了氨气消耗 量。实现催化剂前氨氮摩尔比的实时监测、实时可控，能够有效控制SCR脱硝系统出口氨逃 逸浓度，避免氨逃逸浓度过量造成的空预器、除尘器以及湿法脱硝系统堵塞、腐蚀等设备故 障，极大地提高了机组运行的安全稳定性。
[0023] 进一步的，将整个系统分区，各分区独立采样、控制，实现分区优化控制，能够使 SCR脱硝系统各分区出口NOx浓度值保持一致，降低出口NOx浓度分布标准偏差，延长催化 剂使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是本发明实施例2的脱硝系统。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0026] 实施例1
[0027] 作为一种控制方法，本发明与现有控制方法不同，选取催化剂前氨氮摩尔比为前 馈量，预置氨氮摩尔比为目标，通过如PID控制等自动控制算法控制喷氨装置的调节阀，以 控制喷氨量。
[0028] 具体的，催化剂前氨氮摩尔比为催化剂前NOx浓度和氨浓度之比与对应摩尔值之 比的乘积；而将预置氨氮摩尔比转化为催化剂前NOx浓度与预置NOx浓度之差，与催化剂前 NOx浓度之比。
[0029] 控制中引入了预置NOx浓度、催化剂前NOx浓度以及氨浓度，能够最大程度的保证 不会出现喷氨过量或喷氨不足，继而造保证脱硝效率的同时降低了氨气消耗量。
[0030] 实施例2
[0031] 如图1所示为本发明实施例的一种燃煤锅炉SCR脱硝系统，包括依次连通的烟气 入口腔室、催化剂腔室、烟气出口腔室，燃煤锅炉SCR脱硝系统在烟气前进的垂直截面上分 为若干区域，每个区域对应的烟气入口腔室均设有对应的喷氨装置、催化剂前NOx浓度检 测装置2和催化剂前氨浓度检测装置3,催化剂前氨浓度检测装置3在喷氨装置下游。
[0032] 喷氨装置包括若干个喷嘴，喷嘴连接喷氨总管5,喷氨总管与喷嘴之间的喷氨支路 上设有调节阀4。催化剂前检测装置输出信号连接到控制器1。
[0033] 燃煤锅炉脱硝系统喷氨格栅10后、烟气进入催化剂前，安装NH3和NOx浓度检测 装置，用于实时监测浓度。各分区实时的氨氮摩尔比A= xri，Ws ;在各喷氨支管 M NHz I-InilWx 安装远程电控调节阀、氨气流量在线监测装置，能够实时监测各分区NH3供量；根据各分区 入口NOx实际测量值以及对应分区出口NOx设定值计算出预置氨氮摩尔比η'i。
[0034] 根据DL/T260《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》，各分区氨 MC _ , lH VX I、hpNH。 氮摩尔比A=fx 7-+ %，根据工艺控制要求，^ 趋近于零，因此 n' = =~Cl-d(Jli各分区的脱硝效率，^ 氨逃逸浓度，厂为SCR 催化剂前NOx浓度，Gm0i为预设的出口烟气中NOx浓度）。以各分区实测氨氮摩尔比为 前馈信号，以预置氨氮摩尔比为目标值，通过PLC或DCS(PID或以基于神经网络自学习的控 制模式）自动控制各分区对应喷氨分区远程电控调节阀，使实测氨氮摩尔比与预置氨氮摩 尔比相一致，即n=n'i=Jii,达到喷氨量最优化的目的。
[0035] 作为其他实施方式，还可以选择其他公式计算氨氮摩尔比，比如对公式进行变形 或者引入系数等。
[0036] 为了检测烟气出口情况，在每个分区对应的烟气出口腔室设有检测气中NOx浓度 的催化剂后检测装置。
[0037] 以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基 本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变 形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对 实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法，其特征在于， 检测进入催化剂前烟气中NOx浓度和氨浓度，计算得到催化剂前氨氮摩尔比； 根据预设的烟气出口 NOx浓度和进入催化剂前烟气中NOx浓度的差别大小，计算预置 氨氮摩尔比； 以预置氨氮摩尔比为目标值，催化剂前的氨氮摩尔比为前馈量，通过自动控制算法控 制喷氨量。
2. 根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法，其特征在于，将SCR设备在 烟气前进的垂直截面上分为若干分区，每个分区对应的烟气入口腔室均设有对应的喷氨装 置、催化剂前NOx浓度检测装置和催化剂前氨浓度检测装置；各个分区独立进行采集和控 制。
3. 根据权利要求2所述的一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法，其特征在于，所述各分区的
氨氮摩尔比戈 ni为第i个分区的氨氮摩尔比， 为N02摩尔数， M NO2 Maw1为NH3摩尔数，心《3为催化剂前氨浓度，Cu W1为催化剂前NOx浓度； 各分区预置氨氮摩尔比
为SCR催化剂前NOx浓度， Gnwi为预设的出口烟气中NOx浓度。
4. 根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉SCR脱硝控制方法，其特征在于，所述自动控制 算法包括PID算法或者神经网络算法。
5. 应用如权利要求1所述控制方法的燃煤锅炉SCR脱硝控制系统，其特征在于，包括依 次连通的烟气入口腔室、催化剂腔室、烟气出口腔室，燃煤锅炉SCR脱硝系统在烟气前进的 垂直截面上分为若干分区，每个分区对应的烟气入口腔室均设有对应的喷氨装置、催化剂 前NOx浓度检测装置（2)和催化剂前氨浓度检测装置（3);还包括控制器（1)，控制器采样 连接所述各分区的催化剂前NOx浓度检测装置（2)和催化剂前氨浓度检测装置（3)，控制连 接所述各分区的喷氨装置。
6. 根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，喷氨装置包括若干个喷嘴，喷嘴连接 喷氨总管（5)，喷氨总管与喷嘴之间的喷氨支路上设有调节阀（4)。
7. 根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，每个分区对应的烟气出口腔室设有 检测气中NOx浓度的催化剂后检测装置。
【文档编号】B01D53/56GK104226110SQ201410527517
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】谢慧, 朱红涛 申请人:河南合众电力技术有限公司