一种SCR脱硝自动喷氨优化调整系统及其调整方法与流程

文档序号：18354931发布日期：2019-08-06 22:58阅读：840来源：国知局

本发明涉及燃煤锅炉大气污染物控制技术领域，具体地讲，涉及一种scr脱硝自动喷氨优化调整系统及其调整方法。

背景技术：

随着大气污染物的日益严峻，在火力发电企业中对大气污染物nox的排放控制也越来越严格。为了达到控制nox排放的目的，引入了scr脱硝技术。scr脱硝技术是通过喷入氨气与氮氧化物在催化剂条件下进行化学反应，可以高效去除烟气中的nox。但是受烟气流场和成分分布均匀度、催化剂磨损、催化剂失活等因素影响，会使脱硝效率达不到设计要求，进而造成过度喷氨或喷氨不均匀，最终导致nox排放得不到有效控制，同时还会造成硫酸氢铵的生成，对烟道尾部设备造成损坏。为了避免这种情况的发生，需要经常进行喷氨优化调整，但是现有的调整方式均只能保证某几种特定工况下的脱硝效率，不具备实时性和长远性。

申请号为2015101046986，授权公告号为cn104699061b的中国专利：一种scr脱硝催化剂在线检测和喷氨优化控制方法，该专利中利用cems系统现有测点进行自动喷氨优化调整，并能判断催化剂性能下降情况，但是由于测点固定，测量位置少，所以不能解决喷氨不均的难题。

申请号为2015105145209，授权公告号为cn105126616b的中国专利：一种基于权重阀调控的scr脱硝系统喷氨优化方法，该专利中公开的喷氨优化方法能够测量运行中烟气流速分布情况，但不能测量nox浓度分布情况，而且使用的是人工测量方法，不能对scr系统的运行效果进行实时调整。

申请号为2016102313885，授权公告号为cn105854597b的中国专利：scr脱硝装置喷氨格栅智能优化调整系统及方法，该专利中能够实现对脱硝催化剂入口nh3及nox浓度分布、脱硝催化剂出口nox浓度分布进行检测，通过智能控制系统计算得到最优喷氨量，并对喷氨支管调整，最终便捷、准确、快速的达到喷氨优化调整目的，但是该试验方法测量时需要提前人工布置系统，并且测量深度不足，无法覆盖烟道后部，本次调整完成后不能对运行机组进行实时调整。

鉴于此，有必要对现有的scr脱硝自动喷氨优化调整系统及方法进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种能够根据scr脱硝系统布置特点和运行特点，实现具有准确性、快捷性、实时性的自动喷氨优化调整系统及其调整方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种scr脱硝自动喷氨优化调整系统，包括脱硝烟道以及设置在所述脱硝烟道内的第一层催化剂、第二层催化剂、第三层催化剂和喷氨格栅，所述第一层催化剂、第二层催化剂和第三层催化剂自上而下布置，所述喷氨格栅位于第一层催化剂的上方；其特征在于：所述第一层催化剂的上方、第一层催化剂和第二层催化剂之间、第二层催化剂和第三层催化剂之间以及第三层催化剂的下方均设置有一套测量管网、伸缩式测温仪和伸缩式动压测量仪，其中设置在第一层催化剂上方的测量管网位于喷氨格栅下方；所述每套测量管网均包括一根测量总管，所述测量总管穿进脱硝烟道内分支为若干路副管，该若干路副管位于同一水平面内且等间距布置，每一路副管上均分支有若干路位于同一垂直面内、在高度方向自上而下等间距布置的支管，所述每一路副管上分支的若干路支管的水平长度自上而下依次等差递减，即位于最上面的支管的水平长度最长，位于最下面的支管的水平长度最短；所述支管的端部均开有测孔，每一路支管上均安装有支管电动阀门；所述穿出脱硝烟道的测量总管上安装有压力表、烟气分析仪和氨浓度检测仪连接，所述压力表上装有总管电动阀门。

优选的，所述穿出脱硝烟道的测量总管与一压缩空气通入管路连接，所述压缩空气通入管路上安装有吹扫阀门。

优选的，所述伸缩式测温仪和伸缩式动压测量仪均通过伸缩管道进行安装；所述伸缩管道置于脱硝烟道外部，并且其一端与脱硝烟道相通连接；所述伸缩管道外部均设置有蒸汽冷却保护装置；用于安装伸缩式测温仪的伸缩管道和用于安装伸缩式动压测量仪的伸缩管道可共用一套蒸汽冷却保护装置，也可分别使用两套蒸汽冷却装置。

优选的，所述第一层催化剂、第二层催化剂和第三层催化剂为相同结构，均是由m行n列的催化剂安装模块组成；所述副管的路数与m行数相等，每一路副管上分支的支管的路数与n列数相等，所述每套测量管网中支管的总数量与m行数和n列数的乘积相等，所述支管与催化剂安装模块一一对应，测量管网从而呈现出网格法布置模式，其测量面能覆盖整个烟气流场截面；每路支管为一个取样点，取样点足够密集，能够覆盖整个烟道截面。

优选的，所述第一层催化剂、第二层催化剂和第三层催化剂均是由五行七列的催化剂安装模块组成，即每一套测量管网中包括5路副管和35路支管。

为解决上述技术问题，本发明还提供另一技术方案：一种scr脱硝自动喷氨优化调整系统的调整方法，设定：以不超过现行国标允许的氮氧化物出口浓度为出口条件，使用氮氧化物出口浓度50mg/m³为限值；第一层催化剂上方的测量管网为第一套测量管网，第一层催化剂和第二层催化剂之间的测量管网为第二套测量管网，第二层催化剂和第三层催化剂之间的测量管网为第三套测量管网，第三层催化剂下方的测量管网为第四套测量管网。

调整方法的具体步骤为：

第一步：依次打开第一套测量管网中35路支管上安装的支管电动阀门，使用该套测量管网中的烟气分析仪、氨浓度检测仪和压力表测得氮氧化物入口浓度平均值nox入口、氧浓度平均值o2入口、二氧化碳浓度平均值co2入口、二氧化硫浓度平均值so2入口、氨浓度平均值nh3入口和入口静压平均值p入口，同时使用设置在第一层催化剂上方的伸缩式测温仪和伸缩式动压测量仪分别测得入口温度平均值t入口和入口动压△p入口，然后根据公式计算得到理论喷氨量w1；

理论喷氨量w1的计算公式为：

其中：理论喷氨量w1的单位为kg/h；η为脱硝效率，％；q0为标态、干基、实际氧含量下烟气量，m³/h；nox入口为脱硝入口氮氧化物浓度平均值。

η的计算公式为：

其中：nox出口为脱硝出口氮氧化物浓度平均值，取50mg/m³。

q0的计算公式为：

其中：qw为脱硝入口标态、湿基、实际氧含量下烟气量，m³/h；t入口为脱硝入口平均温度，℃；p入口为脱硝入口平均静压力，pa；ba为大气压力，pa；θ为烟气含湿量，％。

qw的计算公式为：

qw＝3600×s×vi

其中：s为测量截面积，m²；vi为测量i点的速度，m/s。

vi的计算公式为：

其中：k为靠背管系数，取0.84；△p入口为测量i点的动压，pa；ρ为标态、湿基烟气密度，kg/m³。

ρ的计算公式为：

其中：o2入口为烟气中干基氧气体积百分比，％；

co2入口为烟气中干基二氧化碳气体积百分比，％；

so2入口为烟气中干基二氧化硫气体积百分比，％；

为标态、湿基氧气密度，取1.4286kg/m³；

为标态、湿基二氧化碳密度，取1.9643kg/m³；

为标态、湿基二氧化硫密度，取2.8580kg/m³；

为标态、湿基水蒸气密度，取0.8036kg/m³；

为标态、湿基氮气密度，取1.2507kg/m³；

第二步：依次打开第四套测量管网中35路支管上安装的支管电动阀门，测得氮氧化物出口浓度平均值nox出口、出口静压平均值p出口和出口温度平均值t出口，然后对第一步计算得到的理论喷氨量进行修正，得到喷氨量w2；

第三步：当nox出口小于50mg/m³，相对标准偏差d出口小于10％时喷氨优化调整结束；当d出口大于10％时，调整氮氧化物浓度偏差较大处对应的喷氨格栅，直至nox出口小于50mg/m³并且d出口小于10％；

第四步：利用四套测量管网，测量每个催化剂安装模块进出口的氮氧化物浓度、温度和压力，分别计算每个模块的脱硝效率，记录数据，分析模块运行情况，为催化剂更换提供依据；

第五步：开启吹扫阀门，使用压缩空气对测量管网进行自清洁。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1)实现了喷氨优化的实时、连续调整，不受负荷工况的限制，将测量管网布置在脱硝烟道里，可以实时对烟气成分等参数进行测量，实现喷氨量调整不再受负荷工况的限制；

2)实现了喷氨优化的智能化调整，大量减少人工操作，通过自动化处理数据，自动控制系统，大量减少人工操作；

3)实现了烟气成分、静压的准确测量，测量面能覆盖整个烟气流场截面；测量管网以网格法布置在烟道内，取样点足够密集，能够覆盖整个烟道截面；

4)实现了对每层催化剂运行状态的监控，在每层催化剂的上部和下部，均布置了测量管网，可以对每层催化剂进出口参数进行实时采样并记录数据，为每块催化剂性能参数建立数据库，为催化剂性能分析、更换提供数据支持；

5)采用伸缩式测温仪和伸缩式动压测量仪进行温度和动压的测量，灵活快捷，在温度和动压的测量上采用伸缩测量枪，在保证采样点足够多的前提下，减少了测量探头的总量，有效避免仪器在烟道内的磨损。

附图说明

图1是本发明实施例的主视结构示意图。

图2是示意性描述本发明实施例中第二套测量管网俯视布置图。

图3是从主视角度示意性描绘出本发明实施例中第二套测量管网中一副管分支的7路支管在高度方向上的分布结构图。

图中：

第一层催化剂1，第二层催化剂2，第三层催化剂3；

脱硝烟道4，喷氨格栅5，烟气分析仪6，氨浓度检测仪7，催化剂安装模8；

压力表21，电动阀门210，压缩空气通入管路15，吹扫阀门9；

第一套测量管网的测量总管11；

第二套测量管网的测量总管12；

第三套测量管网的测量总管13；

第四套测量管网的测量总管14；

测量总管12分支的5路副管121、122、123、124和125；

副管125分支的7路支管1251、1252、1253、1254、1255、1256、1257；

支管1257上安装的支管电动阀门12571。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图3。

本实施例为一种scr脱硝自动喷氨优化调整系统，该系统包括脱硝烟道4以及设置在脱硝烟道4内的第一层催化剂1、第二层催化剂2、第三层催化剂3和喷氨格栅5，第一层催化剂1、第二层催化剂2和第三层催化剂3自上而下布置，喷氨格栅5位于第一层催化剂1的上方。

本实施例中，第一层催化剂1的上方、第一层催化剂1和第二层催化剂2之间、第二层催化剂2和第三层催化剂3之间以及第三层催化剂3的下方均设置有一套测量管网、伸缩式测温仪88和伸缩式动压测量仪99。设定：第一层催化剂1上方的测量管网为第一套测量管网，第一层催化剂1和第二层催化剂2之间的测量管网为第二套测量管网，第二层催化剂2和第三层催化剂3之间的测量管网为第三套测量管网，第三层催化剂3下方的测量管网为第四套测量管网。第一套测量管网位于喷氨格栅5下方。

本实施例中，每套测量管网的结构相同，均包括一根测量总管，参照图1，图中标号11所示为第一套测量管网的测量总管，图中标号12所示为第二套测量管网的测量总管，图中标号13所示为第三套测量管网的测量总管，图中标号14所示为第四套测量管网的测量总管。

下面以第二套测量管网为例，介绍测量管网的结构，参照图2和图3，测量总管12穿进脱硝烟道4内分支为5路副管121、122、123、124和125，该5路副管位于同一水平面内且等间距布置，每一路副管上均分支有7路位于同一垂直面内、在高度方向自上而下等间距布置的支管，每一路副管上分支的7路支管的水平长度自上而下依次等差递减，即位于最上面的支管的水平长度最长，位于最下面的支管的水平长度最短。例如图3所示的为副管125分支的7路支管的分布结构示意图，7路支管自上而下依次为1251、1252、1253、1254、1255、1256、1257。每一路支管的端部均开有测孔，每一路支管上均安装有支管电动阀门；例如支管1257上安装有支管电动阀门12571。

此种测量管网设计呈网格法布置模式，是为了配合三层催化剂的结构模式，本实施例中，第一层催化剂1、第二层催化剂2和第三层催化剂3为相同结构，均是由五行七列的催化剂安装模块8组成；副管的路数与行数相等，每一路副管上分支的支管的路数与列数相等，每一套测量管网的支管总数与行数和列数的乘积相等，即支管总数为35路，支管与催化剂安装模块8一一对应，从而使测量管网的测量面能覆盖整个烟气流场截面；每路支管为一个取样点，取样点足够密集，能够覆盖整个烟道截面。

本实施例中，穿出脱硝烟道4的测量总管11上安装有压力表21、烟气分析仪6和氨浓度检测仪7连接，压力表21上装有总管电动阀门210。穿出脱硝烟道4的测量总管与一压缩空气通入管路15连接，压缩空气通入管路15上安装有吹扫阀门9。

本实施例中，伸缩式测温仪88和伸缩式动压测量仪99均通过伸缩管道进行安装；伸缩管道置于脱硝烟道4外部，并且其一端与脱硝烟道4相通连接。伸缩管道外部均设置有蒸汽冷却保护装置；用于安装伸缩式测温仪的伸缩管道和用于安装伸缩式动压测量仪的伸缩管道可共用一套蒸汽冷却保护装置，也可分别使用两套蒸汽冷却装置。至于伸缩管道的具体结构以及伸缩式测温仪88和伸缩式动压测量仪99的结构及安装方式可参考现有技术。

本实施例中，scr脱硝自动喷氨优化调整系统的调整方法为：设定：以不超过现行国标允许的氮氧化物出口浓度为出口条件，使用氮氧化物出口浓度50mg/m³为限值；

第一步：依次打开第一套测量管网中35路支管上安装的支管电动阀门，使用该套测量管网中的烟气分析仪、氨浓度检测仪和压力表测得氮氧化物入口浓度平均值nox入口、氧浓度平均值o2入口、二氧化碳浓度平均值co2入口、二氧化硫浓度平均值so2入口、氨浓度平均值nh3入口和入口静压平均值p入口，同时使用设置在第一层催化剂1上方的伸缩式测温仪和伸缩式动压测量仪分别测得入口温度平均值t入口和入口动压△p入口，然后根据公式计算得到理论喷氨量w1；