脱硝出口氮氧化物测量方法与流程

本发明涉及选择性催化还原脱硝领域，特别涉及一种脱硝出口氮氧化物测量方法。

背景技术：

目前选择性催化还原(scr)烟气脱硝技术作为一种主要的高效氮氧化物(nox)控制技术在燃煤发电机组中得到广泛应用。在超低排放背景下，要求进一步提高scr脱硝效率。为了获得理想的nox去除率和低nh3逃逸量，需要对烟气中的nox进行精准在线监测，并基于监测对喷氨进行优化控制。

目前，已经提出了对脱硝出口nox的浓度进行分布式测量，并且将测量结果和分区喷氨方式结合，实现分区精细化喷氨控制。然而，目前出口nox的分布式测量的测点选取通常根据现场便捷情况随意选择，没有考虑烟道内的流场特征。这可能导致测量不具有代表性，为后续的分区精细化喷氨控制增加难度，从而存在可能无法进行精细化运行和增加脱硝装置运行中氨的消耗量的问题。

对于脱硝出口氮氧化物测量方法，仍存在着改进的需要。

技术实现要素：

在一个方面，本发明提供一种确定选择性催化还原脱硝装置出口氮氧化物测量点的方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述方法包括：

在脱硝装置出口烟道的横截面中建立平面坐标系，选定n个预测量点，将所述n个预测量点用由1至n的自然数i编号，并且第i号预测量点在所述平面坐标系中的两个坐标分别表示为xi，yi；

将所述t组喷氨阀门用由1至t的自然数k编号；

保持向脱硝装置通入待脱硝气体；

在全部t组喷氨阀门都关闭的情况下，测量所述n个预测量点处的氮氧化物的量，并且第i号预测量点的测量值表示为ai⁰；

对所有t组喷氨阀门进行以下测量：在仅打开第k组喷氨阀门的情况下，测量所述n个预测量点处的氮氧化物的量，并且第i号预测量点的测量值表示为ai^k；

确定t个实际测量点的位置，所述t个实际测量点用由1至t的自然数k编号，并且第k个实际测量点在所述平面坐标系中的两个坐标xk和yk通过以下等式确定：

可选地，所述平面坐标系是直角坐标系。

可选地，n大于或等于t。

可选地，n的取值范围为3-50。

可选地，所述n个预测量点排布为矩形点阵、三角形点阵或同心点阵。

在又一个方面，本发明提供一种选择性催化还原脱硝装置出口氮氧化物测量方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述测量方法包括：

通过根据上述方法确定t个实际测量点；以及

在所述t个实际测量点测量氮氧化物的量。

在再一个方面，本发明提供一种选择性催化还原脱硝装置喷氨量的调节方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述调节方法包括：

通过上述测量方法测量所述t个实际测量点处的氮氧化物的量，其中第k个实际测量点处的氮氧化物的量表示为mk；

计算全部t个mk的平均值m；

计算第k个实际测量点的差值ek＝mk-m；以及

基于ek使用pid算法控制第k组喷氨阀门的开度。

可选地，所述的开度范围为0％至100％。

附图说明

图1是本发明的一个实例的喷氨阀门和预测量点的示意图。

图2示出了本发明的调节方法一个实施方案的示意图。

图3中左图示出了根据传统测量点的反馈进行控制时的控制效果，右图示出了本发明的测量点选取方式的效果。

具体实施方式

目前，在scr工艺中已经使用了分区喷氨，即使用多个独立的喷嘴进行喷氨。每个独立喷嘴的喷氨量通过脱硝出口氮氧化物的在线浓度测量值得出。当氮氧化物的浓度测量值变化后，各个喷氨量进行相应地调整，从而保证scr工艺的稳定。

脱硝出口的氮氧化物浓度通常采用多点分布式测量。测量点的选择则是较为随意的，通常是根据烟道的几何形状或安装位置的便捷性进行选择。例如，将烟道按面积均分成多个区域，在每个均分区域的几何中心设置取样点。

这种测量点选取方式没有考虑烟道内的具体流场特征，所选的测量点的位置难以代表出口烟道中氮氧化物浓度的特点，从而导致反馈后喷氨量的调整十分低效。本发明的发明人发现，氮氧化物在横截面内的分布与分区喷氨量密切相关，并且据此提出了一种确定氮氧化物测量点的方法。采用本发明的测量点测量的氮氧化物浓度使得喷氨调节更佳高效。

本发明的发明人提出了一种确定选择性催化还原脱硝装置出口氮氧化物测量点的方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述方法包括：

在脱硝装置出口的横截面中建立平面坐标系，选定n个预测量点，将所述n个预测量点用由1至n的自然数i编号，并且第i号预测量点在所述平面坐标系中的两个坐标分别表示为xi，yi；

将所述t组喷氨阀门用由1至t的自然数k编号；

保持向脱硝装置通入待脱硝气体；

在全部t组喷氨阀门都关闭的情况下，测量所述n个预测量点处的氮氧化物的量，并且第i号预测量点的测量值表示为ai⁰；

对所有t组喷氨阀门进行以下测量：在仅打开第k组喷氨阀门的情况下，测量所述n个预测量点处的氮氧化物的量，并且第i号预测量点的测量值表示为ai^k；

确定t个实际测量点的位置，所述t个实际测量点用由1至t的自然数k编号，并且第k个实际测量点在所述平面坐标系中的两个坐标xk和yk通过以下等式确定：

本文的选择性催化还原(scr)脱硝装置是常规的脱硝装置，并且包括分区喷氨设备。具体地，脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门。这些阀门通常分布在烟道中的不同位置。例如，t组喷氨阀门可以设置在同一烟道横截面中或者分布于多个烟道横截面中。在本发明中，每组喷氨阀门中可以有一个或多个喷氨阀门，各组之间的操作相互独立，但每组内部喷氨阀门的操作是统一的。

本发明的确定测量点的方法需要先进行预测量。为此，在脱硝装置出口烟道的横截面中建立平面坐标系。出口烟道是从脱硝反应器出口起的烟道。建立平面坐标系的位置可以紧邻scr反应器的出口或在出口处，也可以在反应器出口下游一定距离处。优选地，平面坐标系的位置在紧邻scr反应器的出口。平面坐标系可以是直角坐标系、极坐标系或任意的平面坐标系，例如非直角的双轴坐标系，只要可以用两个坐标表示横截面中的任意一点即可。不过，直角坐标系是优选的，因为其更便于建立和使用。

随后，在平面坐标系中选定n个预测量点。这些预测量点是为了通过进行预测量来确定烟道中的流场特征，从而为进一步选择合适的实际测量点作准备。优选地，n大于或等于t。更优选n大于t。比喷氨阀门组数量更多的预测量点有利于更准确地选择实际测量点。优选地，n的取值范围为3-50。最终实际测量点数量较少则有利于高效的在线测量。

n个预测量点的位置在烟道的横截面内可以是任意选择的。优选在烟道横截面内比较均匀地选择预测量点的位置，即不存在明显的密集区域或稀疏区域。优选地，n个预测量点排布为点阵，从而可以均匀地测量烟道横截面内的氮氧化物。点阵可以是多边形点阵，如矩形点阵(包括正方型点阵)、三角点阵、六边形点阵等，也可以是同心点阵(适用于使用极坐标时)。优选为矩形点阵、三角点阵和同心点阵。最优选为矩形点阵，因为其更便于建立和使用。

将所述n个预测量点用由1至n的自然数i编号，并且第i号预测量点在所述平面坐标系中的两个坐标分别表示为xi，yi。编号的顺序可以是任意的，但通常可以按照其空间顺序进行编号，例如逐行进行编号等。通过编号，每个预测量点都具有其号码i。第i号预测量点在平面坐标系中的两个坐标分别表示为xi，yi。应当注意，虽然此处表示为x和y，但其并不特指平面坐标系中的横纵坐标，同样可以表示例如极坐标中的极角和极径。

随后，将脱硝装置中的t组独立的喷氨阀门由1至t的自然数k编号。编号顺序也可以是任意的，但通常可以按照其空间顺序进行编号。

为了进行预测量，保持向脱硝装置通入待脱硝气体。在保持向脱硝装置通入待脱硝气体的条件下，将全部t组喷氨阀门都关闭，并且在n个预测量点处测量氮氧化物的量，并且第i号的测量值表示为ai⁰。接着，在仅打开第k组喷氨阀门的情况下，对所有t组喷氨阀门进行以下测量：测量所述n个预测量点处的氮氧化物的量，并且第i号预测量点的测量值表示为ai^k。例如，第一步，仅打开第1组喷氨阀门，测量第1号预测量点至第n号预测量点处的氮氧化物的量，并且第1号预测量点的测量值表示为a1¹，第2号预测量点的测量值表示为a2¹，直至第n号预测量点的测量值表示为an¹。第二步，关闭第1组喷氨阀门，仅打开第2组喷氨阀门，再次测量第1号预测量点至第n号测量点处的氮氧化物的量，并且第1号预测量点的测量值表示为a1²，第2号预测量点的测量值表示为a2²，直至第n号预测量点的测量值表示为an²。依次类推，直至t组喷氨阀门单独打开时均进行过测量。每次测量获得n个测量点的一组测量值。相应地，每个测量点也获得针对每组喷氨阀门单独打开时情况的一组测量值。

为了结果的稳定性，本发明进行预测量时应在烟气脱硝稳定运行的条件下进行，即成分稳定且流动稳定，以求准确反映流场特征。待脱硝气体可以是将要实际进行脱硝的废气、烟气等。

最后，确定t个实际测量点的位置，所述t个实际测量点用由1至t的自然数k编号，并且第k个实际测量点在所述平面坐标系中的两个坐标xk和yk通过以下等式确定：

对于任意一组喷氨阀门单独喷氨的情况来说，当某个预测量点的预测量值与未喷氨的预测量值偏离越大的时候，说明该喷氨阀门对该点附近的氮氧化物值的变化影响越大。从上式可知，此时该预测量点的坐标对于确定实际测量点的坐标的贡献也就越多。因此，最终计算得到的实际测量点的测量值可以代表受该喷氨阀门影响最大的区域的中氮氧化物的变化。当脱硝装置中有t组喷氨阀门时，最终选取t个实际测量点。

例如，在直角坐标系中，若n＝3，则根据公式，第1个实际测量点的横坐标x1计算过程如下。首先求出在仅打开第1组喷氨阀门的情况下，第1个预测量点的氮氧化物含量a1¹与未打开喷氨阀门时的a1⁰相比的差值，并且求该差值与第1个预测量点的横坐标x1的积。同样，对第2和第3个测量点求上述积。随后对3个积求和。这样，受第1组喷氨阀门打开影响最大的测量点由于具有最大的差值，因此其横坐标在和中的权重较大。例如，不妨假设3个测量点的横坐标分别为10、20、30，打开第1组喷氨阀门前后差值分别为-200，-400，-100，则分子的和值为-13000。分母是权重相同情况下前述差值的和，为-700。这样，最终求出的预测量点的横坐标位置为约18.57，即位于第二预测量点附近略微偏向第一预测量点的横坐标位置。该横坐标位置比第1、2、3号预测量点受第1组喷氨阀门的影响都大，更能代表第1组喷氨阀门的效果，并且更适合用于精细调节第1组喷氨阀门。纵坐标也可以用相同的方式进行计算。

由此，本发明的方法考虑了分区喷氨对脱硝出口(催化还原反应后)截面中氮氧化物浓度的影响范围和影响大小，因此最终的测点选取能够充分反映流场特点，使得测量数据对喷氨的相关性更高，进而使得分区精细化喷氨控制能够高品质且高效地实施。

基于上述方法，本发明还提出了一种选择性催化还原脱硝装置出口氮氧化物测量方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述测量方法包括：

通过根据上述方法确定t个实际测量点；以及

在所述t个实际测量点测量氮氧化物的量。

换言之，对于一定的脱硝装置来说，其喷氨阀门的个数和位置都是确定的，因此其喷氨对于烟气中氮氧化物的影响也是固定的。本发明的方法在通过预测量确定实际测量点后，可以针对性地测量受喷氨影响最大的代表性区域，从而提高了测量品质。

此外，由于所得的实际测量点可以出色地反映喷氨影响和氮氧化物分布，因此在实际测量时可以用较少的测量点达到较高的测量效率。

可以在确定实际测量点位置后，拆除预测量所用的探测器，并在按照所得的实际测量点位置安装实际测量用的探测器。安装实际测量点的横截面平面可以与预测点所在截面是同一截面，但也可以不在同一截面内，只要使用同一平面坐标系(即原点和坐标轴在横截面内相对位置相同)即可，因为沿着出口烟道从上游至下游各个截面中nox的具体浓度分布通常变化不大。

本发明还提出了一种选择性催化还原脱硝装置喷氨量的调节方法，所述脱硝装置包括t组独立的喷氨阀门，其中，所述调节方法包括：

通过上述测量方法测量所述t个实际测量点处的氮氧化物的量，其中第k个实际测量点处的氮氧化物的量表示为mk；

计算全部t个mk的平均值m；

计算第k个实际测量点的差值ek＝mk-m；以及

基于ek使用pid算法控制第k组喷氨阀门的开度。

具体地，基于各个测点的测量值和平均值的偏差ek，采用pid算法来调节实际测量点对应的阀门的开度。

pid控制器是工业控制领域应用最为广泛的控制器，控制规律为比例、积分、微分控制，其核心为pid算法。

当第k个实际测量点处的ek＞0时，意味着该区域喷氨量偏少，经过pid算法的计算，将该区域对应的阀门开大，开大的幅度和e的数值相关；同样的，当第k个实际测量点处的ek小于0时，意味着该区域喷氨量偏多，经过pid算法的计算，将该区域对应的阀门关小，关小的幅度和ek的数值相关。通过该算法可以实现ek值在0附近一定范围内波动。

本领域技术人员可以基于ek选择合适的pid算法。

开度调节范围优选为0％至100％，即可以实现喷氨阀门全开或全闭。由于将开度范围设置到最大，因此可以在最大程度上改变单组喷氨阀门的喷氨量，以影响脱硝效果。

与现有的测量和反馈相比，采用本发明的测量方法的优势在于选择了更具代表性的测量点，并且由此得到对喷氨的更好的控制。

以下借助附图对本发明进行更详细的说明。本发明的附图是示意性的，并且不意在限制本发明。

图1是本发明的一个实例的喷氨阀门和预测量点的示意图。图1中上图显示4组喷氨阀门所在的横截面，即t＝4，将它们编号为1-4。中央的省略号表示脱硝装置的反应器等部件。下图中的交叉点表示在出口烟道横截面中的15个预测量点，其组成3乘5的矩形点阵，将它们编号为1-15，坐标为xi，yi(i＝1，2，...15)。首先，在使用scr反应器持续对烟气脱硝期间，关闭全部4组喷氨阀门，测量15个预测量点的氮氧化物浓度a1⁰-a15⁰；随后，保持其他条件不变，打开阀门1，测量a1¹-a15¹；类似地，依次打开阀门2、3、4，测量a1²-a15²，a1³-a15³，a1⁴-a15⁴。

随后可以用本发明的公式，求出4个实际测量点位置的坐标(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)和(x4，y4)。

如此，得到4个对应的实际测量点。本发明测量点的选取方法，确保了测量点和阀门之间具有最大的相关性。

根据各个测点的测量值和平均值的偏差ek，采用pid算法来调节实际测量点对应的阀门的开度，其中k为1-4。

图2示出了本发明的调节方法一个实施方案的示意图。其中，每个nox实际测量值与测量平均值的差值作为pid控制的输入参数，用于控制相应的喷氨阀门，进而影响scr脱硝的效果和随后的nox排放。

由于烟气流动中的相互混合和湍动，各区域之间可能会相互混合。阀门流量和测量值之间并非完全的一一对应关系。在实际运行时，阀门调节后，能降低对应的ek，但是同时也会对其他ek产生影响。最终的结果可以表现为各点的ek值在0附近一定范围内波动。

但是，相比常规的测点选取方式，本发明测点的选取方法确保了测量值和阀门之间具有最大的相关性。最终的结果表现为ek值的波动范围大大缩小。ek值的波动范围小，也就意味着各个区域的nox更加均衡。如图3所示。图3中左图是根据3个传统测量点的反馈进行控制时的控制效果，右图则是采用本发明的3个实际测量点的反馈进行控制时的效果。其中每根曲线表示一个区域中nox随时间的波动状况。可以看到，本发明的确定测量点的方法、测量方法和调节方法导致氮氧化物浓度波动大大降低。

各个区域的nox更加均衡后，能够提高脱硝效率和减少氨逃逸。进而节约氨耗量、提高机组运行的安全性和经济性。

总之，本发明的方法考虑了流场特征，选择了更能体现喷氨影响的测量点，能够对喷氨量进行更准确的控制，减少喷氨变化导致的氮氧化物浓度波动，从而可以避免无法进行精细化运行和增加脱硝装置运行中氨的过量消耗量的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。