一种SCR脱硝装置的非均匀喷氨系统及方法与流程

本发明涉及一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统及方法，属于燃煤电厂scr脱硝设备技术领域。

背景技术：

氮氧化物是燃煤电厂排烟中主要污染物之一，为了控制氮氧化物的排放量，燃煤机组大都配备了选择性催化还原脱硝设备，其基本原理为，在锅炉省煤器出口烟道后设立scr反应器，在320℃～400℃的温度范围下。烟气中的nox与还原剂nh3与在催化剂的催化作用下有选择性的反应生成n2和水，从而达到脱除烟气中nox的目的。

在脱硝装置中，氨气与烟气的混合均与程度是影响脱硝效率的重要因素。为了满足氨气与烟气均匀混合的需要，大多数脱硝设备都采用了喷氨格栅的设计，通过喷氨格栅将烟道截面划分为若干可控区域，通过调节各区域喷氨阀门的开度，使喷氨场与烟气流场相匹配，保证脱硝效率。

上述设计虽然满足了设计工况时的流场匹配要求，但满足不了超低排放的要求，电厂往往采用过量喷氨的策略，容易造成氨逃逸问题，逃逸的nh3与烟气中的so3生成的硫酸氢铵液化后，与烟气中的飞灰粘结，容易造成空预器的堵塞。另外，由于流场的分布不均匀，部分区域的喷氨阀门长期处于较小的开度，长期运行下去，容易导致喷氨阀门的堵塞。

技术实现要素：

针对以上方法存在的不足，本发明提出了一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统及方法，其不仅能够节省喷氨量的同时，而且能够减少氨逃逸量，避免生成硫酸氢铵造成空预器的堵塞。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统，包括：

非均匀布置喷氨格栅，设置在scr脱硝装置的烟道入口处，用于对scr脱硝装置进行非均匀喷氨；

nox监测网格，设置在非均匀布置喷氨格栅后，用于监测烟气中nox分布情况；

控制器，与非均匀布置喷氨格栅相连，用于控制非均匀喷氨装置的喷氨量；

大数据处理平台，与厂级监控信息系统，nox监测网格及控制器相连，负责读取厂级监控信息系统中的数据和nox监测网格实时监测的数据，通过分析处理后，将电磁阀动作信号输出至控制器进行调节非均匀布置喷氨装置的喷氨量。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述非均匀布置喷氨格栅由与母管连通的多个支路管组成，支路管连接母管处设置有支路管阀，支路管的分支管路上设置有喷嘴，母管上设置有控制所有支路管的母管阀，所述母管阀和支路管阀分别与控制器电连接。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述的nox监测网格，根据烟道尺寸，采用等间距网格法布置nox传感器，每一条网格线上的测点数目不少于三个。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述母管阀的喷氨量由大数据平台确定，支路管阀的喷氨量由烟气监测网格确定的nox分布不均匀度确定，由控制器接收大数据平台指令对各个阀门开度大小进行控制。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述大数据处理平台与sis系统相连，用于读取sis系统内机组运行历史数据及实时数据；根据脱硝效率和氨逃逸对历史数据进行清洗，得到正常工况下的运行参数；根据清洗后的数据，通过延迟性分析得出各参数之间时间对应关系，并且通过大数据平台的神经网络算法和机器学习算法训练得出scr所需喷氨量曲线的模型；在运行时通过读取机组实时运行数据，根据scr入口前的运行参数，得出实时所需喷氨量。

作为本实施例的一种可能的实现方式，非均匀喷氨系统还包括导流装置，所述导流装置包括双层导流板、导流板调节装置和烟气检测装置；所述双层导流板设置在烟道内部且位于非均匀布置喷氨格栅之后；所述导流板调节装置包括动力装置、转动机构和定位装置，所述动力装置和定位装置均设置在烟道外墙，转动机构位于烟道内部且一端穿过烟道外与定位装置连接，双层导流板设置在转动机构上，动力装置与转动机构连接驱动其工作进行双层导流板的导流片角度的调节；所述烟气监测装置位于scr脱硝装置的出口处；动力装置、定位装置和烟气检测装置均与控制器电连接，定位装置将转动机构的角度信息反馈至控制器。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述双层导流板包括第一导流板和第二导流板，所述第一导流板和第二导流板呈90°布置，第一导流板和第二导流板的导流片均可绕转动机构单独转动。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述第一导流板和第二导流板至少设置3片导流片。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述第一导流板和第二导流板的数目根据烟道宽度不同进行调整，第一导流板的高度为h,可转动最大角度为θ，第一导流板导流片与第二导流板导流片之间和第一导流板导流片与烟道前后两侧壁面之间的最小距离均大于1.5hsinθ；第二导流板叶片的高度为l，可转动最大度为δ，第二导流板导流片与第一导流板导流片之间和第二导流板导流片与烟道左右两侧壁面之间的最小距离均大于1.5lsinδ。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述控制器用于接收转动机构的角度信息并且传输至大数据处理平台，接受大数据处理平台反馈信号后控制导流板调节装置驱动双层导流板转动。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述烟气监测装置由设置在烟气监测网格上的nox监测传感器、nh3监测传感器和压力传感器中的一种或几种组成，采用无线传输协议的方式向控制器输出监测信号。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述烟气监测网格在scr脱硝装置scr催化剂的上面和下面各布置一层，且采取等距方形网格划分的方式布置。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述差压传感器设置在scr脱硝装置scr催化剂上面的烟气监测网格上且差压传感器的数量不少于3x3个；所述nox监测传感器和/或nh3监测传感器设置在scr脱硝装置scr催化剂下面的烟气监测网格上且nox监测传感器和/或nh3监测传感器的数量不少于3x3个。

另一方面，本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨方法，包括以下步骤：

读取电厂历史运行数据，筛选出机组正常运行时脱硝效率scr出口nox含量和氨逃逸量；

定义目标变量为喷氨量，建立喷氨曲线模型；

进行喷氨曲线模型训练，找出不同工况下满足超低排放指标的喷氨量最优解。

作为本实施例的一种可能的实现方式，影响目标变量的因素包括锅炉负荷，scr入口温度，scr入口烟气nox浓度，scr入口o2浓度，催化剂使用时间。

作为本实施例的一种可能的实现方式，用于喷氨曲线模型训练的数据包括锅炉负荷，scr入口温度，scr入口烟气nox浓度，scr入口o2浓度，催化剂使用时间、原控制系统下喷氨量，scr出口氨逃逸量，scr出口nox浓度和脱硝效率。

在进行喷氨曲线模型训练过程中，预留一个月的电厂历史运行数据作为检验样本备用，将其余数据导入至大数据处理平台，通过数据分析找出不同参数之间存在的延迟关系，通过大数据处理平台的神经网络算法和寻优算法，进行喷氨曲线模型训练。

作为本实施例的一种可能的实现方式，非均匀喷氨方法还包括以下步骤：

进行喷氨曲线模型的稳定性测试。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述进行喷氨曲线模型的稳定性测试的过程为：首先利用预留的测试样本进行测试，将影响因素输入至喷氨曲线模型，与实际运行的结果进行对比，如果输出结果优于实际运行结果，则证明喷氨曲线模型稳定，否则对喷氨曲线模型进行优化。

第三方面，本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀布置喷氨格栅的设计方法，包括以下步骤：

获取燃煤电厂的烟道设计信息，燃烧煤质信息，通过数值模拟，初步确定scr脱硝系统入口烟道前的流场分布情况；

在scr入口烟道前设置nox监测网格，监测网格由nox浓度传感器和信号连接线组成，根据烟道尺寸，将烟道划分为横向间距x，纵向间距y的若干区域，采用等间距布置的方法，将nox传感器布置在每个区域中央，保证nox传感器横向之间的距离也为x，纵向之间距离也为y，同时保证每条网格线上的测点数目不少于3个；

根据nox监测网格的监测结果，计算以节点为中心附近区域xy面积内喷氨喷嘴占比数，各区域喷嘴数占比为其中ci为测点监测的nox浓度，为测点监测nox浓度的平均值；

结合数值模拟流场分析结果，对烟道截面内喷嘴的分布设计进行进一步的调整优化，确保正常负荷运行范围内，各支路喷氨阀门的开度不低于70％，得到最终的非均匀布置喷氨格栅。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明实施例的技术方案的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统，通过构建非均匀布置的喷氨系统，不仅节省了喷氨量，而且减少了氨逃逸量，避免了生成硫酸氢铵造成空预器的堵塞。非均匀喷氨系统采用非均匀喷氨格栅的布置方式，减少了喷氨格栅的布置密度，降低了烟道阻力，达到了降低整体能耗的目的。

本发明实施例的技术方案的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨方法，针对燃煤电厂中存在复杂多变的工况，考虑了scr入口烟道流场分布不均以及喷氨格栅易堵塞的问题，提出了通过大数据模型，深度挖掘历史运行数据，获取不同负荷工况下的喷氨量最优解，减少了氨用量。

本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀布置喷氨格栅的设计方法，通过采用非均匀分布喷氨格栅的设计，减少了喷氨调节阀的动作次数，增大了阀门平均开度值的大小，改善了阀门堵塞的情况。此外，采用非均匀喷氨格栅的布置方式，减少了喷氨格栅的布置密度，降低了烟道阻力，达到了降低整体能耗的目的。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种非均匀布置喷氨格栅的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的nox监测网格的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的导流装置的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种导流板调节装置的结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨系统，包括：

非均匀布置喷氨格栅1，设置在scr脱硝装置的烟道入口处，用于对scr脱硝装置进行非均匀喷氨；

nox监测网格2，设置在非均匀布置喷氨格栅后，用于监测烟气中nox分布情况；

控制器3，与非均匀布置喷氨格栅1相连，用于控制非均匀喷氨装置的喷氨量；

大数据处理平台4，与厂级监控信息系统，nox监测网格及控制器相连，负责读取厂级监控信息系统中的数据和nox监测网格实时监测的数据，通过分析处理后，将电磁阀动作信号输出至控制器进行调节非均匀布置喷氨装置的喷氨量。

如图2所示，作为本实施例的一种可能的实现方式，所述非均匀布置喷氨格栅由与母管连通的多个支路管14组成，支路管14连接母管处设置有支路管阀12，支路管14的分支管路上设置有喷嘴13，母管上设置有控制所有支路管的母管阀11，所述母管阀和支路管阀分别与控制器电连接。

如图2所示，非均匀布置喷氨格栅由母管阀11，支路管阀12，喷嘴13和支路管14组成，非均匀喷氨装置的控制阀门皆采用电磁阀控制，电磁阀与控制器相连，每个电子阀都可接受控制器的命令，单独调节开度的大小。正式运行时，控制器接收大数据平台计算出的喷氨总量信号，调节母管阀的阀门开度，控制喷氨总量，同时烟气nox监测网格将烟气中nox含量分布数据信号传输至大数据处理平台，数据平台，由大数据处理平台根据nox监测网格的监控信息，微调各阀门的开度，使得喷氨量与烟气流场处于最佳协同状态。

如图3所示，作为本实施例的一种可能的实现方式，所述的nox监测网格，根据烟道尺寸，采用等间距网格法布置nox传感器，每一条网格线上的测点数目不少于三个。

喷氨格栅采用非均匀布置的方式，在设计时，通过数值模拟和nox监测网格的数据，确定nox的分布规律，在nox分布集中的区域，设置更紧密的喷嘴，在nox浓度较低的区域，适当减少喷嘴数量。非均匀布置喷氨装置采用电磁阀控制各支路喷嘴喷氨量，每个电磁阀可单独调节开度大小。

如图3所示，nox监测网格由nox浓度传感器和信号连接线组成，根据烟道尺寸，将烟道划分为横向间距x，纵向间距y的若干区域，采用等间距布置的方法，将nox传感器布置在每个区域中央，保证nox传感器横向之间的距离也为x，纵向之间距离也为y，同时保证每条网格线上的测点数目不少于3个。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述母管阀的喷氨量由大数据平台确定，支路管阀的喷氨量由烟气监测网格确定的nox分布不均匀度确定，由控制器接收大数据平台指令对各个阀门开度大小进行控制。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述大数据处理平台与sis系统相连，用于读取sis系统内机组运行历史数据及实时数据；根据脱硝效率和氨逃逸对历史数据进行清洗，得到正常工况下的运行参数；根据清洗后的数据，通过延迟性分析得出各参数之间时间对应关系，并且通过大数据平台的神经网络算法和机器学习算法训练得出scr所需喷氨量曲线的模型；在运行时通过读取机组实时运行数据，根据scr入口前的运行参数，得出实时所需喷氨量。

作为本实施例的一种可能的实现方式，大数据处理平台从厂级监控信息系统中读取脱硝系统和锅炉负荷历史数据和实时数据，采用单向传输协议。

作为本实施例的一种可能的实现方式，大数据处理平台通过对各参数之间延迟性的分析，确定各参数之间对应的时间关系。

作为本实施例的一种可能的实现方式，大数据处理平台采用神经网络算法，实现寻优，预测功能，通过对历史数据的分析，可找出不同工况下目标参数的最优解，并且可以找出目标因素与影响目标因素之间的对应关系，利用参数之间存在延迟性的特点，预测目标参数值。

作为本实施例的一种可能的实现方式，大数据处理平台采用机器学习算法，通过对运行数据的实时监测和预测寻优结果的比对，自主更新学习曲线，使得大数据模型更加符合实际情况。

作为本实施例的一种可能的实现方式，非均匀喷氨系统还包括导流装置，如图4和图5所示，所述导流装置包括双层导流板51、导流板调节装置52和烟气检测装置53；所述双层导流板51设置在烟道内部且位于非均匀布置喷氨格栅1之后；所述导流板调节装置52包括动力装置521、转动机构522和定位装置523，所述动力装置521和定位装置523均设置在烟道外墙，转动机构522位于烟道内部且一端穿过烟道外与定位装置523连接，双层导流板51设置在转动机构上，动力装置与转动机构连接驱动转动机构带动工作双层导流板转动从而进行双层导流板的导流片角度的调节；所述烟气监测装置53位于scr脱硝装置的出口处；动力装置521、定位装置523和烟气检测装置53均与控制器3电连接，定位装置将转动机构的角度信息反馈至控制器3。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述双层导流板包括第一导流板和第二导流板，所述第一导流板和第二导流板呈90°布置，第一导流板和第二导流板的导流片均可绕转动机构单独转动。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述第一导流板和第二导流板至少设置3片导流片。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述第一导流板和第二导流板的数目根据烟道宽度不同进行调整，第一导流板的高度为h,可转动最大角度为θ，第一导流板导流片与第二导流板导流片之间和第一导流板导流片与烟道前后两侧壁面之间的最小距离均大于1.5hsinθ；第二导流板叶片的高度为l，可转动最大度为δ，第二导流板导流片与第一导流板导流片之间和第二导流板导流片与烟道左右两侧壁面之间的最小距离均大于1.5lsinδ。

本实施例的导流装置，通过在喷氨格栅之后的scr入口烟道中设置两层垂直布置的导流板，实现了对烟气流场两个维度的调节，改变了以往导流板只能在一个平面内调节的局限性，可以使得进入scr反应装置的烟气实现更高程度的均匀化，更好的与催化剂层接触反应；通过本发明设计的装置的控制器与后台大数据系统连接，可以实时更新调整数据，根据检测的烟气数据实时动态调节，降低了氨逃逸量，提高了脱硝效率。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述控制器用于接收转动机构的角度信息并且传输至大数据处理平台，接受大数据处理平台反馈信号后控制导流板调节装置驱动双层导流板转动。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述烟气监测装置由设置在烟气监测网格上的nox监测传感器、nh3监测传感器和压力传感器中的一种或几种组成，采用无线传输协议的方式向控制器输出监测信号。

本实施例通过构建非均匀布置的喷氨系统，不仅节省了喷氨量，也减少了氨逃逸量，避免了生成硫酸氢铵造成空预器的堵塞。非均匀喷氨系统采用非均匀喷氨格栅的布置方式，减少了喷氨格栅的布置密度，降低了烟道阻力，达到了降低整体能耗的目的。

如图4所示，作为本实施例的一种可能的实现方式，所述烟气监测网格在scr脱硝装置scr催化剂的上面和下面各布置一层，且采取等距方形网格划分的方式布置。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述差压传感器设置在scr脱硝装置scr催化剂上面的烟气监测网格上且差压传感器的数量不少于3x3个；所述nox监测传感器和/或nh3监测传感器设置在scr脱硝装置scr催化剂下面的烟气监测网格上且nox监测传感器和/或nh3监测传感器的数量不少于3x3个。

如图6所示，本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨方法，包括以下步骤：

读取电厂历史运行数据，筛选出机组正常运行时脱硝效率scr出口nox含量和氨逃逸量；

定义目标变量为喷氨量，建立喷氨曲线模型；

进行喷氨曲线模型训练，找出不同工况下满足超低排放指标的喷氨量最优解。

作为本实施例的一种可能的实现方式，影响目标变量的因素包括锅炉负荷，scr入口温度，scr入口烟气nox浓度，scr入口o2浓度，催化剂使用时间。

作为本实施例的一种可能的实现方式，用于喷氨曲线模型训练的数据包括锅炉负荷，scr入口温度，scr入口烟气nox浓度，scr入口o2浓度，催化剂使用时间、原控制系统下喷氨量，scr出口氨逃逸量，scr出口nox浓度和脱硝效率。

在进行喷氨曲线模型训练过程中，预留一个月的电厂历史运行数据作为检验样本备用，将其余数据导入至大数据处理平台，通过数据分析找出不同参数之间存在的延迟关系，通过大数据处理平台的神经网络算法和寻优算法，进行喷氨曲线模型训练。

作为本实施例的一种可能的实现方式，非均匀喷氨方法还包括以下步骤：

进行喷氨曲线模型的稳定性测试。

作为本实施例的一种可能的实现方式，所述进行喷氨曲线模型的稳定性测试的过程为：首先利用预留的测试样本进行测试，将影响因素输入至喷氨曲线模型，与实际运行的结果进行对比，如果输出结果优于实际运行结果，则证明喷氨曲线模型稳定，否则对喷氨曲线模型进行优化。

本实施例的一种scr脱硝装置的非均匀喷氨方法的具体实施过程如下。

大数据处理平台需要读取电厂历史运行数据实时运行数据，为了保证电厂运行的安全稳定性，大数据处理平台选择与厂级监控信息系统(sis)相连。在正式投入使用之前，大数据处理平台从sis系统中读取脱硝系统历史运行数据，根据脱硝效率scr出口nox含量和氨逃逸量进行数据清洗，筛选出机组正常运行时以上各参数。

定义目标变量为喷氨量，影响目标变量的因素主要包括锅炉负荷，scr入口温度，scr入口烟气nox浓度，scr入口o2浓度，催化剂使用时间。用于模型训练的数据还包括为原控制系统下喷氨量，scr出口氨逃逸量，scr出口nox浓度和脱硝效率。预留一个月的数据作为检验样本备用，将其余数据导入至大数据系统，通过数据分析找出不同参数之间存在的延迟关系，通过大数据处理平台的神经网络算法和寻优算法，进行喷氨曲线模型训练，找出不同工况下满足超低排放指标的喷氨量最优解。

训练结束后，进行稳定性测试，首先利用预留的测试样本进行测试，将影响因素输入至系统，与实际运行的结果进行对比，若输出结果优于实际运行结果且数据在合理范围之内，则可正式投入使用，一般试运行时间少于一个月。

本实施例针对燃煤电厂中存在复杂多变的工况，考虑了scr入口烟道流场分布不均以及喷氨格栅易堵塞的问题，提出了通过大数据模型，深度挖掘历史运行数据，获取不同负荷工况下的喷氨量最优解，减少了氨用量。

本发明实施例提供的一种scr脱硝装置的非均匀布置喷氨格栅的设计方法，包括以下步骤：

获取燃煤电厂的烟道设计信息，燃烧煤质信息，通过数值模拟，初步确定scr脱硝系统入口烟道前的流场分布情况；

在scr入口烟道前设置nox监测网格，监测网格由nox浓度传感器和信号连接线组成，根据烟道尺寸，将烟道划分为横向间距x，纵向间距y的若干区域，采用等间距布置的方法，将nox传感器布置在每个区域中央，保证nox传感器横向之间的距离也为x，纵向之间距离也为y，同时保证每条网格线上的测点数目不少于3个；

根据nox监测网格的监测结果，计算以节点为中心附近区域xy面积内喷氨喷嘴占比数，各区域喷嘴数占比为其中ci为测点监测的nox浓度，为测点监测nox浓度的平均值；

结合数值模拟流场分析结果，对烟道截面内喷嘴的分布设计进行进一步的调整优化，确保正常负荷运行范围内，各支路喷氨阀门的开度不低于70％，得到最终的非均匀布置喷氨格栅，如图2所示。

本实施例通过采用非均匀分布喷氨格栅的设计，减少了喷氨调节阀的动作次数，增大了阀门平均开度值的大小，改善了阀门堵塞的情况。此外，采用非均匀喷氨格栅的布置方式，减少了喷氨格栅的布置密度，降低了烟道阻力，达到了降低整体能耗的目的。

本发明通过数值模拟，确定烟道流场分布规律，通过构建大数据平台，深度挖掘机组历史运行数据，确定不同负荷工况下最佳喷氨量；通过数值模拟和大数据分析结果，构建非均匀布置的喷氨系统装置，节省喷氨量的同时，也减少了氨逃逸量，避免生成硫酸氢铵造成空预器的堵塞。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。