基于cfd的燃煤电站scr脱硝系统的优化调整方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，是针对上述存在的技术问题，从工程设计要求出发，结合CFD模型技术，把分析数据引入DCS内进行修正来提高脱硝效率，有效降低氨逃逸。（1）通过将CFD脱硝数据引入DCS中，利用数学模型更好的监视反应器内反应物混合与均流的变化。（2）在机组变工况时（例如AGC），有效地防止机组出口NOx浓度超范围，进一步提高SCR脱硝系统的整体运行效率。（3）实时性好，减少大滞后性，便于现场工程，大大提高了机组运行的安全性和经济性，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
【专利说明】基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于火力发电机组的热工控制【技术领域】，尤其涉及一种基于CFD的燃煤电 站SCR脱硝系统的优化调整方法，具体地说是一种高效SCR脱硝氨/烟气混合控制的方法。
【背景技术】：
[0002] 我国目前大气污染物的主要来源于煤燃烧产生的排放物。煤炭在工业领域的应用 中，在给国民经济带来大发展的同时，也带来了严重的环境污染。燃煤电站燃烧产生的烟 气，烟气中的NOx是人为NOx源的主要来源之一。了解燃煤电站NOx的现状，掌握其产生 的机理，有效控制燃煤电站产生的NOx的排放量是落实有关科学发展观精神的具体实践， 同时，也是实现国家减排任务的重要工作，进而是实现燃煤电站成为"环境空气及地面水环 境"达到国家有关质量标准（双达标）的绿色企业、环保企业的有效手段。因此，对大型火 电站而言，提高发电效率和降低污染排放是降低生产成本、提高竞争能力的重要措施。
[0003] 选择性催化还原（SCR)法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。 该法的优点是：使用了催化剂，故反应温度较低；净化率高，可达85%以上；工艺设备紧凑， 运行可靠；还原后的氮气放空，无二次污染。
[0004] 采用NH3作为还原剂，还原NO x的化学反应方程式主要为：
[0005] 4NH3+4N0+02-4N2+6H 20
[0006] 4NH3+2N0+202- 3N2+6H20
[0007] 6NH3+6N0 - 5N2+6H20
[0008] 8NH3+6N0 - 7N2+12H20
[0009] 脱硝系统工艺流程中，脱硝模拟量调节系统中最为重要和核心的控制为SCR反应 器氨气流量控制。目前脱硝喷氨系统控制通常采用两种方式：固定摩尔比控制方式和出口 NOx定值控制方式。两者主控制回路相同，出口 NOx定值控制方式是保持出口 NOx恒定，仅是 将摩尔比作为变量。
[0010] 近些年众多研究机构从不同角度对SCR脱硝系统进行了分析研究。中国专利"烟 气脱硝的喷氨量控制方法和装置"，专利申请号201210112475. 0,获取脱硝效率的偏差值； 计算脱硝效率的偏差值对应的第一喷氨系数；计算氨逃逸量的偏差值对应的第二喷氨系 数，提高烟气脱硝所需液氨量的精确度。中国专利"SCR脱硝流场模拟系统与方法"，专利申 请号201010609417. X，利用模型通过流场模拟来确定SCR脱硝反应器内部构件，为脱硝反 应器内部构件及优化提供参考数据。中国专利"烟气脱硝系统中喷氨与烟气流场匹配的喷 氨装置参数优化方法"，专利申请号201110209347. 3,提出构建氨/氮相对浓度偏差与喷氨 装置几何设计参数的函数关系，建立优化模型计算以获得最小浓度偏差时的喷氨装置几何 参数，与优化技术相结合开发更加高效、可行的喷氨装置。例如《控制工程》的《面向Ν0_χ 脱除率优化的烟气脱硝CFD仿真研究》和《火电SCR脱硝系统混合与均流CFD仿真》，仿真 结果展出SCR系统AIG前截面烟气速度分布云图，根据云图分布分析系统结构进行改进，改 变导流板分布来要求AIG各组喷嘴的喷氨量与烟气速度分布相匹配。指出影响SCR效率的 因素较多，但本质上主要为两个方面：反应器结构和反应物不均匀性。反应器结构是系统固 化成型的，改善的手段通过改变混合器和导流板的变化；反应物不均匀性的效果与机组燃 烧有很大的关系，主要的解决手段是通过燃烧调整来解决。
[0011] 上述专利及文献均是从提高反应器结构的分布、构建实时监测与评价系统的角度 开展研究，但这些研究没有为电厂运行人员提供了可靠的参考依据，无法代替运行人员在 DCS中完成对脱硝效率的有效控制。当发生锅炉燃烧异常情况时，不可避免地对脱硝系统主 要参数带来扰动，必要时需要人为干预。由于脱硝系统的非线性和滞后性，当人为干预时会 受到时间、空间与能量上的限制，脱硝效率也会受到严重的影响，此时控制效果只能依赖于 运行人员的技术水平。
【发明内容】
[0012] 发明目的：本发明提供了一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法， 其目的是解决传统方法所存在的问题。
[0013] 技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
[0014] 一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征在于：该方法利 用CFD模拟数据分析反应器混合物的变化，针对非线性和滞后性的影响，提高喷氨控制的 效果，对组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制系统内，作为前馈信号作用在预喷氨控 制回路中。
[0015] 该方法步骤如下：
[0016] 第一步：在DCS内增加 CFD脱硝数据监视接口，对实时模拟数据进行组态处理； [0017] 第二步：将组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制回路内，对脱硝喷氨控制回 路进行逻辑组态；
[0018] 第三步：脱硝控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定喷氨控制回路 相关参数，最终达到预期的控制效果。
[0019] CFD脱硝数据利用FLUENT软件采用标准κ - ε双方程，模型对SCR反应器及连接 烟道进行三维数值模拟，通过接口将模拟数值引入在DCS内监视。
[0020] 实时模拟数据选用基于压力的FLUENT求解器，湍流模型选Realizablek-S模型， κ为湍动能，ε为湍动耗散率，利用DCS将模拟数据进行组态处理。
[0021] 模拟数据引入脱硝喷氨控制回路内，作为喷氨流量的前馈信号，喷氨流量在DCS 数据库中采集，直接取用。
[0022] 将系统投入实际运行，根据机组控制运行曲线和喷氨控制流量曲线，反复在线整 定相关参数，保证机组在稳定负荷和变动负荷时，将SCR喷氨控制在合理范围内。
[0023] CFD主要分析项目有流速、NH3浓度、角度、压力、流场，从模型数据库中读取，CFD的 分析要点如表1
[0024]
【权利要求】
1. 一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征在于：该方法利用 CFD模拟数据分析反应器混合物的变化，针对非线性和滞后性的影响，提高喷氨控制的效 果，对组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制系统内，作为前馈信号作用在预喷氨控制 回路中。
2. 根据权利要求1所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征 在于：该方法步骤如下： 第一步：在DCS内增加CFD脱硝数据监视接口，对实时模拟数据进行组态处理； 第二步：将组态处理后的模拟数据引入脱硝喷氨控制回路内，对脱硝喷氨控制回路进 行逻辑组态； 第三步：脱硝控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定喷氨控制回路相关 参数，最终达到预期的控制效果。
3. 根据权利要求1所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征 在于：CFD脱硝数据利用FLUENT软件采用标准k-e双方程，模型对SCR反应器及连接烟 道进行三维数值模拟，通过接口将模拟数值引入在DCS内监视。
4. 根据权利要求1所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征 在于：实时模拟数据选用基于压力的FLUENT求解器，湍流模型选Realizablek-s模型，k 为湍动能，e为湍动耗散率，利用DCS将模拟数据进行组态处理。
5. 根据权利要求3所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征 在于：模拟数据引入脱硝喷氨控制回路内，作为喷氨流量的前馈信号，喷氨流量在DCS数据 库中采集，直接取用。
6. 根据权利要求4所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征 在于：将系统投入实际运行，根据机组控制运行曲线和喷氨控制流量曲线，反复在线整定相 关参数，保证机组在稳定负荷和变动负荷时，将SCR喷氨控制在合理范围内。
7. 据权利要求1所述的基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其特征在 于：CFD主要分析项目有流速、NH3浓度、角度、压力、流场，从模型数据库中读取，CFD的分析 要点如表1
【文档编号】B01D53/90GK104474896SQ201410720745
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】张亮, 李建军, 王英荟, 王礼 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院, 辽宁东科电力有限公司