一种降低脱硝逃逸氨控制方法与流程

本发明涉及一种减少氨逃逸方法，特别是一种降低脱硝逃逸氨控制方法。

背景技术：

大气中氮氧化物的主要来源是燃料，其中近70%来自于煤炭的直接燃烧。我国是以煤炭为主要能源的国家，火电厂燃煤量又占到我国煤炭消费总量的一半以上。据统计，2000年我国N0x的排放总量约为1880万吨，其中，火力发电厂氮氧化物排放量为496万吨。按照目前的排放水平测算，预计到2020年，我国火电排放的氮氧化物将达到1000万吨以上。NOx浓度的升高，将使大气氧化性增加，导致酸雨、臭氧层破坏、光化学烟雾等一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁。因此，燃煤电站烟气脱硝是我国控制NOx排放的重中之重。

选择性催化还原(SCR)技术是目前工业上应用最为广泛的一种脱硝技术，原理是以NH3为还原剂，选择催化还原烟气中的N0x还原为无害的N2和H20，以脱除NOx，满足日趋严格的环保要求。

目前国内外的SCR烟气脱硝系统基本上采用激光法、FTRI法以及间接法(抽取烟气，测量通过催化剂与不通过催化剂样气中的NO含量)来在线监测脱硝系统的氨逃逸量，目前国内各地区已经投运的SCR脱硝系统的在线氨逃逸监测情况均不理想，目前国内尚未见到成熟的可靠检测方法。氨逃逸检测不成熟，氨逃逸控制也不理想，多数发电厂由于脱硝系统氨逃逸控制不好造成经济损失相当大，可以这么说氨逃逸是目前各电厂最头疼的事。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种降低脱硝逃逸氨控制方法。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种降低脱硝逃逸氨控制方法，包括：

即时入口喷氨分配控制装置，所述即时入口喷氨分配控制装置由母管、一端连通在母管上若干个所述的支管、分别设置在若干个所述的支管上的喷氨电动阀、连通在若干个所述的支管另一端的烟道、设于烟道侧表面与烟道相对两端面的若干个所述的喷氨阀以及设置在若干个所述的喷氨阀上的NH、NOX检测仪构成。

脱硝优化控制系统，所述脱硝优化控制系统由DCS操作员站、移动TOCS工作师站、脱硝系统、DCS系统以及TOCS控制器组成，所述TOCS控制器和DCS系统通过网线连接通讯，通过与DCS系统数据通信实现TOCS控制器的数据获取和指令输出，所述移动TOCS工程师站与TOCS控制器网线连接，所述DCS操作员站与DCS系统网线连接，所述脱硝系统与DCS系统网线连接。

所述TOCS控制器与DCS系统选用MODBUS通信协议进行数据交换，所述TOCS控制器从DCS系统取得机组运行数据，经运算给出最优控制指令并通过DCS系统控制相应的执行机构。

通过脱硝优化控制系统可以计算NOX变化的预估值，得出未来某一时间NOX值，克服NOX测量仪表取样测量反应迟缓问题，同时又用NOX测量的结果对软测量进行长期修正拟合，使得软测量结果用硬测量结果进行印证和修正，递归出较准确和及时的以下软测量结果：

脱硝优化控制系统计算出适当的脱硝效率设定值，并进行范围限制后，得到系统最合理的脱硝效率最终优化设定值，这样运行人员设定的效率值实际上是一个安全的下限值，运行中不再随时根据锅炉运行工况改变脱硝效率设定值；

脱硝优化控制系统根据NOX预估值和效率优化设定值，即时计算出系统优化喷氨流量值，将优化氨流量喷入烟气内进行脱硝反应，得到较为平稳的脱硝输出NOX指标；

根据脱硝出口NOX指标和氨逃逸情况，及时修正脱硝效率设定值。由于脱硝优化控制系统是以开环控制为主，以长期参数闭环修正为辅，所以可以得到快速的调节速度而且不会产生振荡现象。

脱硝优化控制系统对被控系统运行性能的离线与在线分析：系统运行性能的离线分析：通过运行历史数据的统计与各种性能参数计算，得到系统在各种工况下系统运行性能参量，确定NOX控制范围。

自动计算脱硝系统运行的最佳控制目标：建立被控系统自的学习和自适应模型，通过对系统模型的实时在线训练，使其逼近真实控系统。依据脱硝系统的环保和经济指标，通过模型实时计算并寻找在实际运行状态下，被控系统可以达到的最优化的控制目标，优化控制目标包括，脱硝率、出口氮氧化物浓度、反应器氨耗量和出口氨气逃逸量等，并以此为定值实现系统的优化控制。

实施精确稳定的脱硝系统氨气流量控制，在脱硝优化控制系统中，采用了锅炉及反应器模型预估的方式，根据脱硝系统优化控制目标，直接计算氨气喷入量。模型预估控制较传统控制方式氨气喷入量更为准确及时，在其模型包括以下性能：

入口氮氧化物浓度预估，锅炉燃烧产生的氮氧化物量与锅炉燃烧的各种参量相关，在锅炉风量（负荷）较大时，产生的氮氧化物量较大。根据锅炉燃烧状态和出口氮氧化物量的相关性分析，建立锅炉燃烧与氮氧化物量产生量模型，从而预估出口氮氧化物量变化趋势，减少氮氧化物含量测量延迟的对控制系统的影响。

氨气控制模型中，不仅考虑反应器入口氮氧化物总量（风量×氮氧化物浓度）同时计算反应器氨耗率（反应器氨耗率=k(入口NOx浓度-出口NOx浓度)×锅炉烟量/氨气流量），其中k值为 (NH3 ) / n (NOx )比，反应器氨耗量，代表反应器氨气的化学反应消耗量与氨气总喷入量的比值，当其下降时，氨气与氮氧化物的反应比率下降，出口残留的氨气量增大。保证对出口氮氧化物的精确控制，通过喷氨阀门控制模型自动分析和配比左右侧氨气喷入量，保证脱硝系统左右侧氨耗率均衡，降低氨逃逸率。

利用本发明的技术方案制作的降低脱硝逃逸氨控制方法，该系统能够随时分配SCR反应器每个喷氨入口氨气，保障脱硝催化剂需要氨气的匹配均匀程度，降低氨逃逸，降低空预器堵塞率，节省氨气用量，提高催化剂寿命。

附图说明

图1是本发明所述即时脱硝入口氨气模块均布与匹配控制装置的结构示意图；

图2是本发明所述(NH3 ) / n (NOx )物质的量比曲线；

图3是本发明所述脱硝率和氨耗率相关性分布图；

图4是本发明所述出口氮氧化物和氨耗率相关性分布图；

图5是本发明所述环保氮氧化物浓度和氨耗率相关性分布图；

图6是本发明所述入口氮氧化物和锅炉风量相关性分布图；

图7是本发明所述脱硝优化控制系统的系统结构图；

图中，1、母管；2、支管；3、喷氨电动阀；4、烟道；5、喷氨阀；6、NH3、NOX检测仪；7、DCS操作员站；8、移动TOCS工作师站；9、脱硝系统；10、DCS系统；11、TOCS控制器；12、流量计；13、阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-7所示，一种降低脱硝逃逸氨控制方法，NOx 的脱除率关键点来分析：（a）物质的量比n (NH3 ) / n (NOx )的影响：物质比n (NH3 ) / n (NOx )对脱硝效率的影响如在300 ℃下,脱硝率随物质的量比n (NH3 ) /n (NOx )的增加而增加,物质的量n (NH3 ) / n (NOx ) 小于0. 8时，其影响更明显,几乎呈线性正比关系见图2（脱硝厂家提供的）。该结果说明:若NH3 投入量偏低,脱硝率受到限制; 若NH3 投入量超过需要量,NH3 氧化等副反应的反应速率将增大,如SO2 氧化生成SO3 ,在低温条件下 SO3 与过量的氨反应生成NH4HSO4。NH4HSO4 会附着在催化剂或空预器冷段换热元件表面上,导致脱硝效率降低或空预器堵塞。氨的过量和逃逸取决于物质的量比n (NH3 ) / n (NOx )、工况条件和催化剂的活性用量(工程设计氨逃逸不大于0. 0003%, SO2 氧化生成SO3 的转化率≤1%)。氨的逃逸率增加,在降低脱硝率的同时,也增加了净化烟气中未转化NH3 的排放浓度,进而造成二次污染。TOCS脱硝氨逃逸控制系统够以出口氮氧化物参数、脱硝率和氨消耗率为综合优化指标，实时计算滚动优化，TOCS脱硝氨逃逸控制系统确保在脱硝率控制在80%~85%，避免脱硝效率降低或空预器堵塞。（b）接触时间对脱硝率的影响在300 ℃温度和物质的量比n (NH3 ) / n (NOx ) 为1的条件下,脱硝率随反应气与催化剂的接触时间t的增加而迅速增加; t增至200ms左右时,脱硝率达到最大值,随后脱硝率下降。这主要是由于反应气体与催化剂的接触时间增加,有利于反应气体在催化剂微孔内的扩散、吸附、反应和产物气的解吸、扩散,从而使脱硝率提高;但若接触时间过长, NH3 氧化反应开始发生,使脱硝率下降，TOCS脱硝氨逃逸控制系统能在合适时间喷合适的氨。

如图3所示某电厂在5月8日至5月20日脱硝率、反应器出口氮氧化物控制含量曲线图，图4烟道内环保局监测点氮氧化物含量与反应器氨耗率相关性，图5为环保氮氧化物浓度和氨耗率相关性分布图，图6为锅炉总风量和锅炉氮氧化物产生量(反应器入口氮氧化物浓度)的相关性分布图，图中每点代表一个小时的平均值坐标位置。采用运行参量一小时平均值，由于在每小时内系统的操作不同，产生了较大的数据离散性，但仍可反映各参量的相关特性；从图4中可以看出当脱硝率大于85%、反应器出口氮氧化物含量小于40%、环保监测点氮氧化物含量小于80%时，氨耗率将迅速下降，即反应器内氨气的消耗量迅速下降，氨的逃逸量快速提高；从图3可看出脱硝率从85%提高到90%时，氨耗率下降15%；反应器出口氮氧化物含量从40%下降到25%时，氨耗率下降15%；环保监测点氮氧化物含量从80%下降到60%时，氨耗率下降15%；因此在实际系统控制中，为提高反应器氨耗率，减少脱硝系统氨的使用量，减少氨的逃逸量，应将脱硝率控制在80%~85%，反应器出口氮氧化物含量控制在40~50mg/m3以上，环保监测点氮氧化物70~90 mg/m3，氨水消耗量会降低，并大幅度的减少氨的逃逸量。

本实施方案的特点为，该系统能够随时分配SCR反应器每个喷氨入口氨气，保障脱硝催化剂需要氨气的匹配均匀程度，降低氨逃逸，降低空预器堵塞率，节省氨气用量，提高催化剂寿命。

在本实施方案中，首先，通过网线把TOCS控制器和原发电厂DCS系统连接通讯，原发电厂脱硝DCS控制系统的供氨自动调节模型一般先预设一个脱硝效率，然后通过CEMS测量SCR反应器入口NOx浓度，经计算得出所需的氨气流量，与CEMS测量SCR反应器出口NOx浓度进行比较，再通过一个PI调节装置控制供氨调节阀，通过与DCS系统数据通信实现TOCS系统的数据获取和指令输出，得到自动控制方式在原有方式和TOCS方式的切换；将母管连接在将每侧脱硝出口烟道按每个喷氨阀位置加N0x、NH3测量取样点，将每个阀门开度反馈和多个个测点NH3、NOX数据传给TOCS控制器，TOCS控制器采集脱硝数据，建立脱硝控制模型。喷氨入口匹配优化调试在机组100%满负荷下,脱硝环保出口值控制在30mg／m3±10固定喷氨总阀开度，然后根据喷氨电动阀的开度分析烟道出口NOX数据变化与烟道出口NH3逃逸数据的关系，如增大烟道喷氨电动阀门开度，烟道出口NOX降低，说明该区域喷氨量没到顶点，增大喷氨们开度直到NOX不在变化，烟道出口NH3开始增加时，同时减小阀门开度烟道出口NOX增加，烟道出口NH3减少，烟道阀门开度的流量已到拐点，1#区域氨气流量分配满足脱硝需要。如果出现开关烟道喷氨电动阀门烟道出口NOX不变，只有烟道出口NH3增加或减少，说明该区域催化剂模块已完全中毒失效，那么该喷氨电动阀只能处于关闭状态，待机组检修时检查更换此区域催化剂模块。同理其他区域喷氨阀门亦如此调整阀门开度，固定所有点阀门开度，喷氨入口匹配均匀优化已完成，喷氨调节交给总调节阀调节。调整完毕后，降负荷至65%，验证均匀性。如出现反应器两侧N0x浓度监测数据不一致，偏差较大。或者N0x浓度监测数据烟囱入口数值与反应器出口数据不一致，偏差较大；这说明脱硝某区域模块催化剂催化能力降低，要随时进行喷氨各点入口阀门开度矫正，找出与该区域脱硝催化剂模块匹配的阀门开度，如果某区域出现开关喷氨阀门NOX不变，只有NH3增加或减少，说明该区域催化剂模块已完全中毒失效，将其喷氨入口阀门关闭，如催化剂中毒区域点超过3个需停机检修。

在通过以上结构检测过程中：

首先，锅炉燃烧产生的氮氧化物量与锅炉燃烧的各种参量相关，在锅炉风量（负荷）较大时，产生的氮氧化物量较大。根据锅炉燃烧状态和出口氮氧化物量的相关性分析，建立锅炉燃烧与氮氧化物量产生量模型，从而预估出口氮氧化物量变化趋势，减少氮氧化物含量测量延迟的对控制系统的影响。

然后，氨气控制模型中，不仅考虑反应器入口氮氧化物总量（风量×氮氧化物浓度）同时计算反应器氨耗率（反应器氨耗率=k(入口NOx浓度-出口NOx浓度)×锅炉烟量/氨气流量），其中k值为 (NH3 ) / n (NOx )比，反应器氨耗量，代表反应器氨气的化学反应消耗量与氨气总喷入量的比值，当其下降时，氨气与氮氧化物的反应比率下降，出口残留的氨气量增大。保证对出口氮氧化物的精确控制。

最后，通过喷氨阀门控制模型自动分析和配比左右侧氨气喷入量，保证脱硝系统左右侧氨耗率均衡，降低氨逃逸率。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。