一种脱硫脱硝喷氨控制方法及控制系统与流程

本发明涉及气体脱硫脱硝工业领域，尤其涉及一种脱硫脱硝喷氨控制方法及控制系统。

背景技术

目前焦炉烟气脱硫脱硝喷氨量的控制，是根据经验给定氨水流量的设定值，实际氨水量检测值为过程量，采用单回路pid控制块对喷氨量进行调节。这种粗略的调节方式，无法实时地响应烟气量的波动以及烟气中nox含量的波动。为实现排放达标，实际生产中把在最大烟气量，最大nox含量时，所需的喷氨量作为固定的设定值。这样必然会导致经常性的过量喷氨，过量喷氨有如下不良影响：1.影响长期运行的经济效应；2.排放气中氨气含量超标，对环境造成二次污染；3.导致换热器等设备氨腐蚀。因此，本领域亟需一种能实时响应烟气量以及烟气中nox含量波动的脱硫脱硝喷氨控制方法及控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种脱硫脱硝喷氨控制方法及控制系统。

一方面，本发明提供了一种脱硫脱硝喷氨控制方法，包括以下步骤：

(1)将排放烟气中nox的质量流量值设置为pid副控制器的过程值，将排放烟气中的nox含量的理想值设置为pid副控制器的设定值；

(2)对pid副控制器输出值进行计算，得到0.75-1.25之间连续变化的系数；

(3)将所需喷氨量理论值乘以所述系数，将计算得到的数据设置为主pid控制器的设定值；将氨的实际质量流量设置为pid主控制器的过程值；

(4)将主pid控制器的输出作为氨水调节阀的开度控制，对氨水调节阀进行实时连续地调节。

上述的脱硫脱硝喷氨控制方法，原烟气中的so2在喷氨系统工作前被脱硫层的活性炭吸附。

上述的脱硫脱硝喷氨控制方法，所述排放烟气中nox的质量流量值为标况下排放烟气中nox的质量流量值。

上述的脱硫脱硝喷氨控制方法，所述标况下排放烟气中nox的质量流量值计算方法如下：

其中，a2st为标况下排放烟气中nox的质量流量，mg/nm³；a2为工况下排放烟气中nox的质量流量，mg/m³；t2为排放烟气温度，℃；p2为排放烟气的压力，kpa；plocal为当地大气压力，kpa。

上述的脱硫脱硝喷氨控制方法，所述步骤(2)中，所述系数通过将pid副控制器输出值除以200加0.75获得。

上述的脱硫脱硝喷氨控制方法，所述所需喷氨量理论值的计算方法为：

fsp＝fs1*a1st*10^-6*α*β

其中，fsp为所需喷氨量理论值，kg/h；fs1为标况下入口原烟气的体积流量，nm³/h；a1s1为入口原烟气nox的浓度，mg/nm³；α为nh3与nox摩尔数比，常数；β为nh3与nox的相对分子量比，常数；

其中，

其中，f1为工况下入口原烟气的体积流量，m³/h；a1为工况下原烟气中nox的质量流量，mg/m³；t1为入口原烟气温度，℃；p1为入口原烟气压力，kpa；plocal为当地大气压力，kpa。

另一方面，本发明提供了一种脱硫脱硝喷氨控制系统，包括排放烟气中nox含量控制pid调节模块，系数计算模块，所需喷氨量理论值计算模块及氨水喷射量控制pid调节模块；

其中，排放烟气中nox含量控制pid调节模块，系数计算模块，所需喷氨量理论值计算模块及氨水喷射量控制pid调节模块依次串联连接。

上述的脱硫脱硝喷氨控制系统，其特征在于，所述排放烟气中nox含量控制pid调节模块包括烟气排放管道上的cems系统和pid副控制器；所述氨水喷射量控制pid调节模块包括氨的实际质量流量计算模块、氨水流量计、氨水流量调节阀及pid主控制器。

上述的脱硫脱硝喷氨控制系统，所述烟气排放管道上的cems系统、pid副控制器与系数计算模块依次串联连接；所述氨的实际质量流量计算模块、氨水流量调节阀、所需喷氨量理论值计算模块与pid主控制器分别电连接，所述氨水流量计与氨的实际质量流量计算模块电连接。

上述的脱硫脱硝喷氨控制系统，其特征在于，所述喷氨量理论值计算模块包括入口原烟气管道上的cems系统。

本发明的技术方案具有如下的有益效果：

本发明兼顾了入口原烟气体积流量的波动、原烟气中nox含量的实时变化以及由于其它因素导致nox的排放超标问题，克服了单回路pid控制方案中过量喷氨导致的一系列不良影响。

本发明的技术方案既能满足环保要求、又有效地保护了脱硫脱硝工艺设施，保证了用户长期运行的经济效益。

附图说明

图1示例性地示出了本发明提供的脱硫脱硝喷氨控制方法的控制流程图；

图2示例性地示出了本发明提供的脱硫脱硝喷氨控制系统的结构示意图；

图3示例性地示出了本发明脱硫脱硝喷氨控制方法的pid串级调节方法模型。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种脱硫脱硝喷氨控制方法，下面结合附图，对本发明的脱硫脱硝喷氨控制方法进行详细说明。

图1示出了本发明提供的脱硫脱硝喷氨控制方法的控制流程图，参照图1，本发明的脱硫脱硝喷氨控制方法包括以下步骤：

(1)将排放烟气中nox的质量流量值设置为pid副控制器的过程值，将排放烟气中的nox含量的理想值设置为pid副控制器的设定值。

其中，在脱硫脱硝工艺系统开始运行时，首先原烟气中的so2在喷氨系统工作前被脱硫层的活性炭吸附。

具体地，所述排放烟气中nox的质量流量值为标况下排放烟气中nox的质量流量值，计算方法如下：

其中，a2st为标况下排放烟气中nox的质量流量，mg/nm³；a2为工况下排放烟气中nox的质量流量，mg/m³；t2为排放烟气温度，℃；p2为排放烟气的压力，kpa；plocal为当地大气压力，kpa。

(2)对pid副控制器输出值进行计算，得到0.75-1.25之间连续变化的系数，计算方法如下：

其中，out1为pid副控制器输出的0-100之间连续变化的数据；c为修正系数，0.75-1.25。

(3)将所需喷氨量理论值乘以上述系数，将计算得到的数据设置为主pid控制器的设定值；将氨的实际质量流量设置为pid主控制器的过程值。

其中，所述的所需喷氨量理论值为将原烟气中所含nox全部还原为n2的所需喷氨量。脱硝过程的主要化学反应为：

4no+o2+4nh3＝4n2+6h2o

6no+3o2+8nh3＝7n2+12h2o

2no+2o2+4nh3＝3n2+6h2o

6no2+8nh3＝7n2+12h2o

具体地，所述所需喷氨量理论值的计算方法为：

fsp＝fs1*a1st*10^-6*α*β

其中，fsp为所需喷氨量理论值，kg/h；fs1为标况下入口原烟气的体积流量，nm³/h；a1s1为入口原烟气nox的浓度，mg/nm³；α为nh3与nox摩尔数比，常数；β为nh3与nox的相对分子量比，常数。

其中，在现场调试时，可以根据产生烟气的工艺来确定α和β的估算值。

具体地，所述标况下入口原烟气的体积流量的计算方法如下：

其中，fs1为标况下入口原烟气的体积流量，nm³/h；f1为工况下入口原烟气的体积流量，m³/h；t1为入口原烟气温度，℃；p1为入口原烟气压力(表压)，kpa；plocal为当地大气压力，kpa。

具体地，所述标况下原烟气中nox的质量流量的计算方法如下：

其中，a1st为标况下原烟气中nox的质量流量，mg/nm³；a1为工况下原烟气中nox的质量流量，mg/m³；t1为入口原烟气温度，℃；p1为入口原烟气压力，kpa；plocal为当地大气压力，kpa。

具体地，所述氨的实际质量流量的计算方法如下：

fpv＝f3*d3*20％

其中，fpv为氨的实际质量流量，kg/h；f3为氨水的体积流量，m³/h；d3为浓度为20％的氨水密度(约为900kg/m³)，kg/m³。

(4)将主pid控制器的输出设置为氨水调节阀的开度控制，对氨水调节阀进行实时连续地调节。

相适应于本发明的脱硫脱硝喷氨控制方法，本发明的脱硫脱硝喷氨控制系统为串级pid控制系统，其中，主控制回路为氨水喷射量控制pid调节模块，副控制回路为排放烟气中nox含量控制pid调节模块，主副控制回路形成一个串级pid调节系统，副调节回路的输出对主调节回路的设定值进行动态的修正。

图2示出了本发明的脱硫脱硝喷氨控制系统的结构示意图，参照图2所示，该脱硫脱硝喷氨控制系统包括排放烟气中nox含量控制pid调节模块10，系数计算模块11，所需喷氨量理论值计算模块12及氨水喷射量控制pid调节模块13；

其中，排放烟气中nox含量控制pid调节模块10，系数计算模块11，所需喷氨量理论值计算模块12及氨水喷射量控制pid调节模块13依次串联连接。

其中，所述排放烟气中nox含量控制pid调节模块10包括烟气排放管道上的cems系统101和pid副控制器102；所述氨水喷射量控制pid调节模块13包括氨的实际质量流量计算模块133、氨水流量计134、氨水流量调节阀132及pid主控制器131。

其中，所述烟气排放管道上的cems系统101、pid副控制器102与系数计算模块11依次串联连接；所述氨的实际质量流量计算模块133、氨水流量调节阀132、所需喷氨量理论值计算模块12与pid主控制器131分别电连接，所述氨水流量计134与氨的实际质量流量计算模块133电连接。

所述喷氨量理论值计算模块包括入口原烟气管道上的cems系统(未示出)。

具体地，入口原烟气管道上的cems系统(烟气排放连续监测系统)，监测内容包括so2含量、nox含量(a1)、含尘量、o2含量、烟气流量(f1)，烟气温度(t1)、烟气压力(p1)；烟气排放管道上的cems系统101(烟气排放连续监测系统)，监测内容包括so2含量、nox含量(a2)、含尘量、o2含量，烟气流量(f2)、烟气温度(t2)、烟气压力(p2)；氨水流量计134用于检测氨水的体积流量值(f3)。

脱硫脱硝工艺系统开始运行时，首先so2在活性炭的脱硫层，通过物理吸附作用，附着在活性炭的孔隙中。喷氨系统开始工作时，利用双介质喷枪向脱硝层喷射压缩空气及氨水，压缩空气使氨水雾化，通过控制氨水喷射量，使排放烟气中nox含量低于排放标准要求的阈值。

副pid控制器102的设定值为排放烟气中nox含量的理想值，该设定值低于排放标准规定的排放限值。

下面，结合附图2与附图3对本发明的一个具体实施方式进行详细说明。

烟气排放管道上cems系统101检测的排放烟气中的nox值经过计算转化为标况下nox的质量流量值①，该值作为pid副控制器102的过程值，pid副控制器102的输出值为0～100之间连续变化的数据，系数计算模块11将该输出值除以200加0.75得到一个0.75～1.25之间连续变化的系数②。所需喷氨量理论值计算模块12计算所需喷氨量③，然后，所需喷氨量③乘以这个连续动态变化的系数，作为pid主控制器131的设定值④。氨的实际质量流量计算模块133将电磁流量计134检测到的氨水体积流量(氨水的浓度一般为20％)通过计算转换成氨的质量流量⑤，该值作为pid主控制器131的过程值，进行主pid调节，pid主控制器131的输出作为氨水调节阀132的开度控制值对氨水流量调节阀132进行实时连续地调节。

将计算数据①～⑤代入以上串级pid调节模型，对氨水喷射量进行实时、动态地调节。

本发明的控制理念兼顾了入口原烟气体积流量的波动、烟气中nox的动态变化、原烟气中nox含量的实时变化以及其它因素导致的nox排放超标问题，克服了单回路pid控制方案中过量喷氨导致的一系列不良影响，保证了排放能够满足环保要求标准。该专利公开的控制方案既能满足环保要求、又有效地保护了脱硫脱硝工艺设施，保证了用户长期运行的经济效益。

本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。