燃机余热锅炉SCR烟气脱硝还原剂喷射控制系统及控制方法与流程

本发明涉及烟气脱硝的环保技术领域，更具体地讲，涉及一种燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统及控制方法。

背景技术：

随着国内煤电项目审批建设越来越困难，适应调峰快的燃机机组则逐步增多，并且较多的燃机余热锅炉采用了性价比更优的氨水直接喷射的scr烟气脱硝技术，该技术是将氨水直接喷入余热锅炉入口(燃机出口)烟道中，利用高温烟气将氨水汽化成氨气，氨气再与烟气充分混合后送到余热锅炉scr脱硝催化剂区域进行脱硝反应。该技术与传统的喷氨格栅scr烟气脱硝技术相比，具有系统简单、占用余热锅炉空间少、阻力小、能耗低、初投资和运行成本省的优点，因此深受市场和用户的青睐。

燃机采用比较洁净的天然气作为燃料，一般nox原始排放浓度在50mg/nm³左右，与常规的燃煤机组相比，其原始nox排放已是很低。随着燃机技术的不断进步，燃机性能的进一步提升，其nox原始排放浓度继而大幅降低，在大多数情况下仅为25～35mg/nm³。

国内电力市场装机容量已逐渐饱和，很多地方的燃机发电负荷也受到了不同程度的影响，将长期出现发电负荷不饱满的现象，致使机组在中低负荷运行的概率日益增多，与之同时，机组的烟气量随之下降，单位小时内的nox排放量也在减少。

一般情况下，采用氨水作为脱硝还原剂时，为了减小设备容量、场地建设规模、初投资成本和氨水运输费用，都会选择质量浓度为20％～30％之间的氨水作为还原剂，燃机余热锅炉使用的氨水直接喷射scr烟气脱硝技术也不例外。

为了氨水喷射的均匀分布，氨水直接喷射scr烟气脱硝技术通常会在燃机余热锅炉入口烟道四周布置氨水喷枪。燃机余热锅炉入口烟道一般有高位或低位两种布置形式，无论哪一种布置形式，都会对烟道底部区域的氨水喷枪布置带来了重重阻力。

若在入口烟道高位布置条件下，虽然烟道底部表面与地面之间有较多的空间，但考虑有支撑烟道荷载的大量钢结构布置在烟道下方，可能会阻碍普通氨水喷枪在烟道底部区域的正常布置；若在入口烟道低位布置条件下，烟道底部表面与地面之间距离非常近(以9f燃机余热锅炉入口烟道为例，其烟道底部表面与地面之间的距离一般在1.3m以内)，已无剩余空间满足普通氨水喷枪的安装和日常运行维护，低位布置方式还具有烟气扩散紊乱，流场均匀性差等特点，若使用普通喷枪无法满足氨水喷枪的精确布置，会进一步加剧氨水喷射分布的不均匀性，最终导致氨气与烟气混合效果会更差。

在工程实际运用中，燃机余热锅炉入口烟道内部烟气流速过快(以9f燃机为例，燃机余热锅炉入口烟道内烟速可达60m/s)，致使氨水喷枪的精确布置带来了风险，同时用户还习惯于采用低位布置方式，可大幅减少土建工程用量，降低初投资成本，因此低位布置方式深受用户好评并予以选用，致使氨水喷枪布置面临了更多困难。现有情况下的氨水喷枪布置不仅会给氨水直接喷射scr烟气脱硝技术带来了重大技术障碍，还会降低该技术的推广使用价值，形成非常不利局面。就此而言，氨水喷枪的合理精确布置对于氨水直接喷射scr烟气脱硝技术而言是至关重要的。

目前，国内环保政策依然十分苛刻，燃机仍需要考虑进一步降低nox排放，就市场上现有设计容量较大的9f级燃机在满负荷工况条件下运行，其氨水用量都是非常少，很难选择合适的氨水喷枪，如脱硝前nox排放为50mg/nm³，脱硝效率80％，采用浓度20％的氨水，一般氨水耗量不超过250kg/h，分配到各支氨水喷枪的氨水流量仅为15～30kg/h。若当机组设计容量小、机组负荷与烟气量小以及原始nox浓度排放低时，在这些情况的影响下，燃机余热锅炉scr烟气脱硝所需的氨水用量将会大幅降低，对于氨水直接喷射scr烟气脱硝技术而言，各支氨水喷枪的氨水均匀分布、氨水喷枪的冷却保护以及小流量条件下氨水的雾化效果都要面临着不小的困难，直接影响氨气均匀分布、脱硝效率和脱硝的安全运行。

技术实现要素：

为了解决在现有余热锅炉入口烟道实际条件、烟气流速过快、燃机机组设计容量小、原始nox浓度排放低、机组负荷与烟气量小以及长期使用高浓度氨水等情况下，导致氨水喷枪布置难以实施、scr烟气脱硝氨水用量过低并造成氨水喷枪在入口烟道四周的精确布置、氨水喷枪喷射点与实际需求的一致性、各支氨水喷枪的氨水均匀分布、氨水喷枪的冷却保护和小流量条件下氨水的雾化效果等技术要求都难以保证的问题，本发明旨在提供一种实现喷枪合理布置、氨水均匀分布、雾化良好等多重效果的燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统及控制方法。

本发明提供了一种燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统，所述喷射控制系统包括氨水稀释单元、氨水喷射单元和混合控制单元，所述氨水喷射单元布置在余热锅炉的入口烟道中，所述氨水稀释单元通过氨水分配管线与氨水喷射单元相连以将由高浓度氨水和稀释水混合得到的低浓度氨水输送至氨水喷射单元进行喷射，所述混合控制单元与氨水稀释单元电连接以控制高浓度氨水的流量和低浓度氨水的浓度及流量。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的一个实施例，所述氨水稀释单元包括高浓度氨水储存子单元、稀释水储存子单元和混合子单元，所述高浓度氨水储存子单元通过高浓度氨水输送管线与混合子单元相连，所述稀释水储存子单元通过稀释水输送管线与混合子单元相连，所述混合子单元通过氨水分配管线与氨水喷射单元相连。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的一个实施例，所述高浓度氨水输送管线上沿着高浓度氨水的流动方向依次设置有氨水过滤器、氨水输送泵、氨水流量调节阀和氨水流量计，所述稀释水输送管线上沿着稀释水的流动方向设置有稀释水过滤器、稀释水输送泵、稀释水流量调节阀和稀释水流量计。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的一个实施例，所述高浓度氨水输送管线上氨水输送泵与氨水流量调节阀之间还设置有与高浓度氨水储存子单元相连的氨水回流管线，所述稀释水输送管线上稀释水输送泵与稀释水流量调节阀之间还设置有与稀释水储存子单元相连的稀释水回流管线。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的一个实施例，所述氨水喷射单元包括柔性氨水喷枪和普通氨水喷枪，所述柔性氨水喷枪具有弯曲变向功能，所述柔性氨水喷枪和普通氨水喷枪布置在余热锅炉的入口烟道四周且沿着烟气流动方向布置1～2层。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的一个实施例，所述混合控制单元包括控制子单元、设置在余热锅炉的入口烟道和出口烟道中的nox测量子单元和设置在余热锅炉的入口烟道中的烟气检测子单元，所述nox测量子单元和烟气检测子单元均与所述控制子单元电连接，所述控制子单元还与氨水流量调节阀、氨水流量计、稀释水流量调节阀和稀释水流量计电连接。

本发明的另一方面提供了一种燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制方法，采用上述燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统进行燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂的喷射控制。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制方法的一个实施例，所述控制方法包括以下步骤：

控制子单元根据测得的余热锅炉的入口烟道的nox数据和烟气参数以及出口烟道的nox数据实时自动调节高浓度氨水流量，并根据所述高浓度氨水流量实时自动调节稀释水流量，继而混合得到低浓度氨水；

通过氨水分配管线将低浓度氨水分配至氨水喷射单元并且雾化后喷入余热锅炉的入口烟道中。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制方法的一个实施例，所述控制方法还包括将调节后多余的高浓度氨水和多余的稀释水返回的步骤。

根据本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制方法的一个实施例，所述高浓度氨水的质量浓度为15～30％，所述低浓度氨水的质量浓度为1～10％。

与现有技术相比，本发明燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统及控制方法通过对高浓度氨水用量、稀释水用量和氨水稀释后的低浓度氨水的精确控制以及柔性氨水喷枪与普通氨水喷枪的有机选择及组合应用，以确保氨水总流量与设计工况基本保持一致和入口烟道实际条件下氨水喷枪的合理布置，达到各支氨水喷枪的氨水分布均匀、氨水喷枪的冷却保护以及氨水雾化的良好效果等技术目标，实现燃机余热锅炉scr烟气脱硝系统的高效、安全和稳定运行。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-高浓度氨水储存子单元、2-高浓度氨水、21-氨水过滤器、22-氨水输送泵、23-氨水流量调节阀、24-氨水流量计、25-氨水回流管线、3-稀释水储存子单元、4-稀释水、41-稀释水过滤器、42-稀释水输送泵、43-稀释水流量调节阀、44-稀释水流量计、45-稀释水回流管线、5-混合子单元、6-控制子单元、7-低浓度氨水、8-氨水分配管线、9-氨水喷射单元、10-余热锅炉、11-烟气检测子单元、12-nox测量子单元、13-脱硝催化剂反应区。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面先对本发明的燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统进行具体描述和说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统包括氨水稀释单元、氨水喷射单元和混合控制单元，氨水稀释单元用于实现高浓度氨水与稀释水的稀释混合并得到低浓度氨水，氨水喷射单元用于向余热锅炉的入口烟道中喷入低浓度氨水，混合控制单元根据检测到的烟气和nox情况调节控制高浓度氨水的流量和低浓度氨水的浓度及流量。

其中，氨水喷射单元9布置在余热锅炉10的入口烟道中，氨水稀释单元通过氨水分配管线8与氨水喷射单元9相连以将由高浓度氨水2和稀释水4混合得到的低浓度氨水7输送至氨水喷射单元9进行喷射，混合控制单元与氨水稀释单元电连接以控制高浓度氨水2的流量和低浓度氨水7的浓度及流量。

具体地，氨水稀释单元包括高浓度氨水储存子单元1、稀释水储存子单元3和混合子单元5，高浓度氨水储存子单元1中储存有高浓度氨水2，其通过高浓度氨水输送管线与混合子单元5相连；稀释水储存子单元3中储存有稀释水4，其通过稀释水输送管线与混合子单元5相连，混合子单元5通过氨水分配管线8与氨水喷射单元9相连。

高浓度氨水输送管线上沿着高浓度氨水2的流动方向依次设置有氨水过滤器21、氨水输送泵22、氨水流量调节阀23和氨水流量计24。高浓度氨水储存子单元内的高浓度氨水2在经氨水过滤器21过滤后通过氨水输送泵22送至混合子单元5中与稀释水4混合、稀释。高浓度氨水输送管线上氨水输送泵22与氨水流量调节阀23之间还设置有与高浓度氨水储存子单元1相连的氨水回流管线25，氨水回流管线25与氨水流量调节阀23配合实现高浓度氨水2流量的调节和多余高浓度氨水2的回流。

类似地，稀释水输送管线上沿着稀释水4的流动方向设置有稀释水过滤器41、稀释水输送泵42、稀释水流量调节阀43和稀释水流量计44。稀释水储存子单元3内的稀释水4在经稀释水过滤器41过滤后通过稀释水输送泵42送至混合子单元5中与高浓度氨水2混合、稀释，稀释水输送管线上稀释水输送泵42与稀释水流量调节阀43之间还设置有与稀释水储存子单元3相连的稀释水回流管线45，稀释水回流管线45和稀释水流量调节阀43配合实现稀释水4流量的调节和多余稀释水4的回流。

本发明的氨水喷射单元9包括柔性氨水喷枪和普通氨水喷枪，柔性氨水喷枪具有弯曲变向功能，柔性氨水喷枪和普通氨水喷枪布置在余热锅炉的入口烟道四周且沿着烟气流动方向布置1～2层。

根据燃机的基本特性，原始nox排放比较低，其scr烟气脱硝氨水用量同样较低。若遇燃机机组设计容量小、原始nox浓度排放低、机组负荷与烟气量小和长期使用高浓度氨水时，scr烟气脱硝氨水用量则会更小。以目前国内非常大型的9f级燃机为例，在机组100％负荷运行下，脱硝前后nox排放分别为50mg/nm³和10mg/nm³，其机组scr烟气脱硝氨水(20％浓度氨水)用量一般约为230kg/h；若当机组在40％负荷运行下，脱硝前后nox排放分别为25mg/nm³和10mg/nm³，其机组scr脱硝氨水(20％浓度氨水)用量一般约为35kg/h。由此可见，当遇到机组负荷变小和原始nox排放浓度降低时，氨水用量会发生很大的变化。

燃机余热锅炉氨水直接喷射scr烟气脱硝技术依靠若干支氨水喷枪将氨水注入余热锅炉入口烟道中，当氨水用量过低时，每支氨水喷枪的氨水实际流量与设计出力偏差较多，可能会影响每支氨水喷枪的氨水平均分布、氨水喷枪的冷却保护以及氨水雾化效果等。并且，在现有燃机余热锅炉入口烟道条件下，对氨水直接喷射scr烟气脱硝技术的氨水喷枪布置非常不利，本发明通过选用具备弯曲变向功能的柔性氨水喷枪，可以有效地避开现有燃机余热锅炉入口烟道对喷枪布置带来的各种问题；同时通过合理地与普通氨水喷枪组合使用，完整地实施氨水喷枪在余热锅炉入口烟道四周的精确布置，确保氨水喷枪喷射点与实际需求一致，为氨水均匀分布到烟道内奠定了良好的基础条件。

并且，本发明的喷射控制系统能够利用稀释水对高浓度氨水进行合理稀释，降低氨水浓度并增大氨水总流量，使其与设计工况下的氨水用量基本吻合。可以有效地保证每支氨水喷枪的氨水平均分布、氨水喷枪的冷却保护和氨水雾化效果，维护机组scr烟气脱硝的安全正常稳定运行。

根据本发明，混合控制单元包括控制子单元6、设置在余热锅炉10的入口烟道和出口烟道中的nox测量子单元12和设置在余热锅炉10的入口烟道中的烟气检测子单元11。nox测量子单元12和烟气检测子单元11均与控制子单元6电连接，由此能够将检测到的nox数据以及烟气参数反馈到控制子单元6；控制子单元6还与氨水流量调节阀23、氨水流量计24、稀释水流量调节阀43和稀释水流量计44电连接，由此能够根据所接收的nox数据、烟气参数信息以及高浓度氨水2、稀释水4的流量信息控制高浓度氨水2和稀释水4的流量，进而控制低浓度氨水7的浓度及流量。

本发明的燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制方法则采用上述燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂喷射控制系统进行燃机余热锅炉scr烟气脱硝还原剂的喷射控制。

具体地，该控制方法包括以下步骤：

控制子单元6根据测得的余热锅炉10的入口烟道的nox数据和烟气参数以及出口烟道的nox数据实时自动调节高浓度氨水2流量，并根据高浓度氨水2流量实时自动调节稀释水4流量，继而混合得到低浓度氨水7；

通过氨水分配管线8将低浓度氨水7分配至氨水喷射单元9并且雾化后喷入余热锅炉10的入口烟道中。

根据本发明，高浓度氨水的质量浓度为15～30％，低浓度氨水的质量浓度为1～10％，具体根据实际工况选用和调节。其中，该控制方法还包括将调节后多余的高浓度氨水和多余的稀释水返回的步骤。

下面结合附图中的喷射控制系统对本发明的控制方法作进一步说明。

将高浓度氨水储存子单元1中的高浓度氨水2通过氨水输送泵22送至混合子单元5中，在氨水输送泵22入口设置有氨水过滤器21，由nox测量子单元12测得的nox数据以及烟气检测子单元11测得的烟气参数反馈至控制子单元6并计算出结果后向氨水流量调节阀23发出指令进行实时自动调节，以此控制scr烟气脱硝所需的高浓度氨水2用量，多余的高浓度氨水2会经氨水回流管线25返回至高浓度氨水储存子单元1。

将稀释水储存子单元3中的稀释水4通过稀释水输送泵42送至混合子单元5中，在稀释水输送泵42入口设置稀释水过滤器41，由氨水流量计24计量的高浓度氨水2流量反馈给控制子单元6，经控制子单元6计算出稀释水4用量后与稀释水流量计44所测得数据进行程序比较分析，然后发出指令自动调节稀释水流量调节阀43的开度并控制稀释水4的流量，多余的稀释水4会经稀释水回流管线45返回至稀释水储存子单元3。

高浓度氨水2经过混合子单元5后被稀释水4稀释成低浓度氨水7，低浓度氨水7流向各氨水分配管线8，在柔性氨水喷枪和普通氨水喷枪的有机组合使用下(将氨水喷枪单元9合理精确地布置在余热锅炉10的入口烟道四周)，使低浓度氨水7分配到各氨水喷枪并被雾化后喷入余热锅炉10的入口烟道中，实现氨水在余热锅炉10内的均匀分布，利用高温烟气11汽化成氨气，氨气与烟气11充分混合后，到达脱硝催化剂反应区13进行脱硝反应。

综上，本发明一方面利用稀释水对氨水进行合理稀释，降低氨水浓度并增大氨水总流量，使其与设计工况下的氨水用量基本吻合，有效地保证每支氨水喷枪的氨水平均分布、氨水喷枪的冷却保护和氨水雾化效果；另一方面采用具备弯曲变向功能的柔性氨水喷枪，有效地避开余热锅炉入口烟道下部空间狭小、支架阻碍等相关问题，再通过柔性氨水喷枪与普通氨水喷枪的合理组合使用，完整地实施氨水喷枪在入口烟道四周的精确布置，确保氨水喷枪喷射点与实际需求一致，为氨水喷射分布均匀以及氨气与烟气的充分混合提供良好的基础条件，有效维护机组scr烟气脱硝的安全正常稳定运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。