一种SCR脱硝出口混合及分区烟气NOx浓度检测系统的制作方法

本实用新型属于脱硝工程技术领域，涉及一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统。

背景技术：

scr脱硝是火电机组烟气脱硝的主要形式，其控制系统一般采用scr出口烟气nox浓度的单点测量值作为控制目标，对喷氨总量进行调整，进而达到烟气nox排放浓度达标的目的。由于scr脱硝系统内流场复杂，烟气nox浓度的单点测量值无法准确反应scr出口烟气的nox平均浓度，使得控制系统对总喷氨量的计算不准确，造成控制系统控制品质下降。为保证烟气nox排放浓度达标，电厂不得不进行过量喷氨，与此同时由过量喷氨造成的催化剂中毒、空预器阻塞、除尘器积灰等问题愈发严重。

为解决上述问题，分区测量精准喷氨系统渐渐得到推广，scr脱硝系统分为a、b两侧，以单侧为例，分区测量精准喷氨系统整体结构图，如图1所示，该系统将scr反应器入口喷氨支管手动门改为电动门，同时在scr反应器出口增设单套或多套用于测量分区烟气nox浓度的测量装置，即系统应用一套cems装置测量单侧出口混合烟气nox浓度，再应用一套或多套cems对该侧出口分区烟气nox浓度进行测量。控制系统依据混合烟气nox浓度对喷氨总量进行控制，同时依据分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度的偏差情况，调整喷氨支管阀门开度，进而实现各分区nox浓度均匀性的调平，该种实现方式需使用多套cems系统，使系统投资成本过高，严重影响了分区测量精准喷氨系统的推广速度。

因此，亟需设计一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统，解决存在的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是至少一定程度上解决现有技术中存在的部分技术问题，提供的一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统，其结构合理，公用一套cems进行混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的检测，有效降低了分区测量精准喷氨系统的建设成本，具有良好的推广价值。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统，其包括烟气采样装置、烟气缓冲置换装置及烟气nox浓度检测装置；所述烟气采样装置设置于scr反应器出口不同位置，其所抽取的分区烟气的一路与混合烟气采样电动门连接，另一路与分区烟气采样电动门连接，通过电动门的开关实现气路切换；所述烟气缓冲置换装置与电动门控制的气路相连通，所述烟气nox浓度检测装置与所述烟气缓冲置换装置连接，所述电动门的开关切换以转换混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的检测。

在一些实施例中，所述检测系统还包括气路选择及数值处理单元，所述气路选择及数值处理单元与烟气nox浓度检测装置连接并根据对应的混合烟气nox浓度信号及分区烟气nox浓度信号发送总量控制策略与分区调平控制策略所需的输入信号。

在一些实施例中，所述总量控制策略依据接收的混合烟气nox浓度值对总喷氨量进行调整，分区调平控制策略依据接收的各分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度偏差信号对喷氨支管开度进行调整。

在一些实施例中，所述电动门的开关切换顺序为：

vmix,vprt(1),vmix,vprt(2),vmix,vprt(3),vmix,…,vprt(n-1),vmix,vprt(n)

以对scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度进行轮流测量，

其中，vmix为scr出口混合烟气的电动门，vprt(1)～vprt(n)为分区烟气采样阀。

在一些实施例中，所述检测系统以相邻时刻的分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度为依据发送总量控制策略与分区调平控制策略所需的输入信号。

在一些实施例中，所述混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的检测公用一套cems。

在一些实施例中，所述分区调平控制策略的依据为相邻时刻的scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的偏差。

在一些实施例中，nox浓度检测系统由测量分区烟气nox浓度切换至测量混合烟气nox浓度时或由测量混合烟气nox浓度切换至测量分区烟气nox浓度时，为喷氨总量控制系统接收的出口混合烟气nox浓度信号设置无扰切换环节。

在一些实施例中，所述无扰切换环节为对本轮循环此时刻测量所得混合烟气nox浓度与本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度的差值进行滤波处理。

本实用新型有益效果：

本实用新型提供的一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统，该系统采用轮换测量scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的方式获取原始测量数据，并依据总喷氨量控制系统及分区调平控制系统对接收信号的要求设计了对应的信号处理方法，最终实现了应用一套cems装置同时为喷氨总量控制系统及分区调平控制系统提供测量信号，从而有效降低分区测量精准喷氨系统的投资成本，具有良好的推广价值。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：

图1为现有技术中单侧常规分区测量精准喷氨系统结构图；

图2为scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统结构图；

图3为根据本实用新型采样阀门切换顺序；

图4为根据本实用新型相邻时刻的scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的偏差求取及信号传递图；

图5为本实用新型循测分区浓度时混合烟气nox浓度信号的获取流程图；

图6为本实用新型循测混合浓度时混合烟气nox浓度信号的获取流程图；

图7为本实用新型scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测方法流程图；

图8为本实用新型具体实施方式中scr反应器出口分区的示意图。

附图中，各标号所代表的部件如下：

1-喷氨母管调门，2-喷氨支管调门，3-分区烟气采样手动门，4-混合烟气采样电电动门，5-分区烟气采样电动门，6-分区烟气采样隔绝门。

具体实施方式

图1至图8是本申请所述一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统的相关示意图，下面结合具体实施例和附图，对本实用新型进行详细说明。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

本申请所述一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统的结构示意图，如图2所示，其包括烟气采样装置、烟气缓冲置换装置及烟气nox浓度检测装置；所述烟气采样装置设置于scr反应器出口不同位置，其所抽取的分区烟气的一路与混合烟气采样电动门连接，另一路与分区烟气采样电动门连接，通过电动门的开关实现气路切换；所述烟气缓冲置换装置与电动门控制的气路相连通，所述烟气nox浓度检测装置与所述烟气缓冲置换装置连接，所述电动门的开关切换以转换混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的检测。

在图2所示的实施例中，在scr反应器出口不同位置布置若干烟气采样装置，每只采样管所抽取的分区烟气分为两路，一路接到混合烟气采样电动门，另一路接到分区烟气采样电动门，通过电动门的开关实现气路切换，切换过程中除所选测量通路对应阀门处于开状态外，保持其他采样通路对应阀门处于关状态，即时刻保持烟气nox浓度检测装置只测量与被选中电动门对应的通路的烟气nox浓度。本实用新型中，将进行一次阀门切换的时间间隔称作一个时刻，所选通路的烟气在烟气缓冲置换装置中对前一时刻的测量烟气进行置换后，被送入烟气nox浓度检测装置，气路选择及数值处理单元依据烟气nox浓度检测装置所测nox浓度及所选通路对应的数据处理方法，将对应的混合及分区烟气nox浓度信号分别送给总量控制策略与分区调平控制策略，总量控制策略依据接收的混合烟气nox浓度值对总喷氨量进行调整，分区调平控制策略依据接收的各分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度偏差信号对喷氨支管开度进行调整。

系统结构中未提及的烟气采样过滤装置、干燥装置、冷却装置、流量计、采样泵等组件均参照现有分区测量精准喷氨系统。

本实用新型汇总，设scr出口分区为n个，根据循测需求对各区域进行编号，可依照采样空间位置对分区烟气采样阀进行编号，也可根据需要间隔编号，编号后各分区阀门命名为vprt(1)～vprt(n)；同时用于抽取scr出口混合烟气的电动门命名为vmix。系统启动后，气路选择及数值处理单元依据如下阀门顺序进行循环开启，未被选中阀门处于关状态：

vmix,vprt(1),vmix,vprt(2),vmix,vprt(3),vmix,…,vprt(n-1),vmix,vprt(n)

综合考虑nox浓度检测装置测量时间、烟气缓冲置换装置烟气置换时间、烟气抽取管道长度等因素，确定各阀门切换时间间隔，该间隔可以相同也可不同，待一轮循测结束后，按照相同阀门切换顺序，重新开始新一轮的循环。采样阀门切换顺序，如图3所示。

下面简述分区烟气nox浓度信号的获取过程：

在分区测量精准喷氨系统中，分区调平控制策略需依据分区烟气nox浓度信号与scr出口混合烟气nox浓度的差值进行scr入口喷氨支管阀门开度的调整。由于喷氨支管阀门开度的频繁变化会对喷氨总量控制系统产生不利影响，使得喷氨总量控制系统的控制精度及稳定性下降，同时考虑scr脱硝系统运行过程对nox浓度分区调平的时效性要求不高。在实际的分区测量精准喷氨系统中，为保证喷氨总量控制的精度及稳定性，一般对分区浓度进行若干轮循测后，综合评估各次循环中同时刻混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的偏差情况，对喷氨支管开度进行一次调整，即进行多次分区nox浓度测量后，只进行一次喷氨支管开度调整。

本申请应用一套cems装置轮流测量scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度，考虑到scr脱硝系统运行过程对nox浓度分区调平的时效性要求不高，且短时间内系统工况变化不大，因此可应用相邻时刻的scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的偏差作为分区烟气nox浓度调平的依据，按照图3所示的阀门切换顺序，经历若干轮循环后，分区调平控制系统综合评估偏差情况，并对喷氨支管开度进行一次调整，即本申请中应用相邻时刻的分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度，替代常规分区测量精准喷氨系统中应用两套或多套cems系统所获取的相同时刻的分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度。相邻时刻的scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的偏差求取及信号传递，如图4所示。

设系统每m轮进行一次支管开度调整，scr出口分区为n个，则每轮循测包含2n个时刻，第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区的时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j

此时cems测量的烟气为第j分区的烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n*+(i-1)*2n+2j)

第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区时刻的前一时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1

此时cems测量的烟气为混合烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1)

则有第k次喷氨支管开度调整后，第k+1次分区调平控制策略接收的来自第i轮循测的信号为：

n代表非负整数。

第k+1次分区调平控制策略接收的全部信号d(k+1)可表示为：

n代表非负整数。

下面简述混合烟气nox浓度信号的获取过程：

由于喷氨总量控制系统需实时依据scr出口混合烟气nox浓度进行喷氨总量控制，因此系统需不间断提供混合烟气nox浓度。本申请应用一套cems装置轮流测量scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度，因此cems并非一直测量混合烟气nox浓度，若要不间断的获取混合烟气nox浓度，需对cems测量信号进行处理。在以下叙述过程中，将喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度统称作“混合烟气nox浓度”记做ρmix；“混合烟气nox浓度”信号分为两种，一种为cems装置测量混合烟气nox浓度后，对该浓度信号进行无扰切换处理后得到的混合烟气nox浓度信号，称作“测量混合烟气nox浓度”，另一种为cems装置测量分区烟气nox浓度后，应用该分区烟气nox浓度值与其他相关数据进行数学计算获取的混合烟气nox浓度信号，称作“计算混合烟气nox浓度”。

1)测量分区烟气nox浓度时混合烟气nox浓度信号的获取

如图5所示，当测量分区烟气nox浓度时，依据上轮循环测量该分区时刻的上一时刻测量所得混合烟气nox浓度与上轮循环测量所得该分区烟气nox浓度的差值作为补偿环节，将补偿环节所得数值与本轮循环此时刻测量所得分区烟气nox浓度相加，作为该时刻的预测混合烟气nox浓度信号；进一步的，为避免预测混合烟气nox浓度与本轮循环上时刻测量所得混合烟气nox浓度间产生信号跳变，对预测混合烟气nox浓度与本轮循环上时刻测量所得混合烟气nox浓度的偏差部分乘以调整系数k后进行滤波，滤波器一般选取惯性时间常数较小的一阶或高阶惯性环节，将滤波后的数值与本轮循环上时刻测量所得混合烟气nox浓度相加，获取计算混合烟气nox浓度，该计算方式可以保证测量通路切换过程中，喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度值无扰切换，从而保障喷氨总量控制系统的稳定。

参考图5，设系统循测每m轮进行一次支管开度调整，若scr出口分区为n个，则每轮循测包含2n个时刻，则第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区的时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j

此时刻cems测量的烟气为第j分区的烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+(i-1)*2n+2j)

第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区时刻的前一时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1

此时cems测量的烟气为混合烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1)

则有该时刻喷氨总量控制策略接收的混合烟气nox浓度信号ρmix为：

n代表非负整数。

2)喷氨支管阀门开度调整后补偿环节的初始化

由于经历若干轮循环后，分区调平控制策略会对喷氨支管开度进行一次调整，调整后，由于scr入口各区域喷氨量发生了变化，造成scr出口nox的分区浓度分布也发生较大变化，上轮循环中根据分区nox浓度与循测该分区相邻时刻所得的混合浓度的差值所设计的浓度补偿环节不再具有参考意义，因此在每次喷氨支管调整后，需对补偿值进行初始化。考虑到每次喷氨支管调整的目标是使scr出口各分区nox浓度均匀，即：使scr出口各分区烟气nox浓度接近scr出口混合烟气nox浓度，因此每次喷氨支管调整后，可假定喷氨支管开度的调整使各分区烟气nox浓度与混合烟气nox浓度相同，此时可将补偿环节c初始化为零，即在喷氨支管调整后的首轮测量中，在应用某分区烟气nox浓度计算混合烟气nox浓度时，认为上轮循环测量所得该分区烟气nox浓度与上轮循环测量该分区时刻的上一时刻测量所得混合烟气nox浓度的偏差为零。

参考1)中计算过程，设系统循测每m轮进行一次支管开度调整，若scr出口分区为n个，则每轮循测包含2n个时刻，第k次喷氨支管开度调整后第1轮循测第j分区的时刻为：

k*m*2n+2j

此时刻cems测量的烟气为第j分区的烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+2j)

第k次喷氨支管开度调整后第1轮循测第j分区时刻的前一时刻为：

k*m*2n+2j-1

此时cems测量的烟气为混合烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+2j-1)

则有该时刻喷氨总量控制策略接收的混合烟气nox浓度信号为：

n代表非负整数。

3)循测混合烟气nox浓度时混合烟气nox浓度信号的获取。

当循测混合浓度时，若无特殊要求，可将测量值直接送给喷氨总量控制系统。另外，考虑到喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度信号需不断在计算混合烟气nox浓度与测量混合烟气nox浓度间切换，该切换过程会使喷氨总量控制系统接收的混合nox浓度信号出现阶跃跳变，当系统控制策略中存在微分或其它对信号阶跃变化敏感的控制环节时，控制系统会出现波动甚至不稳定的情况，这种情况下，需要对混合nox浓度信号由计算混合烟气nox浓度切换至测量混合烟气nox浓度信号的过程增加无扰切换功能，如图6所示，对本轮循环此时刻测量所得混合烟气nox浓度与本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度的差值进行滤波，一般可选用惯性时间常数较小的一阶或高阶惯性环节作为滤波器，滤波后的数值与本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度进行求和，获取最终的测量混合烟气nox浓度，将该信号送给总量控制系统，总量控制系统依据该值进行喷氨总量计算。该处理过程既可以准确的还原cems测量所得混合烟气nox浓度值，又能够保证信号切换过程的无扰。

参考图6，设系统循测每m轮进行一次支管开度调整，若scr出口分区为n个，则每轮循测包含2n个时刻，则第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区的时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j

此时刻cems测量的烟气为第j分区的烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+(i-1)*2n+2j)

第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区时刻的前一时刻为：

k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1

此时cems测量的烟气为混合烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(k*m*2n+(i-1)*2n+2j-1)

则有该时刻喷氨总量控制策略接收的混合烟气nox浓度信号ρmix为：

且i＝1、j＝1、k＝0不同时成立，n代表非负整数。

4)系统启动后混合烟气nox浓度的初始化

系统启动后，首先测量混合烟气nox浓度，依据3)中描述并参考图6，测量混合烟气nox浓度的获取需应用本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度，而此时系统刚刚启动，不存在本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度值，考虑到喷氨总量控制系统自动投运时，一般要求系统处于稳定运行状态，因此在系统启动时，可将本轮循环上时刻计算所得混合烟气nox浓度设定为与本轮循环此时刻所测混合烟气nox浓度相等。

即令ρmix(0)＝ρ(1)，此时系统启动后第一轮循测1时刻所得测量混合烟气nox浓度为：

代入后可得：

ρmix(1)＝ρ(1)i＝1，j＝1，k＝0。

5)气路切换后混合烟气nox浓度信号的保持

由于nox浓度检测、烟气缓冲置换、烟气抽取输送等过程都需要消耗一定的时间，因此从气路切换到得到新的测量结果，需要一定的时间，在该时间段内喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度，需保持上一时刻所得的测量混合烟气nox浓度或计算混合烟气nox浓度值，即：若此时刻系统在测量混合烟气nox浓度，则在得出测量结果之前，喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度信号保持上一相邻时刻的计算混合烟气nox浓度值，若此时刻系统在测量分区烟气nox浓度，则在得出测量结果之前，喷氨总量控制系统接收的混合烟气nox浓度信号保持上一相邻时刻的测量混合烟气nox浓度值，其整体检测方法流程图，如图7所示。

下面结合具体实施例，阐述本实用新型所述一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测方法，具体实施如下：

某600mw机组，采用共用cems的scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测方法获取混合及分区烟气nox浓度，分区个数n＝4，按scr出口截面空间位置顺序编号，顺烟气流向看去，截面分区图如图8所示，各分区对应阀门为vprt(1)，vprt(2)，vprt(3)，vprt(4)；同时用于抽取scr出口混合烟气的电动门命名为vmix。系统启动后，气路选择及数值处理单元依据如下阀门顺序进行循环开启，未被选中阀门处于关状态：

vmix,vprt(1),vmix,vprt(2),vmix,vprt(3),vmix,vprt(4)

选择各阀门切换时间间隔为90s，待一轮循测选择结束后，按照相同阀门切换顺序，重新开始新一轮的循环。

每进行4次循测，进行一次喷氨支管开度调整，即m＝4，系统启动后，系统进行的前5次循测结果，如下表所示：

(1)分区烟气nox浓度信号的获取

该实施例中m＝4,n＝4系统第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区的时刻为：

32k+8(i-1)+2ji∈(1,4)，j∈(1,4)，k∈n，n代表非负整数。

令此时cems测量所得nox浓度为：

ρ(32k+8(i-1)+2j)i∈(1,4)，j∈(1,4)，k∈n，n代表非负整数。

则有第k次喷氨支管开度调整后，第k+1次分区调平控制策略接收的来自第i轮循测的信号为：

n代表非负整数。

第k+1次分区调平控制策略接收的全部信号d(k+1)可表示为：

n代表非负整数。

以第1～4轮循测为例，参照表1，可得第1次支管调整时，分区调平控制策略接收的各分区偏差信号为：

同理可获取其它次支管调整时，分区调平控制策略接收的各分区偏差信号。

(2)混合烟气nox浓度信号的获取

1)循测分区浓度时混合烟气nox浓度信号的获取

该实施例中m＝4,n＝4，滤波环节惯性时间常数t1＝10,滤波器阶次n1＝2，调整系数k＝1，第k次喷氨支管开度调整后第i轮循测第j分区的时刻为：

32k+8(i-1)+2j

此时刻cems测量的烟气为第j分区的烟气，其测量所得nox浓度为：

ρ(32k+8(i-1)+2j)

则有该时刻喷氨总量控制策略接收的信号为：

n代表非负整数。

n代表非负整数。

2)循测混合浓度时混合烟气nox浓度信号的获取

该环节滤波器惯性时间常数t2＝10,滤波器阶次n2＝2，系统启动后令ρmix(0)＝ρ(1)，则有循测混合浓度时刻的喷氨总量控制策略接收的信号为：

ρmix(1)＝ρ(1)i＝1j＝1k＝0

且i＝1、j＝1、k＝0不同时成立，n代表非负整数。

相比于现有技术的缺点和不足，本实用新型提供的一种scr脱硝出口混合及分区烟气nox浓度检测系统，该方法采用轮换测量scr出口混合烟气nox浓度及分区烟气nox浓度的方式获取原始测量数据，并依据总喷氨量控制系统及分区调平控制系统对接收信号的要求设计了对应的信号处理方法，最终实现了应用一套cems装置同时为喷氨总量控制系统及分区调平控制系统提供测量信号，从而有效降低分区测量精准喷氨系统的投资成本，具有良好的推广价值。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。