一種降低脫硝逃逸氨控制方法與流程

本發明涉及一種減少氨逃逸方法，特別是一種降低脫硝逃逸氨控制方法。

背景技術：

大氣中氮氧化物的主要來源是燃料，其中近70%來自于煤炭的直接燃燒。我國是以煤炭為主要能源的國家，火電廠燃煤量又占到我國煤炭消費總量的一半以上。據統計，2000年我國N0x的排放總量約為1880萬噸，其中，火力發電廠氮氧化物排放量為496萬噸。按照目前的排放水平測算，預計到2020年，我國火電排放的氮氧化物將達到1000萬噸以上。NOx濃度的升高，將使大氣氧化性增加，導致酸雨、臭氧層破壞、光化學煙霧等一系列的城市和區域環境問題，對人體健康和生態環境構成巨大的威脅。因此，燃煤電站煙氣脫硝是我國控制NOx排放的重中之重。

選擇性催化還原(SCR)技術是目前工業上應用最為廣泛的一種脫硝技術，原理是以NH3為還原劑，選擇催化還原煙氣中的N0x還原為無害的N2和H20，以脫除NOx，滿足日趨嚴格的環保要求。

目前國內外的SCR煙氣脫硝系統基本上采用激光法、FTRI法以及間接法(抽取煙氣，測量通過催化劑與不通過催化劑樣氣中的NO含量)來在線監測脫硝系統的氨逃逸量，目前國內各地區已經投運的SCR脫硝系統的在線氨逃逸監測情況均不理想，目前國內尚未見到成熟的可靠檢測方法。氨逃逸檢測不成熟，氨逃逸控制也不理想，多數發電廠由于脫硝系統氨逃逸控制不好造成經濟損失相當大，可以這么說氨逃逸是目前各電廠最頭疼的事。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決上述問題，設計了一種降低脫硝逃逸氨控制方法。

實現上述目的本發明的技術方案為，一種降低脫硝逃逸氨控制方法，包括：

即時入口噴氨分配控制裝置，所述即時入口噴氨分配控制裝置由母管、一端連通在母管上若干個所述的支管、分別設置在若干個所述的支管上的噴氨電動閥、連通在若干個所述的支管另一端的煙道、設于煙道側表面與煙道相對兩端面的若干個所述的噴氨閥以及設置在若干個所述的噴氨閥上的NH、NOX檢測儀構成。

脫硝優化控制系統，所述脫硝優化控制系統由DCS操作員站、移動TOCS工作師站、脫硝系統、DCS系統以及TOCS控制器組成，所述TOCS控制器和DCS系統通過網線連接通訊，通過與DCS系統數據通信實現TOCS控制器的數據獲取和指令輸出，所述移動TOCS工程師站與TOCS控制器網線連接，所述DCS操作員站與DCS系統網線連接，所述脫硝系統與DCS系統網線連接。

所述TOCS控制器與DCS系統選用MODBUS通信協議進行數據交換，所述TOCS控制器從DCS系統取得機組運行數據，經運算給出最優控制指令并通過DCS系統控制相應的執行機構。

通過脫硝優化控制系統可以計算NOX變化的預估值，得出未來某一時間NOX值，克服NOX測量儀表取樣測量反應遲緩問題，同時又用NOX測量的結果對軟測量進行長期修正擬合，使得軟測量結果用硬測量結果進行印證和修正，遞歸出較準確和及時的以下軟測量結果：

脫硝優化控制系統計算出適當的脫硝效率設定值，并進行范圍限制后，得到系統最合理的脫硝效率最終優化設定值，這樣運行人員設定的效率值實際上是一個安全的下限值，運行中不再隨時根據鍋爐運行工況改變脫硝效率設定值；

脫硝優化控制系統根據NOX預估值和效率優化設定值，即時計算出系統優化噴氨流量值，將優化氨流量噴入煙氣內進行脫硝反應，得到較為平穩的脫硝輸出NOX指標；

根據脫硝出口NOX指標和氨逃逸情況，及時修正脫硝效率設定值。由于脫硝優化控制系統是以開環控制為主，以長期參數閉環修正為輔，所以可以得到快速的調節速度而且不會產生振蕩現象。

脫硝優化控制系統對被控系統運行性能的離線與在線分析：系統運行性能的離線分析：通過運行歷史數據的統計與各種性能參數計算，得到系統在各種工況下系統運行性能參量，確定NOX控制范圍。

自動計算脫硝系統運行的最佳控制目標：建立被控系統自的學習和自適應模型，通過對系統模型的實時在線訓練，使其逼近真實控系統。依據脫硝系統的環保和經濟指標，通過模型實時計算并尋找在實際運行狀態下，被控系統可以達到的最優化的控制目標，優化控制目標包括，脫硝率、出口氮氧化物濃度、反應器氨耗量和出口氨氣逃逸量等，并以此為定值實現系統的優化控制。

實施精確穩定的脫硝系統氨氣流量控制，在脫硝優化控制系統中，采用了鍋爐及反應器模型預估的方式，根據脫硝系統優化控制目標，直接計算氨氣噴入量。模型預估控制較傳統控制方式氨氣噴入量更為準確及時，在其模型包括以下性能：

入口氮氧化物濃度預估，鍋爐燃燒產生的氮氧化物量與鍋爐燃燒的各種參量相關，在鍋爐風量（負荷）較大時，產生的氮氧化物量較大。根據鍋爐燃燒狀態和出口氮氧化物量的相關性分析，建立鍋爐燃燒與氮氧化物量產生量模型，從而預估出口氮氧化物量變化趨勢，減少氮氧化物含量測量延遲的對控制系統的影響。

氨氣控制模型中，不僅考慮反應器入口氮氧化物總量（風量×氮氧化物濃度）同時計算反應器氨耗率（反應器氨耗率=k(入口NOx濃度-出口NOx濃度)×鍋爐煙量/氨氣流量），其中k值為 (NH3 ) / n (NOx )比，反應器氨耗量，代表反應器氨氣的化學反應消耗量與氨氣總噴入量的比值，當其下降時，氨氣與氮氧化物的反應比率下降，出口殘留的氨氣量增大。保證對出口氮氧化物的精確控制，通過噴氨閥門控制模型自動分析和配比左右側氨氣噴入量，保證脫硝系統左右側氨耗率均衡，降低氨逃逸率。

利用本發明的技術方案制作的降低脫硝逃逸氨控制方法，該系統能夠隨時分配SCR反應器每個噴氨入口氨氣，保障脫硝催化劑需要氨氣的匹配均勻程度，降低氨逃逸，降低空預器堵塞率，節省氨氣用量，提高催化劑壽命。

附圖說明

圖1是本發明所述即時脫硝入口氨氣模塊均布與匹配控制裝置的結構示意圖；

圖2是本發明所述(NH3 ) / n (NOx )物質的量比曲線；

圖3是本發明所述脫硝率和氨耗率相關性分布圖；

圖4是本發明所述出口氮氧化物和氨耗率相關性分布圖；

圖5是本發明所述環保氮氧化物濃度和氨耗率相關性分布圖；

圖6是本發明所述入口氮氧化物和鍋爐風量相關性分布圖；

圖7是本發明所述脫硝優化控制系統的系統結構圖；

圖中，1、母管；2、支管；3、噴氨電動閥；4、煙道；5、噴氨閥；6、NH3、NOX檢測儀；7、DCS操作員站；8、移動TOCS工作師站；9、脫硝系統；10、DCS系統；11、TOCS控制器；12、流量計；13、閥門。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行具體描述，如圖1-7所示，一種降低脫硝逃逸氨控制方法，NOx 的脫除率關鍵點來分析：（a）物質的量比n (NH3 ) / n (NOx )的影響：物質比n (NH3 ) / n (NOx )對脫硝效率的影響如在300 ℃下,脫硝率隨物質的量比n (NH3 ) /n (NOx )的增加而增加,物質的量n (NH3 ) / n (NOx ) 小于0. 8時，其影響更明顯,幾乎呈線性正比關系見圖2（脫硝廠家提供的）。該結果說明:若NH3 投入量偏低,脫硝率受到限制; 若NH3 投入量超過需要量,NH3 氧化等副反應的反應速率將增大,如SO2 氧化生成SO3 ,在低溫條件下 SO3 與過量的氨反應生成NH4HSO4。NH4HSO4 會附著在催化劑或空預器冷段換熱元件表面上,導致脫硝效率降低或空預器堵塞。氨的過量和逃逸取決于物質的量比n (NH3 ) / n (NOx )、工況條件和催化劑的活性用量(工程設計氨逃逸不大于0. 0003%, SO2 氧化生成SO3 的轉化率≤1%)。氨的逃逸率增加,在降低脫硝率的同時,也增加了凈化煙氣中未轉化NH3 的排放濃度,進而造成二次污染。TOCS脫硝氨逃逸控制系統夠以出口氮氧化物參數、脫硝率和氨消耗率為綜合優化指標，實時計算滾動優化，TOCS脫硝氨逃逸控制系統確保在脫硝率控制在80%~85%，避免脫硝效率降低或空預器堵塞。（b）接觸時間對脫硝率的影響在300 ℃溫度和物質的量比n (NH3 ) / n (NOx ) 為1的條件下,脫硝率隨反應氣與催化劑的接觸時間t的增加而迅速增加; t增至200ms左右時,脫硝率達到最大值,隨后脫硝率下降。這主要是由于反應氣體與催化劑的接觸時間增加,有利于反應氣體在催化劑微孔內的擴散、吸附、反應和產物氣的解吸、擴散,從而使脫硝率提高;但若接觸時間過長, NH3 氧化反應開始發生,使脫硝率下降，TOCS脫硝氨逃逸控制系統能在合適時間噴合適的氨。

如圖3所示某電廠在5月8日至5月20日脫硝率、反應器出口氮氧化物控制含量曲線圖，圖4煙道內環保局監測點氮氧化物含量與反應器氨耗率相關性，圖5為環保氮氧化物濃度和氨耗率相關性分布圖，圖6為鍋爐總風量和鍋爐氮氧化物產生量(反應器入口氮氧化物濃度)的相關性分布圖，圖中每點代表一個小時的平均值坐標位置。采用運行參量一小時平均值，由于在每小時內系統的操作不同，產生了較大的數據離散性，但仍可反映各參量的相關特性；從圖4中可以看出當脫硝率大于85%、反應器出口氮氧化物含量小于40%、環保監測點氮氧化物含量小于80%時，氨耗率將迅速下降，即反應器內氨氣的消耗量迅速下降，氨的逃逸量快速提高；從圖3可看出脫硝率從85%提高到90%時，氨耗率下降15%；反應器出口氮氧化物含量從40%下降到25%時，氨耗率下降15%；環保監測點氮氧化物含量從80%下降到60%時，氨耗率下降15%；因此在實際系統控制中，為提高反應器氨耗率，減少脫硝系統氨的使用量，減少氨的逃逸量，應將脫硝率控制在80%~85%，反應器出口氮氧化物含量控制在40~50mg/m3以上，環保監測點氮氧化物70~90 mg/m3，氨水消耗量會降低，并大幅度的減少氨的逃逸量。

本實施方案的特點為，該系統能夠隨時分配SCR反應器每個噴氨入口氨氣，保障脫硝催化劑需要氨氣的匹配均勻程度，降低氨逃逸，降低空預器堵塞率，節省氨氣用量，提高催化劑壽命。

在本實施方案中，首先，通過網線把TOCS控制器和原發電廠DCS系統連接通訊，原發電廠脫硝DCS控制系統的供氨自動調節模型一般先預設一個脫硝效率，然后通過CEMS測量SCR反應器入口NOx濃度，經計算得出所需的氨氣流量，與CEMS測量SCR反應器出口NOx濃度進行比較，再通過一個PI調節裝置控制供氨調節閥，通過與DCS系統數據通信實現TOCS系統的數據獲取和指令輸出，得到自動控制方式在原有方式和TOCS方式的切換；將母管連接在將每側脫硝出口煙道按每個噴氨閥位置加N0x、NH3測量取樣點，將每個閥門開度反饋和多個個測點NH3、NOX數據傳給TOCS控制器，TOCS控制器采集脫硝數據，建立脫硝控制模型。噴氨入口匹配優化調試在機組100%滿負荷下,脫硝環保出口值控制在30mg／m3±10固定噴氨總閥開度，然后根據噴氨電動閥的開度分析煙道出口NOX數據變化與煙道出口NH3逃逸數據的關系，如增大煙道噴氨電動閥門開度，煙道出口NOX降低，說明該區域噴氨量沒到頂點，增大噴氨們開度直到NOX不在變化，煙道出口NH3開始增加時，同時減小閥門開度煙道出口NOX增加，煙道出口NH3減少，煙道閥門開度的流量已到拐點，1#區域氨氣流量分配滿足脫硝需要。如果出現開關煙道噴氨電動閥門煙道出口NOX不變，只有煙道出口NH3增加或減少，說明該區域催化劑模塊已完全中毒失效，那么該噴氨電動閥只能處于關閉狀態，待機組檢修時檢查更換此區域催化劑模塊。同理其他區域噴氨閥門亦如此調整閥門開度，固定所有點閥門開度，噴氨入口匹配均勻優化已完成，噴氨調節交給總調節閥調節。調整完畢后，降負荷至65%，驗證均勻性。如出現反應器兩側N0x濃度監測數據不一致，偏差較大。或者N0x濃度監測數據煙囪入口數值與反應器出口數據不一致，偏差較大；這說明脫硝某區域模塊催化劑催化能力降低，要隨時進行噴氨各點入口閥門開度矯正，找出與該區域脫硝催化劑模塊匹配的閥門開度，如果某區域出現開關噴氨閥門NOX不變，只有NH3增加或減少，說明該區域催化劑模塊已完全中毒失效，將其噴氨入口閥門關閉，如催化劑中毒區域點超過3個需停機檢修。

在通過以上結構檢測過程中：

首先，鍋爐燃燒產生的氮氧化物量與鍋爐燃燒的各種參量相關，在鍋爐風量（負荷）較大時，產生的氮氧化物量較大。根據鍋爐燃燒狀態和出口氮氧化物量的相關性分析，建立鍋爐燃燒與氮氧化物量產生量模型，從而預估出口氮氧化物量變化趨勢，減少氮氧化物含量測量延遲的對控制系統的影響。

然后，氨氣控制模型中，不僅考慮反應器入口氮氧化物總量（風量×氮氧化物濃度）同時計算反應器氨耗率（反應器氨耗率=k(入口NOx濃度-出口NOx濃度)×鍋爐煙量/氨氣流量），其中k值為 (NH3 ) / n (NOx )比，反應器氨耗量，代表反應器氨氣的化學反應消耗量與氨氣總噴入量的比值，當其下降時，氨氣與氮氧化物的反應比率下降，出口殘留的氨氣量增大。保證對出口氮氧化物的精確控制。

最后，通過噴氨閥門控制模型自動分析和配比左右側氨氣噴入量，保證脫硝系統左右側氨耗率均衡，降低氨逃逸率。

上述技術方案僅體現了本發明技術方案的優選技術方案，本技術領域的技術人員對其中某些部分所可能做出的一些變動均體現了本發明的原理，屬于本發明的保護范圍之內。