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基于SCR入口流场特性降低氨逃逸的脱硝优化控制研究

北极星环保网来源:节能减排 李英河 等2019/7/26 8:51:29我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:氨逃逸 SCR喷氨 脱硝技术

北极星环保网讯:通过对SCR入口NOx浓度的流场特性进行实时检测与分析,深入研究脱硝系统喷氨实时优化方案;将SCR脱硝反应器进行分区设计,提出一种模糊控制与均衡控制相结合的前馈串级控制方法来提高NH3/NOx混合效率,从而减少氨逃逸率。

目前,氮氧化物对环境的影响日益严重,NOx的排放控制要求更加严格。我国已对大量机组增建脱硝设施以及进行脱硝技术改造,而选择性催化还原法(SCR)也是众多脱硝技术中达到经济满意效果、得到广泛应用的技术。国内对SCR改造的同时也发现了一些问题,包括喷氨不均、催化剂寿命缩短及氨逃逸造成的空预器堵塞等问题。其中一些SCR反应器由于未在试运期间进行喷氨优化,导致入口氨的分布不均匀,投运一段时间后氨逃逸导致空气预热器严重堵塞,甚至引起炉膛负压波动,不得不停炉吹扫。因此对SCR入口NOx浓度场的检测及降低氨逃逸是保证经济性、安全性的必要技术。

目前对SCR喷氨控制的主要手段为烟气管道内布置喷氨格栅(AIG),在AIG控制方式中应用较为广泛的是分区控制式AIG,此方法将烟道截面分为若干区域,对每个区域的喷氨量单独控制。实验数据显示,烟气流在烟道内的分布特性随着锅炉负荷、磨煤机组合、各个风门开度等因素的影响而变化。而在变工况条件下传统的PID调节无法连续有效的控制不同区域的喷氨量,调节系统会出现延迟性和发散性,最优的喷氨控制难以得保证。实践表明,通过分区优化喷氨量控制策略可以在变工况下保证良好的NH3/NOx混合均匀性,明显减少SCR出口NOx浓度,使SCR出口氨逃逸大幅减小。

本文采用离散取样的方法对SCR入口、出口NOx流场特性进行分析,从降低氨逃逸的角度出发,设计研究了脱硝系统实时优化调整的控制方案,将多模式模糊推理算法作为前馈量在变工况下严格控制SCR出口NOx浓度达标,并利用均衡算法严格控制氨氮比。优化结果表明,该方法在满足脱硝效率的同时,可以降低氨逃逸率并提高经济性。

1 AIG工艺流程及系统结构

本文拟为600MW机组的SCR脱硝系统设计喷氨实时优化系统,脱硝系统采用双侧烟道SCR反应器。喷氨格栅布置在SCR反应器上升的垂直烟道内,将反应器的垂直面分为8个区域,利用网格法测定SCR入口NOx流场分布情况,根据烟道及喷氨喷嘴布置等设计为不同区域,每个区域设计对应的调节阀及出入口NOx浓度和O2量的在线快速断面扫描测量装置,各个区域独立进行数据采集及控制,最终实现SCR出口截面NOx浓度场分布均匀。

阀门开度值和NOx测量值经通讯传送给优化控制系统。同时优化控制系统从现场DCS中取得电厂运行的实时工况数据,通过优化算法将得到的阀门开度值传送回给组阀驱动装置,从而控制阀门开度的变化。

2 SCR脱硝入口nox流场特性分析

在进行喷氨优化设计前对SCR入口截面的NOx流场的测量数据为基础,对其特性进行分析。通过相对标准偏差来衡量NOx流场的均匀性,其中浓度相对偏差δ定义为:

QQ截图20190726084749.jpg

式中NOxi是测试区域的浓度值,n为区域个数,NOxave为所有区域浓度的平均值。在不同负荷下对出口NOx流场均匀性分析如表1所示。从表中可知,优化前在各个负荷下,NOx相对标准偏差最大的为60.8%,最小的为38.2%,且最大最小值与平均值差距较大,说明SCR脱硝入口NOx流场存在较为严重的分布不均现象,而每个区域喷氨量一致必将导致氨逃逸增大。

表1 调整前流场均匀性检测数据

QQ截图20190726084731.jpg

各负荷下SCR入口流场分布如图1所示。一般SCR出口NOx浓度场分布不均匀,出口氨逃逸分布也不均匀。NOx浓度越小的区域,氨逃逸量越大,从而造成空预器堵塞和腐蚀等问题,增加了维护难度同时对经济性产生不利影响。

延伸阅读:

SCR脱硝技术氨逃逸率高的原因及治理

烟气SCR脱硝介绍及氨逃逸产生的问题

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