[发明专利]基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法

说明书

技术领域：

本发明属于火力发电机组的热工控制技术领域，尤其涉及一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，具体地说是一种高效SCR脱硝氨/烟气混合控制的方法。

背景技术：

我国目前大气污染物的主要来源于煤燃烧产生的排放物。煤炭在工业领域的应用中，在给国民经济带来大发展的同时，也带来了严重的环境污染。燃煤电站燃烧产生的烟气，烟气中的NOx是人为NOx源的主要来源之一。了解燃煤电站NOx的现状，掌握其产生的机理，有效控制燃煤电站产生的NOx的排放量是落实有关科学发展观精神的具体实践，同时，也是实现国家减排任务的重要工作，进而是实现燃煤电站成为“环境空气及地面水环境”达到国家有关质量标准(双达标)的绿色企业、环保企业的有效手段。因此，对大型火电站而言，提高发电效率和降低污染排放是降低生产成本、提高竞争能力的重要措施。

选择性催化还原(SCR)法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。该法的优点是：使用了催化剂，故反应温度较低；净化率高，可达85％以上；工艺设备紧凑，运行可靠；还原后的氮气放空，无二次污染。

采用NH₃作为还原剂，还原NO_x的化学反应方程式主要为：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+2O₂→3N₂+6H₂O

6NH₃+6NO→5N₂+6H₂O

8NH₃+6NO→7N₂+12H₂O

脱硝系统工艺流程中，脱硝模拟量调节系统中最为重要和核心的控制为SCR反应器氨气流量控制。目前脱硝喷氨系统控制通常采用两种方式：固定摩尔比控制方式和出口NO_X定值控制方式。两者主控制回路相同，出口NO_X定值控制方式是保持出口NO_X恒定，仅是将摩尔比作为变量。

近些年众多研究机构从不同角度对SCR脱硝系统进行了分析研究。中国专利“烟气脱硝的喷氨量控制方法和装置”，专利申请号201210112475.0，获取脱硝效率的偏差值；计算脱硝效率的偏差值对应的第一喷氨系数；计算氨逃逸量的偏差值对应的第二喷氨系数，提高烟气脱硝所需液氨量的精确度。中国专利“SCR脱硝流场模拟系统与方法”，专利申请号201010609417.X，利用模型通过流场模拟来确定SCR脱硝反应器内部构件，为脱硝反应器内部构件及优化提供参考数据。中国专利“烟气脱硝系统中喷氨与烟气流场匹配的喷氨装置参数优化方法”，专利申请号201110209347.3，提出构建氨/氮相对浓度偏差与喷氨装置几何设计参数的函数关系，建立优化模型计算以获得最小浓度偏差时的喷氨装置几何参数，与优化技术相结合开发更加高效、可行的喷氨装置。例如《控制工程》的《面向NO_x脱除率优化的烟气脱硝CFD仿真研究》和《火电SCR脱硝系统混合与均流CFD仿真》，仿真结果展出SCR系统AIG前截面烟气速度分布云图，根据云图分布分析系统结构进行改进，改变导流板分布来要求AIG各组喷嘴的喷氨量与烟气速度分布相匹配。指出影响SCR效率的因素较多，但本质上主要为两个方面：反应器结构和反应物不均匀性。反应器结构是系统固化成型的，改善的手段通过改变混合器和导流板的变化；反应物不均匀性的效果与机组燃烧有很大的关系，主要的解决手段是通过燃烧调整来解决。

上述专利及文献均是从提高反应器结构的分布、构建实时监测与评价系统的角度开展研究，但这些研究没有为电厂运行人员提供了可靠的参考依据，无法代替运行人员在DCS中完成对脱硝效率的有效控制。当发生锅炉燃烧异常情况时，不可避免地对脱硝系统主要参数带来扰动，必要时需要人为干预。由于脱硝系统的非线性和滞后性，当人为干预时会受到时间、空间与能量上的限制，脱硝效率也会受到严重的影响，此时控制效果只能依赖于运行人员的技术水平。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种基于CFD的燃煤电站SCR脱硝系统的优化调整方法，其目的是解决传统方法所存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：