[发明专利]一种SCR脱硝系统非均匀喷氨凸二次规划优化设计方法

说明书

本发明提供一种SCR脱硝系统非均匀喷氨凸二次规划优化设计方法，包括：S1，根据喷氨格栅和喷氨分区的参数，确定喷氨嘴阵列的分区方式；S2，基于GAMBIT软件生成的流场网络，得到催化剂入口观测面网格计算单元的划分结果；S3，建立催化剂入口观测面网格计算单元氨浓度与各个喷氨分区喷氨速度之间的模型；S4，利用CFD流场仿真得到不同喷氨速度设置下催化剂入口观测面的氨浓度数据，求解S3模型中的系数矩阵；S5，建立非均匀喷氨优化数学模型，以观测面氨浓度相对标准差最小化为目标函数，同时考虑喷氨速度的约束条件，采用凸二次规划求解各分区最优喷氨速度。本发明可降低非均匀喷氨设计难度，快速高效地使氨浓度均匀度达标。

技术领域

本发明涉及火电环保技术领域，具体地，涉及一种SCR脱硝系统非均匀喷氨凸二次规划优化设计方法。

背景技术

火电机组燃煤产生大量氮氧化物(NO_x)，不仅会对环境造成严重污染，而且危害人们的健康。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)烟气脱硝技术，因其脱硝效率高、选择性好、运行温度低等优点成为目前火电厂烟气脱硝的主流技术。选择性催化还原技术的主要原理是利用氨(NH₃)作为还原剂，通过喷氨格栅与含有氮氧化物的烟气混合，在V₂O₅/WO₃/TiO₂或V₂O₅/MoO₃/TiO₂组成的催化剂的作用下进行反应，将氮氧化物还原成氮气和水，从而脱除烟气中有害的NOx。NH₃和NOx的混合均匀程度与SCR装置脱硝性能有直接关联。氨氮摩尔比均匀分布可保证氮氧化物反应完全，使装置具有较高的脱硝效率，同时维持氨逃逸率在较低的水平，控制SCR脱硝的运行成本。实际工程应用中，往往需要设计氨混合设备和喷氨策略，来使进入催化剂的烟气中NH₃/NO_x的混合均匀，一般要求催化剂入口平面氨浓度分布相对标准差控制在5％以内。

然而，对于实际运行的脱硝装置，喷氨格栅所在区域烟气速度分布往往不均匀，一般只能用试凑的办法解决NH₃和NOx的均匀问题。耗时较长且不一定得到最优结果。

经过对现有技术文献检索后发现，吴学智、聂会建等在《电力科技与环保》(2014年第30卷第5期：26-29)发表了“SCR脱硝系统不均匀喷氨方案的数值模拟研究”，基于氨氮摩尔比观测面的NH₃/NOx分布，通过不断迭代修正喷氨嘴的喷氨速度计算喷氨调节量，一定程度上减少了非均匀喷氨设计的工作量。然而该文所述方法仅通过试凑，需要大量的计算空间和时间，且无法保证获得最优结果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种SCR脱硝系统非均匀喷氨凸二次规划优化设计方法，该方法不需要通过大量迭代和试凑，而是通过建立模型求解凸二次规划问题寻求最优解，从而高效地确定符合行业标准的喷氨策略。

为实现上述的技术目的，本发明提供的SCR脱硝系统非均匀喷氨凸二次规划优化设计方法，包括：

S1、根据喷氨格栅和喷氨分区的参数，确定喷氨嘴阵列的分区方式即喷氨分区，每个喷氨分区内的喷氨速度可独立设置；

S2、基于GAMBIT软件生成的流场网络，得到催化剂入口观测面网格计算单元的划分结果；

S3、建立催化剂入口观测面网格计算单元氨浓度与各个喷氨分区喷氨速度之间的模型，所述模型如下：

Y＝Av+Bb，b＝[1 1 ... 1 1]_1×m^T                 (1)

上式中：