[发明专利]基于燃煤机组烟气混合均匀性调节的脱硝控制系统及方法

说明书

本发明一种基于燃煤机组烟气混合性调节的脱硝控制系统及方法，利用SCR反应器前部烟道的氮氧化物浓度多测点测量，并综合机组负荷变化、磨组状态、SCR出口氮氧化物浓度、氨逃逸等机组运行参数，实时评估当前SCR入口烟气中氮氧化物浓度分布的均匀特性优劣。当发现SCR反应器前端氮氧化物浓度不均时，通过改变烟气混合器的两层共四个挡板与烟道截面的角度来调节烟道内的烟气流向分布，调节烟道内烟气气流的自混合，提高氮氧化物浓度分布均匀性，从而优化烟气中氮氧化物与还原剂氨气的有效接触，保证SCR反应器中脱硝反应的良好进行。本发明可有效解决因烟气流场不均而出现的SCR系统局部喷氨不足或过喷，减少因此出现的氮氧化物排放超标和氨逃逸过高的问题。

技术领域

本发明属于火电站自动控制技术领域，具体涉及一种基于燃煤机组烟气混合均匀性调节的脱硝控制系统及方法。

背景技术

工业活动产生的氮氧化物污染物对空排放后会产生光化学烟雾和酸雨，是各国环保治理的重点。在我国，大气中的氮氧化物污染物主要来源于煤炭的燃烧，其中火力发电厂燃煤发电所产生的氮氧化物排放量占据同年全国氮氧化物排放量的一半以上。自环保部门于2010年出台氮氧化物治理政策以来，我国火电厂氮氧化物排放已参照世界最严格标准管理，《火电厂大气污染物排放标准》规定，燃煤电厂氮氧化物小时均值的排放限值为50mg/Nm³，重点地区不能超过30mg/Nm³，要求火电厂的实际脱硝效率要达90％以上，这给机组的脱硝系统带来了巨大的挑战。

在多种烟气脱硝技术中，SCR脱硝工艺以其效率高，无二次污染，运行成本低等优势，是目前我国燃煤电厂中应用最普遍的技术。其原理是，向SCR反应器喷入脱硝还原剂氨气与烟道中的烟气充分混合，在脱硝催化剂(V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂)的作用下，将烟气中的NOx还原为N₂，实现脱除氮氧化物污染物的目的。由于电厂内设备布局紧凑，多有管道转向、变径等结构，烟道布置空间严重受限，烟气混合距离过短，加之实际运行机组煤质、配风多变，易造成SCR反应器入口烟气流速不均、烟道截面氮氧化物浓度分布不均的现象，使得脱硝反应中氨气与氮氧化物混合均匀性较差，造成实际脱硝效率降低、环保氮氧化物浓度点超或局部氨逃逸增大等问题，严重影响了脱硝系统的控制效果。

为了改善烟道中气流的空气场动力场特性，目前往往在烟道中布置某种静态烟气混合器，通过改变空间结构促使烟气形成流场的自扰动，加强烟气的自混合，改善流场均匀性，从而促进还原剂与烟气充分混合后再进入SCR系统进行反应。静态混合器的设计种类繁多，原理都是通过设计一个或者多个特定形状结构的钝体放置入烟道，形成静态的混合单元干扰烟气流向，产生流场混沌效应强化烟气混合效果。静态混合器的设计通常基于物理热力学原理，往往采用仿真模拟软件进行离线效果预估。静态混合器形状固定，加装在烟道后，不具备调节功能。

当前的许多燃煤电站实际运行中由于煤质多变、调度负荷频繁变化，相应磨组方式及配风方式也会随之变化，经常造成烟气流量、流场分布及氮氧化物生成量的大幅波动，加装的静态混合器无法根据工况进行当前烟气自混合效果调节。当烟气流场分布均匀性较差时，烟气中的氮氧化物浓度分布不均，从而影响了其与氨气的混合，大大影响了脱硝系统的实际脱硝效率。此外，SCR脱硝系统的入口和出口处的氮氧化物浓度测点大多为单点CEMS测量，无法反馈烟道截面氮氧化物浓度的真实分布，对脱硝系统的精确控制调节造成了很大干扰。由于以上原因，在实际运行中，尤其当煤质变化或负荷剧烈波动时，机组氮氧化物排放飙升或局部氨逃逸过大的现象常有发生。

发明内容