SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法与系统技术方案

本发明专利技术提供了一种SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法与系统，涉及SCR脱硝领域。该方法包括：建立CFD模型；对喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分，基于CFD模型确定喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系；在喷氨平面设置多个自动调节阀门，在催化剂出口平面设置多个NOx测点，根据任一区域的喷氨平面与催化剂出口平面各个区域之间的映射关系调节自动调节阀门的开度值，实时监测NOx测点的NOx浓度值，优化喷氨平面各个区域的喷氨量；实时获取开度值以及NOx浓度值，根据映射关系对空预器吹灰平面划分的区域进行针对性吹灰处理。本发明专利技术实现了SCR脱硝过程中的喷氨优化，避免了空预器内硫酸氢氨堵塞。避免了空预器内硫酸氢氨堵塞。避免了空预器内硫酸氢氨堵塞。

【技术实现步骤摘要】
SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法与系统


[0001]本专利技术涉及选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)脱硝领域，特别是涉及一种SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法与系统。

技术介绍

[0002]为达到“3060”双碳目标，解决日益紧迫的能源安全、环境恶化、气候变化等问题，中国正在构建以可再生能源为主体的清洁、低碳能源体系。然而，随着光伏、风力发电等新能源机组电量在电网中容量快速地增加，电网中保持频率稳定的系统转动惯量有所降低。为了维持电网频率的稳定，燃煤发电机组在电网中的角色发生了变化，已经从过去带基本负荷的主力机组变成调峰调频的机组。许多地方出台了火电机组深度调峰的管理规定，火电机组深调运行的负荷范围不断地向下调整，从50％到30％，甚至到20％以下，对火电机组的运行方式提出新的挑战。
[0003]机组深调工况下，脱硝系统的运行控制以及衍生问题的治理更加复杂，主要有以下几个方面的技术难点：
[0004]1)深调工况下脱硝系统流场、浓度场复杂多变，区域测量和区域喷氨间如何对应不易确定：
[0005]选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)脱硝系统结构的复杂性是造成脱硝过程机理复杂的原因之一。以大别山电厂600MW机组SCR系统为例，喷氨平面尺寸为13.51
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3.2m2，共有21根喷氨管，504个喷嘴，氨喷入后又经两次直角转弯，突变到面积为3倍喷氨平面的催化剂平面进行催化反应。经过几次直角转弯和截面突变后，SCR反应器内流场的特性发生了很大地改变。同时，经过催化剂层后NOx的分布也是不均匀的，如何实时反应大空间内，如大别山电厂600MW机组催化剂平面为13.51
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9.6m2，NOx还原效果还有待于进一步研究。
[0006]国内外开展了大量有关SCR脱硝塔内流场特性、喷氨调节策略等方面的研究工作。在这些研究中，计算流体力学(CFD)仿真模拟是一种有效的手段，通过分析脱硝塔内流场、组分场等计算结果来研究还原剂氨和烟气的混合规律。并结合实验研究等手段，采取在流场拐弯处设置导流板、在催化剂上游设置整流装置以及AIG分区等具体措施，提高SCR装置的流场和其中NH3、NOx分布的均匀性，从而改善氨氮分布及匹配关系。SCR的流场优化能在一定程度上降低出口NOx分布的偏差，但该技术路线存在很大的局限性：氨作用追踪与变工况适应性有待于研究。
[0007]喷氨调整的根本是使得喷入的氨能够在到达催化剂层时与NOx有效地发生还原反应，从而减少氨逃逸、提高脱硝效率。因此，对氨的追踪及对催化剂层NOx分布的判别，对喷氨优化起到指导作用。此外，结构优化方案一旦实施，很难进行在线调节。如何针对锅炉变负荷、燃烧状况不稳定引起的流场和NOx分布变化，采取最优的措施，喷氨模型和控制策略的变工况适应性还有待于提高。
[0008]2)空预器堵灰与吹灰情况很难进行热工测量：
[0009]超净排放改造后，不可避免的氨逃逸会导致下游空预器冷端产生NH4HSO4积灰，而机组深调后该积灰现象变得异常严重。这类积灰的特性与松散性积灰不同，其粘结性极强，难以清除，同时NH4HSO4沉积的强度和位置等均与机组负荷相关，加之空预器类似于“黑箱”，内部没有测量积灰的NOx测点。因此，目前对空预器的吹灰有一定盲目性和不合理性，极易导致空预器蓄热板破损，进而影响机组的安全经济运行。
[0010]国内外研究学者们已经开始关注SCR脱硝过程产生的NH4HSO4积灰的特殊性和复杂性，并针对NH4HSO4的形成机理和调控开展了研究工作。但该方面研究尚处于起步阶段，存在以下问题：
[0011]形成灰分沉积的硫酸氢铵是粘弹性物质，且其沉积的位置和强度与氨逃逸的位置和量直接相关，同时又与运行负荷、烟气温度有关，即该种沉积的位置和强度会随运行工况的变化而变化。由于硫酸氢铵积灰的特殊性，原有的吹灰方案不再适用，且硫酸氢铵积灰与运行状况密切相关，积灰位置和强度不断变化，其吹灰方案需与运行工况相结合，最好能够与氨逃逸的量和位置相结合，根据运行情况及时调整。现有的吹灰方法多为定期、定时吹灰，而硫酸氢铵沉积的位置和强度随工况不断变化，现有吹灰方式不仅浪费吹灰资源，还很难满足存在硫酸氢铵沉积的空预器吹灰要求，吹灰系统智能化急需发展。即吹灰特性变得更为复杂、智能化有待提高。
[0012]综上所述，对机组深调工况下的脱硝控制、超净排衍生问题进行一体化研究，建立喷氨总量控制平台，深入研究SCR脱硝理论和喷氨自调节控制策略及系统，全面开展SCR脱硝后带来的空气预热器堵塞问题的理论、监测调控方法和系统的研究，对提高脱硝效率、减少氨逃逸、提高空预器运行的安全性，具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是提供一种SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法与系统，以解决SCR脱硝过程中空预器内硫酸氢氨堵塞的问题。
[0014]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0015]一种SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法，包括：
[0016]建立SCR脱硝塔内流场、反应场以及空预器内流场数值模拟的CFD模型；所述CFD模型包括基本控制方程、湍流模型、多组分输运模型以及多孔介质模型；所述基本控制方程包括连续性方程、动量方程以及能量方程；
[0017]对喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分，并基于所述CFD模型确定所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系；所述映射关系包括任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系，以及任一区域的喷氨平面与所述空预器吹灰平面划分的各个区域之间的映射关系；
[0018]在所述喷氨平面划分的每个区域设置一个单独调节当前喷氨区域的喷氨量的自动调节阀门，并在所述催化剂出口平面划分的每个区域设置一个NOx测点，根据任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系调节所述自动调节阀门的开度值，并实时监测所述NOx测点的NOx浓度值，优化所述喷氨平面划分的各个区域的喷氨量；
[0019]实时获取所述开度值以及所述NOx浓度值，根据所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系对所述空预器吹灰平面划分的区域进行针对性的吹灰处理。
[0020]可选的，对喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分，并基于所述CFD模型确定所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系，具体包括：
[0021]根据喷氨管路，将所述喷氨平面划分为多个喷氨区域；
[0022]根据所述喷氨区域对催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分；
[0023]对任一所述喷氨区域进行喷氨，剩余喷氨区域的喷氨量为0，基于所述CFD模型进行流场和反应场的数值模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法，其特征在于，包括：建立SCR脱硝塔内流场、反应场以及空预器内流场数值模拟的CFD模型；所述CFD模型包括基本控制方程、湍流模型、多组分输运模型以及多孔介质模型；所述基本控制方程包括连续性方程、动量方程以及能量方程；对喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分，并基于所述CFD模型确定所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系；所述映射关系包括任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系，以及任一区域的喷氨平面与所述空预器吹灰平面划分的各个区域之间的映射关系；在所述喷氨平面划分的每个区域设置一个单独调节当前喷氨区域的喷氨量的自动调节阀门，并在所述催化剂出口平面划分的每个区域设置一个NOx测点，根据任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系调节所述自动调节阀门的开度值，并实时监测所述NOx测点的NOx浓度值，优化所述喷氨平面划分的各个区域的喷氨量；实时获取所述开度值以及所述NOx浓度值，根据所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系对所述空预器吹灰平面划分的区域进行针对性的吹灰处理。2.根据权利要求1所述的SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法，其特征在于，对喷氨平面、催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分，并基于所述CFD模型确定所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系，具体包括：根据喷氨管路，将所述喷氨平面划分为多个喷氨区域；根据所述喷氨区域对催化剂出口平面以及空预器吹灰平面进行区域划分；对任一所述喷氨区域进行喷氨，剩余喷氨区域的喷氨量为0，基于所述CFD模型进行流场和反应场的数值模拟计算，确定数值模拟结果；根据所述数值模拟结果追踪并计算当前喷氨区域喷出的氨气的行程轨迹；基于所述行程轨迹，统计落在所述催化剂出口平面划分的各个区域的喷氨范围以及喷氨数量，确定任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系；基于所述行程轨迹，统计落在所述空预器吹灰平面划分的各个区域的喷氨范围以及喷氨数量，确定任一区域的喷氨平面与所述空预器吹灰平面划分的各个区域之间的映射关系。3.根据权利要求1所述的SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法，其特征在于，根据任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系调节所述自动调节阀门的开度值，并实时监测所述NOx测点的NOx浓度值，优化所述喷氨平面划分的各个区域的喷氨量，具体包括：实时获取所有所述NOx测点的NOx浓度值；若当前NOx测点的NOx浓度值高于所有所述NOx测点的NOx浓度值的第一平均范围时，根据任一区域的喷氨平面与所述催化剂出口平面划分的各个区域之间的映射关系调节所述当前NOx测点所处区域对应的喷氨量最大的喷氨区域的自动调节阀门，直至所述当前NOx测
点的NOx浓度值处于所有所述NOx测点的NOx浓度值的第二平均范围内，返回步骤“实时监测所有所述NOx测点的NOx浓度值”，并调节多个所述自动调节阀门，优化所述喷氨平面划分的各个区域的喷氨量。4.根据权利要求1所述的SCR映射关系的喷氨优化和空预器智能吹灰方法，其特征在于，根据所述喷氨平面、所述催化剂出口平面以及所述空预器吹灰平面中各个区域之间的映射关系对所述空预器吹灰平面划分的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉华，
申请(专利权)人：南京昱华智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：