一种尿素水解反应器控制系统技术方案

本实用新型专利技术一种尿素水解反应器控制系统，包括检测装置，控制装置和执行机构；检测装置包括分别设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽压力计，蒸汽温度计和蒸汽流量计，分别设置在尿素水解反应器上的尿素溶液密度计和尿素溶液温度计；控制装置包括产品气需求质量流量检测模块，反应需热量检测模块，尿素溶液质量浓度检测模块和蒸汽需求流量检测模块，以及比较器和用于对蒸汽流量调节阀进行PID闭环控制的蒸汽PID控制器；执行机构包括设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽流量调节阀；通过氨气需求质量流量的引入和设定，利用通过硬件逻辑连接的各个检测模块和PID控制器，直接得出水解反应产品气需求质量流量和水解反应需热量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及烟气脱硝系统中尿素水解制氨装置，具体为一种尿素水解反应器控制系统。
技术介绍
燃煤发电厂的煤炭燃烧伴随着大量的氮氧化物(NOX)的排放，对大气造成污染。随着国家环境保护政策的日益严格，利用氨气(NH3)作为还原剂对锅炉排放烟气进行脱硝处理的技术，已经全面推广。当今，在燃煤发电厂如何安全、连续、有效的制备氨气成为众多生产企业面临的一个新的问题。在实际生产过程中，利用液氨、氨水制备脱硝还原剂氨气，有着及其严格的审批和监管政策，且液氨、氨水的存储设备属于重大危险源，安全运行成本极高。因此利用风险系数较低的尿素颗粒制备氨气的工艺方案已经逐渐成为大多产企业首选。目前常见的尿素颗粒制备氨气的工艺方法主要有尿素溶液热解方案(以下简称“热解”)和尿素溶液水解方案(以下简称“水解”)。热解方案的喷氨量控制可通过对尿素溶液的进入量进行简单闭环控制，调节品质能够满足机组负荷波动及严格环保指标的要求。但热解方案需配置较大功率的电加热器，耗电量极大，直接影响到机组的运行节能水平。水解方案利用低参数水蒸汽对尿素溶液进行加热，促使其发生化学反应，产生还原性产品气体，运行成本低且安全性较高。但由于该方案工艺流程中存在化学反应，相对于物理变化存在迟滞，导致水解方案的负荷跟随性较差。由于尿素水解反应产品气输送过程中需要高温伴热，否则极易结晶造成管路堵塞，因此采用安装缓冲罐的方法保证稳定汽源压力的方案成本较<br>高。目前常用的方案是调节水解反应器蒸汽流量，调整供气压力。当机组升负荷时，通过增加水解反应器蒸汽量增加输入热量，加快水解反应保证供气压力。但该过程具有较大延迟性，导致SCR反应器喷氨量不足，锅炉氮氧化物排放短期超标。当机组降负荷时，氨气需求量下降，尿素水解反应减速。为了保证尿素水解反应器压力不超标，需向烟气中继续喷氨，这将导致SCR反应器出口氨逃逸超标，对下游设备造成影响，同时造成尿素溶液的浪费。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本技术提供一种结构简单，精确可靠，响应迅速，实时控制的尿素水解反应器控制系统。本技术是通过以下技术方案来实现：一种尿素水解反应器控制系统，包括检测装置，控制装置和执行机构；检测装置包括分别设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽压力计，蒸汽温度计和蒸汽流量计，分别设置在尿素水解反应器上的尿素溶液密度计和尿素溶液温度计；所述的控制装置包括产品气需求质量流量检测模块，反应需热量检测模块，尿素溶液质量浓度检测模块和蒸汽需求流量检测模块，以及比较器和用于对蒸汽流量调节阀进行PID闭环控制的蒸汽PID控制器；所述的执行机构包括设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽流量调节阀；气需求质量流量检测模块的输入端连接上位机输出端输出的氨气需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模块的输出端输出的溶液浓度信号；反应需热量检测模块的输入端分别连接气需求质量流量检测模块的输出端输出的产品气需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模块的输出端输出的溶液浓度信号；尿素溶液质量浓度检测模块的输入端分别连接尿素溶液密度计和尿素溶液温度计输出端；蒸汽需求流量检测模块的输入端分别连接蒸汽压力计的蒸汽温度计输出端；比较器的输入端分别连接反应需热量检测模块的输出端输出的反应需热量信号和蒸汽需求流量检测模块的输出端输出的当前放热量信号；蒸汽PID控制器的目标控制端连接比较器的输出端输出蒸汽需求流量信号，反馈端连接蒸汽气流量计的输出端，输出端连接蒸汽流量调节阀的控制端。优选的，检测装置还包括设置在尿素水解反应器产品气输出管路上的产品气流量计；执行机构还包括设置在尿素水解反应器产品气输出管路上的产品气流量调节阀；控制装置包括用于对产品气流量调节阀进行PID闭环控制的产品气PID控制器；产品气PID控制器的目标控制端连接气需求质量流量检测模块的输出端输出的产品气需求质量流量信号，反馈端连接产品气流量计的输出端，输出端连接产品气流量调节阀的控制端。优选的，产品气需求质量流量检测模块，反应需热量检测模块，尿素溶液质量浓度检测模块和蒸汽需求流量检测模块均分别采用对应功能的PLC控制器。与现有技术相比，本技术具有以下有益的技术效果：本技术通过氨气需求质量流量的引入和设定，利用通过硬件逻辑连接的各个检测模块和PID控制器，直接得出水解反应产品气需求质量流量和水解反应需热量，并通过执行机构及时调整，使得水解反应速度的负荷跟随性提高，达到尿素水解制氨系统与SCR烟气脱硝系统的联合运行的目的，保证了氨气连续、稳定、高效的供应；控制系统整体结构简单，连接方便，设计合理，工作稳定可靠，实现对蒸汽流量的实时控制。进一步的，通过在尿素水解反应器中采集到的尿素溶液密度和温度利用对应检测模块中的多项式运算得出尿素溶液实时质量浓度值，用于精确计算该工况下尿素水解产品气中氨气的成分，并通过与氨气需求量的对比将运行偏差数据引入该系统。进一步的，通过在尿素水解反应器中采集到的加热蒸汽压力、加热蒸汽温度和加热蒸汽质量流量，利用对应检测模块中的多项式运算得出加热蒸汽放热量实时值，并与当前尿素水解反应需热量比较，通过蒸汽流量调节消除该偏差，保证该系统加热负荷能够及时响应运行需求。进一步的，通过在尿素水解反应器中得到的产品气质量流量，将产品气质量流量实时值及该工况下产品气需求量偏差引入控制系统，并通过产品气流量调节阀消除偏差，最终响应需氨量负荷。附图说明图1为本技术所述控制方法的逻辑框图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本技术做进一步的详细说明，所述是对本技术的解释而不是限定。本技术一种尿素水解反应器控制系统，如图1所示，其包括检测装置，控制装置和执行机构；检测装置包括分别设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽压力计5，蒸汽温度计6和蒸汽流量计7，分别设置在尿素水解反应器上的尿素溶液密度计4和尿素溶液温度计3；所述的控制装置包括产品气需求质量流量检测模块f1，反应需热量检测模块f2，尿素溶液质量浓度检测模块f3和蒸汽需求流量检测模块f4，以及比较器11和用于对蒸汽流量调节阀2进行PID闭环控制的蒸汽PID控制器10；执行机构包括设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽流量调节阀2；气需求质量流量检测模块f1的输入端连接上位机输出端输出的氨气需求质量流量信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，包括检测装置，控制装置和执行机构；所述的检测装置包括分别设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽压力计(5)，蒸汽温度计(6)和蒸汽流量计(7)，分别设置在尿素水解反应器上的尿素溶液密度计(4)和尿素溶液温度计(3)；所述的控制装置包括产品气需求质量流量检测模块(f1)，反应需热量检测模块(f2)，尿素溶液质量浓度检测模块(f3)和蒸汽需求流量检测模块(f4)，以及比较器(11)和用于对蒸汽流量调节阀(2)进行PID闭环控制的蒸汽PID控制器(10)；所述的执行机构包括设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽流量调节阀(2)；气需求质量流量检测模块(f1)的输入端连接上位机输出端输出的氨气需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模块(f3)的输出端输出的溶液浓度信号；反应需热量检测模块(f2)的输入端分别连接气需求质量流量检测模块(f1)的输出端输出的产品气需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模块(f3)的输出端输出的溶液浓度信号；尿素溶液质量浓度检测模块(f3)的输入端分别连接尿素溶液密度计(4)和尿素溶液温度计(3)输出端；蒸汽需求流量检测模块(f4)的输入端分别连接蒸汽压力计(5)的蒸汽温度计(6)输出端；比较器(11)的输入端分别连接反应需热量检测模块(f2)的输出端输出的反应需热量信号和蒸汽需求流量检测模块(f4)的输出端输出的当前放热量信号；蒸汽PID控制器(10)的目标控制端连接比较器(11)的输出端输出蒸汽需求流量信号，反馈端连接蒸汽气流量计(7)的输出端，输出端连接蒸汽流量调节阀(2)的控制端。...

【技术特征摘要】
1.一种尿素水解反应器控制系统，其特征在于，包括检测装置，控制装
置和执行机构；
所述的检测装置包括分别设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽
压力计(5)，蒸汽温度计(6)和蒸汽流量计(7)，分别设置在尿素水解反
应器上的尿素溶液密度计(4)和尿素溶液温度计(3)；所述的控制装置包
括产品气需求质量流量检测模块(f1)，反应需热量检测模块(f2)，尿素溶
液质量浓度检测模块(f3)和蒸汽需求流量检测模块(f4)，以及比较器
(11)和用于对蒸汽流量调节阀(2)进行PID闭环控制的蒸汽PID控制器
(10)；所述的执行机构包括设置在尿素水解反应器蒸汽供应管路上的蒸汽
流量调节阀(2)；
气需求质量流量检测模块(f1)的输入端连接上位机输出端输出的氨气
需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模块(f3)的输出端输出的溶液
浓度信号；
反应需热量检测模块(f2)的输入端分别连接气需求质量流量检测模块
(f1)的输出端输出的产品气需求质量流量信号和尿素溶液质量浓度检测模
块(f3)的输出端输出的溶液浓度信号；
尿素溶液质量浓度检测模块(f3)的输入端分别连接尿素溶液密度计
(4)和尿素溶液温度计(3)输出端；
蒸汽需求流量检测模块(f4)的输入端分别连接蒸汽压力计(5)的蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，李明皓，张向宇，向小凤，高宁，徐宏杰，
申请(专利权)人：中国华能集团公司，西安热工研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11