一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统及其控制方法，所述系统包括设置在W型锅炉水平烟道区域的长喷枪，在W型锅炉折焰角区域分多层设置的多个短喷枪，以及激光检测系统和依次连接的计量模块和分配模块。所述方法包括，根据激光检测系统得到的CO浓度信号通过计量模块调节尿素溶液浓度的步骤；根据激光检测系统得到的温度分布信号通过长喷枪分配模块调节每个长喷枪喷射的尿素溶液流量的步骤；根据机组负荷区间和NSR值控制短喷枪投运层数和每层尿素溶液总流量的步骤。通过设置多个喷嘴的长喷枪伸入烟道中部，喷射的尿素溶液可完全覆盖烟道截面，保证尿素溶液与烟气充分、均匀混合，提高脱硝效率，控制方式简单、易实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及火电厂SNCR脱硝技术，具体为一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统及其控制方法。
技术介绍
W火焰锅炉在燃用低挥发分煤种时，具有低负荷稳燃能力强、燃烧稳定性好、带负荷性能强、运行可靠等特点，因此W火焰锅炉在我国已成为燃用无烟煤或劣质贫煤等低挥发分煤种的主力炉型，但其在实际运行中存在着NOx排放量高的问题。面对NOx排放浓度50mg/m3的超净排放要求，单纯改造SCR脱硝系统不仅投资和运行费用较高，同时也影响机组的安全性。从技术与经济角度等多方面考虑，在充分利用原SCR装置的基础上增加SNCR脱硝装置是实现W型锅炉氮氧化物超低排放的合理选择。选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝技术是电站锅炉、流化床锅炉、水泥窑炉和垃圾焚烧烟气脱硝的主流技术。在880℃-1050℃温度范围内、在无催化剂条件下，喷入氨水或尿素等氨基还原剂，烟气中的NOx可选择性地被还原成无害的氮气和水。SNCR工艺以炉膛为反应器，可通过对锅炉的改造实现，建设周期短，投资成本和运行成本与其它烟气脱硝技术相比都是比较低的，适合于对中小型锅炉的改造。现代SNCR技术可控制NOx排放降低20～50％，随着机组容量增加，炉膛尺寸和机组负荷变化范围扩大，增加了反应温度窗口与还原剂均匀混合的控制难度，致使脱硝效率降低。对于600MW机组，在控制氨逃逸浓度小于10μL/L条件下，脱硝效率仅有30％左右。由于燃用无烟煤的W型锅炉NOx初始浓度普遍较高，为保证NOx排放达到50mg/m3，SNCR段的脱硝效率必须达到45％以上，因此研究开发高效的火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统迫在眉睫。SNCR的脱硝效率受温度、CO浓度、NOx初值、NSR、燃烧条件、煤种、炉型、氨逃逸等因素的影响，其中温度和CO浓度是两个主要影响因素。为提高SNCR工艺脱硝效率，相关研究提出采用控制不同负荷下氨氮比的方法来调节还原剂流量，如中国专利CN105169917A公开的一种基于氨氮摩尔比检测及调控的SNCR-SCR联合脱硝系统和方法，中国专利CN201520543068.4公开的一种选择性非催化还原SNCR反应系统，中国专利CN201510188180.5公开的一种水泥生产中SNCR烟气脱硝系统的喷氨量控制方法，但这种控制方法非常复杂，难以在工程上实现。另外有研究通过测量温度分布来控制喷枪将还原剂喷入到适合SNCR反应的温度区域内，实现对每个SNCR喷枪温度窗口的动态跟踪，如中国专利CN104307347A公开的一种高效SNCR点对点喷射系统，又如中国专利CN104117279A公开的一种电站锅炉SNCR脱硝控制系统及其控制方法，该控制方法的难点在于喷枪数量较多，对每支喷枪进行精确控制将显著增加系统成本。烟气中CO浓度是影响SNCR脱硝效率的重要因素，研究结果表明，当CO浓度低于1000ppm时，SNCR脱硝效率随CO浓度增加而增大；当CO浓度超过1000ppm时，SNCR脱硝效率随CO浓度增加而减小。由于烟气中CO浓度难以实现在线测量，在目前的SNCR控制系统中普遍忽略CO浓度的影响，这也成为制约SNCR脱硝效率的重要原因。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统及其控制方法，脱销效率高，控制简单，改造方便。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，包括设置在W型锅炉水平烟道区域的长喷枪，在W型锅炉折焰角区域分多层设置的多个短喷枪，以及激光检测系统和依次连接的计量模块和分配模块；分配模块包括输出端连接长喷枪的长喷枪分配模块和输出端连接短喷枪的短喷枪分配模块；用于控制尿素溶液浓度的计量模块输入端分别连接原尿素溶液储罐和除盐水储罐，输出端分别连接长喷枪分配模块和短喷枪分配模块；所述的激光检测系统包括依次连接的中央控制柜、二极管激光器、光纤多路复用器、光纤和多组激光器；中央控制柜用于通过激光器检测烟气温度分布信号和CO浓度信号；其输出端经工程师站分别连接长喷枪分配模块和计量模块；多个长喷枪在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置，长喷枪分配模块根据工程师站的控制信号分别控制每一个长喷枪喷射的尿素溶液流量；每层短喷枪的尿素溶液管道入口设置一个电动阀门，短喷枪分配模块根据W型锅炉的机组负荷和NSR值控制每层的电动阀门开度。优选的，长喷枪共设置有六个，且在水平烟道的横截面上均匀的呈三层布置，长喷枪所在截面上均匀设置四组激光器；激光器与长喷枪间隔设置；每组激光器包括一个发射端和一个接收端，发射端连接光纤，接收端连接中央控制柜。优选的，长喷枪冷却端入口连接除盐水储罐的输出端，冷却端出口连接除盐水储罐的输入端。优选的，还包括压缩空气储罐，压缩空气储罐的输出端分别用于冷却空气连接在短喷枪的冷却端入口，用于雾化空气连接在计量模块和分配模块之间。优选的，所述的计量模块包括混合器，以及分别设置在混合器两个入口的控制阀和流量计；原尿素溶液储罐和除盐水储罐的输出端分别通过加液泵与对应的混合器入口连接。优选的，每支短喷枪设置一个手动阀门，所有手动阀门开度保持一致。一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝控制方法，基于本专利技术所述的一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统上，包括，根据激光检测系统得到的CO浓度信号通过计量模块调节尿素溶液浓度的步骤；根据激光检测系统得到的温度分布信号通过长喷枪分配模块调节每个长喷枪喷射的尿素溶液流量的步骤；根据机组负荷区间和NSR值控制短喷枪投运层数和每层尿素溶液总流量的步骤。优选的，调节尿素溶液浓度的步骤具体如下，激光检测系统采用TDLAS测量方法得到水平烟道内的CO浓度信号，CO浓度信号在工程师站中被转化为一路阀门开度信号并送入计量模块中，调节除盐水回路的控制阀的开度，从而控制长喷枪喷射的尿素溶液浓度；随着CO浓度升高，增大除盐水流量；随着CO浓度降低，减小除盐水流量。优选的，调节每个长喷枪喷射的尿素溶液流量的步骤具体如下，激光检测系统采用TDLAS测量方法得到水平烟道内烟气的温度分布信号，温度分布信号在工程师站中被转化为多路阀门开度信号并送入长喷枪分配模块中，调节每个长喷枪控制阀的开度，从而控制每支长喷枪喷射的尿素溶液流量。优选的，控制短喷枪投运层数和每层尿素溶液总流量的步骤具体如下，短喷枪分两层设置在W型锅炉折焰角区域，从下往上依次是第一层短喷枪和第二层短喷枪；当W型锅炉的机组为低负荷时，投运第一层短喷枪，第二层短喷枪关闭，并根据NSR值调节第一层阀门的开度；当W型锅炉的机组为中负荷时，同时投运两层喷枪，并根据NSR值调节两层阀门的开度；当W型锅炉的机组为高负荷时，投运第二层喷枪，第一层短喷枪关闭，并根据NSR值调节第二层阀门的开度。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术通过设置多个喷嘴的长喷枪伸入烟道中部，长喷枪喷射的尿素溶液可完全覆盖烟道截面，保证尿素溶液与烟气充分、均匀混合，提高脱硝效率；长喷枪采用除盐水进行冷却，冷却水可循环利用，降低运行成本。同时在长喷枪所在区域布置多组激光探测器，同时测量烟气温度分布及CO浓度，并根据温度分布信号实时调整每支长喷枪尿素溶液流量，根据CO浓度信号实时调整除盐水流量，从而保证喷入的脱硝还原剂处于最佳反应条件，提高SNCR系统脱硝效率。短喷枪尿素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，包括设置在W型锅炉(10)水平烟道区域的长喷枪(1)，在W型锅炉(10)折焰角区域分多层设置的多个短喷枪(2)，以及激光检测系统和依次连接的计量模块(6)和分配模块(7)；分配模块(7)包括输出端连接长喷枪(1)的长喷枪分配模块(71)和输出端连接短喷枪(2)的短喷枪分配模块；用于控制尿素溶液浓度的计量模块(6)输入端分别连接原尿素溶液储罐(3)和除盐水储罐(4)，输出端分别连接长喷枪分配模块(71)和短喷枪分配模块；所述的激光检测系统包括依次连接的中央控制柜(81)、二极管激光器(82)、光纤多路复用器(83)、光纤(84)和多组激光器；中央控制柜(81)用于通过激光器检测烟气温度分布信号和CO浓度信号；其输出端经工程师站(9)分别连接长喷枪分配模块(71)和计量模块(6)；多个长喷枪(1)在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置，长喷枪分配模块(71)根据工程师站(9)的控制信号分别控制每一个长喷枪(1)喷射的尿素溶液流量；每层短喷枪(2)的尿素溶液管道入口设置一个电动阀门，短喷枪分配模块(72)根据W型锅炉(10)的机组负荷和NSR值控制每层的电动阀门开度。...

【技术特征摘要】
1.一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，包括设置在W型锅炉(10)水平烟道区域的长喷枪(1)，在W型锅炉(10)折焰角区域分多层设置的多个短喷枪(2)，以及激光检测系统和依次连接的计量模块(6)和分配模块(7)；分配模块(7)包括输出端连接长喷枪(1)的长喷枪分配模块(71)和输出端连接短喷枪(2)的短喷枪分配模块；用于控制尿素溶液浓度的计量模块(6)输入端分别连接原尿素溶液储罐(3)和除盐水储罐(4)，输出端分别连接长喷枪分配模块(71)和短喷枪分配模块；所述的激光检测系统包括依次连接的中央控制柜(81)、二极管激光器(82)、光纤多路复用器(83)、光纤(84)和多组激光器；中央控制柜(81)用于通过激光器检测烟气温度分布信号和CO浓度信号；其输出端经工程师站(9)分别连接长喷枪分配模块(71)和计量模块(6)；多个长喷枪(1)在水平烟道的横截面上均匀的呈多层布置，长喷枪分配模块(71)根据工程师站(9)的控制信号分别控制每一个长喷枪(1)喷射的尿素溶液流量；每层短喷枪(2)的尿素溶液管道入口设置一个电动阀门，短喷枪分配模块(72)根据W型锅炉(10)的机组负荷和NSR值控制每层的电动阀门开度。2.根据权利要求1所述的一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，长喷枪(1)共设置有六个，且在水平烟道的横截面上均匀的呈三层布置，长喷枪(1)所在截面上均匀设置四组激光器；激光器与长喷枪(1)间隔设置；每组激光器包括一个发射端(85)和一个接收端(86)，发射端(85)连接光纤(84)，接收端(86)连接中央控制柜(81)。3.根据权利要求1所述的一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，长喷枪(1)冷却端入口连接除盐水储罐(4)的输出端，冷却端出口连接除盐水储罐(4)的输入端。4.根据权利要求1所述的一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，还包括压缩空气储罐(5)，压缩空气储罐(5)的输出端分别用于冷却空气连接在短喷枪(2)的冷却端入口，用于雾化空气连接在计量模块(6)和分配模块(7)之间。5.根据权利要求1所述的一种火电厂W型锅炉SNCR脱硝系统，其特征在于，所述的计量模块(6)包括混合器(61)，以及分别设置在混合器(61)两个入口的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向宇，张波，陆续，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：发明
国别省市：北京;11