氮氧化物去除控制系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种氨脱硝的优化控制系统和方法，其根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量，反应器出口处的氮氧化物传感器检测的反应器排出的氮氧化物含量以及反应器出口的氮氧化物连续在线测量值和反应器出口处氨传感器检测的氨逃逸量根据一个传递函数计算喷氨量，本控制系统对前馈环路具有正、负反馈修正功能，而且监测氮氧化物连续在线测量值，能够保证达到合格的氮氧化物排放指标，本控制系统设置有两个滞后时间函数，能克服时间滞后影响，消除出口氮氧化物和喷氨量在反应器运行中的波动；同时设置有氨逸出检测传感器，可以避免氨逸出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氮氧化物去除的控制系统和方法，特别是涉及采用选择性催化还 原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)或选择性非催化还原与选择性催化还原联合法 (SNCR-SCR)进行氮氧化物去除的控制系统和方法。
技术介绍
我国是以煤炭为主要能源的发展中国家，国家的电力能源主要由烧煤的火电厂 提供，每年直接用于燃烧的煤炭达12亿吨以上，煤炭燃烧后排放出大量的污染物，如S02、 S03(通称S0X，硫化物)；N0、N02(通称Ν0Χ，氮氧化物，工业上俗称“硝”)；氮氧化物对大气 环境的污染除了与其他化合物一起造成酸雨，对土壤和水生态系统带来不可逆的后果外， 还由于它们参与光化学烟雾的生成而受到人们的重视。随着新的环保法规在全球陆续生 效，我国环境保护法规的日趋严格及执法力度的加大，对氮氧化物最高允许排放浓度的限 值标准越来越严格。火电厂的去除排排放氮氧化物的方法(也称为脱硝控制技术)，一般有燃烧控制 脱硝和烟气脱硝等。燃烧控制脱硝是煤炭燃烧后产生的氮氧化物含量本身就很少，因此排 放量很少，这种方法是燃煤电厂氮氧化物减排的首选技术。而烟气脱硝方法是在煤炭燃烧 之后排放的烟气会带有大量的氮氧化物，通过对烟气中的氮氧化物进行处理，使最终排放 出的烟气的氮氧化物的含量得到控制。燃烧控制脱硝的方式是应用低氮燃烧技术的发电锅炉，使得煤炭燃烧后产生的氮 氧化物含量本身就很少。但现有的低氮燃烧技术在燃用烟煤和褐煤时氮氧化物排放浓度较 低。但对于燃用无烟煤或贫煤的机组氮氧化物控制效果有限，不能完全控制氮氧化物的排 放，氮氧化物浓度或总量不能达到排放标准或排放总量要求，仍需要建设烟气脱硝设施。烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、 选择性非催化还原与选择性催化还原联合法(SNCR-SCR)、液体吸收法、微生物法、活性炭吸 附法、电子束法等。其中，前三种方法是目前世界上普遍应用的工业化方法，其它方法很少 有工业化应用的实例。选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、选择性非催化还原与选 择性催化还原联合法(SNCR-SCR)这三种方法的脱硝化学原理是相似的。主要是通过让含 有氮氧化物的烟气通过与氨进行反应，最终产生没有污染的氮气和水来达到排放烟气中不 含氮氧化物的效果。对于采用SCR方法进行脱硝的技术，其化学反应为4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 (1)6N0+4NH3 — 5N2+6H20(2)2N02+8NH3+02 — 3N2+6H20 (3)对于采用SNCR方法进行脱硝的技术，其化学反应为4N0+4NH3 — 4N2+6H20(4)6N02+8NH3 — 7N2+12H20(5)由于温度对采用SNCR方法进行脱硝的还原反应的影响较大。当温度高于1100°C 时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于800°C以下时，NH3的反应速率下降， 还原反应进行得不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。选择性催化还 原法(SCR)是目前世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。自从1986 年欧洲、日本等国使用SCR技术以来，目前已被欧、美、日等发达国家所广泛应用。该技术脱 硝效率一般可达80 % 90 %，氮氧化物排放浓度可降至100mg/m3左右；在我国已建成或拟 建的烟气脱硝工程中大多采用SCR法。根据前面的公式(1)_(5)可以看出，通过SCR方法和SNCR方法或者两者联合的方 法进行脱硝，都需要还原剂氨(NH3)，氨的用量是上述反应的关键。在脱硝系统中，氨的实用 量是保证系统优化运行、脱硝效率和避免二次污染物(氨逸出或逃逸量)的关键因素。氨 的用量过少将导致脱硝降低；氨的用量过高将导致氨逃逸量增高从而造成二次污染。目前在流动源汽车尾气脱硝控制方面进行的研究比较广泛。例如美国专利 4963332应用SCR反应器上、下游的NOx的测量值，氨氮比(相当于喷氨量)由下游NOx的浓 度来调整。美国专利4751054采用氨传感器应用相似方法来调节喷氨量。美国专利5522218 利用前馈控制逻辑来控制喷氨量，但是其方法是利用表格查找预设的喷氨量。而美国专利 5628186则是应用反馈控制方法，氨的用量由催化剂壁面对还原剂的吸附和脱附率而调整。 这些研究都是针对流动源汽车尾气脱硝进行的控制，比较难在大型的火电厂等固定源脱硝 技术中进行应用。现有的典型的固定源SCR脱硝控制系统的系统框图如图1所示，现有的脱硝控制 系统主要是根据SCR反应器的进口的氮氧化物含量N0x_in和出口的氮氧化物的含量Ν0χ_ out计算系统的脱硝效率、。κ.，计算公式为nSCE = (N0x_out-N0x_in) /N0x_in*100 %然后根据计算得到的系统的脱硝效率nsai.与预先设定的脱硝效率进行比较，当 达到预先设定的脱硝效率时则调整结束，如果脱硝的效率没有达到预先设定的效率，则调 整喷氨量。现有的这种控制系统，是根据脱硝的效率来进行控制，喷氨(NH3)量是由出口的 氮氧化物排放量N0x_out的反馈环路和由SCR进口处的氮氧化物含量N0x_in所在的前反 馈控制器共同决定，尽管这种控制逻辑能够保证SCR系统的脱硝效率，但因为只控制脱硝 的效率，而脱硝的效率不仅与排出的氮氧化物N0X_out有关，还与SCR进口的氮氧化物含量 N0x_in有关，可能出口的氮氧化物N0x_out含量并不合格，但整体效率也能达到预先设定 的效率，因此这种控制逻辑不能保证排放合格的SCR出口的NOx值N0x_out，而且也不能保 证氨逃逸量在某一范围内。并且，系统时间滞后的采用将对控制有效性产生很大影响。因 此有必要改进现有的SCR控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种去除氮氧化物的控制系统，其能够克服时间滞后影 响，消除反应器出口氮氧化物和喷氨量在反应运行中的波动，而且能够避免氨逸出，保证达 到合格的氮氧化物排放指标。本专利技术的另一目的在于提供一种去除氮氧化物的控制方法，其能够克服时间滞后5影响，消除反应器出口氮氧化物和喷氨量在反应运行中的波动，而且能够避免氨逸出，保证 达到合格的氮氧化物排放指标。为达成前述目的，本专利技术一种去除氮氧化物的控制系统，其包括反应器；用于提供反应场所；反应器进口处的氮氧化物传感器，用于检测进入反应器的氮氧化物含量；反应器出口处的氮氧化物传感器，用于检测从反应器排出的排放物的氮氧化物含 量；反应器出口处的氨传感器，用于检测从反应器排出氨的排放量；计算处理器，根据反应器出口处的氨传感器采集的数据信息计算反应器出口处的 氮氧化物的连续在线测量值，并根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的 氮氧化物含量、反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应 器出口处的氮氧化物的连续在线测量值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依 据传递函数计算喷氨量；喷氨控制器，根据计算处理器计算的喷氨量控制氨的喷放。进一步地，前述传递函数包括根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入 反应器的氮氧化物含量计算的前馈赠以函数和前馈控制函数；由反应器出口处的氮氧化物 传感器测得的出口处的氮氧化物实测值通过内环控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去除氮氧化物的控制系统，其包括：反应器；用于提供反应场所；反应器进口处的氮氧化物传感器，用于检测进入反应器的氮氧化物含量；反应器出口处的氮氧化物传感器，用于检测从反应器排出的排放物的氮氧化物含量；反应器出口处的氨传感器，用于检测从反应器排出氨的排放量；计算处理器，根据反应器出口处的氨传感器采集的数据信息计算反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值，并根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量、反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依据传递函数计算喷氨量；喷氨控制器，根据计算处理器计算的喷氨量控制氨的喷放。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩庚欣，齐共新，杨伟莹，董建勋，祁成柱，张勇，
申请(专利权)人：无锡科立泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]