本發(fā)明涉及火電廠SNCR脫硝技術(shù)，具體為一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

W火焰鍋爐在燃用低揮發(fā)分煤種時(shí)，具有低負(fù)荷穩(wěn)燃能力強(qiáng)、燃燒穩(wěn)定性好、帶負(fù)荷性能強(qiáng)、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，因此W火焰鍋爐在我國(guó)已成為燃用無煙煤或劣質(zhì)貧煤等低揮發(fā)分煤種的主力爐型，但其在實(shí)際運(yùn)行中存在著NOx排放量高的問題。面對(duì)NOx排放濃度50mg/m³的超凈排放要求，單純改造SCR脫硝系統(tǒng)不僅投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，同時(shí)也影響機(jī)組的安全性。從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)角度等多方面考慮，在充分利用原SCR裝置的基礎(chǔ)上增加SNCR脫硝裝置是實(shí)現(xiàn)W型鍋爐氮氧化物超低排放的合理選擇。

選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)是電站鍋爐、流化床鍋爐、水泥窯爐和垃圾焚燒煙氣脫硝的主流技術(shù)。在880℃-1050℃溫度范圍內(nèi)、在無催化劑條件下，噴入氨水或尿素等氨基還原劑，煙氣中的NOx可選擇性地被還原成無害的氮?dú)夂退?。SNCR工藝以爐膛為反應(yīng)器，可通過對(duì)鍋爐的改造實(shí)現(xiàn)，建設(shè)周期短，投資成本和運(yùn)行成本與其它煙氣脫硝技術(shù)相比都是比較低的，適合于對(duì)中小型鍋爐的改造?，F(xiàn)代SNCR技術(shù)可控制NOx排放降低20～50％，隨著機(jī)組容量增加，爐膛尺寸和機(jī)組負(fù)荷變化范圍擴(kuò)大，增加了反應(yīng)溫度窗口與還原劑均勻混合的控制難度，致使脫硝效率降低。對(duì)于600MW機(jī)組，在控制氨逃逸濃度小于10μL/L條件下，脫硝效率僅有30％左右。由于燃用無煙煤的W型鍋爐NOx初始濃度普遍較高，為保證NOx排放達(dá)到50mg/m³，SNCR段的脫硝效率必須達(dá)到45％以上，因此研究開發(fā)高效的火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)迫在眉睫。

SNCR的脫硝效率受溫度、CO濃度、NOx初值、NSR、燃燒條件、煤種、爐型、氨逃逸等因素的影響，其中溫度和CO濃度是兩個(gè)主要影響因素。為提高SNCR工藝脫硝效率，相關(guān)研究提出采用控制不同負(fù)荷下氨氮比的方法來調(diào)節(jié)還原劑流量，如中國(guó)專利CN105169917A公開的一種基于氨氮摩爾比檢測(cè)及調(diào)控的SNCR-SCR聯(lián)合脫硝系統(tǒng)和方法，中國(guó)專利CN201520543068.4公開的一種選擇性非催化還原SNCR反應(yīng)系統(tǒng)，中國(guó)專利CN201510188180.5公開的一種水泥生產(chǎn)中SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨量控制方法，但這種控制方法非常復(fù)雜，難以在工程上實(shí)現(xiàn)。另外有研究通過測(cè)量溫度分布來控制噴槍將還原劑噴入到適合SNCR反應(yīng)的溫度區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)SNCR噴槍溫度窗口的動(dòng)態(tài)跟蹤，如中國(guó)專利CN104307347A公開的一種高效SNCR點(diǎn)對(duì)點(diǎn)噴射系統(tǒng)，又如中國(guó)專利CN104117279A公開的一種電站鍋爐SNCR脫硝控制系統(tǒng)及其控制方法，該控制方法的難點(diǎn)在于噴槍數(shù)量較多，對(duì)每支噴槍進(jìn)行精確控制將顯著增加系統(tǒng)成本。煙氣中CO濃度是影響SNCR脫硝效率的重要因素，研究結(jié)果表明，當(dāng)CO濃度低于1000ppm時(shí)，SNCR脫硝效率隨CO濃度增加而增大；當(dāng)CO濃度超過1000ppm時(shí)，SNCR脫硝效率隨CO濃度增加而減小。由于煙氣中CO濃度難以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，在目前的SNCR控制系統(tǒng)中普遍忽略CO濃度的影響，這也成為制約SNCR脫硝效率的重要原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)及其控制方法，脫銷效率高，控制簡(jiǎn)單，改造方便。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)，包括設(shè)置在W型鍋爐水平煙道區(qū)域的長(zhǎng)噴槍，在W型鍋爐折焰角區(qū)域分多層設(shè)置的多個(gè)短噴槍，以及激光檢測(cè)系統(tǒng)和依次連接的計(jì)量模塊和分配模塊；分配模塊包括輸出端連接長(zhǎng)噴槍的長(zhǎng)噴槍分配模塊和輸出端連接短噴槍的短噴槍分配模塊；用于控制尿素溶液濃度的計(jì)量模塊輸入端分別連接原尿素溶液儲(chǔ)罐和除鹽水儲(chǔ)罐，輸出端分別連接長(zhǎng)噴槍分配模塊和短噴槍分配模塊；所述的激光檢測(cè)系統(tǒng)包括依次連接的中央控制柜、二極管激光器、光纖多路復(fù)用器、光纖和多組激光器；中央控制柜用于通過激光器檢測(cè)煙氣溫度分布信號(hào)和CO濃度信號(hào)；其輸出端經(jīng)工程師站分別連接長(zhǎng)噴槍分配模塊和計(jì)量模塊；多個(gè)長(zhǎng)噴槍在水平煙道的橫截面上均勻的呈多層布置，長(zhǎng)噴槍分配模塊根據(jù)工程師站的控制信號(hào)分別控制每一個(gè)長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液流量；每層短噴槍的尿素溶液管道入口設(shè)置一個(gè)電動(dòng)閥門，短噴槍分配模塊根據(jù)W型鍋爐的機(jī)組負(fù)荷和NSR值控制每層的電動(dòng)閥門開度。

優(yōu)選的，長(zhǎng)噴槍共設(shè)置有六個(gè)，且在水平煙道的橫截面上均勻的呈三層布置，長(zhǎng)噴槍所在截面上均勻設(shè)置四組激光器；激光器與長(zhǎng)噴槍間隔設(shè)置；每組激光器包括一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端，發(fā)射端連接光纖，接收端連接中央控制柜。

優(yōu)選的，長(zhǎng)噴槍冷卻端入口連接除鹽水儲(chǔ)罐的輸出端，冷卻端出口連接除鹽水儲(chǔ)罐的輸入端。

優(yōu)選的，還包括壓縮空氣儲(chǔ)罐，壓縮空氣儲(chǔ)罐的輸出端分別用于冷卻空氣連接在短噴槍的冷卻端入口，用于霧化空氣連接在計(jì)量模塊和分配模塊之間。

優(yōu)選的，所述的計(jì)量模塊包括混合器，以及分別設(shè)置在混合器兩個(gè)入口的控制閥和流量計(jì)；原尿素溶液儲(chǔ)罐和除鹽水儲(chǔ)罐的輸出端分別通過加液泵與對(duì)應(yīng)的混合器入口連接。

優(yōu)選的，每支短噴槍設(shè)置一個(gè)手動(dòng)閥門，所有手動(dòng)閥門開度保持一致。

一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝控制方法，基于本發(fā)明所述的一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)上，包括，

根據(jù)激光檢測(cè)系統(tǒng)得到的CO濃度信號(hào)通過計(jì)量模塊調(diào)節(jié)尿素溶液濃度的步驟；

根據(jù)激光檢測(cè)系統(tǒng)得到的溫度分布信號(hào)通過長(zhǎng)噴槍分配模塊調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液流量的步驟；

根據(jù)機(jī)組負(fù)荷區(qū)間和NSR值控制短噴槍投運(yùn)層數(shù)和每層尿素溶液總流量的步驟。

優(yōu)選的，調(diào)節(jié)尿素溶液濃度的步驟具體如下，

激光檢測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS測(cè)量方法得到水平煙道內(nèi)的CO濃度信號(hào)，CO濃度信號(hào)在工程師站中被轉(zhuǎn)化為一路閥門開度信號(hào)并送入計(jì)量模塊中，調(diào)節(jié)除鹽水回路的控制閥的開度，從而控制長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液濃度；

隨著CO濃度升高，增大除鹽水流量；隨著CO濃度降低，減小除鹽水流量。

優(yōu)選的，調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液流量的步驟具體如下，

激光檢測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS測(cè)量方法得到水平煙道內(nèi)煙氣的溫度分布信號(hào)，溫度分布信號(hào)在工程師站中被轉(zhuǎn)化為多路閥門開度信號(hào)并送入長(zhǎng)噴槍分配模塊中，調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍控制閥的開度，從而控制每支長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液流量。

優(yōu)選的，控制短噴槍投運(yùn)層數(shù)和每層尿素溶液總流量的步驟具體如下，

短噴槍分兩層設(shè)置在W型鍋爐折焰角區(qū)域，從下往上依次是第一層短噴槍和第二層短噴槍；

當(dāng)W型鍋爐的機(jī)組為低負(fù)荷時(shí)，投運(yùn)第一層短噴槍，第二層短噴槍關(guān)閉，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)第一層閥門的開度；

當(dāng)W型鍋爐的機(jī)組為中負(fù)荷時(shí)，同時(shí)投運(yùn)兩層噴槍，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)兩層閥門的開度；

當(dāng)W型鍋爐的機(jī)組為高負(fù)荷時(shí)，投運(yùn)第二層噴槍，第一層短噴槍關(guān)閉，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)第二層閥門的開度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明通過設(shè)置多個(gè)噴嘴的長(zhǎng)噴槍伸入煙道中部，長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液可完全覆蓋煙道截面，保證尿素溶液與煙氣充分、均勻混合，提高脫硝效率；長(zhǎng)噴槍采用除鹽水進(jìn)行冷卻，冷卻水可循環(huán)利用，降低運(yùn)行成本。同時(shí)在長(zhǎng)噴槍所在區(qū)域布置多組激光探測(cè)器，同時(shí)測(cè)量煙氣溫度分布及CO濃度，并根據(jù)溫度分布信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整每支長(zhǎng)噴槍尿素溶液流量，根據(jù)CO濃度信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整除鹽水流量，從而保證噴入的脫硝還原劑處于最佳反應(yīng)條件，提高SNCR系統(tǒng)脫硝效率。短噴槍尿素溶液流量采用每層集中控制，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷區(qū)間控制投運(yùn)層數(shù)和每層尿素溶液總流量，并平均分配到每支噴槍，控制方式簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)。

圖2為本發(fā)明所述脫硝系統(tǒng)中長(zhǎng)噴槍控制回路。

圖中：長(zhǎng)噴槍1，短噴槍2，尿素溶液儲(chǔ)罐3，除鹽水儲(chǔ)罐4，計(jì)量模塊6，混合器61，分配模塊7，長(zhǎng)噴槍分配模塊71，中央控制柜81，二極管激光器82，光纖多路復(fù)用器83，光纖84，發(fā)射端85，接收端86，工程師站9，W型鍋爐10。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)，如圖1所示，其包括設(shè)置在W型鍋爐10水平煙道區(qū)域的長(zhǎng)噴槍1，在W型鍋爐10折焰角區(qū)域分多層設(shè)置的多個(gè)短噴槍2，以及激光檢測(cè)系統(tǒng)和依次連接的計(jì)量模塊6和分配模塊7；分配模塊7包括輸出端連接長(zhǎng)噴槍1的長(zhǎng)噴槍分配模塊71和輸出端連接短噴槍2的短噴槍分配模塊；用于控制尿素溶液濃度的計(jì)量模塊6輸入端分別連接原尿素溶液儲(chǔ)罐3和除鹽水儲(chǔ)罐4，輸出端分別連接長(zhǎng)噴槍分配模塊71和短噴槍分配模塊72；所述的激光檢測(cè)系統(tǒng)包括依次連接的中央控制柜81、二極管激光器82、光纖多路復(fù)用器83、光纖84和多組激光器；中央控制柜81用于通過激光器檢測(cè)煙氣溫度分布信號(hào)和CO濃度信號(hào)；其輸出端經(jīng)工程師站9分別連接長(zhǎng)噴槍分配模塊71和計(jì)量模塊6；多個(gè)長(zhǎng)噴槍1在水平煙道的橫截面上均勻的呈多層布置，長(zhǎng)噴槍分配模塊71根據(jù)工程師站9的控制信號(hào)分別控制每一個(gè)長(zhǎng)噴槍1噴射的尿素溶液流量；每層短噴槍2的尿素溶液管道入口設(shè)置一個(gè)電動(dòng)閥門，短噴槍分配模塊72根據(jù)W型鍋爐10的機(jī)組負(fù)荷和NSR值控制每層的電動(dòng)閥門。其中，還包括壓縮空氣儲(chǔ)罐5，壓縮空氣儲(chǔ)罐5的輸出端分別用于冷卻空氣連接在短噴槍2的冷卻端入口，用于霧化空氣連接在計(jì)量模塊6和分配模塊7之間。中央控制柜81用于檢測(cè)和處理激光信號(hào)；光纖多路復(fù)用器83用于兩個(gè)波段激光信號(hào)的耦合；二極管激光器82生成激光信號(hào)；光纖84傳輸激光信號(hào)；優(yōu)選的激光檢測(cè)裝置還包括用于吹掃和氣動(dòng)除焦的保護(hù)裝置。

本優(yōu)選實(shí)例中，如圖2所示，長(zhǎng)噴槍1共設(shè)置有六個(gè)，且在水平煙道的橫截面上均勻的呈三層布置，長(zhǎng)噴槍1所在截面上均勻設(shè)置四組激光器；激光器與長(zhǎng)噴槍1間隔設(shè)置；每組激光器包括一個(gè)發(fā)射端85和一個(gè)接收端86，發(fā)射端85連接光纖84，接收端86連接中央控制柜81。

本優(yōu)選實(shí)例中，長(zhǎng)噴槍1冷卻端入口連接除鹽水儲(chǔ)罐4的輸出端，冷卻端出口連接除鹽水儲(chǔ)罐4的輸入端。計(jì)量模塊6包括混合器61，以及分別設(shè)置在混合器61兩個(gè)入口的控制閥和流量計(jì)；原尿素溶液儲(chǔ)罐3和除鹽水儲(chǔ)罐4的輸出端分別通過加液泵與對(duì)應(yīng)的混合器61入口連接。

本發(fā)明一種火電廠W型鍋爐SNCR脫硝控制方法，包括根據(jù)激光檢測(cè)系統(tǒng)得到的CO濃度信號(hào)通過計(jì)量模塊6調(diào)節(jié)尿素溶液濃度的步驟；根據(jù)激光檢測(cè)系統(tǒng)得到的溫度分布信號(hào)通過長(zhǎng)噴槍分配模塊71調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍1噴射的尿素溶液流量的步驟；根據(jù)機(jī)組負(fù)荷區(qū)間和NSR值控制短噴槍2投運(yùn)層數(shù)和每層尿素溶液總流量的步驟。優(yōu)選的，短噴槍2分兩層設(shè)置在W型鍋爐10折焰角區(qū)域，從下往上依次是第一層短噴槍和第二層短噴槍。

其中，激光檢測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS測(cè)量方法得到水平煙道內(nèi)的CO濃度信號(hào)，CO濃度信號(hào)在工程師站9中被轉(zhuǎn)化為一路閥門開度信號(hào)并送入計(jì)量模塊6中，調(diào)節(jié)除鹽水回路的控制閥的開度，從而控制長(zhǎng)噴槍1噴射的尿素溶液濃度。

其中，激光檢測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS測(cè)量方法得到水平煙道內(nèi)煙氣的溫度分布信號(hào)，溫度分布信號(hào)在工程師站9中被轉(zhuǎn)化為多路閥門開度信號(hào)并送入長(zhǎng)噴槍分配模塊71中，調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍1控制閥的開度，從而控制每支長(zhǎng)噴槍1噴射的尿素溶液流量。

本發(fā)明中具體布置和控制如下。

1)如圖1所示，六支長(zhǎng)噴槍分三層布置在W型鍋爐水平煙道區(qū)域，向煙氣中噴射尿素溶液。長(zhǎng)噴槍伸入煙道中心并包含多個(gè)噴口，噴射的尿素溶液可覆蓋整個(gè)煙道截面。長(zhǎng)噴槍采用除鹽水冷卻，冷卻水循環(huán)利用。

2)如圖1所示，在W型鍋爐折焰角區(qū)域分兩層布置多支短噴槍，伸入爐內(nèi)約1米處噴射尿素溶液。短噴槍采用壓縮空氣進(jìn)行冷卻，冷卻空氣直接吹入爐膛中。

3)如圖2所示，在長(zhǎng)噴槍所在截面布置四組激光器，每組激光器包含一個(gè)發(fā)射端和一個(gè)接收端。發(fā)射端所發(fā)出的特定波長(zhǎng)的激光光線穿過鍋爐后被接收端采集，然后送入中央控制柜中，由中央控制柜測(cè)量未吸收光線與被吸收光線的比例，從而確定煙氣溫度分布及CO濃度。煙氣溫度分布信號(hào)在工程師站中被轉(zhuǎn)化為六路閥門開度信號(hào)并送入長(zhǎng)噴槍分配模塊，調(diào)節(jié)每個(gè)長(zhǎng)噴槍回路中電動(dòng)閥門的開度，從而控制每支長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液流量。CO濃度信號(hào)在工程師站中被轉(zhuǎn)化為一路閥門開度信號(hào)并送入計(jì)量模塊，調(diào)節(jié)除鹽水回路電動(dòng)閥門的開度，從而控制長(zhǎng)噴槍噴射的尿素溶液濃度，具體為隨著CO濃度升高，增大除鹽水流量；隨著CO濃度降低，減小除鹽水流量。

4)短噴槍尿素溶液流量采用每層集中控制，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷區(qū)間控制投運(yùn)層數(shù)和每層尿素溶液總流量，并平均分配到每支短噴槍。具體為每層短噴槍的尿素溶液管道入口設(shè)一個(gè)電動(dòng)閥門，閥門開度根據(jù)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)。當(dāng)機(jī)組為低負(fù)荷時(shí)，例如達(dá)到滿負(fù)荷的50％，投運(yùn)第一層短噴槍，第二層短噴槍關(guān)閉，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)第一層閥門的開度；當(dāng)機(jī)組為中負(fù)荷時(shí)，例如達(dá)到滿負(fù)荷的75％，同時(shí)投運(yùn)兩層短噴槍，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)兩層閥門的開度；當(dāng)機(jī)組為高負(fù)荷時(shí)，例如達(dá)到滿負(fù)荷的100％，投運(yùn)第二層短噴槍，第一層短噴槍關(guān)閉，并根據(jù)NSR值調(diào)節(jié)第二層閥門的開度。每支短噴槍處設(shè)置一個(gè)手動(dòng)閥門，所有手動(dòng)閥門開度保持一致。

其中，激光檢測(cè)系統(tǒng)采用TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可調(diào)諧二極管激光可吸收光譜)技術(shù)，集兩個(gè)波長(zhǎng)激光于一根光纖，然后使發(fā)出的光線依次穿過W型鍋爐的水平煙道段。接收器采集光線后將其傳回中央控制柜，由中央控制柜對(duì)穿過鍋爐的特定波長(zhǎng)的基準(zhǔn)光量與被測(cè)物質(zhì)分子所吸收的光量之間的比率進(jìn)行比較，從而確定各個(gè)被測(cè)對(duì)象的濃度，氣體溫度則根據(jù)兩條CO₂特征吸收譜線的比值來測(cè)量。發(fā)射器及接收器能夠自動(dòng)校正，以確保在鍋爐擾動(dòng)時(shí)也能獲得最佳的光量傳輸，同時(shí)配有儀用氣吹掃裝置和氣動(dòng)除焦裝置，來保證探測(cè)孔的暢通。本發(fā)明中，在水平煙道的兩端裝有發(fā)射端85和接收端86，當(dāng)激光從一側(cè)發(fā)出時(shí)，對(duì)應(yīng)端的接收端86收到后，在水平煙道中形成一條測(cè)量路徑，這些路徑可以同時(shí)測(cè)量爐膛內(nèi)CO濃度和爐膛溫度。

TDLAS測(cè)量的原理是氣體分子對(duì)特定頻率(波長(zhǎng))的光線具有吸收作用，吸收率與溫度、壓力、路徑長(zhǎng)度和氣體濃度相關(guān)。對(duì)于一個(gè)已知的路徑長(zhǎng)度和氣體壓力，通過收集并分析激光在一個(gè)特征吸收頻率范圍中的吸收率，可以確定煙氣的溫度和組分濃度。