专利名称：控制选择性催化还原设备的操作的方法
技术领域：
本发明涉及控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到起作用来从诸如燃烧设备或者焚化设备的过程设备的过程气体中去除NOx的选择性催化还原反应器的方法，所述控制还原剂的供给包括估计指示需要在选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的 NOx的量的至少一个预定参数的当前值。本发明进一步涉及用于控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到起作用来从过程设备的过程气体中去除NOx的选择性催化还原反应器的装置。
背景技术：
在诸如煤、油、天然气、泥煤、废料等的燃料在诸如动力设备或者废料焚化设备的燃烧设备中燃烧时，产生过程气体。为了从通常称为烟道气的这样的过程气体中分离氮氧化物(通常表示为NOx)，常常使用一种方法，其中还原剂-通常是氨或者尿素-与烟道气混合。与所述氨或者尿素混合的烟道气然后穿过催化器，其中氨选择性地与NOx反应，以形成氮气和水蒸汽。通常催化器安装在所谓的选择性催化还原反应器(SCR-反应器)中。在许多过程中，特别是在废料焚化设备和峰值负载动力设备中，需要由SCR-反应器处理的NOx的负载随着时间而发生重大变化。NOx负载的变化特别地取决于变化的燃料质量和变化的供应，即，对于废料焚化设备或者动力设备的变化的燃料负载。EP 0 604 236 Bl描述了使用燃气涡轮的动力设备。在EP 0 604236 Bl中认识到，控制在SCR-反应器的上游通到烟道气的氨的剂量的标准技术是测量SCR-反应器下游的NOx的浓度，以及使用反馈控制来控制通到烟道气的氨的剂量。EP 0 604 236 Bl提到这样的系统对于负载变化具有非常缓慢的响应时间。EP 0 604 236B1提出了使用前馈控制器，其基于SCR-反应器上游的NOx浓度的测量结果来控制氨的供应。即便是利用EP 0 604 236 Bl的前馈控制，对负载变化的响应有时也并不够迅速， 这可导致高于由环境管理机构设定的排放极限的量的NOx或者氨排放到环境空气。
发明内容
本发明的一个目的是提供控制将诸如氨或者尿素的还原剂供应到SCR-反应器的方法，该方法能够处理过程气体中的NOx的量的迅速变化。该目的通过根据前序部分且包括以下步骤的方法实现估计至少一个预定参数的增加率，当所述估计的增加率是正的时，使所述还原剂的剂量增加到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。该方法的一个优点在于其对于通到SCR催化器的NOx的入口量的变化提供了迅速响应。临时使还原剂过量(与此时但是NOx的入口量恒定的情况下将需要的还原剂相比) 的方法，使SCR催化器准备好用于即将到来的更高的NOx入口量，使得去除效率还在存在增加的NOx入口量的时段期间保持较高。SCR催化器包括活性部位，还原剂的诸如分子的元素可临时结合在该活性部位上。因此SCR催化器具有将还原剂存储在其活性部位上的能力。 存储还原剂的该能力在本方法中被用作在NOx的量变化时改进对还原剂的剂量的控制的手段。可以说，催化还原反应器充当可吸收或者释放还原剂的诸如分子的元素的"海绵"。 之前描述的方法利用了这种效果来改进选择性催化还原反应器的效率。本方法中使用的选择性催化还原反应器可典型地包括五氧化二钒，V2O5，和/或三氧化钨，WO3,来作为活性成分，其被添加到陶瓷基材料中，诸如，例如，蜂窝陶瓷载体。根据本发明的一个实施例，所述方法还包括当所述估计的增加率是负的时，将所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。本发明的所述一个实施例的一个优点在于临时使还原剂剂量不足(与同一时间但是NOx的入口量恒定的情况下将需要的还原剂相比)的方法准备SCR催化器以用于即将到来的较低的NOx入口量，使得例如氨的还原剂的逃逸还在存在降低的NOx入口量时的时段期间保持较低。根据本发明的另一个实施例，所述方法还包括比较所述估计的增加率与上限值， 以及当所述估计的增加率超过所述上限值时，将所述还原剂的剂量增加到与所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。本发明的所述另一个实施例的一个优点在于可将使还原剂过量设定为只有在NOx的入口量迅速增加时(其为使还原剂过量的方法最有效时)发生，而涉及NOx的入口量的缓慢增加的情况可在不过量的情况下处理。根据本发明的又一个实施例，所述方法还包括比较所述估计的增加率与下限值， 以及当所述估计的增加率低于下限值时，将所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。本发明的所述又一个实施例的一个优点在于使还原剂的剂量不足可被设定为仅在NOx的入口量迅速降低时(其为使剂量不足的方法最有效时)发生，而涉及NOx的入口量的缓慢降低的情况可在不使剂量不足的情况下处理。根据本发明的一个实施例，所述预定参数包括在选择性催化还原反应器的上游的位置处的过程气体的NOx的质量流量。根据本发明的另一个实施例，所述预定参数涉及过程设备的负载。根据本发明的另外的又一个实施例，在前馈模式中使用所述至少一个预定参数， 诸如以便由此控制还原剂的供给。根据本发明的优选实施例，如上文中所描述的使还原剂过量的效果随后在已使还原剂的量过量时通过使所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值而得到补偿。本发明的该优选实施例的一个优点是所供应的还原剂的总量保持处于使得来自SCR反应器的诸如氨的还原剂的逃逸最小化的水平。所述估计所述至少一个预定参数的增加率可包括计算所述至少一个预定参数的导数。计算所述至少一个预定参数的导数提供了一种估计NOx的入口量变化得如何迅速以及NOx的入口量是增加了还是降低了的简单的方法。以上所参照的目的还可借助于本发明的根据前序部分且包括以下步骤的另外的方法来实现
估计所述至少一个预定参数的增加率，当所述估计的增加率是负的时，将所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。本发明的这一所述另外的方法(其基本上是最初提到的方法的变型且可与那个方法结合使用)的一个优点在于，其适用于在涉及NOx的入口量降低的情形中降低意外地离开SCR反应器的还原剂的量。因而，最小化了诸如氨的还原剂的逃逸。将了解，在增加NOx 的入口量期间，本发明的这一所述的另外的方法可与首先提到的控制还原剂的剂量的方法组合，如上文所述。根据本发明的这一所述另外的方法的一个实施例，所述另外的方法另外包括以下步骤比较所述估计的增加率与下限值，以及当所述估计的增加率低于下限值时将所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。本发明的另一个目的是提供这样的装置，借助于该装置，可以这样的方式控制将诸如氨或者尿素的还原剂供应到SCR-反应器与现有技术的装置所能够进行的处理相比， 该方式能够更好地处理过程气体中的NOx的量的迅速变化。该目的通过使用这样的装置来实现该装置根据前序部分且特征在于所述装置包括控制器，该控制器起作用，以用于估计所述至少一个预定参数的增加率，以及用于在所述估计的增加率是正的时将所述还原剂的剂量增加到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值的目的。该装置的一个优点在于其提供了对NOx的增加的入口量的迅速响应，使得NOx的增加的出口量，即NOx对环境的增加的排放，可由此在这样的情形下得以避免。根据本发明的一个实施例，根据前序部分的所述装置起作用，以便在所述估计的增加率是负的时将所述还原剂的剂量降低到与如果所述至少一个预定参数在估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。该所述装置的一个优点在于其提供了对存在NOx的入口量的降低的迅速响应，使得还原剂的增加的出口量，即诸如氨的还原剂到环境中的逃逸，可由此在这样的情形下得以避免。本发明的另一个目的是提供控制将诸如氨或者尿素的还原剂供应到SCR-反应器的方法，该方法能够处理过程气体中的NOx的量的迅速变化。该后一个目的能够借助于根据前序部分且包括以下步骤的方法实现控制还原剂的供给，包括利用过程设备的负载与通到选择性催化还原反应器的NOx的质量流量之间的关系，以便估计所述至少一个预定参数的相关值，使得过程设备的估计的负载可转换成通到选择性催化还原反应器的NOx的预期的质量流量，使得基于NOx的质量流量，可调节所述还原剂的剂量。本发明的这一所述方法的一个优点在于其提供了随后将到达SCR反应器的NOx的入口量的变化的早期警告。因而，控制系统可对NOx的入口量的即将到来的变化作出反应， 且因此针对即将到来的NOx的入口量的那些变化准备SCR反应器。总是会存在一些与存在于氨供应系统中的阀、管道等的运行相关联的时间延迟。因此，通过提供这样一种早期警告，由此可能补偿这样的时间延迟，使得规定的量的还原剂的供应可在时间上准确地与对应的NOx入口量匹配。
根据本发明的另一个实施例，过程设备的负载与通到选择性催化还原反应器的 NOx的质量流量之间的所述关系包括数学模型，该数学模型是过程设备的负载与通到选择性催化还原反应器的NOx的质量流量之间的关系的近似。本发明的所述另一个实施例的一个优点是测量过程设备的负载，或者获得指示过程设备的负载的信号，使得可能获得NOx 的入口量的准确指示，使得控制系统可相应地准确地控制还原剂到SCR反应器的供应。根据本发明的又一个实施例，在前馈模式中使用过程设备的负载，以便由此控制通到选择性催化还原反应器的所述还原剂的剂量。本发明的所述又一个实施例的一个优点在于在非常早期的阶段时检测NOx的入口量的变化，这使得控制系统不仅可能解决定剂量系统中的时间延迟，而且还解决SCR催化器对其做出的缓慢响应-诸如，例如，当存在增加的NOx入口量时，通过利用控制还原剂的供应的首先提到的方法(来解决)。根据说明书和权利要求书，本发明的另外的目的和特征将显而易见。
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中图1是燃煤的动力设备的示意性侧视图。图2是示出了典型的SCR催化器的行为的示意图；图3是示出了通过根据本发明的一个实施例的方法控制氨的供应来操作SCR反应器的结果的示意图；图4是示出了根据现有技术方法操作SCR反应器的结果的示意图；图5是示出了动力设备的负载与所产生的NOx的对应的量之间的关系的示意图。
具体实施例方式图1是动力设备1的示意性侧视示。动力设备1包括燃煤锅炉2。在燃煤锅炉2中，煤在存在空气的情况下燃烧，产生烟道气，烟道气经由管道4离开燃煤锅炉2。管道 4将烟道气传送到氨喷射系统6。在氨喷射系统6中，气态氨NH3添加到烟道气，并且与烟道气完全地混合。气态氨从氨供应系统8供应到氨喷射系统6。烟道气经由管道10离开氨喷射系统6，并且被传送到选择性催化还原(SCR)反应器12。SCR反应器12包括SCR-催化器的一个或多个连续层14。该SCR催化器包括催化活性成分，诸如五氧化二钒或者三氧化钨，其被施用到陶瓷载体材料上，以便构成例如蜂窝结构或者板结构。在SCR反应器12中， 烟道气中的氮氧化物NOx与借助于氨喷射系统6喷射到烟道气中的氨反应而形成氮气N2。 烟道气然后经由管道16离开SCR-反应器12，且然后经由烟囱18排放到环境中。将了解， 动力设备1可包括另外的气体清洁装置，诸如颗粒去除器，诸如静电除尘器，以及诸如湿式洗涤器。为了保持附图中的示意清楚，在图1中没有显示这样的装置。第一 NOx分析器20起作用来测量管道4中一即刚刚在锅炉2之后以及在SCR反应器12的上游一的NOx的量。第二 NOx分析器22起作用来测量管道16中一即在SCR反应器 12的下游一的NOx的量。第一控制器M从第一 NOx分析器20和第二 NOx分析器22接收输入，如图1中所示。基于该输入，第一控制器M计算当前的NOx去除效率。计算出的当前的NOx去除效率与NOx去除设定值比较。这可借助于包括在第一控制器M中的PID-控制器来完成。第一控制器M例如借助于所述PID控制器来计算氨的流量的设定值，并且将
8关于氨的这种流量的信息发送到第二控制器26。负载传感器观起作用来感测锅炉2的负载。这种负载可关于例如燃料的量-诸如传送到锅炉2的煤的吨/小时-来表示。负载传感器观使得信号被发送到第二控制器 26。来自负载传感器观的该信号指示锅炉2上的负载，并且由于锅炉2位于SCR反应器12 的上游，其是前馈信号，该前馈信号指示将在不远的将来影响SCR反应器12的锅炉2上的负载。将了解，负载传感器观可给出SCR反应器12将会暴露于的NOx的量的更多或者更少的早期警告。例如，如果负载传感器观测量对锅炉2的当前的燃料供应，则对第二控制器26指示的锅炉2上的负载是SCR反应器12将在几分钟之内暴露于的负载。另一方面， 如果负载传感器观感测例如对锅炉2的燃料供应的设定值，则从负载传感器观发送到第二控制器沈的负载信号对应于SCR反应器12将在若干分钟或者甚至小时之内要暴露于的 NOx的量。第二控制器沈考虑锅炉2上的负载(如由负载传感器28测得)，并且基于锅炉2 上的负载调节第一控制器M计算出的氨的流量的设定值。将锅炉2上的负载考虑在内的氨的流量的经调节的设定值被发送到氨供应系统8，其然后将氨供应到氨喷射系统6。作为可选方案，可提供氨逃逸分析器30。如图1所示的氨逃逸分析器30设计为以便起作用来测量气体管道16中-即SCR反应器12下游-的氨的浓度。氨逃逸分析器30 使得信号被发送到第一控制器24。响应于其接收这种信号，第一控制器M可调节氨的流量的设定值，以为了避免来自SCR反应器12的太大的氨逃逸。可将第一控制器M的策略选择为这样一种策略，其中，NOx的去除效率最大化直到氨的某一最大逃逸，后者由氨逃逸分析器30测量。当如由氨逃逸分析器30确定的测得的氨逃逸达到最大氨逃逸值时，第一控制器M以不超过该最大氨逃逸值的方式控制氨的流量的设定值。其它控制策略也是可行的，例如保持一定的出口 NOx量直至一定的氨逃逸的策略，后者由氨逃逸分析器30测得。图2以示意的方式示出了所发现的、典型的SCR催化器起作用的方式。典型的SCR 催化器可包括五氧化二钒V2O5和/或三氧化钨WO3,作为添加到陶瓷基材料-诸如，例如，蜂窝陶瓷载体-的活性成分。在T = O时，不存在还原剂的供应，后者(还原剂)优选为通到SCR催化器的氨NH3 的形式。因而，在T = O时，通到SCR催化器的入口的NOx的浓度(由图2中的标有〃 NOx 入口"的曲线描绘)基本上等于来自SCR催化器的出口的NOx的浓度(由图2中标有"NOx 出口"的曲线描绘)。在Tl时，启动了氨的供应。图2以阶梯的形式示出了如何启动氨的这种供应，后者(氨供应)由图2中标有"NH3入口"的曲线描绘。如可从图2中看出，由标有"NOx出口"的曲线所描绘的出口 NOx在Tl之后开始缓慢降低。认为该缓慢降低的原因是因为SCR催化器包括许多活性部位。因而，在启动对SCR催化器供应氨时，所有这些活性部位都是空的。因而，在其中这些活性部位中的足够数量的活性部位变得填充有氨的过程期间，SCR催化器的降低NOx的浓度的能力逐渐提高。此后，在时间T2时，当SCR催化器的活性部位中的足够数量的活性部位已经变得填充有氨时，NOx的还原就可以期望的效率来进行。继续，在时间T3时，以阶梯的形式，停止对SCR催化器的氨供应。如参照图2将最佳地理解的，由图2中标有"NOx出口"的曲线所描绘的NOx的出口浓度在时间T3之后开始增加，但该增加是非常缓慢的，特别是刚刚在时间T3之后。该比较缓慢的增加的原因看起来是因为在时间T3时SCR催化器的许多活性部位填充有氨。因此，即便是在T3时氨的供应停止之后，SCR催化器仍在很长一段时间内保持其还原NOx的能力。如参照图2将容易地理解的，直到时间T4，SCR催化器之后的NOx的浓度(如其中由标有〃 NOx出口〃的曲线所描绘的)才会达到与NOx的入口浓度相同的水平，NOx的入口浓度在其中由标有"NOx 入口"的曲线描绘。从Tl到T2以及从T3到T4的时间可典型地在30分钟的范围内，但是此时间可取决于诸如(例如)催化器的类型、烟道气温度、NOx的量等的因素而显著地变化。因此，通过参照图2，将容易显而易见的是，在SCR催化器的还原NOx的能力已经充分地建立之前，SCR催化器看起来在启动对它供应氨之后需要很长一段时间。此外，看起来似乎SCR催化器在氨的供应停止后会保持其还原NOx的能力很长一段时间。因此，SCR催化器具有在其活性部位上存储还原剂-即氨的能力。基于此观察，根据本发明，开发了一种控制对SCR催化器的氨的供应的高效的方式。将在下文中详细描述的此控制方法能够例如在第二控制器沈中实现，以用于控制从氨供应系统8供应到SCR反应器12 (将发现其在附图的图1中示出)的上游的位置处的氨喷射系统6的诸如氨的还原剂的量的目的。根据本发明的该控制方法包括以下步骤估计指示通到SCR催化器的入口处的 NOx的量的参数的增加率。此估计可基于以规则的时间间隔对SCR催化器的入口处的NOx 浓度进行的例如以PPm为单位的测量。这样，估计在SCR催化器的入口处NOx浓度以何种速率增加是可行的。例如，如果在一种情况下，在SCR催化器的入口的上游的位置处的NOx 浓度测得为230ppm，而三(3)分钟之后，SCR催化器的入口的上游的同一位置的NOx浓度测得为260ppm，则在SCR催化器的入口的上游的此位置测得的NOx浓度的增加率可估计为 (260-230)/3 = IOppm/分钟。这种计算指示了 SCR催化器的入口的上游的此位置处测得的 NOx的浓度的增加率。为了进一步提高对SCR催化器的入口处的NOx浓度的估计的精度，优选的是使用从负载传感器观得到的锅炉负载信号来计算NOx的量的增加率，而不是仅仅计算NOx浓度的增加率。基于从负载传感器观提供的锅炉负载信号以及来自第一 NOx分析器20的测得的NOx浓度，之后变为可行的是计算SCR催化器的入口处存在的NOx的量的变化。例如，如果SCR催化器的入口处的NOx的量在一种情况下测得为30kg/小时，而随后在3分钟之后， 其测得为36kg/小时，则SCR催化器的入口处的NOx的增加率可估计为(36-30)/3 = 2kg/ 小时每分钟。基本上，以上给出的SCR催化器的入口处的NOx的增加率的实例对应于所述的时间间隔处的SCR催化器的入口处的NOx浓度的导数。将了解，在不偏离本发明的实质的情况下，第二控制器26同样可制造为起作用以用于连续地计算基于来自第一 NOx分析器20 和/或负载传感器观的输入的导数值的目的。SCR催化器的入口处的该估计的NOx的增加率与上限值进行比较。这种上限值可为例如20ppm/分钟或者4kg/小时每分钟。如果SCR催化器的入口处的估计的NOx的增加率保持低于上限值，则第二控制器观起作用来尝试通过使得在氨供应中提供类似的增加来匹配SCR催化器的入口处的NOx浓度的增加。实现这种匹配本身是已知的。但是，如果 SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率超过了确立的上限值，更确切的说，如果例如SCR 催化器的入口处的NOx的量的增加率达到^g/小时每分钟，则例如氨的所述还原剂的量将被增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。也就是说，例如，如果SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率将估计出为^g/小时每分钟(其将超过所确立的4kg/小时每分钟的上限值)，则SCR催化器的入口处的NOx的量的当前值为36kg/小时，然后可由第二控制器沈把将要供应的氨的量的设定值设定为对应于例如50kg/小时的NOx的氨的量。因而，当SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率超过它的所确立的上限值时，第二控制器观就起作用来使得提供这样的氨的供应该氨的供应大于否则将针对NOx的当前的量所供应(在所述当前的NOx的量将要在一段较长的时间保持恒定时的情况下)的氨的量。换句话说，在完全恒定的情况下，SCR催化器的入口处的NOx的36kg/h的量将需要供应)(kg/h的氨。然而，当SCR催化器的入口处的NOx的量的估计的增加率变得大于其确立的上限值时，所供应的氨的量就被增加到更高的值，诸如，例如，X+10kg/h，以便由此实现供应的氨的量的关于其实际测量的值-即36kg/h的NOx-的" 过量"。这一更多的氨供应之后通过这样来补偿将供应的氨的量降低到其与基于SCR催化器的入口处的当前的NOx的量需要供应的氨的量相对应的量以下。根据本发明的这种方法，SCR催化器的入口处的NOx的量的增加因而通过以下方式来解决首先将供应的氨的量增加到高于基于SCR催化器的入口处的当前NOx的量所需要的量(在SCR催化器的入口处的所述NOx的量将保持恒定时的情况下)，以及然后通过使供应的氨的量降低多于基于SCR 催化器的入口处的当前NOx的量将需要的量来进行补偿。因而，根据本发明的方法结合了供应早期的"过高"的量的氨以及随后供应"修正"量的氨。已经发现根据本发明的方法的步骤的这种结合在控制SCR催化器的入口处的 NOx的量迅速增加的情形时非常高效。认为其原因在于这一事实即，如参照图2最佳地理解的，SCR催化器对供应的氨的量的变化作出反应时非常缓慢。通过供应"过高"的量的氨，大量的氨迅速供应到SCR催化器，以便迅速填充其可用的活性部位。因而，使SCR催化器迅速进入这种状态其中，其可还原在SCR催化器的入口处提供的增加的NOx的量的大部分。通过供应"修正"量的氨，由此避免了 SCR催化器可能变得过渡填充氨的可能性，过渡填充氨将继而导致存在不希望的量的氨逃逸。因此，根据本发明的方法能够抵消缓慢响应 (其因此用来表征SCR催化器的操作)的问题。之前已经描述了根据本发明的方法，供应"过高"的量的氨的步骤与供应"修正"的量的氨的步骤的结合通过SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率超过其某一确立的上限值来触发。这种确立的上限值的设定对于各个设备而言是单独的，并且可基于对于单独的动力设备1而言特定的若干个设备因素来确定。这样的因素的实例以例示的方式包括但不限于SCR催化器的入口处的NOx的量变化的方式，关于SCR催化器的出口处的NOx浓度的要求，关于离开SCR催化器的出口的氨的量(即通常被称为氨逃逸的量)的要求，SCR 催化器的量和类型等等。将了解，在不脱离本发明的本质的情况下，根本不一定使用上限值，使得SCR催化器的入口处的NOx的量的任何增加将启动供应"过高"的量的氨，之后供应"修正"的量的氨。之前已经描述了根据本发明的方法，如何来解决SCR催化器的入口处的NOx的量的增加。为此，将了解，根据本发明的方法，SCR催化器的入口处的NOx的量的降低在不脱离本发明的本质的情况下可以类似的方式来解决。即，例如，SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率的下限值可确立，例如，_4kg/小时每分钟。然后当SCR催化器的入口处的NOx的量以小于_4kg/小时每分钟的增加率降低时，使得氨的供应降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。可认为这种行为是供应"不足"量的氨。根据本发明的方法，这样来供应"不足"量的氨之后则是供应"修正"量的氨。图3以示意性的方式示出了本发明的方法的效果(如上文所描述的，当应用于图1的动力设备时)。如通过参照图3将最佳地理解的，其中描绘有四条曲线标有"NOx入口"的曲线，其表示SCR反应器12的入口处的NOx的浓度；标有〃 NOx出口〃的曲线，其表示SCR 反应器12之后的NOx的浓度；标有"NH3入口"的曲线，其表示供应到氨喷射系统6的氨 (艮P，在SCR反应器12的上游供应的氨)的浓度；以及标有"NH3出口"的曲线，其表示离开SCR反应器12的氨的浓度，即氨逃逸的量。假设锅炉负载在图3所示的时段期间是恒定的，这就意味着〃 NOx入口〃曲线表示SCR催化器的入口处的NOx的量。继续参照附图的图3，如参照其看到的，在时间Tl时，SCR催化器的入口处的NOx 的浓度开始增加。SCR催化器的入口处的NOx的该增加的量由第一 NOx分析器20感测，使得SCR催化器的入口处的NOx的该增加的量实现第一控制器M和第二控制器沈的触发， 由此，通到氨喷射系统6的氨的供应增加。进一步参照图3，如参照该图看到的，在时间T2 时，确定了如由第二控制器26估计的SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率比它的确立的上限值更高。由于这一事实的确定，第二控制器沈使得实现从氨供应系统8供应到氨喷射系统6的氨的量的大的增加。该增加在图3中描绘为刚好在T2之后的"NH3入口"曲线的急剧增加。将容易地了解，由刚好在T2之后的"NH3入口"曲线描绘的SCR催化器的入口处的氨的量大于在那个特定的时间点处在"NOx入口"处将需要的量。在"NH3入口" 曲线的急剧增加(其有效地包括供应"过高"量的氨)之后，进行修正，该修正在图3中描绘。继续，在时间T3之后，SCR催化器的入口处的NOx的浓度稳定在新的水平处，而SCR催化器的入口处的氨的量类似地变得稳定在与SCR催化器的入口处的NOx的新的水平相对应的水平处。进一步参照图3，如可从中看出，在时间T4时，SCR催化器的入口处的NOx的浓度开始降低。SCR催化器的入口处的NOx的该降低的量由第一 NOx分析器20感测，其转而触发第一控制器M和第二控制器沈，使得后者可操作来降低对氨喷射系统6的氨供应。继续，如可从图3中看出的，在时间T5时，将认为如由第二控制器古计的SCR催化器的入口处的NOx的量的增加率低于确立的下限值。基于这一事实，第二控制器沈起作用来启动从氨供应系统8供应到氨喷射系统6的氨的量的大的降低。所供应的氨的量的这种降低在图3中描绘为刚刚在图3中在标有T5的点之后的标有"NH3入口"曲线的曲线中的急剧降低。在此急剧降低(其表示供应"不足"量的氨)之后，进行修正，如参照图3最佳地看到的。如参照图3可看到的，在时间T6之后，SCR催化器的入口处的NOx的浓度变得稳定在新的水平处，且SCR催化器的入口处的氨的量变得稳定在与SCR催化器的入口处的NOx的该新的水平相对应的水平处。如通过参照图3将最佳地理解的，其中由曲线“NOx出口丨‘表示的SCR催化器的出口处的NOx的浓度描绘了 SCR催化器的出口处的NOx的浓度在开始于T2而结束于T6的时间段期间的较小的增加，这又对应于在同一时间段期间的SCR催化器的入口处的NOx的增加的量。在图3中表示为曲线"NH3出口"的SCR催化器的出口处的氨的浓度在整个同一时间段期间保持非常低。因而，根据在上文所描述的本发明的方法(其包括在SCR催化器的入口处的NOx的量增加时利用供应"过高"量的氨与实现关于其所进行的修正相结合的步骤，以及在SCR催化器的入口处的NOx的量降低时利用供应"不足“量的氨与实现关于其所进行的修正相结合的步骤)使得能够在SCR催化器的出口处具有低NOx浓度，而且同样在其中SCR催化器的入口处的NOx的量改变的情况下在SCR催化器的出口处具有低 NH3浓度。在图4中，示意性地示出了根据现有技术的方法的操作模式。如参照图4最佳地理解的，SCR催化器的入口处的NOx的量类似于图3中所示的量，且因此，在图4中标有〃 NOx 入口"的曲线与在图3中标有"NOx入口"的曲线相同。进一步参照图4，可参照该图容易地看出，在Tl处，SCR催化器的入口处的NOx的量开始增加。该现有技术方法采用非常保守的措施，且因此在图4中由曲线"NH3入口"表示的SCR催化器的入口处的氨的量并不描绘增加，直到检测到SCR催化器的入口处的NOx的量增加之后很长一段时间为止。如在图4 中可看到的，在T3时，SCR催化器的入口处的NOx的量实现稳定的水平。然而，图4中的标有"NH3入口"的曲线在其中标有T3的点之后继续描绘增加。这可助长在图4中描绘的现有技术方法中所采用的控制系统的缓慢响应。继续，如参看图4看到的，在T4时，SCR催化器的入口处的NOx的量开始降低。再次，在图4中所描绘的现有技术控制方法导致非常缓慢的响应，这意味着其中表示为"NH3入口"的曲线在启动其降低之前继续保持较高很长一段时间。如图4中描绘，在T6处，当SCR催化器的入口处的NOx的量达到稳定的水平时， 在其中表示为"NH3入口"的曲线仍然在降低。图4中所示出的现有技术方法的缓慢响应所产生的影响可从图4与图3的比较中容易地看出。例如，根据图4的参照容易显而易见的是，由图4中的曲线"NOx出口"所表示的SCR催化器的出口处的NOx的量在Tl之后非常迅速地增加，并且在T3处达到峰值。因而，对现有技术方法的Tl处的增加的NOx浓度的缓慢响应导致NOx排放的增加。此外，通过参照图4，还容易理解，由图4中的曲线"NH3出口 “所表示的SCR催化器的出口处的NH3的量在T4之后非常迅速地增加，并且在T6处到达峰值。因而，对在图4中所描绘的根据现有技术的方法的T4处的降低的NOx浓度的缓慢响应导致氨的逃逸的量增加。另一方面，图3中所描绘的本方法并未显示在SCR催化器的出口处的NOx或者SCR催化器的出口处的NH3的这样的峰值。这样，因而可看到，根据本发明的方法提供了控制以这样的方式将诸如氨的还原剂供应到SCR反应器的方法在NOx的量在SCR催化器的入口处改变时，可避免SCR催化器的出口处的NOx和/或SCR催化器的出口处的NH3的峰值。图5是示意图，其示出了氨的供应的控制可根据本发明而进一步改进所采用的方式。为此，图5的图示以燃料的吨/小时为单位在χ-轴上示出了图1的锅炉2上的负载。 图5中的示意图的y轴以kg/h为单位示出了 SCR催化器的入口处的对应的NOx的量。图5 中的虚线表示示意性测量结果，其中锅炉2上的负载已借助于图1中所示的负载传感器观而测出，SCR催化器的入口处的NOx的量已经从第一 NOx分析器20测量的SCR催化器的入口处的NOx浓度的对应的测量结果和烟道气流量测量结果计算出来。图5中的实线表示的是表示测量结果的分段式线性曲线。这种分段式线性曲线用作数学模型，使得可由此以前馈的方式控制氨的供应。例如，数学模型可在图1的第二控制器沈中实现，使得第二控制器沈从负载传感器28接收关于锅炉2上的当前的负载的信息。将容易地理解，因为SCR反应器12位于锅炉2的下游，锅炉2上的当前的负载指示将由SCR反应器12看到的未来的负载。因而，第二控制器26然后可利用该数学模型-即图5中所示的分段式线性曲线-来计算SCR催化器的入口处的在接下来的几分钟之内可预期的以kg/h表示的NOx的量。这样，则可以前馈方式且基于图5中所描绘的数学模型利用第二控制器26，以用于控制从氨供应系统8到氨喷射系统6的氨的供应的目的。将容易理解，由第二控制器沈基于图5中所描绘的数学模型计算出的SCR催化器的入口处的NOx的量，将通常对应于将典型地在5到300秒内到达 SCR反应器12的入口的NOx的量。然而，还将可行的是在不脱离本发明的本质的情况下将锅炉负载设定值信号从中央锅炉控制系统传递到第二控制器26，以便提供负载变化的更多的早期警告。在这样的后一种情况下，可使得第二控制器26接收关于将在接下来的30分钟左右所期待的锅炉2上的负载的信息。将了解，本发明的以上所述的实施例的许多变型在所附的权利要求的范围内都是可行的。例如，以上描述了根据本发明的优选实施例，还原剂是氨NH3。然而，根据现有技术本身已知的是采用不同的方式来在选择性催化还原(SCR)应用中将还原剂分配到烟道气。 例如，还原剂可作为加压的NH3气来分配，作为NH3水溶液来分配，作为尿素的水溶液来分配，作为固态的或者熔融的液体形式的纯尿素来分配，作为由尿素源或者由另一种固体氨源(诸如氨基甲酸铵)所产生的NH3来分配。因此，在现有技术中对于涉及NOx去除的SCR 所使用的还原剂也可在不脱离本发明的本质的情况下使用。之前，已经描述了根据本发明的控制方法涉及在SCR催化器的入口处的NOx的增加率是正的时-即SCR催化器的入口处的NOx的量增加时供应"过高"的量的氨的步骤， 以及在SCR催化器的入口处的NOx的增加率是负的-即当SCR催化器的入口处的NOx的量降低时供应"不足"量的氨的步骤。将容易地理解，在不脱离本发明的本质的情况下，可使用这样的方法，其中仅采用这些步骤中的一个步骤。例如，本发明的方法的第一备选方案可包括当SCR催化器的入口处的NOx的增加率是正的时供应"过高"的量的氨的步骤，而不包括当SCR催化器的入口处的NOx的增加率是负的时供应"不足"量的氨的步骤。本发明的方法的这种备选方案可在对NOx去除存在大量的关注但是对氨逃逸有很少的关注的情况下使用。本发明的方法的第二备选方案可包括在SCR催化器的入口处的NOx的增加率是负的时供应"不足"量的氨的步骤，而不包括在SCR催化器的入口处的NOx的增加率是正的时供应"过高"量的氨的步骤。本发明的方法的这种第二备选方案可在对保持诸如氨的还原剂的逃逸的量处于较低水平存在大量的关注，但是对于关于NOx去除方面的效率有很少的关注时使用。之前已经描述了本发明可应用于燃煤锅炉形式的过程设备。将了解，本发明也可应用于其它类型的过程设备，包括燃烧油、油页岩、气体、废料材料等的热动力设备。虽然已经在本文中显示和描述了本发明的若干实施例以及变化，但将了解，本领域技术人员仍可容易地对其做出一些修改(其中一些在上文中已提及)。因此，所附的权利要求意图将包括本文中所提及的修改以及落在本发明的真实精神和范围内的所有其它修改。
权利要求
1.一种控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到选择性催化还原反应器的方法，该选择性催化还原反应器起作用来从诸如燃烧设备或者焚化设备的过程设备的过程气体中去除 NOx，控制还原剂的供给的所述方法包括以下步骤估计指示需要在选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的NOx的量的至少一个预定参数的当前值，估计所述至少一个预定参数的增加率，当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是正的时，使所述还原剂的被供应的量增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是负的时，将所述还原剂的被供应的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤比较所述至少一个预定参数的所述估计的增加率与其上限值，以及当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率超过其所述上限值时，将所述还原剂的被供应的量增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤比较所述至少一个预定参数的所述估计的增加率与其下限值，以及当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率低于其所述下限值时，将所述还原剂的被供应的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个预定参数包括选择性催化还原反应器的上游的位置处的过程气体中的NOx的质量流量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个预定参数表示所述过程设备上的负载。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制还原剂的供给包括以下步骤 采用所述过程设备上的负载与所述选择性催化还原反应器的上游的位置处的NOx的质量流量之间的关系，使得所述过程设备上的负载的测量结果可转变成通到所述选择性催化还原反应器的上游的所述位置的NOx的期望的质量流量，使得基于通到所述选择性催化还原反应器的上游的所述位置的NOx的所述期望的质量流量，可以调节所供应的所述还原剂的量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用所述过程设备上的负载与通到所述选择性催化还原反应器的上游的位置的NOx的对应的质量流量之间的关系的数学模型。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在前馈模式中采用所述至少一个预定参数以用于控制所供应的还原剂的量。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的在所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是正的时将所供应的所述还原剂的量增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值的效果，随后在所供应的还原剂的量已经过量供应时，通过将所供应的所述还原剂的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值而被补偿。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计所述至少一个预定参数的增加率包括计算所述至少一个预定参数的导数的步骤。
12.—种控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到选择性催化还原反应器的方法，该选择性催化还原反应器起作用来从诸如燃烧设备或者焚化设备的过程设备的过程气体中去除NOx，控制还原剂的供给的所述方法包括以下步骤估计指示需要在所述选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的NOx的量的至少一个预定参数的当前值，估计所述至少一个预定参数的增加率，当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是负的时，将所述还原剂的被供应的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤比较所述至少一个预定参数的所述估计的增加率与其下限值，以及当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率低于其所述下限值时，将所述还原剂的所供应的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。
14.一种控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到选择性催化还原反应器的装置，该选择性催化还原反应器起作用来从诸如燃烧设备或者焚化设备的过程设备的过程气体中去除NOx，所述控制还原剂的供给包括估计指示需要在所述选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的NOx的量的至少一个预定参数的当前值，用于控制的所述装置包括控制器，所述控制器起作用以用于以下目的估计所述至少一个预定参数的增加率，以及当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是正的时，将所述还原剂的被供应的量增加至与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制器进一步起作用，以便在所述至少一个预定参数的所述估计的增加率是负的时，将所述还原剂的被供应的量降低到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更低的值。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述控制器进一步起作用来比较所述至少一个预定参数的所述估计的增加率与其上限值，以及当所述至少一个预定参数的所述估计的增加率超过其所述上限值时，使所述还原剂的被供应的量增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。
17.—种控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到选择性催化还原反应器的方法，该选择性催化还原反应器起作用来从诸如燃烧设备或者焚化设备的过程设备的过程气体中去除NOx，控制还原剂的供给的所述方法包括以下步骤估计指示需要在选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的NOx的量的至少一个预定参数的相关值，采用所述过程设备上的负载与选择性催化还原反应器的上游的位置处的NOx的质量流量之间的关系，以用于以下目的估计所述至少一个预定参数的相关值，使得所述过程设备上的负载的估计可转换成通到所述选择性催化还原反应器上游的所述位置的NOx的期望的质量流量，使得基于通到所述选择性催化还原反应器的上游的所述位置的NOx的所述期望的质量流量，可以调节供应的所述还原剂的量。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述过程设备上的负载与所述选择性催化还原反应器的上游的所述位置处的NOx的质量流量之间的所述关系包括数学模型，所述数学模型是所述过程设备上的负载与所述选择性催化还原反应器的上游的所述位置处的NOx的质量流量之间的关系的近似。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在前馈模式中采用所述过程设备上的负载，以用于控制被供应到所述选择性催化还原反应器的所述还原剂的量的目的。
全文摘要
一种控制将诸如尿素或者氨的还原剂供给到起作用来从过程设备(1)的过程气体中去除NOx的选择性催化还原反应器(12)的方法，包括以下步骤估计指示需要在选择性催化还原反应器中从所述过程气体中去除的NOx的量的至少一个预定参数的当前值。然后估计所述至少一个预定参数的增加率。当发现所述至少一个预定参数的所述估计的增加率为正的时，将所供应的所述还原剂的量增加到与如果所述至少一个预定参数在其估计的当前值处保持恒定时的情况相比更高的值。
文档编号B01D53/86GK102292142SQ200980155369
公开日2011年12月21日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年11月20日
发明者D·P·范德维恩, S·A·博伊登 申请人:阿尔斯通技术有限公司