一种还原剂分配调节系统的制作方法

本实用新型涉及火电厂烟气处理技术领域，尤其涉及一种还原剂分配调节系统。

背景技术：

当前，我国环境治理任务艰巨，国家超低排放正在扩围提速，节能减排要求日益严格。根据国家发改委、能源局、环保部下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》及《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的相关要求，燃煤电厂烟气NOx排放浓度应控制在50mg/Nm3以下，而不同燃煤煤种及不同锅炉炉型NOx排放水平有所不同(一般在300-500mg/Nm3，W火焰炉甚至可以达到1000mg/Nm3)，且SCR入口的NOx浓度场随时间和负荷变化很大。要实现90％以上的高脱硝效率，对SCR入口烟气的氨氮混合偏差提出非常严格的要求。

早期的SCR系统脱硝效率一般设计在60％-80％范围，效率要求不高，SCR还原剂分配系统一般采用常规的喷氨格栅或者涡流混合板，且在机组调试期间根据满负荷SCR入口NOx浓度分布情况进行调平后，投运期间一般维持不变，还原剂供应仅仅根据SCR出入口浓度对喷氨调节阀门进行调节。

实际上，随着时间、负荷、燃烧状态的变化，速度场和NOx浓度场也会发生明显变化，由于NOx的允许排放浓度较高，脱硝效率较低，机组负荷波动或者燃烧工况变化引起的入口NOx浓度场和速度场的变化一般不会对总体脱硝效率造成太大的影响，但是目前状况下氨逃逸已经对空预器的运行造成了很大压力。在超低排放工况下，由于NOx的允许排放浓度大大降低，现有的还原剂分配系统难以达到要求的高脱硝效率，同时还会导致氨逃逸严重超标，影响机组的正常运行。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种还原剂分配调节系统，用以解决现有的还原剂分配系统难以达到要求的高脱硝效率，同时还会导致氨逃逸严重超标的问题，其技术方案如下：

一种还原剂分配调节系统，包括：

对SCR入口烟道截面进行分布式取样，并测量分布式取样点的取样气体的NOx浓度数据，获得SCR入口NOx浓度场数据的分布式测量系统；

与所述分布式测量系统连接，基于所述分布式测量系统测得的所述SCR入口NOx浓度场数据确定还原剂的分配调节策略的控制系统，其中，所述分配调节策略包括所述还原剂的分配调节参数；

以及，与所述控制系统连接，与所述分布式测量系统相匹配，基于所述分配调节策略对所述还原剂进行分配调节，并将分配调节结果反馈给所述控制系统，以使所述控制系统基于所述分配调节结果调整所述还原剂的分配调节策略的还原剂分配调节单元。

其中，所述分布式测量系统为对所述SCR入口烟道截面进行分时分布式取样，并测量分时分布式取样点的NOx浓度数据的分时分布式测量系统。

其中，所述分布式测量系统包括：

对所述SCR入口烟道截面进行分布式取样，获得多个分布式取样点的取样气体的取样系统；

与所述取样系统连接，通过设置的开关切换所述分布式取样点以实现不同取样点的分时测量的分时分布式开关装置；

与所述分时分布式开关装置连接，为所述分布式取样点的取样气体提供动力的取样动力单元；

以及，与所述取样动力单元连接，对所述取样动力单元送来的所述取样气体进行测量，获得所述SCR入口NOx浓度场数据的测量装置。

其中，所述测量装置包括：

通过取样泵抽取所述取样气体，并对抽取的气体进行过滤和加热的取样探头；

与所述取样探头连接，传输经所述取样探头取样、过滤和加热后的气体，并对传输的气体进行高温伴热的伴热管线；

与所述伴热管线连接，对所述伴热管线传输的气体进行冷却、干燥及过滤，获得待分析气体的预处理装置；

与所述预处理装置连接，对所述待分析气体进行NOx浓度分析的NOx分析仪；

以及，分别与所述取样探头、所述伴热管线、所述预处理装置和所述NOx分析仪连接，控制所述取样探头、所述伴热管线、所述预处理装置和所述NOx分析仪完成对所述取样气体的抽取、传输、处理及分析。

其中，所述取样动力单元包括：取样风机和取样管路，所述取样动力单元通过所述取样风机将所述分布式取样点的取样气体经所述取样管路送入所述测量装置。

其中，所述取样系统包括多个取样单元，所述取样系统通过所述多个取样单元对所述SCR入口烟道截面进行分布式取样，获得所述分布式取样点的取样气体；

所述分配调节单元包括：

与所述分布式取样的取样点数相同、基于所述分配调节策略对所述还原剂进行分配的还原剂分配单元；

以及，与所述还原剂分配单元的数量相同、基于所述分配调节策略对所述还原剂的供应量进行调节的还原剂调节单元。

其中，所述还原剂调节单元为调节阀门；

所述分配调节策略中的分配调节参数包括所述调节阀门的开度。

其中，所述取样系统的取样方式为网格取样。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型提供的还原剂分配调节系统中，分布式测量系统可测量SCR入口烟道截面分布式取样点的取样气体的NOx浓度，从而获得SCR入口NOx的浓度分布数据，控制系统可基于SCR入口NOx的浓度分布数据确定还原剂的分配调节策略，还原剂分配调节单元可基于还原剂的分配调节策略对还原剂进行分配调节，控制系统还可基于分配调节结果调整分配调节策略从而使还原剂分配调节单元基于调整后的分配调节策略进一步进行调节直至调节效果最优。由此可见，本实用新型提供的还原剂分配调节系统可根据SCR入口NOx浓度场数据对还原剂进行智能分配，并对还原剂的供应量进行实时精准调节，避免了由于SCR入口污染物NOx浓度场分布不均以及工况变化导致还原剂供应量的调节无法跟踪而造成氨氮混合偏差过大，最终导致脱硝效率下降以及氨逃逸超标等现象，即本实用新型提供的还原剂分配调节系统通过对还原剂的智能分配以及实时精准调节，提高了SCR脱硝效率、降低了氨逃逸水平，同时降低了SCR还原剂的消耗量，具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统一具体实例的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统中的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种还原剂分配调节系统，请参阅图1，示出了该还原剂分配调节系统的结构示意图，可以包括：分布式测量系统101、控制系统102以及还原剂分配调节单元103。其中，分布式测量系统101与控制系统102连接，还原剂分配调节单元103也与控制系统102连接，且还原剂分配调节单元103与分布式测量系统101相匹配。

分布式测量系统101，用于对SCR入口烟道截面进行分布式取样，并测量分布式取样点的取样气体的NOx浓度数据，获得SCR入口NOx浓度场数据。

控制系统102，用于基于分布式测量系统101测得的SCR入口NOx浓度场数据确定还原剂的分配调节策略，其中，分配调节策略包括还原剂的分配调节参数。

还原剂分配调节单元103，用于基于控制系统102确定的分配调节策略对还原剂进行分配调节，并将分配调节结果反馈给控制系统102。

控制系统102，还用于基于还原剂分配调节单元103的分配调节结果调整还原剂的分配调节策略，以使还原剂分配调节单元103基于调整后的分配调节策略对还原剂供应量进行调节。

本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统中，分布式测量系统可测量SCR入口烟道截面分布式取样点的取样气体的NOx浓度，从而获得SCR入口污染物NOx的浓度分布数据，可通过控制系统可基于SCR入口污染物NOx的浓度分布数据确定还原剂的分配调节策略，进而通过还原剂分配调节单元基于还原剂的分配调节策略对还原剂进行分配调节。由此可见，本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统可根据SCR入口NOx浓度场数据对还原剂进行智能分配，并对还原剂的供应量进行实时精准调节，避免了由于SCR入口污染物NOx浓度场分布不均以及工况变化导致还原剂供应量的调节无法跟踪而造成氨氮混合偏差过大，最终导致脱硝效率下降以及氨逃逸超标等现象，即本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统通过对还原剂的智能分配以及对还原剂的实时精准调节，提高SCR脱硝效率、降低了氨逃逸水平，同时降低了SCR还原剂的消耗量，具有良好的经济效益和环境效益。

请参阅图2，示出了本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统的一具体实例的结构示意图，可以包括：分时分布式测量系统201、控制系统202以及还原剂分配调节单元203。其中，分时分布式测量系统201与控制系统202连接，还原剂分配调节单元203也与控制系统202连接。

分时分布式测量系统201，用于对SCR入口烟道截面进行分时分布式取样，并测量分时分布式取样点的NOx浓度数据，获得SCR入口NOx浓度场数据确。

从图2可以看出，分时分布式测量系统201进一步可以包括：取样系统2011、分时分布式开关装置2012、取样动力单元2013以及测量装置2014。其中，取样系统2011与分时分布式开关装置2012连接，分时分布式开关装置2012与取样动力单元2013连接，取样动力单元2013与测量装置2014连接。

取样系统2011，用于对SCR入口烟道截面进行分布式取样，获得多个分布式取样点的取样气体。

在本实施例中，取样系统2011为分布式取样系统，分布式取样系统的取样方式可以为网格取样。如图2所示，取样系统2011包括多个取样单元，取样系统2011通过多个取样单元对SCR入口烟道截面进行分布式取样，从而获得分布式取样点的取样气体。

分时分布式开关装置2012，用于通过设置的开关切换分布式取样点以实现不同取样点的分时测量。

在本实施例中，分时分布式开关装置2012中包括多个开关，每个开关对应一取样点，示例性的，分布式取样点为4个，分别为取样点1、取样点2、取样点3和取样点4，假设每个取样点的取样时间为3分钟，且只采用1个测量装置进行测量，则通过开关实现4个取样点的分时取样的过程为：将与取样点1对应的开关打开，将其它取样点对应的开关闭合，对取样点1进行取样，在对取样点1取样3分钟后，关闭取样点1对应的开关，打开取样点2对应的开关，对取样点2取样3分钟，然后关闭取样点2对应的开关，打开取样点3对应的开关，对取样点3取样3分钟，然后关闭取样点3对应的开关，打开取样点4对应的开关，对取样点4取样3分钟，然后关闭取样点4对应的开关，整个分时取样过程总共耗时12分钟。

由上述分时取样的过程可知，本实用新型实施例通过开关的切换实现分布式取样点的切换，从而实现对多个分布式取样点的分时取样，进而实现对多个分布式测量点的测量(即，在一个可接受的时段内实现对多个分布式测量点的测量)，这种测量策略使得，只使用一台测量装置即可实现对SCR入口NOx浓度场数据的测量，由此可见，对分布式测量点进行分时测量的策略使得系统中测量装置的数量减少，降低了测量成本。

取样动力单元2013，用于为分布式取样点的取样气体提供动力。

具体的，取样动力单元2013可以包括：取样风机和取样管路。取样动力单元通过取样风机将分布式取样点的取样气体经取样管路送入测量装置。

需要说明的是，取样风机的应满足系统分时取样的要求，取样风机的风机流量应保证在预设的取样时间内完成取样管路内取样气体的置换。

测量装置2014，用于对取样动力单元送来的取样气体进行测量，获得SCR入口NOx浓度场数据。

更进一步地，请参阅图3，示出了测量装置2014的结构示意图，可以包括：取样探头301、伴热管线302、预处理装置303、NOx分析仪304和控制器305。其中，取样探头301与伴热管线302连接，伴热管线302与预处理装置303连接，预处理装置303与NOx分析仪304连接，取样探头301、伴热管线302、预处理装置303、NOx分析仪304分别与控制器305连接。

取样探头301，用于通过取样泵抽取取样气体，并对抽取的气体进行过滤和加热。

其中，对抽取的气体进行过滤的目的是除去气体中的粉尘，对过滤后的气体进行加热的目的是减少气体在传输过程中NOx浓度的损失。

伴热管线302，用于传输经取样探头301取样、过滤和加热后的气体，并对传输的气体进行高温伴热。

其中，对传输气体进行高温伴热的目的同样为减少气体在传输过程中NOx浓度的损失。

预处理装置303，用于对伴热管线302传输的气体进行冷却、干燥及过滤，获得待分析气体。

其中，对传输的气体进行过滤的目的是进一步除去气体中的粉尘等杂质。

NOx分析仪304，用于对预处理装置303处理得到的待分析气体进行NOx浓度分析，获得SCR入口NOx浓度场数据。

控制器305，用于控制取样探头301、伴热管线302、预处理装置303和NOx分析仪304完成对取样气体的抽取、传输、处理及分析。

控制系统202，用于基于分时分布式测量系统201测得的SCR入口NOx浓度场数据确定还原剂的分配调节参数，向还原剂分配调节单元203发送包括分配调节参数的分配调节指令。

还原剂分配调节单元203，用于基于控制系统202发送的分配调节指令对还原剂进行分配调节，并将分配调节结果反馈给控制系统202。

进一步地，还原剂分配调节系统203可以包括：与分布式取样的取样点数相同、基于分配调节指令对还原剂进行分配的还原剂分配单元，以及，与还原剂分配单元的数量相同、基于分配调节指令对还原剂的供应量进行调节的还原剂调节单元。

在一种可能的实现方式中，还原剂调节单元可以为调节阀门。控制系统确定的分配调节参数中包括调节阀门的开度，通过对调节阀门的开度进行调节即实现了对还原剂供应量的调节。

控制系统202，还用于基于还原剂分配调节单元203的分配调节结果调整还原剂的分配调节参数，以使还原剂分配调节单元203基于调整后的分配调节参数对还原剂供应量进行调节。

需要说明的是，控制系统202是整个还原剂分配调节系统的控制中枢，其在获得分时分布式测量系统201测得到SCR入口NOx浓度场数据后，基于该数据计算还原剂的分配调节参数，具体的，控制系统202基于SCR入口NOx浓度场数据计算出还原剂分配总流量，进而输出总量调节阀指令，基于SCR入口NOx浓度场数据计算各个调节阀门的开度，并输出对应的阀门开度调节指令，还原剂分配调节单元202接受指令后执行开度动作，并反馈调节结果至控制系统，控制系统根据调节结果如脱硝效率等信息通过自主学习进一步优化控制逻辑，实现最优控制，进而实现对SCR系统的精细化调节。

下面通过一具体示例对控制系统的控制过程进行说明：一个6米×8米的反应器或者烟道空间，如果按照每个催化剂模块覆盖范围为2米×2米，则系统应设置3×4共计12个催化剂模块，相应，分时分布式测量系统也应设置12个取样点，如果每台测量装置实现对6个取样点的分时分布式测量，则设置2台测量装置可满足要求，如果每个取样点的取样时间控制在3min，则实现对SCR入口NOx浓度场测量所需时间为18min。控制系统可以采用DCS系统，控制功能具备自主学习能力，通过自主学习可逐步提高控制调节的精度，具体的，在控制系统的调试或初期运行阶段，假设12个催化剂模块中有一个模块的NOx浓度是平均值的1.5倍(将该模块称为目标模块)，其他模块的NOx浓度均为平均值，则还原剂分配调节单元将NOx浓度为平均值的模块对应的调节阀门的开度调节为50％或者调节为某个其它固定开度，将目标模块对应的调节阀门的开度按照流量开度特性曲线，开启至流量为其他阀门1.5倍流量时的开度，这是初步的调节逻辑，当控制系统发现还原剂分配调节单元反馈的脱硝效率并非最优时，其可自主的调节目标模块对应的调节阀门的开度，例如，开大该调节阀门的开度，使其大于其他阀门1.5倍流量时的开度，比较此时脱硝效率与进行此次调节前的脱硝效率，如果脱硝效率有所提高，则进一步开大该调节阀门的开度，如果脱硝效率降低，则减小该调节阀门的开度，通过不断的调节，逐渐找到与SCR入口不同NOx浓度场相适应的、各调节阀门的开度组合，从而达到最优调节。

需要说明的是，在对本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统进行设计时，首先，基于SCR入口烟道的具体规格、还原剂的用量、脱硝效率的要求设计还原剂分配调节单元，具体的，基于上述因素确定还原剂分配单元数量、每个模块的分配管分布、每个分配管还原剂分配开孔规格及数量，以及还原剂调节单元的规格和数量；其次，根据还原剂分配调节单元中的还原剂分配单元的设置进行分时分布式测量系统的设计，分时分布式测量系统的取样点的设计数量、空间分布与还原剂分配单元相匹配；然后，设计分时分布式开关装置及取样动力单元，分时分布式开关装置实现取样系统中每个取样单元的自动切换，取样动力装置应能克服取样系统的阻力，同时流量的选择应确保等速取样的同时，每个取样点的切换及取样时间控制在预设取样时间段(如3min)以内；最后，根据还原剂分配调节单元及分时分布式测量系统设计控制系统，控制系统连接分时分布式测量系统及还原剂分配调节单元，基于SCR入口污染物浓度场的测量数据确定还原剂分配调节单元的分配调节策略，从而使还原剂分配调节单元基于该分配调节策略进行实时精细化调节。通过上述分时分布式测量系统、控制系统以及还原剂分配调节单元三者的配合，最终实现SCR脱硝的高效率、低氨逃逸率，还原剂消耗量的降低，系统出口污染物浓度的降低，即实现良好的经济效益和环保效益。

本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统中，分时分布式测量系统可测量SCR入口烟道截面分布式取样点的取样气体的NOx浓度，从而获得SCR入口污染物NOx的浓度分布数据，可通过控制系统可基于SCR入口污染物NOx的浓度分布数据确定还原剂的分配调节策略，进而通过还原剂分配调节单元基于还原剂的分配调节策略对还原剂进行分配调节。由此可见，本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统可根据SCR入口NOx浓度场数据对还原剂进行智能分配，并对还原剂的供应量进行实时精准调节，避免了由于SCR入口污染物NOx浓度场分布不均以及工况变化导致还原剂供应量的调节无法跟踪而造成氨氮混合偏差过大，最终导致脱硝效率下降以及氨逃逸超标等现象，即本实用新型实施例提供的还原剂分配调节系统通过对还原剂的智能分配以及对还原剂的实时精准调节，提高SCR脱硝效率、降低了氨逃逸水平，同时降低了SCR还原剂的消耗量，具有良好的经济效益和环境效益。另外，由于本实用新型实施例中的分布式测量系统为分时分布式测量系统，对分布式测量点进行分时测量的策略使得系统中测量装置的数量减少，降低了测量成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。