基于AMESim的SCR脱硝系统仿真分析研究

针对热电厂锅炉烟气脱硝系统运行过程中变工况和温度不均匀对脱硝效率影响的问题,为了对脱硝系统的特性进行研究,使用AMESim软件建立了基于物理机理的模型,完成了SCR系统不同操作工况的仿真。通过分析喷氨量、反应温度和温度均匀性等因素,得到结果:喷氨量和反应温度均对脱硝效果有重要的影响,其中额定工况下氨氮比为1. 04时可达到较好的脱硝效果和较低的氨逃逸率;运行中烟气温度在70℃范围内变化,脱硝效果可以满足环保要求,且烟气温度高更有利于脱硝效率提升;保温层的厚度160 mm时,SCR反应器垂直于烟气流动方向的温度分布均匀。通过仿真分析,为脱硝系统的设计和控制提供了依据。     

指数预测模型和Smith预估器在SCR烟气脱硝控制系统中的应用

针对选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统喷氨量控制的大延迟特性使得常规PID控制难以取得较好控制效果的问题,本文采用非线性拟合法建立了SCR烟气脱硝入口NO_x质量浓度指数预测模型,以该指数模型预测值为前馈信号,设计了SCR烟气脱硝喷氨系统的改进型串级Smith预估控制器,并在DCS中实现组态优化控制。实际应用结果表明:新型指数预测串级Smith预估控制能有效预测SCR烟气脱硝入口NO_x质量浓度变化,补偿喷氨系统的迟延特性,改善喷氨系统的控制效果,节约脱硝系统喷氨量约15%~20%。     

基于深度主元分析的电站锅炉NO_x质量浓度预测模型研究

目前,国内电站大部分选择性催化还原(SCR)脱硝系统喷氨装置喷氨调节阀自动控制均存在一定的问题。本文通过深度主元分析,阐述了机组SCR脱硝系统入口NO_x质量浓度非线性模型的构建方法,同时利用该方法构造的模型以及模糊调节和时滞补偿控制,发展了新型的喷氨控制策略。运行控制结果表明,在动态和稳态过程中,烟囱出口NO_x质量浓度均能长时间稳定地控制在设定值附近,有效解决了SCR脱硝系统喷氨自动投入的问题。     

火电厂SCR烟气脱硝系统建模与运行优化仿真

选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)是火电厂目前普遍采用的烟气脱硝方法,脱硝系统的喷氨量不仅影响烟气脱硝的效率,同时过量喷氨也会增加氨逃逸量,对环境造成污染。SCR系统反应过程复杂,具有非线性、大惯性等特点,传统PID控制方法无法实现喷氨量的精确控制。文中利用多尺度核偏最小二乘(multiscale kernel partial least squares,MKPLS)方法建立了SCR系统模型。仿真结果表明,MKPLS模型具有较高的准确性和较强的泛化能力。将SCR模型与模型预测控制方法结合应用于喷氨量的优化控制。实验结果表明,与传统PID控制方法相比,此方法实现了喷氨量的精确控制,在提高脱硝率的同时避免了过量喷氨。     

基于DJMI-GRU的SCR烟气脱硝系统出NOx动态软测量建模

燃煤电站烟气连续监测系统（CEMS）反向吹灰时,烟气NOx质量浓度信号容易失真,从而造成喷氨量不匹配、NOx排放超限等问题。本文考虑选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统的时延特性,采用差分联合互信息（DJMI）方法确定影响SCR反应器出口NOx质量浓度的辅助变量时延和动态模型输入的历史数据长度,提出了一种基于门控循环单元(GRU)神经网络的DJMI-GRU动态软测量方法。利用某660 MW机组历史数据对软测量模型进行验证,并与普通循环神经网络（RNN）模型进行比较。结果表明:与RNN模型相比,GRU神经网络结构具有遗忘更新机制,利用全工况数据训练时具有较好的泛化能力;采用DJMI方法估计时延信息并重构输入数据集能有效去除DJMI-GRU模型输入中的冗余信息,更好地表现脱硝过程的动态特性并加速模型训练;使用局部工况数据进行模型训练时计算量小且能取得更高的拟合精度,能在CEMS反向吹灰时为喷氨优化、NOx排放监测提供指导。     

选择性催化还原烟气脱硝系统速度场及组分分布对脱硝效率的影响

为了获得较高的选择性催化还原(SCR)反应器内脱硝效率,通过Fluent软件耦合SCR详细反应机理的方法建立了脱硝反应三维数值模型,研究了脱硝反应入口烟气速度及氨氮摩尔比分布不均对脱硝效率和氨逃逸量的影响。结果表明:首层催化剂入口烟气速度分布不均对脱硝反应影响不大;氨氮摩尔比分布不均对脱硝反应影响较大,当氨氮摩尔比为0.85∶1时,其相对偏差系数从0增大到30%,2层催化剂的脱硝效率从84.6%降低到77.8%,出口氨逃逸量从2.02×10-6增大到36.00×10-6。所以在设计SCR脱硝反应器时,应尽可能地提高喷氨格栅及混合器对NH3和NO的混合效果,使进入前层催化剂的氨氮摩尔比相对偏差控制在5%以内。     

燃煤机组烟气脱硝系统NO_x自动调节控制分析

针对燃煤机组脱硝烟气脱硝系统控制过程喷氨自动常规PID控制超调量大、系统震荡等运行中存在的问题,分析脱硝系统喷氨自动调节效果差原因,提出脱硝系统喷氨自动调节改进措施,通过实际运行参数说明,改进措施在系统仪表校验标定、快速变负荷、启停制粉系统等工况下,出口NO_x浓度均可得到很好的控制。     

基于主导因素分析的SCR烟气脱硝系统喷氨量控制

针对目前选择性催化还原(SCR)烟气脱硝控制系统中存在喷氨量控制不精确、大滞后等问题,分析了影响喷氨量控制效果的主要原因,通过对反应器入口NOx质量浓度进行主导因素分析,确定影响反应器入口NOx质量浓度的主要因素,在此基础上建立了反应器入口NO_x质量浓度的预测模型,并将其应用于烟气脱硝系统喷氨量控制。应用结果表明:通过主导因素分析确定的运行参数能够提前预测反应器入口NOx质量浓度的变化;改进后SCR烟气脱硝系统喷氨量控制效果良好;当脱硝反应器入口NO_x质量浓度发生较大波动时,反应器出口NOx质量浓度与设定值最大偏差不超过5mg/m3。     

火电厂SCR脱硝系统喷氨优化调整及烟气取样方法改进

由于锅炉结构的限制,火电厂选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统反应区安装紧凑,烟气浓度场分布不均,普遍存在催化还原反应不均匀及出口烟气取样代表性不强的问题。通过对脱硝系统出口氮氧化物（NO_x）浓度分布情况的测量分析,利用喷氨格栅阀门调整不同区域喷氨量,改善了SCR反应区的氨气浓度分布,将A、B侧出口NO_x浓度分布不均匀度降低至20%,提高了脱硝催化剂的利用率。利用气态污染物采样方法及均匀抽气设计方法,改进了脱硝系统出口烟气取样方式,实现了NO_x的均匀取样,有效降低了脱硝系统出口与烟气排放口NO_x浓度的测量偏差,使得两者比值由1.42降低至0.98,为实现脱硝系统喷氨量的稳定控制提供了保障。     

SCR脱硝系统最低连续喷氨温度的研究

目前国内选择性催化还原（SCR）脱硝机组普遍存在低负荷停止喷氨的问题,脱硝装置停运工况所对应的烟气温度称之为最低连续喷氨温度。出于技术保护的目的,以往引进国外技术的催化剂制造商得不到此温度的计算方法。为此,从硫酸氢铵（NH4HSO4）的生成机理出发,分析了NH4HSO4的结露过程,并结合催化剂的微孔毛细管冷凝现象,提出了一种计算最低连续喷氨温度的方法,该方法计算结果与工程实践有很好的耦合度。同时,根据烟气成分、脱硝效率、NOx入口浓度对最低连续喷氨温度的影响,结合运行经验,提出了“欠氨运行”概念,用以指导工程实践和脱硝系统的运行。     

燃煤电站SCR烟气脱硝系统运行典型故障诊断

燃煤电站SCR烟气脱硝系统运行中典型故障包括脱硝还原剂供应不足、喷氨自动调节品质差、喷氨均匀性差等。为解决此类问题,以某电站SCR烟气脱硝系统为例,介绍了相应整改措施。其主要包括：（1）提高液氨加热蒸汽品质,清理氨系统杂质;（2）优化喷氨自动控制逻辑;（3）热态喷氨优化调整。试验结果表明,整改及优化后该厂脱硝系统故障基本得到消除,还原剂供应量随机组负荷变化而变化,喷氨系统自动控制可正常投运,SCR脱硝反应器出口NOx及逃逸氨浓度达到设计要求且运行平稳,脱硝系统运行的安全性和经济性均得到提高。     

SCR脱硝系统静态混合器喷氨口尺寸优化设计

以某330 MW燃煤机组SCR脱硝系统为研究对象,优化设计喷氨口尺寸,同时基于CFD软件,模拟BMCR工况不同喷氨口对催化剂入口流场及组分分布的影响,研究最佳喷氨口尺寸对机组变工况的适应性。结果表明,适当增大喷氨口直径、喷氨速度略小于烟气主流速度时,催化剂首层入口氨氮摩尔比分布和氨气摩尔浓度分布均匀性较好。BMCR工况下最优喷氨口直径为0.21 m,以0.21 m为设计方案,当机组运行工况的减小,系统压降、氨气摩尔浓度偏差、氨氮摩尔比偏差均降低,满足运行要求。     

超临界锅炉烟气脱硝喷氨量混结构–径向基函数神经网络最优控制

喷氨量大小不仅影响超临界锅炉选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)烟气脱硝装置的效率,过量喷氨也会导致下游空预器受热面的积灰、腐蚀和造成资源浪费、二次污染,且在变负荷时,传统PID控制方式很难实现最佳控制。通过引入混结构隐含层,改善传统RBF神经网络变工况控制时的非线性和扰动适应能力,设计了基于混结构RBF神经网络(MS-RBFNN)的喷氨流量最优控制系统,用MS-RBFNN综合学习当前主要相关状态参数,以SCR脱硝装置出口NOx排放量最小作为学习训练信号,实时并行计算出最优喷氨控制流量。实验结果表明,此优化方案相对传统PID控制,具有更好的NOx排放控制效果和变工况适应能力,同时节约了喷氨量。     

兼顾氨逃逸与出口NO_x的火电厂SCR系统多模预测控制

针对火电厂选择性催化还原(SCR)脱硝系统出口NOx定值串级控制策略控制品质与鲁棒性难以满足要求的问题,提出多模自动切换的有约束的模型预测控制(MPC)策略来控制喷氨阀门开度。为了模拟SCR系统大范围工况的动静态特性在多个平衡点进行线性化,对线性化后的多个模型自动切换的方式进行了分析。为了简化预测控制在线计算过程,对实际约束条件下的控制量用降维的方法进行迭代计算。控制方案兼顾氨逃逸、出口NOx浓度两个指标,并且在氨逃逸量过大时可自动提高氨逃逸权重因子。采用适用于大范围工况机理模型的仿真结果表明,多模预测控制调节速度快、动态误差小、鲁棒性强,有效地提高了控制品质。     

660MW燃煤电厂SCR脱硝系统CFD模拟优化研究

为探究流场和组分浓度分布对SCR装置脱硝效率和氨逃逸的影响进而提升脱硝性能,基于ANSYS FLUENT软件平台、耦合多孔介质模型和E-R脱硝反应动力学模型,建立国内某660 MW燃煤机组SCR系统的三维计算流体力学模型;详细分析不同负荷下烟气速度分布、组分浓度分布、脱硝效率和氨逃逸等流动反应特性;进而针对分区喷氨和静态混合器对脱硝性能的影响进行模拟与优化。结果表明:当顶部导流板倾角与楔形弯头倾角相同时,流场分离现象消失,速度分布更加均匀。较之于均匀喷氨方式,分区喷氨可使NH_3浓度均匀性提高55%、出口NO浓度偏差降低50%。采用平板型混合器结合分区喷氨策略,催化剂入口截面NH3浓度偏差系数小于2.5%,出口截面NO浓度偏差系数小于8%,局部最大氨逃逸为1.82mg/m~3,脱硝效率提高了7%,实现SCR装置的稳定高效运行。     

电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化

为满足日趋严格的环保要求，我国燃煤火电厂今后将逐步建设烟气脱硝装置.系统地研究总结和分析国内外燃煤电厂锅炉选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统的设计特点与运行经验，包括SCR系统的技术原理与设计要求、技术关键、反应塔布置及其催化剂特性、氨逃逸及其对空气预热器的影响、供氨与喷氨系统等设计优化技术，对我国火电厂今后发展SCR烟气脱硝技术提供借鉴与指导。     

基于自适应智能前馈的SCR脱硝系统优化控制

随着环保要求的不断提高,选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)烟气脱硝系统得到了广泛应用。针对SCR系统具有的大延迟、大惯性特性,将SCR系统机理模型与前馈控制方法相结合,采用滑动窗口法对模型参数进行更新并及时调整反馈系数,提出自适应智能前馈控制方法。利用现场实际运行数据,通过仿真实验对该方法进行验证,实验结果表明,与传统PID控制方法相比,该方法能够实现喷氨量的准确、及时调节,在保证脱硝效率的同时避免了过量喷氨。     

1000MW锅炉烟气脱硝系统建模及运行仿真

为研究锅炉烟气中NO_x生成及脱除规律,分析烟气脱硝装置的运行特性,采用集总参数法,建立炉内NO_x生成模型、脱硝反应数学模型、还原剂消耗量等数学模型,基于IMMS开发平台搭建整个系统的实时仿真模型并进行运行特性分析。动态仿真试验结果表明:氨氮摩尔比阶跃变大,脱硝效率和氨逃逸量变大;反应器入口烟气流量、NO_x浓度阶跃变大时,脱硝效率和氨逃逸量减小;反应器入口烟气温度的阶跃扰动,对NO_x的还原反应影响较大,仿真结果与实际运行符合良好,可为烟气脱硝装置的安全及经济运行、SCR自动控制策略的研究提供仿真模型参考。     

SCR脱硝催化剂寿命管理研究

催化剂是燃煤电站SCR脱硝系统的核心,其在运行过程中会缓慢失活,及时更换失活催化剂或者加装新催化剂是保证SCR脱硝系统高效经济运行的关键。以氨逃逸量为评判标准,基于SCR反应器的基础模型和催化剂失活模型,建立了符合脱硝工况实际的催化剂寿命管理模型。该模型以氨氮摩尔比小于1的真实工况为建模条件,综合考虑了反应器入口氨氮摩尔比以及反应器内部各层催化剂入口氨氮摩尔比变化,经与实际催化剂失活时间进行比较,证明所建模型准确,假设催化剂运行工况恰当。在此基础上,根据催化剂更换或者加装情况,给出12种可能的催化剂管理方案,并以催化剂使用寿命为评价标准,从中获得了最优方案。     

300MW机组SCR系统低负荷运行能力提升策略

热电厂脱硝SCR烟气系统运行过程中,经常出现中、低负荷下SCR反应器入口烟温低于催化剂的最佳反应温度,导致SCR反应器运行效率偏低,严重影响锅炉的脱硝效率、排放浓度和氨逃逸率,还会引起空预器的堵灰问题。通过对锅炉烟风系统进行省煤器外烟气旁路改造,实现了在锅炉低负荷工况下,SCR系统正常稳定工作。