技术领域
[0001] 本
发明涉及大型燃
煤电站烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种SCR脱硝装置、其喷氨调节装置及其喷氨调整方法。
背景技术
[0002] 目前，大型燃煤电站普遍采用SCR脱硝装置来降低烟气中NOx排放浓度。SCR利用NH3对NOx的还原特性，在催化剂的作用下将NOx还原为对环境无害的N2和H2O。在实际运行过程中，喷氨量的控制尤为关键，增加喷氨量有利于降低NOx排放浓度，但氨逃逸率会随之增加，进而易造成下游空预器因
硫酸氢铵沉积而堵塞和
腐蚀，还可能造成电除尘极线积灰、除尘布袋黏灰等不利影响。
[0003] 在喷氨控制方面，一方面要求合理控制喷氨总量，另一方面要求保证喷氨均匀性(主要指氨氮摩尔比相对均匀)，以确保在允许氨逃逸率范围内，NOx排放浓度达标。
[0004] 喷氨总量控制一般以SCR出口NOx浓度测量值作为反馈
信号，调节喷氨总量控制
阀(一般每侧1个)。但当前SCR出口普遍采用单点测量NOx浓度；单点测量值的代表性较差，不能反映SCR出口NOx平均浓度的情况，故不能完全表征喷氨总量是否合适。此外，当前SCR出口NOx浓度普遍采用CEMS测量，还存在
迟滞时间长、维护工作量大等问题。
[0005] 喷氨均匀性一般需通过人工调整若干喷氨手动调节阀(一般每侧8～40个)，喷氨手动调节阀设在喷氨总量
控制阀的下游，其调整的主要依据是现场实测SCR出口NOx浓度分布。局部NOx浓度偏高区域，与之相应的上游AIG(喷氨调整装置)的喷氨手动调节阀增大开度，反之则减小开度，通过反复多次调整保证SCR出口NOx浓度分布相对均匀。此时若SCR催化剂模
块不存在明显的磨损、坍塌及堵灰等故障，则说明喷氨均匀性得以保证。
[0006] 上述喷氨总量已实现自动控制，但喷氨均匀性还主要依赖定期手动调整，调整的目的是实现SCR入口截面不同区域氨氮摩尔比趋于一致，从而使得SCR出口截面不同区域NOx浓度偏差不大。由于一次完整的AIG调整过程耗时较长、耗费较大，因此燃煤电站一般每年调整一次，且大都委外完成。
[0007] 由于一个调整周期内AIG特性基本不变，当燃烧煤种变化、磨组合方式改变、
燃烧器调整等因素导致SCR入口NOx浓度分布和流场发生明显变化时，氨氮摩尔比的均匀性将明显变差，即局部氨氮摩尔比与平均值的偏差变大；氨氮摩尔比过小的区域，局部脱硝效率不能达标，而氨氮摩尔比过大的区域，氨逃逸率超标。
[0008] 在超低排放改造前，燃煤电站执行特别排放标准，脱硝效率普遍处于60％～80％之间，即氨氮摩尔比平均值普遍控制在0.6～0.8之间；而超低排放改造后，NOx排放浓度要求严格控制在50mg/Nm3以下，机组SCR脱硝效率往往超过90％，即氨氮摩尔比平均值超过0.9。当燃烧煤种变化、磨组合方式改变、燃烧器调整等因素导致SCR入口NOx浓度分布和流场发生明显变化时，执行超低排放标准将导致氨氮摩尔比超过1的
位置将大为增加，氨逃逸率将远超允许值(＜3ppm)，从而极易造成空预器堵灰、电除尘极线积灰等不利影响。
发明内容
[0009] 为了解决上述一系列难题，本发明提供一种SCR脱硝装置、其喷氨调节装置及其喷氨调整方法。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
[0011] 一种SCR脱硝装置用喷氨调节装置，包括喷氨母管；喷氨母管分支为两根以上的喷氨分区母管，每根喷氨分区母管分支为两根以上的喷氨支管；每根喷氨支管上均分别设有喷氨手动调节阀，每根喷氨分区母管上均分别设有喷氨分区调节阀，未分支前的喷氨母管上游段设有喷氨总量调节阀。
[0012] 上述未分支前的喷氨母管上游段指喷氨母管的起始端，也即喷氨母管未分支为喷氨分区母管前的部分；每根喷氨分区母管上均分别设有喷氨分区调节阀，即喷氨分区调节阀与喷氨分区母管一一对应，调节由喷氨母管进入喷氨分区母管的氨量。
[0013] 作为本
申请的进一步优选，喷氨母管分支为3～5根喷氨分区母管。
[0014] 各喷氨分区母管相互并联，也即每个喷氨总量调节阀下游设3～5个喷氨分区调节阀，各喷氨分区调节阀并联；每根喷氨分区母管分支为一组喷氨支管。
[0015]
申请人进一步研究发现，由于SCR脱硝装置的烟道截面为
水平宽度大于垂直高度的矩形状，且宽度一般为高度的3～5倍，考虑氨进入烟气中混合及扩散的规律，分成3～5个相对独立的区域精细控制喷氨量，可大幅改善喷氨均匀性。若分区数量进一步增加，不仅投资成本会随之增加，而且系统可靠性会随之下降，因此，申请人优选把
现有技术中若干喷氨手动调节阀和喷氨支管分成3～5组。
[0016] 一种SCR脱硝装置，包括脱硝装置本体，脱硝装置本体包括SCR烟道入口和SCR烟道出口，还包含上述SCR脱硝装置用喷氨调节装置和SCR出口NOx浓度监测装置；
[0017] SCR脱硝装置用喷氨调节装置设置在SCR烟道入口外，并向SCR脱硝装置内喷氨；
[0018] SCR出口NOx浓度监测装置包括多点混合取样装置和NOx在线分析仪，多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段设在SCR烟道出口，烟气混合段与空预器烟道出口连通；NOx在线分析仪布置在烟气混合段。
[0019] 脱硝装置本体和空预器均为本领域常用的现有设备，为避免赘余，不作过多描述。
[0020] 一般每台燃煤发
电机组有两台SCR脱硝装置，业内习惯上称为A侧和B侧。
[0021] 本申请喷氨分区调节阀可远程手动或
自动调节，优选自动调节，调节的依据为上述多点混合取样装置分区取样、经NOx在线分析仪依次测量的各分区NOx平均浓度。
[0022] 为了进一步保证NOx测量的准确性与方便性，多点混合取样装置的多点取样段由6～12根多点取样枪组成；过渡连接段包括与多点取样枪同样数量的取样支管，多点取样枪和取样支管一一对应，每根多点取样枪与其对应的取样支管连通，每根取样支管上均设有取样控制阀；烟气混合段包括取样母管，所有的取样支管汇合至取样母管，取样母管上设有NOx在线分析仪；多点取样枪沿SCR烟道出口宽度方向布置，取样母管与空预器烟道出口连通。
[0023] 优选，上述多点取样枪在宽度方向的布置数量和位置根据上游喷氨格栅的个数和空间布置而定，进一步优选，每支多点取样枪与其对应的喷氨格栅
覆盖的面积相等；喷氨格栅与喷氨手动调节阀数量相等、一一对应。
[0024] 上述喷氨格栅为SCR脱硝装置内现有常用装置。
[0025] 为了进一步确保喷氨的均匀性，喷氨支管分为3～5组；取样支管分为3～5组，喷氨支管的组数与取样支管的组数一致、且相互对应。
[0026] 上述喷氨支管分为3～5组，也即喷氨母管分支为3～5根喷氨分区母管，每根喷氨分区母管对应一组喷氨支管。
[0027] 当打开其中一组取样支管上的取样控制阀而关闭其他组时，则自动
抽取相应分区烟气混合样，从而得知该分区内NOx脱除效果。
[0028] 上述取样控制阀依次逐组打开和关闭，可以测得SCR出口各分区NOx平均浓度，从而为上述喷氨分区调节阀的控制和调节提供依据。
[0029] 上述取样控制阀依次逐个打开和关闭，可以测得SCR烟道出口宽度方向上不同位置NOx浓度分布状况，从而为上述喷氨手动调节阀的现场人工调整提供依据。
[0030] 通过取样控制阀依次打开和关闭，实现对SCR出口NOx浓度分布的巡测，其突出优势体现在：仅用一套NOx在线分析仪测量各点或各分区NOx浓度，不仅减少了投资和维护工作量，而且NOx在线分析仪自身表计误差对SCR烟道出口NOx浓度分布均匀性的评价影响很小，有利于提高整体系统可靠性以及调节
精度。
[0031] 上述取样控制阀依次逐组打开和关闭，有利于缩短巡测一遍的时间，从而减小巡测期间工况变化对烟气流场和NOx浓度分布的影响的可能，进而有利于提高喷氨分区调节阀的控制和调节精度。
[0032] 上述取样控制阀依次逐个打开和关闭，巡测一遍的时间相应延长，但该模式下测量数据并不用于系统自动调节，而是指导现场人工调整喷氨手动调节阀，调整期间参与人员可人工干预，也方便判断工况的
稳定性，因此，该模式下巡测的SCR出口NOx浓度详细分布数据的有效性仍得以保证。
[0033] 上述一套多点混合取样装置，通过取样控制阀的不同工作模式切换，实现分别服务于喷氨分区控制阀和喷氨手动控制阀，若进一步挖掘其扩展功能，还可服务于喷氨总量控制阀，可谓“一举三得”，具体实现方式为：取多点混合取样装置的取样支管上、且各取样控制阀的上游，分别接一根取样旁路支管，各旁路支管汇集至取样旁路母管，在取样旁路母管上实测NOx浓度。
[0034] 对于改造机组，为节约投资，优选，利旧原CEMS系统测量上述取样旁路母管上NOx浓度。
[0035] 为了提高系统的自动化程度，优选，SCR出口NOx浓度监测装置，还包括采集与控
制模块，采集与
控制模块至少接收NOx在线分析仪和取样控制阀的传输信号。采集与控制模块实现参照行内现有公知技术。
[0036] 本申请上游到下游的方向也即烟气流动的方向。
[0037] 为了制备方便、节约成本，同时保证取样的方便性与准确性，优选，多点混合取样装置采用内径为20～100mm的管材制作，即横截面(流通截面)为圆形。
[0038] 为了兼顾烟气取样的代表性和实时性，以及防止取样孔堵灰，优选，多点取样段取样孔为圆孔，取样孔的内径为6～18mm，取样孔沿多点取样段的长度方向均匀布置，也即取样孔将多点取样段分为等长度的n+1段，n为取样孔数量。
[0039] 进一步优选，取样孔至少3个、且背气流设置，所有取样孔的流通面积总和不大于多点取样段流通截面积的40％。
[0040] 多点取样段壁面一侧迎气流，另一侧背气流，取样孔设置在背气流一侧，可以尽量减少取样烟气的含尘浓度。
[0041] 为了进一步降低上述多点取样装置堵灰的可能，SCR出口NOx浓度监测装置，还包括热
风反吹子系统，热风反吹子系统的气源优选热一次风。上述热风反吹子系统至少包括反吹管路、反吹控制阀和反吹隔离阀，反吹隔离阀设在烟气混合段上，反吹控制阀设在反吹管路上，且反吹管路连接烟气混合段、位于反吹隔离阀上游。当投用热风反吹子系统时，反吹隔离阀关闭、反吹控制阀打开；而测量系统正常投运时，反吹隔离阀打开、反吹控制阀关闭。
[0042] 为了折算基准
氧量下NOx浓度分布，SCR出口NOx浓度监测装置，还包括O2在线分析仪，O2在线分析仪也设在烟气混合段上。优选，O2在线分析仪与NOx在线分析仪集成使用。
[0043] 为了提高上述SCR出口NOx浓度监测装置的可靠性，优选，NOx在线分析仪为直插式，采用
半导体陶瓷气体
传感器，可长期工作在500℃以下的烟气环境下。
[0044] 上述SCR脱硝装置的喷氨调整方法，根据SCR出口NOx浓度监测装置中得到的NOx浓度，采用喷氨总量调节阀、喷氨分区调节阀和喷氨手动调节阀三级调节阀
串联控制喷氨总量和均匀性。
[0045] 采用周期性自动调整模式，每个周期调整过程中保证所有喷氨分区调节阀的平均开度基本不变。即部分喷氨分区调节阀在减小开度的同时，部分喷氨分区调节阀随之增大开度，且减小幅度与增大幅度大致相当。
[0046] 申请人经研究发现，现有技术采用“喷氨总量控制阀+喷氨手动调节阀”来调节喷氨总量和喷氨均匀性，已不能适应超低排放的严格要求，因此创新性提出“喷氨总量控制阀+喷氨分区调节阀+喷氨手动调节阀”的技术方案。
[0047] 为保证喷氨的均匀性，同时兼顾调整的可靠性和及时性，优选的喷氨优化调整方法为：包括如下步骤：
[0048] A、把SCR烟道出口近似等分为3～5个分区，利用SCR出口NOx浓度监测装置巡测各分区NOx平均浓度，即取样控制阀依次逐组打开和关闭；
[0049] B、根据步骤A所得的NOx平均浓度测量值在线自动调整喷氨分区调节阀，以保证各分区NOx平均浓度近似相等，其中，喷氨分区调节阀设定开度调节区间，即限定上限与下限，当需要越限调节才能调平各分区NOx平均浓度时，才提示需进行喷氨手动调节阀的人工调整，人工调整喷氨手动调节阀前，首先把喷氨分区调节阀手动设定在开度调节区间的中间位置，即上限与下限的中间值位置，然后切换至取样控制阀依次逐个打开和关闭的模式，获取更为详细的SCR出口NOx浓度分布数据，细化调整喷氨手动调节阀，以保证SCR烟道出口宽度方向NOx浓度分布尽量均匀，调整完毕后再切换喷氨分区调节阀至自动状态。
[0050] 上述喷氨优化调整方法体现的技术思想为：自动粗调喷氨分区调节阀，以适应SCR入口烟气流场和NOx浓度分布的变化，从而改善SCR入口氨氮摩尔比的均匀性，也即基于SCR催化剂最大脱硝能
力改善SCR出口NOx浓度分布的均匀性；当在一定阀
门开度区间范围内，自动粗调喷氨分区调节阀，已不能保证SCR出口NOx浓度分布相对均匀，即说明SCR入口烟气流场和NOx浓度分布的变化已很大，有必要手动细调喷氨手动调节阀，从而实现按需调整喷氨均匀性。
[0051] 本发明未提及的技术均参照现有技术。
[0052] 本发明SCR脱硝装置的喷氨调整方法，通过对SCR出口NOx平均浓度和NOx浓度分布进行监测，全面提升喷氨控制的品质，包括改善喷氨均匀性和提升喷氨总量控制的准确性，整套系统设计方面注重高度集成，具有投资省、可靠性高等显著优势。
附图说明
[0053] 图1为现有技术喷氨调节装置的设计方案示意图。
[0054] 图2为本发明中喷氨调节装置的设计方案示意图。
[0055] 图3为本发明中SCR出口NOx浓度监测装置安装示意图。
[0056] 图4为本发明
实施例1中SCR出口NOx浓度监测装置的设计方案示意图。
[0057] 图5为本发明实施例2中SCR出口NOx浓度监测装置的设计方案示意图。
[0058] 图6为本发明实施例3中SCR出口NOx浓度监测装置的设计方案示意图。
[0059] 图中，1为SCR烟道出口，2为空预器烟道出口，3为喷氨总量控制阀，4为喷氨母管，5为喷氨手动调节阀，6为喷氨支管，7为喷氨分区调节阀，8为喷氨分区母管，9为多点混合取样装置，10为NOx和/或O2在线分析仪，11为多点取样段，12为过渡连接段，13为烟气混合段，14为多点取样枪，15为取样控制阀，16为取样旁路支管，17为取样旁路母管，18为原CEMS系统，19为反吹管路，20为反吹控制阀，21为反吹隔离阀，30为空预器。
具体实施方式
[0060] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0061] 实施例1
[0062] 如图2所示的SCR脱硝装置用喷氨调节装置，包括喷氨母管；喷氨母管分支为三根喷氨分区母管，每根喷氨分区母管分支为三根喷氨支管；每根喷氨支管上均分别设有喷氨手动调节阀，每根喷氨分区母管上均分别设有喷氨分区调节阀，未分支前的喷氨母管上设有喷氨总量调节阀。
[0063] 如图3所示的SCR脱硝装置，包括脱硝装置本体，脱硝装置本体包括SCR烟道入口和SCR烟道出口，还包含上述SCR脱硝装置用喷氨调节装置和SCR出口NOx浓度监测装置；
[0064] SCR脱硝装置用喷氨调节装置设置在SCR烟道入口外，并向SCR脱硝装置内喷氨；
[0065] SCR出口NOx浓度监测装置包括多点混合取样装置和NOx在线分析仪，多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段设在SCR烟道出口，烟气混合段与空预器烟道出口连通；NOx在线分析仪布置在烟气混合段。
[0066] 上述多点混合取样装置的多点取样段由9根多点取样枪组成；过渡连接段包括与多点取样枪同样数量的取样支管，多点取样枪和取样支管一一对应，每根多点取样枪与其对应的取样支管连通，每根取样支管上均设有取样控制阀；烟气混合段包括取样母管，所有的取样支管汇合至取样母管，取样母管上设有NOx在线分析仪；多点取样枪沿SCR烟道出口宽度方向设置，取样母管与空预器烟道出口连通。
[0067] 上述多点取样枪在宽度方向的布置数量和位置根据上游喷氨格栅的个数和空间布置而定，每支多点取样枪与其对应的喷氨格栅覆盖的面积相等；喷氨格栅与喷氨手动调节阀数量相等、一一对应。
[0068] 上述喷氨格栅为SCR脱硝装置内现有常用装置。
[0069] 上述喷氨支管有3组；取样支管有3组，喷氨支管的组数与取样支管的组数一致、且相互对应。
[0070] 当打开其中一组取样支管上的取样控制阀而关闭其他组时，则自动抽取相应分区烟气混合样，从而得知该分区内NOx脱除效果。
[0071] 上述取样控制阀依次逐组打开和关闭，可以测得SCR出口各分区NOx平均浓度，从而为上述喷氨分区调节阀的控制和调节提供依据。
[0072] 上述取样控制阀依次逐个打开和关闭，可以测得SCR烟道出口宽度方向上不同位置NOx浓度分布状况，从而为上述喷氨手动调节阀的现场人工调整提供依据。
[0073] 多点混合取样装置采用内径为80mm的管材制作，多点取样枪的管壁上设有取样孔；取样孔为圆孔，取样孔的内径为12mm，取样孔至少3个、且背气流沿多点取样枪的长度方向均匀布置，所有取样孔的流通面积总和不大于多点取样枪横截面积的40％；
[0074] 上述取多点混合取样装置还包括O2在线分析仪，O2在线分析仪与NOx在线分析仪集成使用，设在烟气混合段上。
[0075] 上述NOx在线分析仪为直插式，采用半导体陶瓷
气体传感器，可长期工作在500℃以下的烟气环境下。
[0076] 上述SCR脱硝装置的喷氨调整方法，根据SCR出口NOx浓度监测装置中得到的NOx浓度，采用喷氨总量调节阀、喷氨分区调节阀和喷氨手动调节阀三级调节阀串联控制喷氨总量和均匀性，具体包括如下步骤：
[0077] A、把SCR烟道出口近似等分为3个分区，利用SCR出口NOx浓度监测装置巡测各分区NOx平均浓度，即取样控制阀依次逐组打开和关闭；
[0078] B、根据步骤A所得的NOx平均浓度测量值在线自动调整喷氨分区调节阀，以保证各分区NOx平均浓度近似相等，其中，喷氨分区调节阀设定开度调节区间为60％～80％，即限定上限为80％、下限为60％，当需要越限调节才能调平各分区NOx平均浓度时，才提示需进行喷氨手动调节阀的人工调整，人工调整喷氨手动调节阀前，首先把喷氨分区调节阀手动设定在开度调节区间的中间位置，即70％，然后切换至取样控制阀依次逐个打开和关闭的模式，获取更为详细的SCR出口NOx浓度分布数据，细化调整喷氨手动调节阀，以保证SCR烟道出口宽度方向NOx浓度分布尽量均匀，调整完毕后再切换喷氨分区调节阀至自动状态。
[0079] 实施例2
[0080] 与实施例1基本相同，所不同的是：取多点混合取样装置还包括热风反吹子系统，热风反吹子系统的气源为热一次风；热风反吹子系统至少包括反吹管路、反吹控制阀和反吹隔离阀，反吹隔离阀设在烟气混合段上，反吹控制阀设在反吹管路上，反吹管路连接烟气混合段、且位于反吹隔离阀上游。
[0081] 实施例3
[0082] 与实施例1基本相同，所不同的是：取多点混合取样装置的取样支管上、且各取样控制阀的上游，分别接一根取样旁路支管，各旁路支管汇集至取样旁路母管，在取样旁路母管上实测NOx浓度，利旧原CEMS系统测量上述取样旁路母管上NOx浓度，作为喷氨总量控制阀控制的主参数，从而进一步提高喷氨总量控制的品质。
[0083] 实施例4
[0084] 与实施例1基本相同，所不同的是：喷氨母管分支为5根喷氨分区母管，每根喷氨分区母管分支为6根喷氨支管。
