一种燃机运行过程的NOx排放控制系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机排放控制技术领域，特别是涉及一种燃机运行过程的NOx排放控制系统。

背景技术

重型燃气轮机作为传统火电，承担着基础负荷、调频调峰、热电联产等重要任务。但是由于我国“富煤少气”的资源禀赋以及电网尖峰负荷波动明显、大容量电力储存技术还不完善等现实条件。

由于对于燃气轮机机组来说，由于担负着负荷调峰的任务，因此机组的启停相对频繁。而在机组的启停阶段，由于燃烧方式切换及负荷的影响，氮氧化物存在长时间超标的情况。在现有技术中常通过人工控制喷洒尿素的方式来对氮氧化物的排放进行调节，但往往会存在滞后或超调的情况，导致氮氧化物排放超标时间超出允许时间的风险依然存在，而且对尿素喷洒用量的精确度不高，会导致氮氧化物排放出现瞬时超标的问题。并且在尿素脱硝系统中，脱硝效率受到反应温度的影响，在温度较低的情况下投入尿素喷枪，无法保证脱硝效率，投入过早将造成尿素的大量浪费，投入过晚则增加了氮氧化物排放超标的风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，包括：

过渡段烟道；

NOx浓度检测单元，设置在所述过渡段烟道内，所述监测单元用于检测所述过渡段烟道内烟气中NOx浓度数据；

尿素喷雾装置，设置在所述过渡段烟道的上方，所述尿素喷雾装置用于通过向所述过渡段烟道内喷射雾化后的尿素以脱除烟气中NOx；

控制单元，分别与所述NOx浓度检测单元、尿素喷雾装置电性连接，所述控制单元用于根据获取到的NOx浓度数据控制所述尿素喷雾装置的工作条件。

进一步的，所述NOx浓度检测单元包括：

第一NOx浓度检测传感器，设置在所述过渡段烟道的入口处，所述第一NOx浓度检测传感器用于检测所述过渡段烟道入口处的烟气中Nox浓度；

第二NOx浓度检测传感器，设置在所述过渡段烟道的出口处，所述第一NOx浓度检测传感器用于检测处理后所述过渡段烟道出口处烟气中NOx浓度。

进一步的，控制单元包括：

采集模块，分别与所述第一NOx浓度检测传感器、第二NOx浓度检测传感器电性连接，所述采集模块用于获取所述第一NOx浓度检测传感器和第二NOx浓度检测传感器的数据，并将数据传输至处理模块；

处理模块，与所述采集模块连接，所述处理模块用于根据采集到的数据设定所述尿素喷雾装置的工作状态指令；

控制模块，与所述处理模块连接，所述控制模块用于根据所述处理模块设定的工作状态指令对所述尿素喷雾装置进行控制。

进一步的，所述采集模块用于获取第一NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△G，所述控制模块用于控制所述尿素喷雾装置的工作条件；

所述处理模块用于设定第一NOx浓度预设值G0，所述处理模块还用于设定第一预设第一NOx浓度差值g1、第二预设第一NOx浓度差值g2、第三预设第一NOx浓度差值g3和第四预设第一NOx浓度差值g4，且g1＜g2＜g3＜g4；所述处理模块还用于设定有第一预设工作条件矩阵A1(a1，b1，c1)、第二预设工作条件矩阵A2(a2，b2，c2)、第三预设工作条件矩阵A3(a1，b1，c1)和第四预设工作条件矩阵A4(a4，b4，c4)，其中，a1－a4依次为第一至第四预设尿素溶液流量，且a1＜a2＜a3＜a4，b1－b4依次第一至第四预设压缩空气压力，b1＜b2＜b3＜b4，c1－c4依次第一至第四预设压缩空气流量，c1＜c2＜c3＜c4；

根据获取到的第一NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△G与设定第一NOx浓度预设值G0的差值，来选定预设工作条件矩阵A作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当△G－G0≤g1时，选定所述第一预设工作条件矩阵A1作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g1＜△G－G0≤g2时，选定所述第二预设工作条件矩阵A2作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g2＜△G－G0≤g3时，选定所述第三预设工作条件矩阵A3作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g3＜△G－G0≤g4时，选定所述第四预设工作条件矩阵A4作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

其中，当选定所述第i预设工作条件矩阵Ai作为所述尿素喷雾装置的工作条件时，所述控制模块控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设尿素溶液流量ai工作，所述控制模块还将控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设压缩空气压力bi工作，所述控制模块还将控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设压缩空气流量ci工作，i＝1，2，3，4。

进一步的，所述采集模块用于获取第二NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△T，所述控制模块用于修正所述尿素喷雾装置的工作条件；

所述处理模块还用于设定第一预设第二NOx浓度T1、第二预设第二NOx浓度T2、第三预设第二NOx浓度T3和第四预设第二NOx浓度T4，且T1＜T2＜T3＜T4；所述处理模块还用于设定第一预设修正系数x1、第二预设修正系数x2、第三预设修正系数x3和第四预设修正系数x4，且0.8＜x1＜x2＜x3＜x4＜1；

根据获取到的第二NOx浓度△T与各预设第二NOx浓度T之间的关系选定预设修正系数以对所述第i预设工作条件矩阵Ai中的工作条件进行修正：

当△T≤T1时，则不对所述第i预设工作条件矩阵Ai中的工作条件进行修正；

当T1＜△T≤T2时，则选定所述第一预设修正系数x1对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x1，bi＊x1，ci＊x1)；

当T2＜△T≤T3时，则选定所述第二预设修正系数x2对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x2，bi＊x2，ci＊x2)；

当T3＜△T≤T4时，则选定所述第三预设修正系数x3对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x3，bi＊x3，ci＊x3)；

当T4＜△T时，则选定所述第四预设修正系数x4对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x4，bi＊x4，ci＊x4)。

进一步的，所述燃机运行过程的NOx排放控制系统还包括：

温度检测传感器，设置在，并与所述控制单元电性连接，所述温度检测传感器用于检测尿素脱硝过程中催化剂的温度；

所述控制单元还用于根据催化剂的温度与预设温度的关系自动控制所述尿素喷雾装置的开启和关闭。

进一步的，所述尿素喷雾装置包括：

尿素溶液喷射单元，用于喷射尿素溶液；

压缩空气单元，与所述尿素溶液喷射单元连接，所述压缩空气单元用于为喷射的尿素溶液提供压缩空气，以使尿素溶液发生雾化；

所述控制单元还用于调控所述尿素溶液喷射单元的尿素溶液流量以及所述压缩空气单元的压缩空气压力和压缩空气压力流量。

进一步的，所述尿素溶液喷射单元与所述压缩空气单元配套组合使用，且多套所述尿素溶液喷射单元与所述压缩空气单元均匀设置在所述过渡段烟道内。

本发明实施例一种燃机运行过程的NOx排放控制系统与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明通过控制单元根据实时检测到的NOx浓度数据来及时调节尿素喷雾装置的喷雾条件，有效的解决了调节滞后、瞬时超标、NOX排放值波动大等问题，实现了氮氧化物调节过程的全自动化，并且采用在过渡烟道直喷尿素工艺能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何工况点进行运行，尿素用量能根据NOx变化趋势精确的进行调控，防止了尿素溶液浪费和脱硝效率不能满足排放需求的情况发生。

附图说明

图1是本发明实施例中燃机运行过程的NOx排放控制系统的组成示意图；

图2是本发明实施例中燃机运行过程的NOx排放控制系统的控制单元的连接示意图；

图3是本发明实施例中燃机运行过程的NOx排放控制系统的NOx浓度检测单元的组成示意图；

图4是本发明实施例中燃机运行过程的NOx排放控制系统的控制单元的组成示意图；

图5是本发明实施例中燃机运行过程的NOx排放控制系统的尿素喷雾装置的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1－2所示，在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，包括：过渡段烟道；NOx浓度检测单元，设置在所述过渡段烟道内，所述监测单元用于检测所述过渡段烟道内烟气中NOx浓度数据；尿素喷雾装置，设置在所述过渡段烟道的上方，所述尿素喷雾装置用于通过向所述过渡段烟道内喷射雾化后的尿素以脱除烟气中NOx；控制单元，分别与所述NOx浓度检测单元、尿素喷雾装置电性连接，所述控制单元用于根据获取到的NOx浓度数据控制所述尿素喷雾装置的工作条件。

进一步的，本发明通过控制单元根据实时检测到的NOx浓度数据来及时调节尿素喷雾装置的喷雾条件，有效的解决了调节滞后、瞬时超标、NOX排放值波动大等问题，实现了氮氧化物调节过程的全自动化，并且采用在过渡烟道直喷尿素工艺能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何工况点进行运行，尿素用量能根据NOx变化趋势精确的进行调控，防止了尿素溶液浪费和脱硝效率不能满足排放需求的情况发生。

如图3所示，在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述NOx浓度检测单元包括：第一NOx浓度检测传感器，设置在所述过渡段烟道的入口处，所述第一NOx浓度检测传感器用于检测所述过渡段烟道入口处的烟气中Nox浓度；第二NOx浓度检测传感器，设置在所述过渡段烟道的出口处，所述第一NOx浓度检测传感器用于检测处理后所述过渡段烟道出口处烟气中NOx浓度。

如图4所示，在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，控制单元包括：采集模块，分别与所述第一NOx浓度检测传感器、第二NOx浓度检测传感器电性连接，所述采集模块用于获取所述第一NOx浓度检测传感器和第二NOx浓度检测传感器的数据，并将数据传输至处理模块；处理模块，与所述采集模块连接，所述处理模块用于根据采集到的数据设定所述尿素喷雾装置的工作状态指令；控制模块，与所述处理模块连接，所述控制模块用于根据所述处理模块设定的工作状态指令对所述尿素喷雾装置进行控制。

在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述采集模块用于获取第一NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△G，所述控制模块用于控制所述尿素喷雾装置的工作条件；

所述处理模块用于设定第一NOx浓度预设值G0，所述处理模块还用于设定第一预设第一NOx浓度差值g1、第二预设第一NOx浓度差值g2、第三预设第一NOx浓度差值g3和第四预设第一NOx浓度差值g4，且g1＜g2＜g3＜g4；所述处理模块还用于设定有第一预设工作条件矩阵A1(a1，b1，c1)、第二预设工作条件矩阵A2(a2，b2，c2)、第三预设工作条件矩阵A3(a1，b1，c1)和第四预设工作条件矩阵A4(a4，b4，c4)，其中，a1－a4依次为第一至第四预设尿素溶液流量，且a1＜a2＜a3＜a4，b1－b4依次第一至第四预设压缩空气压力，b1＜b2＜b3＜b4，c1－c4依次第一至第四预设压缩空气流量，c1＜c2＜c3＜c4；

根据获取到的第一NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△G与设定第一NOx浓度预设值G0的差值，来选定预设工作条件矩阵A作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当△G－G0≤g1时，选定所述第一预设工作条件矩阵A1作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g1＜△G－G0≤g2时，选定所述第二预设工作条件矩阵A2作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g2＜△G－G0≤g3时，选定所述第三预设工作条件矩阵A3作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

当g3＜△G－G0≤g4时，选定所述第四预设工作条件矩阵A4作为所述尿素喷雾装置的工作条件；

其中，当选定所述第i预设工作条件矩阵Ai作为所述尿素喷雾装置的工作条件时，所述控制模块控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设尿素溶液流量ai工作，所述控制模块还将控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设压缩空气压力bi工作，所述控制模块还将控制所述尿素喷雾装置以所述第i预设压缩空气流量ci工作，i＝1，2，3，4。

在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述采集模块用于获取第二NOx浓度检测传感器检测到的NOx浓度△T，所述控制模块用于修正所述尿素喷雾装置的工作条件；

所述处理模块还用于设定第一预设第二NOx浓度T1、第二预设第二NOx浓度T2、第三预设第二NOx浓度T3和第四预设第二NOx浓度T4，且T1＜T2＜T3＜T4；所述处理模块还用于设定第一预设修正系数x1、第二预设修正系数x2、第三预设修正系数x3和第四预设修正系数x4，且0.8＜x1＜x2＜x3＜x4＜1；

根据获取到的第二NOx浓度△T与各预设第二NOx浓度T之间的关系选定预设修正系数以对所述第i预设工作条件矩阵Ai中的工作条件进行修正：

当△T≤T1时，则不对所述第i预设工作条件矩阵Ai中的工作条件进行修正；

当T1＜△T≤T2时，则选定所述第一预设修正系数x1对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x1，bi＊x1，ci＊x1)；

当T2＜△T≤T3时，则选定所述第二预设修正系数x2对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x2，bi＊x2，ci＊x2)；

当T3＜△T≤T4时，则选定所述第三预设修正系数x3对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x3，bi＊x3，ci＊x3)；

当T4＜△T时，则选定所述第四预设修正系数x4对Ai进行修正，修正后为Ai(ai＊x4，bi＊x4，ci＊x4)。

进一步的，所述控制单元的自动控制逻辑能适应余热锅炉的任何负荷，并能适应机组的负荷变化和机组频繁启停的要求。过渡烟道尿素直喷工艺系统能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何工况点运行，尿素溶液的用量能根据NOx变化趋势精确地输送到过渡烟道，有效防止了负荷波动时运行人员调整不及时造成的NOx超限或尿素溶液浪费等情况，NOx排放值进一步趋于稳定。经统计，平均每日NOx瞬时超标时间累计由原来的39min下降至10min，机组环保排放压力大大下降。

优选的，在实际运行过程中，运行人员可输入需要控制的NOx排放值，所述控制单元将会实时计算当前NOx排放值与设定值之间的偏差，并根据偏差情况实时调节所述尿素喷雾装置的工作条件，会使NOx排放值基本稳定在设定值附近。

在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述燃机运行过程的NOx排放控制系统还包括：温度检测传感器，设置在，并与所述控制单元电性连接，所述温度检测传感器用于检测尿素脱硝过程中催化剂的温度；所述控制单元还用于根据催化剂的温度与预设温度的关系自动控制所述尿素喷雾装置的开启和关闭。

具体的，机组在启停过程中，所述控制单元将根据催化剂的温度自动开启和关闭所述尿素喷雾装置。当催化剂温度达到220℃时，自动开启所述尿素喷雾装置，以防止机组在启动时NOx超标。停机阶段，当催化剂温度低于220℃时，自动关闭所述尿素喷雾装置，减少尿素溶液的浪费。

进一步的，装置中还增加了所述尿素喷雾装置的一键启停按钮，在有需要时可手动点击该按钮，完成所述尿素喷雾装置的一键开启或关闭。一键开启功能，可以在紧急情况下，帮助运行人员迅速降低氮氧化物排放浓度，一键关闭功能，可用于停机阶段，当运行人员判断氮氧化物无超标风险，为了节约尿素溶液时，可先于温度控制逻辑手动关闭所述尿素喷雾装置，这样能大大节约了运行人员的操作步序，减少了运行人员在启停机时的分心操作，增加了启停机效率，同时对于氮氧化物指标排放的安全性、稳定性也有着正向的意义。

如图5所示，在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述尿素喷雾装置包括：尿素溶液喷射单元，用于喷射尿素溶液；压缩空气单元，与所述尿素溶液喷射单元连接，所述压缩空气单元用于为喷射的尿素溶液提供压缩空气，以使尿素溶液发生雾化；所述控制单元还用于调控所述尿素溶液喷射单元的尿素溶液流量以及所述压缩空气单元的压缩空气压力和压缩空气压力流量。

具体的，根据所述尿素喷雾装置的尿素喷射量以及所述尿素溶液喷射单元的特性，压缩空气单元向喷射器提供尿素雾化用仪用空气和所述尿素溶液喷射单元冷却杂用空气。

在本申请的实施例中，提供了一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，所述尿素溶液喷射单元与所述压缩空气单元配套组合使用，且多套所述尿素溶液喷射单元与所述压缩空气单元均匀设置在所述过渡段烟道内。

优选的，每台锅炉设置9套所述尿素溶液喷射单元与所述压缩空气单元，当有所述尿素溶液喷射单元异常跳闸时，备用所述尿素溶液喷射单元将自动投入运行，并按照顺序完成启动，若未手动设置备用所述尿素溶液喷射单元，所述控制单元也会按照逻辑设置好的顺序，依次启动所述尿素溶液喷射单元。

综上，本发明实施例提供一种燃机运行过程的NOx排放控制系统，其包括：过渡段烟道；NOx浓度检测单元用于检测过渡段烟道内烟气中NOx浓度数据；尿素喷雾装置用于通过向过渡段烟道内喷射雾化后的尿素以脱除烟气中NOx；控制单元用于根据获取到的NOx浓度数据控制尿素喷雾装置的工作条件。本发明通过控制单元根据实时检测到的NOx浓度数据来及时调节尿素喷雾装置的喷雾条件，有效的解决了调节滞后、瞬时超标、NOX排放值波动大等问题，实现了氮氧化物调节过程的全自动化，并且采用在过渡烟道直喷尿素工艺能够在烟气排放浓度为最小值和最大值之间任何工况点进行运行，尿素用量能根据NOx变化趋势精确的进行调控，防止了尿素溶液浪费和脱硝效率不能满足排放需求的情况发生。

最后应说明的是：显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的进一步实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。