專利名稱：用于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中爐排焚燒sncr的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于選擇性非催化還原(SNCR)系統(tǒng)的改進(jìn)的簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)，SNCR系統(tǒng)使 用氨或者尿素等還原劑還原來自廢物焚燒鍋爐產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)排放物。本發(fā)明適用 于爐排式焚燒爐的SNCR系統(tǒng)控制，更為簡(jiǎn)易的“前饋”控制方法。通過更加精準(zhǔn)的還原劑 的注入，減少了整個(gè)系統(tǒng)的還原效果和運(yùn)行成本。
背景技術(shù)：
在垃圾焚燒爐中燃燒固體廢物產(chǎn)生一定量的氮氧化物(NOx)。NOx是一組無色、無 味但高活性、含有不同量的NO和NO2的氣體的總稱。NOx量在某種程度上隨著爐排和燃燒 爐設(shè)計(jì)而改變，但典型地在250和350PPM之間變動(dòng)(煙道氣中7% O2的干燥值)。NOx形成物的化學(xué)性質(zhì)直接相關(guān)于氮和氧之間的反應(yīng)。垃圾焚燒爐中的燃燒控器 系統(tǒng)典型地既包括主空氣(也稱為下爐排空氣)，也包括輔助空氣(也稱為上爐排或者過 燃燒空氣)。主空氣經(jīng)位于焙燒爐排下面的高壓間供應(yīng)并被強(qiáng)制經(jīng)過爐排，以隨后對(duì)廢物 床進(jìn)行干燥(析出水)，除去易揮發(fā)物質(zhì)(析出易 揮發(fā)的碳?xì)浠衔?，并燃盡(氧化非易 揮發(fā)性碳?xì)浠衔?。主空氣的量典型地被調(diào)節(jié)成使廢物開始燃燒過程中的過量空氣最小 化，同時(shí)使廢物床上的含碳材料的燃盡最大化。輔助空氣經(jīng)位于爐排上方的空氣口注入并 用來提供對(duì)從廢物床析出的碳?xì)浠衔锏耐牧骰旌虾推茐?。?duì)于一個(gè)典型的焚燒爐來說， 全部過量空氣的水平大約60 100% (160 200%化學(xué)計(jì)量(理想)的空氣要求)，其中， 主空氣典型地占整個(gè)空氣的50 70%。除了破壞有機(jī)物，這種燃燒方法的目的之一是使NOx形成物最少。NOx是在燃燒過 程中通過兩個(gè)主要機(jī)制形成的來自于對(duì)城市固體廢物(MSW)流中存在的有機(jī)結(jié)合的元素 氮(N)進(jìn)行氧化的燃料型N0X，以及來自于對(duì)大氣N2的高溫氧化的熱力型N0X。由于NOx排放物作為重要污染物、酸性氣體和臭氧前體的角色，NOx排放物對(duì)環(huán)境 具用巨大的破壞力。NOx直接的危害集中在這些氣體對(duì)呼吸道系統(tǒng)的影響。從NOx產(chǎn)生的 這些和其它顆粒深深地進(jìn)入到肺部的敏感部分中并能夠引起或者惡化潛在的致命性呼吸 道疾病，諸如肺氣腫和支氣管炎。此外，NOx排放物還引起其它的環(huán)境問題。例如，當(dāng)NOx和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC) 同熱和陽(yáng)光一起反應(yīng)時(shí)，形成地平面臭氧。兒童、哮喘病人以及在外面工作或鍛煉的人容易 受到臭氧的不利影響，這些影響包括肺部組織破壞和肺功能下降。臭氧還破壞植被和減少 莊稼收成。NOx和二氧化硫同空氣中其它物質(zhì)反應(yīng)形成酸，酸隨著雨、雪、霧或者干顆粒作為 酸雨落到地面。酸雨破壞或者損壞汽車、建筑物和紀(jì)念碑，還造成湖泊和河流變得不適于魚 類。此外，NOx還是影響大氣氫氧(OH)基的間接溫室氣體。具體地說，NOx氣體的分解 造成OH量增加。多國(guó)政府已通過了各種法律和規(guī)定來限制垃圾焚燒爐和其他源的NOx排放 物。例如，在40C. F. R. Paet60中授權(quán)THE U
NiTED States ENra0NMENTAL ^-GENCY (美國(guó)環(huán)境事務(wù)局)監(jiān)視 并限制來自MWC的N0X。類似地，在國(guó)際上，諸如歐洲、加拿大和日本存在相似的限制NOx排放物的規(guī)定和規(guī)章。有兩種NOx控制技術(shù)燃燒控制和后燃燒控制。燃燒控制是在燃燒過程中通過減 少火焰中O2可獲得性并降低燃燒區(qū)溫度來限制NOx的形成。這些技術(shù)包括階段化燃燒、低 過量空氣和煙道氣體的再循環(huán)(reR)。階段化燃燒和低過量空氣減少下爐排空氣的流量，以 為了減少燃燒區(qū)中的O2可獲得性，這樣促進(jìn)了在主燃燒中形成的一些NOx的化學(xué)還原。在 TOR中，一部分燃燒器廢氣被返回到燃燒空氣源，通過降低燃燒區(qū)O2，又抑制火焰溫度。后燃燒控制是指到垃圾焚燒爐內(nèi)除去燃燒過程中產(chǎn)生的NOx排放物，最通常使用 的后燃燒NOx控制包括典型的大量還原NOx的選擇性非催化還原(SNCR)系統(tǒng)，或者典型地 甚至比SNCR更有效的還原NOx的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。如下面更詳細(xì)地描述的，SCR 系統(tǒng)建造、運(yùn)行和維護(hù)起來比SNCR系統(tǒng)成本高很多倍，因此對(duì)于在世界的很多地方的垃圾 焚燒發(fā)電工廠使用來說，在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。SCR是一種用催化方式促進(jìn)NH3和NOx之間反應(yīng)的附加控制技術(shù)。SCR系統(tǒng)能使用 含稅或者無水NH3反應(yīng)物，主要區(qū)別是NH3蒸發(fā)系統(tǒng)的尺寸和安全性的要求。在SCR系統(tǒng) 中，精確量的反應(yīng)物被定量供應(yīng)到廢氣流中。反應(yīng)物分解成氨并在位于注入點(diǎn)下游的催化 劑上與NOx反應(yīng)。這種反應(yīng)將NOx還原成氮?dú)夂退魵?。SCR系統(tǒng)典型的運(yùn)行在大約500 700° F的溫度。就廢物處理費(fèi)效果和成本效率而言，由于高資本成本以及催化劑更換和處 理，SCR總的來說具有更高的成本。 相比之下，SNCR不使用催化劑將NOx還原成N2。與SCR系統(tǒng)類似，SNCR系統(tǒng)將一 種或者多種還原劑(或者“反應(yīng)物”)注入到燃燒爐中，與NOx反應(yīng)并形成N2。沒有催化劑 的幫助，這些反應(yīng)發(fā)生在大約1600 1800° F的溫度。當(dāng)少量引入反應(yīng)物時(shí)，幾乎所有反 應(yīng)物都消耗了，并且，在SNCR系統(tǒng)中增加反應(yīng)物的量可導(dǎo)致進(jìn)一步的NOx還原。然而，當(dāng)在 SNCR性能范圍上端附近運(yùn)行SNCR系統(tǒng)時(shí)，過量反應(yīng)物可能被添加到反應(yīng)室，然后，過量反 應(yīng)物通過MWC并最終逸出到大氣中，即一種已知為氨逃逸(AMM0NIASLIP)的不期望的現(xiàn)象。SNCR系統(tǒng)是公知的，并例如由Lyqn公開在第3900554號(hào)美國(guó)專利中以及由Aeand等 人公開在第4208386號(hào)和4325924號(hào)美國(guó)專利中。簡(jiǎn)要地說，這些專利公開了氨(Lyqn)和 尿素(Akand等)能夠在具體溫度窗口內(nèi)被注入熱燃燒氣體，以選擇性地同NOx反應(yīng)并將其還 原成二原子氮和水。盡管這里結(jié)合MWC系統(tǒng)進(jìn)行描述，但是，SNCR也用于還原來自注入燃 煤爐和燃油爐以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等其它燃燒設(shè)施的NOx排放物。當(dāng)前SNCR控制典型的使用慢動(dòng)作(SLOW-ACTING)控制器，基于煙囪NOx排放物來 調(diào)節(jié)氨流量。換言之，在當(dāng)前時(shí)間段中引入的氨的量總的來說取決于在一個(gè)或者更多時(shí)間 段中在MWC排放物中測(cè)得的NOx平均量。這種方法適用于諸如燒煤或者燒油的鍋爐等NOx排 放物不怎么變動(dòng)的過程。甚至當(dāng)在從一分鐘到另一分鐘的基礎(chǔ)上NOjJ^放物變化顯著時(shí)，這 種已知的方法也很好的工作而滿足當(dāng)前的規(guī)章限制，因?yàn)橐?guī)章限制是基于長(zhǎng)期的平均NOx 水平，諸如日平均等，并設(shè)定在用當(dāng)前控制方法能容易實(shí)現(xiàn)的水平。如果要求更嚴(yán)格的NOx 限制或者更短的平均時(shí)段，那么，這種用測(cè)得的NOx排放物水平來控制方應(yīng)物水平的已知方 法就導(dǎo)致潛在的減少NOx還原以及更高的氨逃逸。尤其是，簡(jiǎn)單的提高氨流量對(duì)煙囪NOx信號(hào)的響應(yīng)速度是無效的，因?yàn)樵谌紵隣t中 生成NOx和在監(jiān)視來自MWC煙囪排放物的連續(xù)排放物監(jiān)視(CEM)系統(tǒng)中測(cè)量NOx之間有時(shí) 間延遲。簡(jiǎn)單的使用更快的響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)將引導(dǎo)SNCR系統(tǒng)通過增加氨流量來響應(yīng)NOx排放物的暫時(shí)增加，即使是測(cè)得的高NOx水平已經(jīng)用SNCR系統(tǒng)離開了燃燒爐區(qū)域。當(dāng)在 隨后的低NOjK平時(shí)段中施加額外的反應(yīng)物時(shí)，增加的氨流量可能是過量的，造成氨逃逸增 加。類似地，SNCR通過降低反應(yīng)物流量來響應(yīng)NOx煙囪排放物的暫時(shí)減少，而反應(yīng)物流量水 平降低可能不足以最佳的處理相對(duì)更高的NOx燃燒爐水平。簡(jiǎn)單地說，對(duì)于不太變動(dòng)的過程 來說，或者當(dāng)在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段上控制到容易實(shí)現(xiàn)的限制時(shí)，過去的NOx水平是當(dāng)前NOx水 平的良好指標(biāo)。當(dāng)在NOx排放物高度變化的過程中控制到更嚴(yán)格的限制時(shí)，過去的NOx水平 就不再是當(dāng)前NOx水平的良好指標(biāo)。類似地，當(dāng)前反應(yīng)物水平可能取決于其它測(cè)量結(jié)果。例如，在另一種已知SNCR系 統(tǒng)控制中，CEM系統(tǒng)測(cè)量氨逃逸以確定煙囪排放物中含有的未反應(yīng)的反應(yīng)物的量。然后用 檢測(cè)到的當(dāng)前氨逃逸水平變更施加在SNCR系統(tǒng)中的反應(yīng)物量。然而，氨逃逸水平的本身可 能與NOx水平不怎么相關(guān)，因此，調(diào)節(jié)反應(yīng)物水平以最小化氨逃逸可能提供較差的NOx還原 性能。此外，控制SNCR系統(tǒng)的氨逃逸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于基于NOx的控制系統(tǒng)有類似的缺陷，即排放 物中測(cè)得的當(dāng)前氨逃逸水平其本身，對(duì)關(guān)于處理當(dāng)前將來燃燒爐條件所需要的反應(yīng)物流量 和燃燒爐中最終的NOx水平提供有限的指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供了一種更為簡(jiǎn)易直接的控制系 統(tǒng)和方法，但目前僅適用于爐排式焚燒爐中，可以預(yù)計(jì)，在流化床焚燒爐等其他燃燒系統(tǒng)中 也能找到類似的控制方法。通過短期準(zhǔn)確的測(cè)量當(dāng)前燃燒爐NOx水平的數(shù)據(jù)，控制焚燒爐 的SNCR系統(tǒng)中的還原劑注入流量水平。該新方法使用快速響應(yīng)的氨流量，在高NOx時(shí)段增 加氨，而在低NOx時(shí)段減少氨，這消除了傳統(tǒng)NOx排放測(cè)量裝置中固有的延遲。結(jié)果，在NOx 產(chǎn)物變高時(shí)，增加氨流量，然后，在對(duì)應(yīng)NOx產(chǎn)物變低時(shí)，減少氨流量，因此，提高了 NOx的還 原并通過最小化還原劑的過量施加減少了氨逃逸。當(dāng)然，傳統(tǒng)的NOx排放測(cè)量裝置仍然是必不可少的。它也是政府環(huán)保機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)污 染物所必需的。對(duì)于某一個(gè)具體案例來說，本發(fā)明的控制方法也需要得到煙氣連續(xù)在線監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)的修正依據(jù)。將燃燒控制系統(tǒng)連接到SNCR系統(tǒng)以向SNCR控制提供前饋信號(hào)能夠進(jìn) 一步增強(qiáng)SNCR控制過程。這種連接將允許反應(yīng)物流量在預(yù)料到更高的NOx水平是增加而 在預(yù)料到更低的NOx水平時(shí)減少。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種用于控制NOx還原劑的量的方法，所述方法包括如下步驟通過連續(xù)監(jiān)測(cè)爐排上方氮氧化物(NOx)濃度數(shù)值直接控制還原劑的注入量。在爐 排上方的側(cè)壁開取取樣點(diǎn)，每5-6秒的采樣周期，使用最近測(cè)得的十組數(shù)據(jù)加權(quán)平均后得 到當(dāng)前的氮氧化物(NOx)濃度量值。根據(jù)上述(NOx)濃度量值計(jì)算得出用于控制NOx還原 劑的量，其中，還原劑注入點(diǎn)在取樣點(diǎn)下游約50秒到120秒范圍內(nèi)的反應(yīng)溫度窗口上。上述方法進(jìn)一步包括如下步驟最近時(shí)間的采樣數(shù)據(jù)循環(huán)頂替最遠(yuǎn)時(shí)間的采樣數(shù) 據(jù)，加權(quán)平均后得到當(dāng)前的氮氧化物(NOx)濃度量值。從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的控制NOx還原劑的注 入濃度。NOx還原劑的注入量的變化是依靠調(diào)節(jié)注入噴槍時(shí)還原劑的濃度來實(shí)現(xiàn)的。上述系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于煙氣出口的煙氣在線監(jiān)測(cè)(CEMS)系統(tǒng)，該CEMS系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)僅用于修正本控制系統(tǒng)的原始參數(shù)，并不實(shí)時(shí)的參與控制。
盡管上面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體 實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很 多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中爐排焚燒SNCR的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟測(cè)定爐排上方氮氧化物(NOx)濃度數(shù)值；每5 6秒的采樣周期，使用最近測(cè)得的十組數(shù)據(jù)加權(quán)平均后得到當(dāng)前的氮氧化物(NOx)濃度量值；根據(jù)上述(NOx)濃度量值計(jì)算得出用于控制NOx還原劑的量的方法，其中，還原劑注入點(diǎn)在取樣點(diǎn)下游約50秒到120秒范圍內(nèi)的反應(yīng)溫度窗口上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中爐排焚燒SNCR的控制方法，其特征 在于，上述方法進(jìn)一步包括如下步驟最近時(shí)間的采樣數(shù)據(jù)循環(huán)頂替最遠(yuǎn)時(shí)間的采樣數(shù)據(jù)， 加權(quán)平均后得到當(dāng)前的氮氧化物(NOx)濃度量值。從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的控制NOx還原劑的注入 濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的NOx還原劑的注入量的變化，其特征在于，是依靠調(diào)節(jié)注入噴 槍時(shí)還原劑的濃度來實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中爐排焚燒SNCR的控制方法，其特征 在于，系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于煙氣出口的煙氣在線監(jiān)測(cè)(CEMS)系統(tǒng)，該CEMS系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù) 僅用于修正本控制系統(tǒng)的原始參數(shù)，并不實(shí)時(shí)的參與控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中爐排焚燒SNCR的控制方法，通過更準(zhǔn)確地測(cè)量由城市垃圾爐排式焚燒爐產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)濃度來控制選擇性非催化還原(SNCR)系統(tǒng)中的還原劑供給水平。在接近于爐排上方的爐壁上開孔取樣，通過新型快速的分析單元取得爐排上方氮氧化物(NOx)濃度數(shù)值。該數(shù)值經(jīng)過控制器中預(yù)先設(shè)置的計(jì)算程序快速地控制下游還原劑注入噴槍的流量。本方法可以稱作“前饋控制”，解決了現(xiàn)行公知的流行控制方法反饋信號(hào)滯后的弊病。
文檔編號(hào)F23G5/50GK101915425SQ20101026633
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者劉洪濤, 張曙光, 董珂, 郝永俊, 韓檬, 高亮 申請(qǐng)人:天津渤海環(huán)保工程有限公司