一种SCR脱硝催化剂最佳更换时间的实时计算方法

摘要

一种SCR脱硝催化剂最佳更换时间的实时计算方法，确定能够反映催化剂状态的SCR脱硝系统参数，依据边界条件获取各负荷工况下参数的实时运行数据，并进行基于拉依达准则(3σ准则)的数据滤波处理，根据数据滤波处理后的有效数据绘制SCR脱硝系统参数时间变化曲线，以此为依据计算脱硝催化剂的理论更换时间，并从经济性的角度实时计算并预测脱硝催化剂的最佳更换时间。

主权项

一种SCR脱硝催化剂最佳更换时间的实时计算方法，其特征在于：包括以下步骤：1)确定反映催化剂状态的SCR脱硝系统在线参数即脱硝效率E_SCR、喷氨流量S_NH3、出口氨浓度或氨逃逸率PPM、NO_X排放浓度C_NOx‑Out，确定SCR反应器温度T、烟气流量F_Gas和SCR系统NO_X入口浓度C_NOx‑In为SCR系统稳态运行条件参数；2)确定方案的边界条件机组运行状态良好，锅炉燃烧方式、燃烧温度、过量空气系数、烟气在炉内停留时间稳定，且入炉煤质稳定；3)获取各负荷工况下参数的实时运行数据并进行数据过滤处理3‑1)获取机组设计负荷P_i分别处于低负荷、中负荷和高负荷各要求负荷工况下机组稳态运行时四个SCR脱硝系统参数E_SCR,S_NH3,PPM,C_NOx‑Out的实时运行数据；其中低负荷、中负荷和高负荷分别定义为50％P_e、75％P_e和100％P_e；3‑2)对3‑1)获取的实时运行数据进行基于拉依达准则即3σ准则的数据滤波处理并剔除奇异数据；4)绘制脱硝系统参数时间变化曲线以12小时为时间单位，分别计算过去12小时内所有参数经过数据滤波处理得到的n‑m个有效数据的算术平均值，并用这些算术平均值分别绘制低负荷、中负荷和高负荷工况下四个SCR脱硝系统参数随时间的变化曲线5)通过对变化曲线进行数据拟合得到脱硝催化剂的理论更换时间；5‑1)脱硝效率降低到设计要求最低脱硝效率时，脱硝催化剂达到理论更换时间如式(4)所示；$E_{SCR}^{Pi}\left(t\right){|}_{t=t_{TR-E_{SCR}}^{Pi}}=E_{SCR0}^{Pi}---\left(4\right)$5‑2)NO_X排放浓度升高至排放要求极限值时，脱硝催化剂达到理论更换时间如式(5)所示；$C_{NOx-Out}^{Pi}\left(t\right){|}_{t=t_{TR-C_{NOx-Out}}^{Pi}}=C_{NOx-Out0}^{Pi}---\left(5\right)$5‑3)出口氨浓度或氨逃逸率PPM^Pi(t)升高至排放要求极限值时，脱硝催化剂达到理论更换时间如式(6)所示；${\mathrm{PPM}}^{Pi}\left(t\right){|}_{t=t_{TR-PPM}^{Pi}}={\mathrm{PPM}}_0^{Pi}---\left(6\right)$在Pi负荷工况下，和PPM^Pi(t)三条曲线各自出现转折点，分别对应式(4)、式(5)和式(6)分别推算的理论更换时间和通常这三个时间不尽相同，因此，定义Pi负荷工况下，脱硝催化剂的理论更换时间如式(7)所示：$t_{TR}^{Pi}=Min\{t_{TR-E_{SCR}}^{Pi},t_{TR-C_{NOx-Out}}^{Pi},t_{TR-PPM}^{Pi}\}---\left(7\right)$6)计算脱硝催化剂的最佳更换时间在Pi负荷工况下，如果达到理论更换时间而不更换脱硝催化剂，通过增加的喷氨消耗量与液氨成本单价计算增加的喷氨成本，并计入相关脱硝设备增加的电量，计算得到增加的运行消耗成本，如式(8)所示：$C_C^{Pi}\left(t\right)=p_{NH3}·{\int }_{t_{TR}^{Pi}}^{t^{Pi}}\left(S_{NH3}^{Pi}\right(t)-S_{NH3}^{\prime Pi}(t\left)\right)dt+p_{KWH}·{\int }_{t_{TR}^{Pi}}^{t^{Pi}}KWHdt---\left(8\right)$式中，p_NH3为液氨成本单价，更换脱硝催化剂后的喷氨流量p_KWH为上网电价，KWH为相关脱硝设备每12小时增加平均电耗；脱硝催化剂更换成本R_C(t)由催化剂购置成本现值B_C、安装费用现值I_C及废催化剂处理费现值D_C通过复利法计算得到，如式(9)所示，其中y为计息年化利率，t为计息时间，12小时为一个时间单位；$R_C\left(t\right)=(B_C+I_C+D_C)·{(1+y)}^{\frac{12t}{365}}---\left(9\right)$当额外的运行消耗成本与脱硝催化剂更换成本R_C(t)在延长期内的经济收益相等时，如式(10)所示，可实时计算并预测不同Pi负荷工况下脱硝催化剂的最佳更换时间$C_C^{Pi}\left(t\right)=R_C\left(t\right)·y·\frac{(t_{OR}^{Pi}-t_{TR}^{Pi})}{365}---\left(10\right)$或将不同Pi负荷工况对应的额外增加的运行消耗成本与脱硝催化剂更换成本R_C(t)绘制与时间相关的曲线，不同Pi负荷工况对应不同最佳更换时间其他边界条件一致的前提下，负荷Pi越高，时间越短；根据式式(10)计算的脱销催化剂在Pi低负荷、中负荷和高负荷工况对应不同最佳更换时间通过不同Pi负荷工况在机组运行过程中所占比例权重α^Pi，计算脱硝催化剂的最佳更换时间t_OR，如式(11)所示$t_{OR}=\underset{i}{\Sigma }{\alpha }^{Pi}·t_{OR}^{Pi}---\left(11\right)$式中，α^Pi的取值，根据历史负荷情况考虑，也可根据年度或月度调度计划考虑。