洪 新，張曉斌，何 駿

（北京首創(chuàng)環(huán)境科技有限公司第一分公司，北京 100028）

選擇性非催化還原 ( selective non-catalytic reduction，SNCR)脫硝技術(shù)以其投資少、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)成為垃圾焚燒脫硝（NO）的首選方法。

1 SNCR脫硝反應(yīng)原理

2 基于支持向量機(jī)的SNCR系統(tǒng)建模

由于本文設(shè)計(jì)的帶SNCR系統(tǒng)的垃圾焚燒爐處于建設(shè)階段，所以選取規(guī)模、型號(hào)相同的垃圾焚燒爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。建模對(duì)象為600 t·d垃圾焚燒爐的SNCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心為布置在 28.5、30.0 m標(biāo)高處的尿素溶液噴射層，共設(shè)有 20支霧化噴槍。每層尿素溶液噴射層設(shè)有10支噴槍，其中鍋爐第一煙道前墻布置4支噴槍，左、右墻分別布置2支噴槍，鍋爐第二煙道左、右墻各布置1支噴槍。

2.1 SNCR系統(tǒng)模型參數(shù)

SNCR系統(tǒng)噴槍的霧化空氣和尿素溶液均分別來(lái)自同一根壓縮空氣母管和尿素溶液母管，兩者均裝有調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)氣壓和水壓。為了調(diào)節(jié)噴射溶液的濃度，尿素溶液母管的溶液由較濃的尿素溶液與稀釋水混合而得。通過(guò)調(diào)節(jié)尿素溶液閥和稀釋水閥的開(kāi)度可以得到不同的尿素溶液濃度和噴射液體流量。稀釋水流量、尿素溶液母管的流量及尿素溶液壓力為該系統(tǒng)的3個(gè)參數(shù)，它們決定了還原劑的用量和霧化效果。

本文中采集焚燒爐連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行一天的DCS數(shù)據(jù)（每秒記錄一次數(shù)據(jù)，最后得到172 801條數(shù)據(jù)，每條DCS數(shù)據(jù)包含9個(gè)參數(shù)）。

2.2 SNCR系統(tǒng)建模

支持向量機(jī) ( support vector machines，SVM)是Vapnik等提出的一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。該算法在樣本訓(xùn)練過(guò)程中采用結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小原則，同時(shí)兼顧泛化能力，有效地避免了過(guò)學(xué)習(xí)和欠學(xué)習(xí)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖1 SNCR系統(tǒng)建模流程圖Fig. 1 Flow chart of SNCR system modeling

圖2 測(cè)試集預(yù)測(cè)值和真實(shí)值對(duì)比Fig. 2 Comparison of predicted values and practical values in test set

3 SNCR控制系統(tǒng)

3.1 聲波測(cè)溫系統(tǒng)

針對(duì)利用熱電偶測(cè)量爐膛的溫度時(shí)存在的問(wèn)題，引入聲波測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)量爐膛溫度，獲得爐膛二維溫度場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)SNCR系統(tǒng)分區(qū)精準(zhǔn)噴射還原劑。

聲波測(cè)溫系統(tǒng)具有高分辨率、高準(zhǔn)確性、不受輻射的影響、設(shè)備穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。聲學(xué)測(cè)溫方法的基本原理是基于聲波在氣體介質(zhì)中的傳播速度是該氣體組分和絕對(duì)溫度的函數(shù)，其關(guān)系可表示為

由于測(cè)溫路徑的距離已知，通過(guò)測(cè)量聲波在發(fā)射裝置和接收裝置之間的傳播時(shí)間，可以確定聲波在傳播路徑上的平均速度。再根據(jù)式（2）便可以求出聲波傳播路徑上煙氣的平均溫度。若干條測(cè)溫路徑組成一個(gè)復(fù)雜的線溫度網(wǎng)，再根據(jù)溫度場(chǎng)重建算法計(jì)算出多個(gè)溫度區(qū)域的溫度，并獲得斷面二維溫度場(chǎng)分布圖。

聲波測(cè)溫系統(tǒng)在鍋爐24.82 m標(biāo)高處設(shè)8個(gè)聲波測(cè)溫點(diǎn)，其中前墻4個(gè)，左、右墻各2個(gè)。每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)同時(shí)具備發(fā)射和接收功能。聲波測(cè)溫系統(tǒng)將整個(gè)爐膛劃分為8個(gè)溫度場(chǎng)區(qū)域。每對(duì)聲波發(fā)生與接收器組成一條測(cè)溫線，共20條。本系統(tǒng)采用“一發(fā)多收”的方式，即1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)發(fā)出聲波，其余非同側(cè)測(cè)溫點(diǎn)同時(shí)接收，同時(shí)計(jì)算并更新對(duì)應(yīng)測(cè)溫路徑上的溫度。圖3為聲波測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)布置。結(jié)合爐膛平面層間的溫度差值，建立三維溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。SNCR噴槍分布與溫度分區(qū)對(duì)應(yīng)，三維溫度場(chǎng)能反映各支噴槍尿素溶液反應(yīng)溫度。SNCR系統(tǒng)投用時(shí)，選擇最合適的溫度分區(qū)噴入尿素溶液，以提高脫硝效率，同時(shí)減少因脫硝反應(yīng)溫度低產(chǎn)生的氨逃逸。

圖3 聲波收發(fā)單元與噴槍布置圖Fig. 3 Layout of acoustic transceiver unit and spray gun

3.2 PLC控制邏輯

PLC控制邏輯采用串級(jí)控制，控制邏輯框圖如圖4所示。圖中：內(nèi)回路采用常規(guī) PID 控制器對(duì)閥門(mén)開(kāi)度到尿素溶液流量進(jìn)行控制，被控對(duì)象是尿素溶液調(diào)節(jié)閥；外回路針對(duì)各典型工況下SNCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的控制策略。

圖4 PLC控制邏輯框圖Fig. 4 Logic block of PLC control

4 結(jié) 論