垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法

967 编辑：中冶有色技术网来源：上海康恒环境股份有限公司

2023-12-14 15:13:58

权利要求书： 1.一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)：检测焚烧炉炉膛中心位置的横切面绝对温度分布图像；

步骤(2)：对步骤(1)获取的横切面绝对温度分布图像进行等值化图像处理，得到横切面的绝对温度分布等值图；

步骤(3)：根据还原剂喷头安装的几何位置，在横切面的绝对温度分布等值图中，确定该喷头方向最佳脱硝还原温度点位置；

步骤(4)：检测喷头所在位置的轴向炉膛温度分布图像，进行等值化图像处理，得到该喷头方向的纵剖面相对温度分布等值图；

步骤(5)：根据横切面温度分布检测位置，以及步骤(3)中得到的最佳脱硝还原温度点位置，确定在步骤(4)中纵剖面相对温度分布等值图中的最佳脱硝还原温度点位置，经过该点的等值线为最佳脱硝还原温度线，该线邻域为还原剂最佳脱硝区间；

步骤(6)：运用步骤(5)得到的最佳脱硝还原温度线，根据喷头安装的位置，在最佳脱硝还原温度线上，确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ最小的点，该点为喷头喷射还原剂的目标点；

步骤(7)：计算喷头末端到步骤(6)得到的目标点的距离，根据距离大小确定喷头喷射的压力；

步骤(8)：运用步骤(6)得到的目标点和喷头延长线的夹角，计算喷头到目标点的仰角，用于调整喷头的角度；从而实现垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制。

2.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到的横切面绝对温度分布等值线图，步骤(3)中得到喷头方向最佳脱硝还原温度点位置；

已知喷头安装位置为P(x0,y0,z0)，横切面温度场检测点z＝z1，由横切面绝对温度分布等值图T(x,y,z1)及最佳还原温度Top，得到该横切面上的最佳还原温度等值图Top(x,y,z1)，通过计算得到最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)，公式如下：

2 2 2

P(xop,yop,zop)＝argmin((x?x0) +(y?y0) +(z?z0))，(x,y,z)∈Top(x,y,z1)；

由于z坐标确定，喷头运动方向为Z轴方向，最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)计算公式简化如下：

2

P(xop,yop,zop)＝argmin(x?x0) ，yop＝y0,zop＝z1。

3.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，其特征在于：根据步骤(4)得到的纵剖面相对温度分布等值图，结合步骤(3)得到的横切面上最佳脱硝还原温度点位置，得到步骤(5)所述最佳脱硝还原温度线位置，还原剂最佳脱硝区间：横切面上的最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)，yop＝y0,zop＝z1，纵剖面上的相对温度分布图中T(x,y0,z)，计算该点的温度值T′op，该点温度等同于最佳还原温度Top，计算得到纵剖面上最佳脱硝还原温度线Top(x,y0,z)，计算公式如下：Top(x,y0,z)＝T(x,y0,z)|T＝T′op。

4.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，其特征在于：根据步骤(5)得到的最佳脱硝还原温度线，结合喷头安装的位置，在最佳脱硝还原温度线上，确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ最小的点，得到步骤(6)所述喷头喷射还原剂的目标点；

最佳脱硝还原温度线为Top(x,y0,z)，喷头安装位置为P(x0,y0,z0)，确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ最小的点，计算公式如下：为便于工程实现，上述公式简化为如下：

2 2 2

Pop(xop,y1,zop)＝argminarccos((z?z0) /((x?x0)+(z?z0) ))，(x,y,z)∈Top(x,y0,z)。

5.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，其特征在于：根据步骤(6)得到喷头喷射还原剂的目标点和喷头安装位置，得到所述步骤(7)的喷头喷射压力以及所述步骤(8)喷头的角度：喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ计算公式如下：喷射压力与喷嘴末端与喷射目标点之间的距离成正比，比例系数为β，喷头长度为L，可以得到喷头的喷射压力Pflow，计算公式如下：

说明书：一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法技术领域[0001] 本发明属于环保工程技术领域，具体涉及采用图像技术优化SNCR过程中还原剂喷射的控制方法。

背景技术[0002] 生活垃圾焚烧过程中产生的氮氧化合物是污染大气的重要组成部分，包括NO，NO2，N2O，N2O3，N2O4，N2O5等统称为NOx，其中主要成分为NO和NO2。

[0003] 垃圾焚烧炉的脱硝按照脱硝工艺分为两种，焚烧炉焚烧过程脱硝(简称SNCR)和烟气脱硝(简称SCR)。前者运行成本低，运行维护简单，脱硝效率相对较低；后者运行成本高，

运行维护复杂，脱硝效率高。

[0004] 为控制日益恶化的环境污染问题，中国环境保护部与国家质量监督检验检疫总局于2014年发布了生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485?2014，对生活垃圾焚烧中产生的NOX

3

含量要求控制在250mg/m以下，从而对现有垃圾焚烧炉的NOX控制技术提出了更高要求。

[0005] SNCR脱硝方法的还原剂包括氨水稀释溶液和尿素溶液两种，对氨水的运输、存储、使用要求比较高，通常采用还原剂作为SNCR的还原剂。

[0006] SNCR脱硝技术依据测量烟气中氮氧化合物的含量，计算相应浓度还原剂的数量，在垃圾焚烧炉炉膛温度达到一定阈值后，往炉膛内喷射雾化还原剂，启动还原过程。

[0007] SNCR烟气脱硝以“温度窗口”为特征，在这“窗口”之外，当温度较低时，还原剂和NOX反应性比较差，会有一定量的不能参加反应的NH3以泄漏氨的形式逸出；当温度较高时，

部分还原剂将会被氧化成NOX，因而NOX的去除率就会降低。因此，如何控制作为SNCR还原剂

的尿素溶液成为直接影响脱销效率的关键。

发明内容[0008] 本发明需要解决的问题是：在SNCR还原过程中，通过计算得到焚烧炉中适合SNCR还原的空间，把适当量的还原剂通过还原剂喷头雾化后喷射到垃圾焚烧炉的SNCR“温度窗

口”内，以达到提高脱硝率，降低氨逃逸。

[0009] 本发明的技术方案如下所述：一种垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法，该方法包括如下步骤：

[0010] 步骤(1)：检测焚烧炉炉膛中心位置的横切面温度分布图像；步骤(2)：运用步骤(1)的图像进行等值化图像处理，得到横切面的温度分布等值图；步骤(3)：根据还原剂喷头

安装的几何位置，在步骤(2)得到的横切面的绝对温度分布等值图中，确定喷头附近的最佳

脱硝还原温度点位置；步骤(4)：检测喷头所在位置的轴向炉膛温度分布图像，进行等值化

图像处理，得到该喷头的纵剖面温度分布等值图；步骤(5)：根据横切面温度分布检测位置，

以及步骤(3)中得到的最佳脱硝还原温度点位置，确定在步骤(4)中纵剖面温度分布等值图

中的最佳脱硝还原温度点位置，经过该点的等值线为最佳脱硝还原温度线；步骤(6)：运用

步骤(5)得到的最佳脱硝还原温度线，根据喷头安装的位置，在最佳脱硝还原温度线上，确

定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角最小的点，该点为喷头喷射还原剂

的目标点；步骤(7)：计算喷头末端到步骤(6)得到的目标点的距离，根据距离大小确定喷头

喷射的压力；步骤(8)：运用步骤(6)得到的目标点和喷头延长线的夹角，计算喷头到目标点

的仰角，用于调整喷头的角度；从而实现垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制。

[0011] 上述步骤(2)中得到的横切面绝对温度分布等值线图，得到喷嘴所在位置的最佳脱硝还原温度点位置是：

[0012] 已知喷嘴安装位置为P(x0,y0,z0)，横切面温度场检测点z＝z1，由横切面绝对温度分布等值线图T(x,y,z1)及最佳还原温度Top，得到该横切面上的最佳还原温度等值线Top(x,

y,z1)，通过计算得到最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)，公式如下：

[0013] P(xop,yop,zop)＝argmin((x?x0)2+(y?y0)2+(z?z0)2)，(x,y,z)∈Top(x,y,z1)[0014] 由于z坐标确定，喷嘴运动方向为Z轴方向，最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)计算公式简化如下：

[0015] P(xop,yop,zop)＝argmin(x?x0)2，yop＝y0,zop＝z1。[0016] 上述步骤(5)中，利用步骤(4)得到的纵向温度分布等值线图，结合步骤(3)得到的横切面上最佳脱硝还原温度点位置，可以计算出该喷头所在位置的纵剖面上的最佳脱硝还

原温度线，确定喷头还原剂的目标喷射区域。

[0017] 横切面上的最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)，yop＝y0,zop＝z1，纵剖面上的相对温度分布图中T(x,y0,z)，计算该点的温度值To'p，该点温度等同于最佳还原温度Top，计

算得到纵剖面上最佳脱硝还原温度线Top(x,y0,z)，计算公式如下：

[0018] Top(x,y0,z)＝T(x,y0,z)|T＝To'p[0019] 上述步骤(6)中，运用步骤(5)得到的最佳脱硝还原温度线，结合喷头安装的位置，在最佳脱硝还原温度线上，确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角最小

的点，得到还原剂喷射的目标点；

[0020] 最佳脱硝还原温度线为Top(x,y0,z)，喷嘴安装位置为P(x0,y0,z0)，很容易确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ最小的点，计算公式如下：

[0021] (x,y,z)∈Top(x,y0,z)

[0022] 为便于工程实现，上述公式简化为如下：[0023] Pop(xop,y1,zop)＝argminarccos((z?z0)2/((x?x0)2+(z?z0)2))，(x,y,z)∈Top(x,y0,z)

[0024] 上述步骤(7)及步骤(8)中，运用步骤(6)得到还原剂喷射的目标点的位置和喷头实际安装的物理位置，计算出喷头的仰角以及还原剂的喷射压力。

[0025] 喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ计算公式如下：[0026][0027] 喷射压力与喷嘴末端与喷射目标点之间的距离成正比，比例系数为β，喷嘴长度为L，可以得到喷嘴的喷射压力Pflow，计算公式如下：

[0028][0029] 本发明方法的有益效果是：[0030] 检测横切面温度分布图和纵剖面相对温度分布图，精确定位SNCR脱硝过程中焚烧炉内的最佳的“温度窗口”，保证最佳SNCR还原条件，提高脱硝效率。

[0031] 通过把还原剂直接投射到SNCR最佳还原区间，降低SNCR脱硝的氨逃逸率。附图说明[0032] 图1中a是横切面温度场等值线图及喷枪位置示意图；[0033] 图1中b是剖面温度场等值线图及喷枪位置示意图；[0034] 图2是本发明垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射的控制方法流程图。具体实施方式[0035] 下面结合附图和实施例对本发明的垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射优化方法进行详细说明。

[0036] 本发明方法通过垃圾焚烧炉温度场检测及还原剂喷射装置，该装置包括一套焚烧炉炉膛横切面温度场图像检测设备，用来检测横切面绝对温度分布图像如图1a；一个检测

焚烧炉纵向图像摄像头，用来检测纵向相对温度分布图像如图1b；一套可以调节纵向仰角

和喷射压力的还原剂喷射装置，用于喷射SNCR脱硝的还原剂溶液。本发明通过实时检测焚

烧炉炉膛中心位置的横切面绝对温度分布图像和炉膛内轴向炉膛相对温度分布图像，对图

像进行等值化处理，计算炉膛内适合SNCR还原最佳温度分布位置，从而得到还原剂喷头的

喷射方向和喷射压力，本方法可以在线优化SNCR还原剂的喷射方向、喷射压力，如图2。本发

明的垃圾焚烧炉SNCR脱硝中还原剂喷射优化方法具体包括以下步骤：

[0037] 步骤(1)：检测焚烧炉炉膛中心位置的横切面温度分布图像；[0038] 步骤(2)：建立炉膛空间的几何坐标系(x,y,z),运用步骤(1)的图像进行等值化图像处理，得到焚烧炉炉膛横切面的温度分布等值图IMG1,温度分布为T(x,y,z1),标记温度

为最佳脱硝还原温度的等值线L1，z1为温度场检测位置的Z轴坐标；

[0039] 步骤(3)：根据还原剂喷头安装的几何位置(x0,y0,z0)，在步骤(2)得到的等值线L1中，确定离喷头最近的最佳脱硝还原温度点M,M点坐标计算公式如下：

[0040] M(xop,yop,zop)＝argmin((x?x0)2+(y?y0)2+(z?z0)2)，(x,y,z)∈Top(x,y,z1)[0041] 由于z坐标确定，喷嘴运动方向为Z轴方向，最佳脱硝还原温度点位置(xop,yop,zop)计算公式简化如下：

[0042] M(xop,yop,zop)＝argmin(x?x0)2，yop＝y0,zop＝z1[0043] 步骤(4)：检测喷头所在位置的轴向炉膛相对温度分布图像，进行等值化图像处理，得到该喷头的纵剖面相对温度分布等值图IMG2，温度分布为T(x,y0,z)，y0为喷头的y坐

标参数；

[0044] 步骤(5)：根据横切面温度分布检测位置z1，以及步骤(3)中得到的最佳脱硝还原温度点M，确定在步骤(4)中纵剖面温度分布等值图中的最佳脱硝还原温度点，经过该点的

等值线L2为最佳脱硝还原温度线Top(x,y0,z)，计算公式如下：

[0045] Top(x,y0,z)＝T(x,y0,z)|T＝To'p[0046] 步骤(6)：运用步骤(5)得到的最佳脱硝还原温度线，根据喷头安装的位置，在最佳脱硝还原温度线上，确定喷头方向与最佳脱硝还原温度线夹角最小的点O，该点为喷头喷射

还原剂的目标点；

[0047] 最佳脱硝还原温度线为Top(x,y0,z)，喷嘴安装位置为P(x0,y0,z0)，很容易确定喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ最小的点，计算公式如下：

[0048] (x,y,z)∈Top(x,y0,z)

[0049] 为便于工程实现，上述公式简化为如下：[0050] Pop(xop,y1,zop)＝argminarccos((z?z0)2/((x?x0)2+(z?z0)2))，(x,y,z)∈Top(x,y0,z)

[0051] 步骤(7)：计算喷头末端到步骤(6)得到的目标点O的距离，根据距离大小确定喷头喷射的压力；

[0052] 喷射压力与喷嘴末端与喷射目标点之间的距离成正比，比例系数为β，喷嘴长度为L，可以得到喷嘴的喷射压力Pflow，计算公式如下：

[0053][0054] 步骤(8)：运用步骤(6)得到的目标点和喷头延长线的夹角θ，计算喷头到目标点的仰角，调整喷头的角度。

[0055] 喷头位置与最佳脱硝还原温度线上点连线与纵轴夹角θ计算公式如下：[0056]