一种多机组公用尿素水解供氨系统及协同稳压方法与流程

本发明涉及设备控制，具体为一种多机组公用尿素水解供氨系统及协同稳压方法。

背景技术：

1、选择性催化还原（scr）技术是目前燃煤电厂及大型工业锅炉应用最为广泛的烟气脱硝工艺。其核心原理是在催化剂作用下，利用还原剂（通常为氨气）将烟气中的氮氧化物（nox）还原为无毒的氮气和水。在还原剂的制备工艺中，相较于液氨的高危性和氨水的低浓度，尿素水解制氨技术凭借其工艺流程简单、运行安全可靠、投资适中等优势，已成为当前脱硝系统的主流选择。

2、在传统的单机组配置模式下，每台锅炉通常配备一套独立的尿素水解制氨系统。然而，随着电厂节能降耗需求的提升及公用工程系统的优化，多机组公用一套大型尿素水解供氨系统的“集中制氨、分炉供应”模式逐渐成为趋势。这种架构虽然提高了设备利用率和系统冗余度，但也给供氨压力的稳定性控制带来了极大的挑战。

3、在实际运行过程中，多机组公用系统面临着复杂的动态耦合问题。首先，不同机组的负荷波动特性各异，导致总氨耗需求呈现非线性的剧烈震荡。当某台机组负荷快速变化引发脱硝喷氨量突变时，公用母管的压力会瞬间波动。由于尿素水解反应存在显著的热滞后性（通常需3-5分钟），蒸汽进料调节阀的pid控制往往难以跟上氨气流量的瞬时变化，导致“用氨量先变、产氨量后变”的时间差，进而引发系统压力的过冲或骤降。

4、其次，现有的稳压控制逻辑缺乏对压力异常的精准溯源能力。导致供氨压力降低的原因众多，既可能是前端蒸汽供应不足、水解器内液位异常或溶液浓度偏差，也可能是后端管道因伴热失效导致的尿素结晶堵塞，甚至是机组突停引发的流量断崖。传统的控制系统往往只能检测到“压力低”这一结果，却无法区分是“产不出”还是“送不到”，导致系统只能进行盲目的升压调节，甚至可能因误判而触发不必要的跳机保护，严重影响机组的安全稳定运行。

5、此外，在多机组切换或母管检修场景下，缺乏平滑的压力协同机制。现有的切换逻辑往往采用简单的阀门开关控制，极易造成管网压力的剧烈扰动，影响下游scr反应的脱硝效率，甚至导致氨逃逸超标。。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多机组公用尿素水解供氨系统及协同稳压方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，本公开提供一种多机组公用尿素水解供氨系统，包括：

3、水解制氨单元，包括尿素水解反应器组；

4、辅助单元包括伴热管路、辅汽供汽管路和备用工业供汽管路，所述辅汽供汽管路的一端用于与辅助蒸汽设备连通，所述备用工业供汽管路的一端用于与工业蒸汽设备连通，所述辅汽供汽管路的另一端与所述备用工业供汽管路的另一端均与所述尿素水解反应器组的蒸汽总入口连通；

5、双母管冗余输送单元，包括并联设置的主产品气母管与备用产品气母管，所述主产品气母管的一端和所述备用产品气母管的一端均与所述尿素水解反应器组的产品气支管的总出口连通，所述主产品气母管的另一端和所述备用产品气母管的另一端均用于与各机组炉前产品气支管的总入口连通；

6、所述伴热管路包括第一伴热管和第二伴热管，所述第一伴热管包覆于所述主产品气母管的外侧，所述第二伴热管包覆于所述备用产品气母管的外侧，所述第一伴热管的一端用于与所述辅助蒸汽设备连通，所述第二伴热管的一端用于与所述工业蒸汽设备连通，所述第一伴热管的另一端和所述第二伴热管的另一端均通过伴热母管用于与疏水装置连通；

7、双层采集预警单元，包括分别设置于所述主产品气母管与所述备用产品气母管的第一测点组、分别设置于所述各机组炉前产品气支管的第二测点组、分别设置于所述尿素水解反应器组的各个产品气支管的第三测点组、设置于所述伴热管路的温度测点，以及设置于所述辅汽供汽管路的压力测点，所述第一测点组用于采集运行中的所述主产品气母管或所述备用产品气母管的第一压力数据和第一温度数据，所述第二测点组用于采集所述各机组炉前产品气支管的第二压力数据和第二温度数据，所述第三测点组用于采集所述尿素水解反应器组的各个产品气支管的第三压力数据和第三温度数据，所述温度测点用于采集所述伴热管路的介质温度数据，所述压力测点用于采集所述辅汽供汽管路的压力数据；

8、控制单元，分别与所述水解制氨单元、所述辅助单元、所述双母管冗余输送单元及所述双层采集预警单元电连接。

9、可选地，所述控制单元包括第一逻辑，第一逻辑被配置为基于所述第一测点组、所述第二测点组、所述第三测点组、所述温度测点以及所述压力测点，判定系统故障类型，所述故障类型包括辅汽供汽压力不足故障、尿素水解反应器故障、管路泄漏故障以及管路结晶堵管故障，具体判定步骤包括：

10、当监测到运行中的所述主产品气母管的压力低于第一预警阈值，且所述压力测点采集到的所述辅汽供汽管路的压力低于第二预警阈值时，判定为所述辅汽供汽压力不足故障；

11、在排除辅汽供汽压力不足故障的前提下，当监测到运行中的所述尿素水解反应器组的某个产品气支管的压力下降异常时，判定为该产品气支管对应的尿素水解反应器故障；

12、当监测到所述各机组炉前产品气支管的压力先下降，运行中的所述主产品气母管的压力后下降，且所述伴热管路的介质温度正常时，判定为所述管路泄漏故障；

13、当监测到运行中的所述主产品气母管的压力高于第三预警阈值，且所述各机组炉前产品气支管的压力低于第四预警阈值，同时所述主产品气母管的温度低于预设结晶温度阈值时，判定为所述管路结晶堵管故障。

14、可选地，所述控制单元还包括第二逻辑，所述第二逻辑被配置为针对所述管路结晶堵管故障，执行防结晶控制指令：

15、当判定发生所述管路结晶堵管故障时，将运行中的所述主产品气母管切换至所述备用产品气母管，并加大运行中的所述辅汽供汽管路或所述备用工业供汽管路上的阀门开度，以使切换后运行的所述主产品气母管的温度回升至所述预设结晶温度阈值以上。

16、可选地，所述控制单元还包括第三逻辑，所述第三逻辑被配置为执行nox排放兜底管控指令：

17、当监测到scr脱硝系统的净烟气nox排放浓度接近或超过预设环保限值时，加大运行中的所述辅汽供汽管路或所述备用工业供汽管路上的阀门开度，以使所述尿素水解反应器组中的多个主用尿素水解反应器满出力运行；

18、当多个所述主用尿素水解反应器产氨出力未达标，自动启动所述尿素水解反应器组中的备用尿素水解反应器投入运行。

19、可选地，所述控制单元还包括第四逻辑，所述第四逻辑被配置为执行全厂氨耗联动启停指令：

20、当全厂总喷氨量超过高负荷阈值，且运行中的所述主产品气母管的压力低于预设低压阈值时，自动启动所述尿素水解反应器组中的备用尿素水解反应器投入运行；

21、当全厂总喷氨量低于低负荷阈值，且运行中的所述主产品气母管的压力稳定高于预设高压阈值并持续预设时长时，自动退运一台所述尿素水解反应器组中的主用尿素水解反应器。

22、可选地，所述控制单元还包括第五逻辑，所述第五逻辑被配置为执行双母管无缝切换联锁指令：

23、当所述第一测点组检测到所述主产品气母管发生异常且持续预设时间后，缓慢开启所述备用产品气母管上的阀门，并同步缓慢关闭所述主产品气母管上的阀门，以完成产品气输送通道的交叉平滑切换。

24、根据本公开的另一方面，提供一种多机组公用尿素水解供氨系统的协同稳压控制方法，应用于如上述的多机组公用尿素水解供氨系统，所述方法包括以下步骤：

25、双层参数同步采集步骤：通过所述双层采集预警单元，实时采集运行中的所述主产品气母管或所述备用产品气母管的第一压力数据和第一温度数据、所述各机组炉前产品气支管的第二压力数据和第二温度数据、所述尿素水解反应器组的各个产品气支管的第三压力数据和第三温度数据、所述伴热管路的介质温度数据，以及所述辅汽供汽管路的压力数据；

26、四分类故障溯源诊断步骤：所述控制单元基于第一逻辑，将采集的各项数据进行比对分析，识别当前系统状态的故障类型，并生成对应的故障代码；

27、差异化调控执行步骤：所述控制单元根据所述故障代码，向所述水解制氨单元、所述辅助单元或所述双母管冗余输送单元输出对应的控制指令。

28、可选地，所述差异化调控执行步骤中，若诊断为所述管路结晶堵管故障，执行防结晶控制指令，具体步骤如下：

29、将所述主产品气母管切换为所述备用产品气母管，并增大运行中的所述辅汽供汽管路或所述备用工业供汽管路上的阀门开度，以使切换后运行的产品气母管的温度回升至所述预设结晶温度阈值以上。

30、可选地，所述差异化调控执行步骤中，还执行nox排放兜底管控指令，具体步骤如下：

31、当监测到scr脱硝系统的净烟气nox排放浓度接近或超过预设环保限值时，增大运行中的所述辅汽供汽管路或所述备用工业供汽管路上的阀门开度，以使所述尿素水解反应器组中的多个主用尿素水解反应器满出力运行；

32、当多个所述主用尿素水解反应器产氨出力未达标，自动启动所述尿素水解反应器组中的备用尿素水解反应器投入运行。

33、可选地，所述方法还包括以下步骤：

34、全厂氨耗联动启停步骤：当全厂总喷氨量超过高负荷阈值，且运行中的所述主产品气母管的压力低于预设低压阈值，自动控制所述尿素水解反应器组中的备用尿素水解反应器投入运行；响应于全厂总喷氨量低于低负荷阈值，且运行中的所述主产品气母管的压力稳定高于预设高压阈值并持续预设时长，自动控制退运一台运行中的所述尿素水解反应器组中的主用尿素水解反应器；

35、双母管无缝切换联锁步骤：当所述第一测点组检测到所述主产品气母管发生异常且持续预设时间，缓慢开启所述备用产品气母管上的阀门，并同步缓慢关闭所述主产品气母管上的阀门，以完成产品气输送通道的交叉平滑切换。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于尿素水解生成的产品气在温度降低时极易发生逆向反应，生成氨基甲酸铵或尿素结晶。这个结晶过程发生在产品气离开水解器后的输送管路中。因此，利用第一伴热管和第二伴热管分别包覆在主产品气母管的外侧和备用产品气母管的外侧，可以对运行中的主产品气母管或备用产品气母管进行外部伴热保温，才能防止结晶堵管。

37、并且，在供氨输送环节，系统采用双母管冗余设计。产品气从尿素水解反应器组产出后，优先经主产品气母管输送至各机组炉前支管；一旦主产品气母管发生泄漏或结晶堵塞等异常工况，控制单元能够基于双层采集预警单元反馈的数据迅速识别故障，并自动将输送通道无缝切换至备用产品气母管，从而切实保障多机组公用供氨的连续性。

38、另外，系统可以通过双层采集预警单元构建多维度的状态感知网络，即通过实时监测管网不同位置测点的压力与温度数据变化，这样，可以精准定位故障发生的位置和判断故障类型，为后续执行差异化调控指令提供可靠的数据支撑。

39、具体地，系统启动时，辅助蒸汽设备或备用工业蒸汽设备产生的蒸汽，经由辅汽供汽管路或备用工业供汽管路输送至尿素水解反应器组，为尿素溶液的水解反应提供中温（120-200℃）和中压（0.4-1.0mpa）的反应环境。在此过程中，伴热管路同步投入运行，利用高温蒸汽对供汽管路进行保温伴热，有效防止热量散失及管路内介质结晶。

40、在水解反应器内，尿素溶液在设定的温度和压力条件下发生水解反应，分解生成包含氨气、水蒸气和二氧化碳的混合气体（即水解产品气）。生成的混合气体从尿素水解反应器组排出后，进入双母管冗余输送单元。在正常运行工况下，混合气体经由主产品气母管输送至各机组炉前产品气支管，最终进入scr脱硝系统作为还原剂参与反应；若主产品气母管发生故障，系统可无缝切换至备用产品气母管，从而确保多机组公用供氨的连续性与不中断。

41、在系统运行过程中，双层采集预警单元实时采集管网各节点的压力、温度以及伴热介质温度等运行数据，并同步反馈至控制单元。控制单元基于预设的逻辑算法（如下述的故障诊断与调控逻辑）对采集的数据进行比对分析。当监测到管网压力异常、温度低于预设结晶阈值或净烟气nox排放浓度超标时，控制单元将自动执行下述的差异化调控指令。例如，自动切换主产品气母管或备产品气母管、调节辅汽供汽阀门开度以提升管网温度防止结晶，或联动启停备用水解反应器，从而实现全厂多机组公用供氨的协同稳压与安全兜底管控。

42、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。