CN104102138A - 一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法 - Google Patents

一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,所述的喷氨格栅将原有的所有手动调节门改为气(或电)动调节阀,所述的控制方法包括如下步骤:1)数据采集及预处理,所述的数据采集包括对SCR反应器入口的NOx和O2以及SCR反应器出口的NOx、O2和氨逃逸率的测量;2)根据采集的数据建立软测量模型;3)将多个静态软测量模型结合扰动量机组负荷和磨煤机组合生成动态控制器,用来控制喷氨格栅中各气动调节阀开度的大小,从而控制各个调节门的喷氨量,实现喷氨格栅分区的等摩尔比喷氨。与现有技术相比,本发明具有提高脱销效率,减少氨逃逸,降低投资及运行费用等优点。

Description

一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法
技术领域
本发明涉及环保设备制造技术,尤其是涉及一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,用于控制火力发电机组锅炉、垃圾焚烧装置和柴油机等尾气的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置。
背景技术
选择性催化还原法是脱除锅炉尾气中氮氧化物最为常用同时也是最为有效的方法,被广泛地应用于各工业装置中,其主要原理是采用液氨或氨水作为还原剂,将其与空气混合后喷入SCR反应器上游的烟道中,在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物进行反应生成无害的氮气和水排出系统,其中氨与氮氧化物的混合和分布效果是影响烟气脱硝效率的关键因素之一,目前普遍采用的是喷氨格栅的方法,即将烟道截面分成20-50个大小不同的控制区域,每个区域有若干个喷射孔,每个分区的流量单独可调,以匹配烟气中NOx的浓度分布。由于此种喷氨格栅布置方式不能适应机组负荷、磨煤机组合变化,因此会造成喷氨过量和喷氨不足。烟气流在烟道内很难做到理想均匀分布,而且其分布特性会随着锅炉负荷、磨煤机组合等因素发生变化。如果采用目前常规的均衡AIG喷氨格栅的方法,就会造成NOx/NH3混合效果下降,会导致氨逃逸率升高和反应区域脱硝效果变差。逃逸的氨与烟气中的SO3反应,形成硫酸氢铵(NH4HSO3),由于硫酸氢铵的熔点在140℃左右,其凝结点在高于通过空预器后冷却后的烟气温度,冷却后的硫酸氢铵像沥青一般,非常粘稠,它与烟气中的粉尘结合会造成空预器堵塞或腐蚀,引起机组效率降低和/或出力下降,严重的话还会造成机组的非计划停役。氨逃逸会形成成了二次污染,在美国把其称之为“Blue Plume(蓝羽毛)”,造成耕田土壤的板结。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种提高脱销效率,减少氨逃逸,降低投资及运行费用的基于软测量的喷氨格栅分区控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,所述的喷氨格栅设有多个气动调节阀,所述的控制方法包括如下步骤:
1)数据采集及预处理,所述的数据采集包括对SCR反应器入口的NOx和O2以及SCR反应器出口的NOx、O2和氨逃逸率的测量;
2)根据采集的数据建立静态软测量模型;
3)将多个静态软测量模型结合扰动量机组负荷和磨煤机组合生成动态控制器,用来控制喷氨格栅中各气动调节阀开度的大小,从而控制各个调节门的喷氨量,实现喷氨格栅分区的等摩尔比喷氨。所述的步骤1)中的预处理包括不良数据的剔除。
建立静态软测量模型时采用的数据包括可调节变量和被控制变量,所述的可调节变量包括各气动调节阀开度,所述的被控制变量包括单点氨逃逸率值、各点氨逃逸的标准偏差、各点出口NOx和各点出口NOx的平均值。
软测量模型的校正:当软测量模型与实际对象间的误差大于设定的工艺允许范围时,需要对软测量模型进行校正,校正方法包括自学习方法或根据当前数据重新建模。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明使用软测量技术,对管道风烟的流速、浓度等依据负荷变化、磨煤机组合变化的参数进行统计回归建模,实现元素组分含量的在线检测不但经济可靠,且动态响应迅速、可连续给出烟气的元素组分含量,易于达到对产品质量的控制,通过软测量技术能够高效地、准确地进行喷氨格栅调整,直至其达到最高操作性能,;
(2)根据机组负荷、磨煤机组合、燃烧工况等的变化对选择性催化还原法的喷氨格栅进行调整优化,控制喷氨格栅各气动调节阀的开度,进而控制喷氨量,避免因工况变化,喷氨不能及时调整而产生的喷氨不足和过量喷氨,减少由此带来的危害;
(3)通过本发明方法布置的喷氨格栅,其调整能够确保系统发挥最大性能,减少氨逃逸,并可有效地延长催化剂的使用寿命,亦可消除局部的高氨逃逸区,高氨逃逸现象可导致空气预热器脏污。
附图说明
图1为本发明中喷氨格栅结构示意图;
图2为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。实施案例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施案例以上海上电漕泾发电有限公司“燃煤机组锅炉燃烧与脱硝运行综合优化”项目为例,该项目中,液氨和一投一备的稀释风机3、4提供的稀释风混合后被吹入脱硝SCR入口截面和炉膛尾部烟气混合,由于脱硝SCR入口截面非常宽,在脱硝SCR入口烟道处布置的所有喷氨手动阀门,各阀门与总管1连接,通过它们将液氨和稀释风的混合物在整个SCR入口截面进行分配。此种喷氨格栅布置方式不能适应机组负荷和磨煤机组合方式的变化,会造成局部喷氨过量和喷氨不足,为了克服这种情况,本发明提出了一种基于软测量的喷氨格栅布置方案,第一步任务就是将所有喷氨手动门改造为气(或电)动调节阀2,让其接受远方的指令,根据氨逃逸及局部NOx的软测量结果自动调节各个部位的喷氨量,以实现NOx/NH3等摩尔比喷氨。
如图2所示,基于软测量的喷氨格栅分区控制方法具体步骤如下:
A、数据采集和处理
烟气流在烟道内很难做到理想均匀分布,而且其分布特性会随着锅炉负荷、磨煤机组合等因素发生变化。如果采用目前常规的均衡AIG喷氨格栅的方法,就会造成NOx/NH3混合效果下降,会导致氨逃逸率升高和反应区域脱硝效果变差,因此需要对烟气管道进行分区,根据分区浓度不同喷氨,需要做以下试验确定各影响因素对烟气流的影响:
①锅炉负荷对烟气流分布影响
②磨煤机组合对烟气流分布影响
③锅炉负荷与磨煤机组合共同作用下对烟气流分布影响
对机组进行以上试验,获得在各种工况下,烟气在管道内的流场分布情况。
数据的采集包括以网格法对脱硝SCR入口的NOx和O2进行测量,对脱硝SCR出口进行NOx、O2和氨逃逸率进行测量,数据预处理包括对不良数据的剔除。
B、静态软测量模型的建立
软测量技术主要由辅助变量的选择、数据的处理、软测量模型几部分组成。基本思想是把自动控制理论与生产过程有机的结合起来,应用计算机技术对难以测量或者暂时不能测量的重要变量,选择另外一些容易测量的变量,通过相互间构成的某种数学关系来推断或者估计,以软件来替代硬件的功能。应用软测量技术实现元素组分含量的在线检测不但经济可靠且动态响应迅速,可连续给出烟气的元素组分含量,易于达到对各个喷氨调节门的控制。使用软测量技术,对管道风烟的流速、浓度等依据负荷变化、磨煤机组合变化的参数进行统计回归建模,通过大量在线实时检测的现场数据,由统计回归方法建立难以检测的过程变量与可检测的过程变量间的数学模型。
软测量模型是软测量技术的核心,通过实测或依据积累操作数据,用数学回归方法和经验建模方法得到模型来进行测试,测试中另一个问题是稳态是否真正建立,否则会带来较大误差,还有数据采样与产品质量分析必须同步进行,最后是模型检验,检验分为自身检验与交叉检验。
建立静态软测量模型时采用的数据包括可调节变量(MV,ManipulatedVariable)和被控制变量(CV,Controlled Variable),所述的可调节变量包括各气动调节阀开度,所述的被控制变量包括单点氨逃逸率值、各点氨逃逸的标准偏差、各点出口NOx和各点出口NOx的平均值。根据软测量模型,确定管道格栅分区,根据负荷、磨煤机组合不同时,烟气浓度概率进行分区,确定初级喷氨模式。
由于过程的随机噪声和不确定性,所建软测量模型与实际对象间有误差,如果误差大于工艺允许的范围时,应对软测量模型进行校正。校正方法可以是自学习方法,也可根据当前数据进行重新建模,在此过程中,分区不变,改变分区在不同过程中的喷氨量,达到精确控制。
C、将多个静态软测量模型结合扰动量机组负荷和磨煤机组合生成动态控制器,根据控制器调整喷氨格栅分区,控制各个气动调节阀开度的大小,进而影响到喷氨量,做到等摩尔比喷氨,降低氨逃逸率,节约喷氨量,所述的扰动变量(DV,Disturbance Variable)包括机组负荷和磨煤机组合方式。喷氨格栅分区调整的次数取决于机组的具体情况,包括来自锅炉的氮氧化物分布及所使用的喷氨格栅/搅拌器系统。一般说来,每年检查一次喷氨格栅分布情况,以优化选择性催化还原性能。
对采用上述方法优化后的“燃煤机组锅炉燃烧与脱硝运行综合优化”项目进行测试,测试内容包括锅炉效率、脱硝效率、氨逃逸浓度。
试验结果如下:
氨逃逸从摸底试验的2.55μL/L6%O2降低至考核试验的0.5μL/L6%O2,降低了系统氨逃逸浓度。
喷氨优化使氨耗量降低2.64%~2.68%左右。
根据摸底试验及考核试验结果可以看出,经过综合优化后,降低了系统氨耗量,脱硝系统氨逃逸浓度都有一定程度的下降,节省了运行费用,达到和很好的经济效果。

Claims (4)

1.一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,所述的喷氨格栅设有多个气动调节阀,其特征在于,所述的控制方法包括如下步骤:
1)数据采集及预处理,所述的数据采集包括对SCR反应器入口的NOx和O2以及SCR反应器出口的NOx、O2和氨逃逸率的测量;
2)根据采集的数据建立静态软测量模型;
3)将多个静态软测量模型结合扰动量机组负荷和磨煤机组合生成动态控制器,用来控制喷氨格栅中各气动调节阀开度的大小,从而控制各个调节门的喷氨量,实现喷氨格栅分区的等摩尔比喷氨。
2.根据权利要求1所述的一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,其特征在于,所述的步骤1)中的预处理包括不良数据的剔除。
3.根据权利要求1所述的一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,其特征在于,所述的步骤2)中,建立静态软测量模型时采用的数据包括可调节变量和被控制变量,所述的可调节变量包括各气动调节阀开度,所述的被控制变量包括单点氨逃逸率值、各点氨逃逸的标准偏差、各点出口NOx和各点出口NOx的平均值。
4.根据权利要求1所述的一种基于软测量的喷氨格栅分区控制方法,其特征在于,还包括软测量模型的校正:当软测量模型与实际对象间的误差大于设定的工艺允许范围时,对软测量模型进行校正,校正方法包括自学习方法或根据当前数据重新建模。
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