CN104678761A - 基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法及系统，该方法包括获取火电机组总风量值，并传送至一阶惯性环节LAG1中滤波以消除干扰产生的火电机组总风量值尖峰误差；滤波后的总风量值分别送至减法环节DEV和一阶惯性环节LAG2，在DEV中求取两者偏差；获取偏差值后送至比例修正模块K线性修正；修正后的偏差值送至高低限幅环节中，高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端；获取火电机组脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物值，送至PID控制器与烟气中氮氧化合物设定值比较，PID控制器输出控制火电机组脱硝系统中喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

Description

基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法及系统

技术领域

本发明涉及火电机组脱硝领域，尤其涉及一种总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法及系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，电力能源消耗越来越大，随之产生的大气污染排放物越来越多。作为我国电力的最主要组成部分，火电机组在燃料的燃烧过程中产生氮氧化合物污染物，氮氧化合物的生成是燃烧反应的一部份：燃烧生成的氮氧化合物主要是NO和NO₂，统称为NOx。大气中的NOx溶于水后会生成为硝酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。为有效控制火电机组大气污染物的排放，2012起实施的GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，规定了火电厂大气污染物排放浓度限值、监测和监控要求，其中，规定经过改造后要将氮氧化合物排放浓度控制在100mg/m³以内。

为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中氮氧化合物排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低氮燃烧技术。尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化合物还原或吸附，从而降低NOx排放，通常采用的SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原技术)。低氮燃烧和SCR这两种技术的结合，能够有效确保氮氧化合物的排放浓度达到国家环保标准的要求，也是目前国内普遍采用的氮氧化合物控制手段。

SCR系统在稳定状态下能得到较好的控制效果；但是在变工况下运行下，系统呈现出非线性、大滞后性，难以确保最佳喷氨比例。喷氨量过少时，难以保证NOx排放标准，喷氨量过多，不仅造成氨的浪费，而且又造成新的污染，如逃逸的氨气会在SCR装置或空预器内发生副反应，生成硫酸铵和硫酸氢铵。其中，硫酸铵在高温下400多度是固体粉末态，可能堵塞SCR催化剂、覆盖空气预热器降低效率；而硫酸氢铵在200多度下呈液态，具有强腐蚀性，将破坏SCR催化剂并反应结块，还可能腐蚀影响下游设备，如空预器污损、效率下降、漏风率增大等。同时，过量的氨还会影响到后续脱硫(FGD处)效率。目前在脱硝系统的实际运行中，SCR的主要控制方案为串级PID控制，由烟气流量、入口NOx含量等测量值，根据氨氮比等计算出所需喷氨量，该方案的主要问题是用来计算产生控制量的测量值不准确，如烟气流量；同时，在线烟气测量装置测量出的氮氧化合物浓度存在大滞后性。因此，目前火电机组脱硝系统自动投入率低或调节效果差，导致脱硝效率降低，甚至脱硝系统退出运行，进而影响机组和电网的安全稳定运行。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提出了一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法及系统。

本发明采用以下技术方案：

一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取火电机组总风量值，并传送至一阶惯性环节LAG1中进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值尖峰误差；

步骤二：将滤波后的总风量值分别送至减法环节DEV和一阶惯性环节LAG2中，并在减法环节DEV中求取两者之间的偏差；

步骤三：将步骤二所获取的偏差值送至比例修正环节K中，进行线性大小修正；

步骤四：将步骤三修正后的偏差值送至高低限幅环节HLLMT中，进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量，实现超前控制；

步骤五：获取火电机组脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物值，送至PID控制器中与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

所述步骤一中的一阶惯性环节LAG1的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}1=\frac{1}{1+T_{1}s}$

式中，T₁为时间常数。

所述步骤二中的减法环节DEV的正端连接滤波后的总风量值，负端连接一阶惯性环节LAG2的输出端。

所述步骤二中的一阶惯性环节LAG2的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}2=\frac{1}{1+T_{2}s}$

式中，T₂为时间常数。

一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，包括

一阶惯性环节LAG1，其输入信号为火电机组总风量值，所述一阶惯性环节LAG1对输入信号进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值的尖峰误差；及

减法环节DEV，滤波后的火电机组总风量值与其送至一阶惯性环节LAG2之后产生的总风量值，在所述减法环节DEV中求取两者之间的偏差；及

比例修正环节K，其用于修正减法环节DEV中求取的偏差；及

高低限幅环节HLLMT，其将修正后的偏差值进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量，实现超前控制；及

PID控制器，在火电机组脱硝系统的烟气出口处获取的烟气中氮氧化合物值输入至所述PID控制器中，并与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器的输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采集总风量值，因总风量值参与机组主要保护动作，准确性远高于烟气流量值，确保了控制信号源的准确可靠，为脱硝控制系统的调节优化打下基础；

(2)总风量的变化导致烟气流量的变化，而烟气流量的变化导致出口氮氧化合物浓度变化，因此本发明采用基于总风量的前馈能够提高火电机组对出口氮氧化合物浓度的快速性，降低脱硝系统的滞后性；

(3)本发明能有效改善机组脱硝控制系统的性能，降低实际氮氧化合物浓度的波动范围，在确保机组安全经济运行的同时确保脱硝效率。

附图说明

图1为本发明脱硝优化控制系统示意图；

图2为本发明优化后实际运行曲线图。

其中，1-机组总风量值；2-机组实际负荷；3-出口氮氧化合物测量值；4-出口氮氧化合物设定值。

具体实施方式

下面结合说明书附图来进一步说明本发明：

如图1所示，本发明的基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取火电机组总风量值，并传送至一阶惯性环节LAG1中进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值尖峰误差；

其中，一阶惯性环节LAG1的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}1=\frac{1}{1+T_{1}s}$

式中，T₁为时间常数；根据实际运行情况T₁可取2s-5s；

步骤二：将滤波后的总风量值分别送至减法环节DEV和一阶惯性环节LAG2中，并在DEV中求取两者之间的偏差；

所述步骤二中的减法环节DEV的正端连接滤波后的总风量值，负端连接一阶惯性环节LAG2的输出端；其中，一阶惯性环节LAG1的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}2=\frac{1}{1+T_{2}s}$

式中，T₂为时间常数，根据实际运行情况T₂可取200s-300s；

步骤三：将步骤二所获取的偏差值送至比例修正模块K中，进行线性大小修正；比例修正模块K的作用是对偏差值进行正比例的修正，以实现前馈量与PID控制器的匹配；

步骤四：将步骤三修正后的偏差值送至高低限幅环节HLLMT中，进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量；

所述步骤四中的高低限幅环节HLLMT的作用是对PID控制器的前馈量进行限幅，以进一步确保前馈量的突变不至影响到控制器的正常运行；

步骤五：获取火电机组脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物值，送至PID控制器中与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，包括

一阶惯性环节LAG1，其输入信号为火电机组总风量值，所述一阶惯性环节LAG1对输入信号进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值的尖峰误差；及

减法环节DEV，滤波后的火电机组总风量值与其送至一阶惯性环节LAG2之后产生的总风量值，在所述减法环节DEV中求取两者之间的偏差；及

比例修正环节K，其用于修正减法环节DEV中求取的偏差；及

高低限幅环节HLLMT，其将修正后的偏差值进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量，实现超前控制；及

PID控制器，在火电机组脱硝系统的烟气出口处获取的烟气中氮氧化合物值输入至所述PID控制器中，并与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器的输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

图2为本发明优化后火电机组实际运行曲线图，从图中可以看出，在机组总风量发生变化时，机组实际负荷也发生变化的情况下，脱硝系统通过优化控制后，出口氮氧化物测量值围绕出口氮氧化物设定值上下小幅波动，控制偏差较优化前大幅降低，调节品质良好。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：获取火电机组总风量值，并传送至一阶惯性环节LAG1中进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值尖峰误差；

步骤二：将滤波后的总风量值分别送至减法环节DEV和一阶惯性环节LAG2中，并在减法环节DEV中求取两者之间的偏差；

步骤三：将步骤二所获取的偏差值送至比例修正环节K中，进行线性大小修正；

步骤四：将步骤三修正后的偏差值送至高低限幅环节HLLMT中，进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量，实现超前控制；

步骤五：获取火电机组脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物值，送至PID控制器中与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

2.如权利要求1所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，其特征在于，所述步骤一中的一阶惯性环节LAG1的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}1=\frac{1}{1+T_{1}s}$

式中，T₁为时间常数。

3.如权利要求1所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，其特征在于，所述步骤二中的减法环节DEV的正端连接滤波后的总风量值，负端连接一阶惯性环节LAG2的输出端。

4.如权利要求1所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法，其特征在于，所述步骤二中的一阶惯性环节LAG2的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}2=\frac{1}{1+T_{2}s}$

式中，T₂为时间常数。

5.一种如权利要求1-4任一权利要求所述基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，其特征在于，该控制系统包括

一阶惯性环节LAG1，其输入信号为火电机组总风量值，所述一阶惯性环节LAG1对输入信号进行滤波处理以消除干扰产生的火电机组总风量值的尖峰误差；及

减法环节DEV，滤波后的火电机组总风量值与其送至一阶惯性环节LAG2之后产生的总风量值，在所述减法环节DEV中求取两者之间的偏差；及

比例修正环节K，其用于修正减法环节DEV中求取的偏差；及

高低限幅环节HLLMT，其将修正后的偏差值进行高低限幅后送至PID控制器的前馈输入端以作为前馈量，实现超前控制；及

PID控制器，在火电机组脱硝系统的烟气出口处获取的烟气中氮氧化合物值输入至所述PID控制器中，并与烟气中氮氧化合物设定值进行比较，PID控制器的输出控制火电机组脱硝系统中的喷氨调节阀以控制脱硝系统出口处烟气中氮氧化合物浓度。

6.如权利要求5所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，其特征在于，所述一阶惯性环节LAG1的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}1=\frac{1}{1+T_{1}s}$

式中，T₁为时间常数。

7.如权利要求5所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，其特征在于，所述减法环节DEV的正端连接滤波后的总风量值，负端连接一阶惯性环节LAG2的输出端。

8.如权利要求5所述的一种基于总风量超前控制的火电机组脱硝控制方法的控制系统，其特征在于，所述一阶惯性环节LAG2的传递函数表达式为：

$\mathrm{LAG}2=\frac{1}{1+T_{2}s}$

式中，T₂为时间常数。