CN105045089A

CN105045089A - 一种基于出口NOx含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统

Info

Publication number: CN105045089A
Application number: CN201510344329.4A
Authority: CN
Inventors: 赵国光; 段卫民
Original assignee: DATANG HUAYIN ELECTRIC POWER Co Ltd JIN ZHUSHAN THERMAL POWER GENERATION BRANCH Co
Current assignee: DATANG HUAYIN ELECTRIC POWER Co Ltd JIN ZHUSHAN THERMAL POWER GENERATION BRANCH Co
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明公开了一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统，该方法采用两个PID控制器调节喷氨量，以最终控制锅炉出口处的NO_x含量；控制过程中，需要实时确定入口烟气NO_x流量E；有：E＝DFGA*D；其中，D为锅炉入口的NO_x的含量(即浓度)，DFGA为入口烟气量，有DFGA＝x*F(x)；第二PID控制器的输出信号为u2，u2表示喷氨调节阀的开度，根据u2调节喷氨调节阀的开度，实现锅炉脱硝控制。该基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统易于实施，能显著降低液氨消耗量以及降低烟囱NO_x浓度。

Description

一种基于出口NOx含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统。

背景技术

现有的大型火电机组(如“W”型火焰锅炉超临界机组)，其锅炉燃烧难于控制，又因是多煤种掺烧，入口NO_x浓度经常超过1300mg/Nm³，使得原本以固定摩尔比控制方式为理论基础的脱硝喷氨自动系统无法满足运行的需求。

现有的控制方法中，脱硝喷氨自动控制采用的是根据入口NO_x浓度和烟气量，计算脱硝氨气流量，可称为固定摩尔比控制方式。该控制方式是基于脱硝效率和催化剂脱硝能力的控制方式，在该控制方式下系统按照固定的氨氮摩尔比脱除烟气中NO_x，这种控制方式是设定值可调的单回路控制系统，控制回路简单，易于调试和整定，其缺点是会过度脱氮，增加运行成本，具体表现为：

1、脱硝喷氨自动投入后，控制的SCR(SelectiveCatalyticReduction，即为选择性催化还原技术)出口NO_x浓度调节品质很差，特别在加减负荷的变化过程中，出口NOX波动幅度过大，超过环保考核所允许的NO_x排放值标准。

2、出现过度脱氮，造成SCR出口氨逃逸率高，对下流主设备有损害，同时耗氨量大，增加运行成本。

因此，有必要设计一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统，该基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统易于实施，能显著降低液氨消耗量以及降低烟囱NO_x浓度。

发明的技术解决方案如下：

一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法，采用两个PID控制器调节喷氨量，以最终控制锅炉出口处的NO_x含量；

控制过程中，需要实时确定入口烟气NO_x流量E；有：

E＝DFGA*D；其中，D为锅炉入口的NO_x的含量(即浓度)，DFGA为入口烟气量，有DFGA＝x*F(x)；其中x为当前负荷值；F(x)为分段函数；

F(x)的计算如下：

当300≤x＜400，F(x)＝1200+3.8*(x-300)；

当400≤x＜450，F(x)＝1580+3.4*(x-400)；

当450≤x＜500，F(x)＝1750+3*(x-450)；

当500≤x＜550，F(x)＝1900+2.4*(x-500)；

当550≤x≤650，F(x)＝2020+2.6*(x-550)；

第一PID控制器的给定端和反馈端分别接锅炉出口NO_x含量设定值T和锅炉出口NO_x含量测量值B_NOx；第一PID控制器的输出信号为ul；

修正摩尔比信号F＝(D-T)/D+ul；[通过D-T得出入口与设定目标NO_x浓度值的差值，然后再与入口NO_x浓度D相除得出必要脱硝率]

以所需的喷氨量T_NH3作为第二PID控制器的给定；有T_NH3＝E*F；

以氨流量测量值B_NH3作为第二PID控制器的反馈量；第二PID控制器的输出信号为u2，u2表示喷氨调节阀的开度，根据u2调节喷氨调节阀的开度，实现锅炉脱硝控制。

氨流量测量是通过安装在现场氨气母管上流量测量装置(流量孔板)，先测出孔板前后压差，再通过流量公式计算得出实际的氨流量，具体氨流量测量为现有成熟技术。

第一PID控制器的PID参数为Kp＝0.1，KI＝0.25，KD＝5；第二PID控制器的PID参数为Kp＝0.05，KI＝0.125，KD＝0，Kp、KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数。

一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制系统，包括数据处理器、人机接口模块、参数检测模块、喷氨调节阀以及锅炉；人机接口模块和参数检测模块均与数据处理器相连；喷氨调节阀受控于数据处理器；采用权利要求1所述的锅炉脱硝控制方法实现锅炉脱硝控制；

所述的数据处理器用于执行前述的锅炉脱硝控制方法中的加减乘除运算功能，以及用于实现第一PID控制器和第二控制器；

人机接口模块用于设定参数；

参数检测模块用于检测锅炉入口和出口处的NO_x含量以及氨流量；

锅炉为反应容器；

喷氨调节阀用于控制送入锅炉的喷氨量。

数据处理器为单片机、PLC、DSP或ARM处理器。

本发明通过改进SCR区脱硝控制策略，将原有控制方式改为固定出口NO_x浓度控制方式。计算锅炉烟气流量，新的喷氨自动逻辑的烟气流量是通过负荷与烟气量对应关系的经验值，经过分段函数FX，对入口烟气NO_x进行修正。提高系统抗扰动能力，改善调节品质，确保脱硝系统出口NO_x稳定在设定值的小范围内运行，保障机组环保达标排放，防止空预器腐蚀和堵塞。

整个控制回路由基本控制回路和辅助控制回路组成。脱硝效率是根据反应器入口的NO_x含量和给定的反应器出口NO_x含量计算得到。通过控制脱硝系统出口的NO_x浓度以满足排放要求，采用固定出口NO_x含量控制方式优点是，可以做到按需脱除NO_x，脱硝系统出口NO_x浓度为一个定值，同时可以减少氨气用量，有效控制脱硝运行成本。

具体实施时，可以采用两种控制方式通过切换来实施控制：在脱硝系统运行过程中，当脱硝效率低于设计脱硝效率工况下，可采用控制出口NO_x含量控制方式控制进入脱硝系统的喷氨量；当脱硝效率高于脱硝效率工况下，可切换到效率控制方式来控制进入脱硝系统的喷氨量。在喷氨量调节控制逻辑设计中此两种控制方式可实现手动、自动切换。

有益效果：

本发明的基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法及系统，以脱硝系统出口的NO_x浓度为反馈量，通过控制脱硝系统出口的NO_x浓度以满足排放要求，采用固定出口NO_x含量控制方式，可以做到按需脱除NO_x，使得脱硝系统出口NO_x浓度为一个定值，同时可以减少氨气用量，有效控制脱硝运行成本。

从控制的角度来说，固定出口NO_x浓度的控制模式是一种按需脱除烟气中NO_x的控制模式，也是一种更为复杂，更优的控制方式，在有效控制NO_x排放达标的同时也有效的降低了电产脱硝运行的成本。

附图说明

图1为基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法的总控制流程图；

图2为改造前脱硝系统反应器A侧出口NO_x含量曲线；

图3为改造后脱硝系统反应器A侧出口NO_x含量曲线；

图4为改造前脱硝系统反应器B侧出口NO_x含量曲线；

图5为改造后脱硝系统反应器B侧出口NO_x含量曲线；

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1，在锅炉脱硝控制过程中，涉及到以下计算和控制过程：

1、计算锅炉烟气流量，新的喷氨自动逻辑的烟气流量是通过负荷与烟气量对应关系的经验值，经过分段函数FX【该函数为依据生产过程中长期运行的经验获得的较为通用的一般性的公式，适用于绝大多数情况】，对入口烟气NO_x的浓度进行修正，其最终目的是得到更加准确的供氨需求量。

若该锅炉为多煤种掺烧，当煤质改变时，负荷与烟气量的对应关系也会产生变化，可在根据实际情况适当调整FX的参数满足自动调节的需要。

2、NO_x含量计算，先用烟气流量与反应器入口NO_x浓度的乘积就是NO_x流量信号。

E(NO_x流量信号)＝DFGA(烟气流量)xD(入口NO_x浓度)

3、氨气流量计算，由NO_x流量信号与反应器出口NO_x变量和设定值回路的修正摩尔比信号F相乘，得到所需要的NH3流量信号G。

G(所需NH3流量信号)＝E(NO_x流量信号E)×F(修正摩尔比)

4、氨气流量调节阀，由所需的氨气流量信号与实测氨气流量信号的偏差来控制。

氨气流量测量孔板方式在低流量时存在测量偏差，CEMS在线分析仪需要定期反吹和清扫，确保测量数据的准确。

本方法采用固定出口NO_x含量控制方式，用出口NO_x浓度与设定值的偏差修正得到最终的摩尔比，引入锅炉负荷或机组负荷作为前馈信号，进一步增强变负荷系统调节的及时性，同时可弥补反应器和烟气分析仪的时滞；充分考虑到SCR进口NO_x含量的突变(外扰)和SCR出口NO_x含量突变(内扰)发生时，提前对喷氨量进行相应调整，对PID参数进行优化，增加微分调节，当内外扰动发生时能够稳定保持出口NO_x排放，达到改善调节品质的目的。

具体的PID控制器的整定为现有成熟技术，以下2组数据为某一个实例中的数据。

第一PID控制器的参数如下：

数值	说明
		1	增益放大倍数K
0.1	比例增益K_P
		4	积分常数(即为积分系数的倒数)
5	微分常数

第二PID控制器的参数如下：

数值	说明
		1	增益放大倍数K
0.05	比例增益K_P
		8	积分常数(即为积分系数的倒数)
0	微分常数K_D×min

F(x)中x为当前负荷值；所述的负荷是机组的发电机输出功率。

烟气量KNm3/h：是每个小时1000个立方米(标准状态下)的烟气量。

试验结果：

如图2-5，改造前，反应器出口NO_x实测值与设定值偏差范围为±200mg/Nm3(50～450mg/Nm3)，在机组变负荷工况时甚至达到700mg/Nm3以上；

改造后，反应器出口NO_x实测值与设定值偏差范围为±40mg/Nm3(80～160mg/Nm3)，在机组变负荷工况时也仅为50～200mg/Nm3。

可见本发明的控制效果显著。

经济效益、安全、环保分析：

1、脱硝系统自动控制水平大幅提高，提高了设备可靠性，大幅降低运行人员劳动强度，同时减少设备检修工作量。

2、脱硝系统控制更加稳定，避免因控制系统问题导致的NO_x烟气超标排放事件，满足国家环保指标要求，社会效益明显。

3、经试验可得，在入口NO_x浓度基本不变的情况下，优化后比优化前脱硝效率控制高5.43个百分点，烟囱NO_x浓度降低了31.79mg/Nm3，每亿千瓦时液氨消耗减少了14.79吨。3号机组全年按发电量30亿计算：优化后可节约液氨：14.79*30＝443.7吨，每吨液氨按3200元计算，年可节约液氨成本：3200*443.7＝141.984万元。此项目在机组实施推广，一年时间内可以节约液氨成本达140万元，经济效益显著。

Claims

1.一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法，其特征在于，采用两个PID控制器

调节喷氨量，以最终控制锅炉出口处的NO_x含量；

控制过程中，需要实时确定入口烟气NO_x流量；有：

F(x)的计算如下：

当300≤x＜400，F(x)＝1200+3.8*(x-300)；

当400≤x＜450，F(x)＝1580+3.4*(x-400)；

当450≤x＜500，F(x)＝1750+3*(x-450)；

当500≤x＜550，F(x)＝1900+2.4*(x-500)；

当550≤x≤650，F(x)＝2020+2.6*(x-550)；

第一PID控制器的给定端和反馈端分别接锅炉出口NO_x含量设定值T和锅炉出口NO_x含量测量值B_NOx；第一PID控制器的输出信号为u1；

修正摩尔比信号F＝(D-T)/D+u1；

以所需的喷氨量T_NH3作为第二PID控制器的给定；有T_NH3＝E*F；

2.根据权利要求1所述的基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制方法，其特征在于，第一PID控制器的PID参数为Kp＝0.1，KI＝0.25，KD＝5；第二PID控制器的PID参数为Kp＝0.05，KI＝0.125，KD＝0，Kp、KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数。

3.一种基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制系统，其特征在于，包括数据处理器、人机接口模块、参数检测模块、喷氨调节阀以及锅炉；人机接口模块和参数检测模块均与数据处理器相连；喷氨调节阀受控于数据处理器；采用权利要求1所述的锅炉脱硝控制方法实现锅炉脱硝控制；

所述的数据处理器用于执行权利要求1所述的锅炉脱硝控制方法中的加减乘除运算功能，以及用于实现第一PID控制器和第二控制器；

人机接口模块用于设定参数；

锅炉为反应容器；

喷氨调节阀用于控制送入锅炉的喷氨量。

4.根据权利要求3所述的基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制系统，其特征在于，第一PID控制器的PID参数为Kp＝0.1，KI＝0.25，KD＝5；第二PID控制器的PID参数为Kp＝0.05，KI＝0.125，KD＝0，Kp、KI和KD分别为比例系数、积分系数和微分系数。

5.根据权利要求3或4所述的基于出口NO_x含量控制的锅炉脱硝控制系统，其特征在于，数据处理器为单片机、PLC、DSP或ARM处理器。