CN105700570B - 一种火电厂scr脱硝控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火力发电机组烟气脱硝控制技术领域，公开了一种火电厂SCR脱硝控制方法，包括：获取SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值和SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值；将其相减得到氮氧化物浓度偏差值；将其输入主PID控制器的输入端，得到主PID控制器输出的氨气流量需求值；获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令；根据其对氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值；获取氨气流量测量值，将其与氨气流量设定值相减，得到氨气流量偏差值；将其输入副PID控制器的输入端，得到副PID控制器输出的喷氨流量控制指令，能够增强了控制系统对负荷变化的响应速度，保证了控制系统的调节品质。

Description

一种火电厂SCR脱硝控制方法
技术领域
本发明属于火力发电机组烟气脱硝控制技术领域，尤其涉及一种火电厂SCR脱硝控制方法，可用于针对动态ACE(Area Control Error，区域控制偏差)的火电厂SCR脱硝控制。
背景技术
为提高电网频率质量，各区域电网公司开始逐步实行发电企业电量考核与ACE挂钩的原则。目前，越来越多的电厂参与了电网运行区域控制偏差。但由于ACE工况下负荷变化频繁，锅炉燃烧系统扰动量大，脱硝自动控制系统响应速度较慢，易造成NOX排放瞬时超标，无法满足环保要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种火电厂SCR脱硝控制方法，增强了控制系统对负荷变化的响应速度，保证了控制系统的调节品质。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
一种火电厂SCR脱硝控制方法，所述控制方法应用于包括SCR反应器、主PID控制器和副PID控制器的脱硝喷氨控制系统中，所述主PID控制器和所述副PID控制器采用串级连接的方式进行控制，所述控制方法包括：
获取SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值和SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值；
将所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值与所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值相减，得到氮氧化物浓度偏差值；
将所述氮氧化物浓度偏差值输入所述主PID控制器的输入端，得到所述主PID控制器输出的氨气流量需求值；
获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令；
根据所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令对所述氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值；
获取氨气流量测量值，将其与所述氨气流量设定值相减，得到氨气流量偏差值；
将所述氨气流量偏差值输入所述副PID控制器的输入端，得到所述副PID控制器输出的喷氨流量控制指令，所述喷氨流量控制指令用于控制执行器调节氨气流量调节阀开度。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)所述根据所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令对所述氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值，具体为：
获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值；
将所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值通过第一折算函数得到对应的第一氨气流量修正值；所述第一折算函数为利用SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值修正氨气流量需求值的函数；
获取协调系统锅炉主控输出指令；
将所述协调系统锅炉主控输出指令通过第二折算函数得到对应的第二氨气流量修正值；所述第二折算函数为利用协调系统锅炉主控输出指令修正氨气流量需求值的函数；
将所述氨气流量需求值与所述第一氨气流量修正值和所述第二氨气流量修正值相加，得到氨气流量设定值。
(2)所述第一折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)；x1表示氨气流量，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000031
z1表示SCR反应器的入口氮氧化物浓度，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)、SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000032
得到氨气流量和SCR反应器的入口氮氧化物浓度的函数关系，即为第一折算函数。
(3)所述第二折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)；x2表示氨气流量，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000033
z2表示协调系统锅炉主控输出指令，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)、协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000034
得到氨气流量和协调系统锅炉主控输出指令的函数关系，即为第二折算函数。
(4)所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值、SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值、SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值、氨气流量测量值、协调系统锅炉主控输出指令、氨气流量调节阀开度均属于火力发电机组的DCS控制系统。
本发明技术方案针对ACE工况下负荷变化频繁，锅炉燃烧系统扰动量大的特点，通过加入锅炉主控输出和入口NOX浓度对应前馈量，增强了控制系统对负荷变化的响应速度，保证了控制系统的调节品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种火电厂SCR脱硝控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种火电厂SCR脱硝控制系统的系统结构示意图；
其中，1表示SCR反应器入口氮氧化物浓度测量值；2表示SCR反应器出口氮氧化物浓度测量值；3表示SCR反应器出口氮氧化物浓度设定值；4表示氨气流量测量值；5表示氨气流量调节阀指令输出；6表示协调系统锅炉主控输出。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种火电厂SCR脱硝控制方法，所述控制方法应用于包括SCR反应器、主PID控制器和副PID控制器的脱硝喷氨控制系统中，所述主PID控制器和所述副PID控制器采用串级连接的方式进行控制，如图1所示，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1，获取SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值和SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值；
步骤2，将所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值与所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值相减，得到氮氧化物浓度偏差值；
步骤3，将所述氮氧化物浓度偏差值输入所述主PID控制器的输入端，得到所述主PID控制器输出的氨气流量需求值；
步骤4，获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令；
步骤5，根据所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令对所述氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值；
步骤6，获取氨气流量测量值，将其与所述氨气流量设定值相减，得到氨气流量偏差值；
步骤7，将所述氨气流量偏差值输入所述副PID控制器的输入端，得到所述副PID控制器输出的喷氨流量控制指令，所述喷氨流量控制指令用于控制执行器调节氨气流量调节阀开度。
进一步的，所述根据所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令对所述氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值，具体为：
获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值；
将所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值通过第一折算函数得到对应的第一氨气流量修正值；所述第一折算函数为利用SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值修正氨气流量需求值的函数；
获取协调系统锅炉主控输出指令；
将所述协调系统锅炉主控输出指令通过第二折算函数得到对应的第二氨气流量修正值；所述第二折算函数为利用协调系统锅炉主控输出指令修正氨气流量需求值的函数；
将所述氨气流量需求值与所述第一氨气流量修正值和所述第二氨气流量修正值相加，得到氨气流量设定值。
示例性的，所述第一折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)；x1表示氨气流量，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000061
z1表示SCR反应器的入口氮氧化物浓度，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)、SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000062
得到氨气流量和SCR反应器的入口氮氧化物浓度的函数关系，即为第一折算函数。
需要说明的是，在进行上述实验的过程中，除了实验中需要确定函数关系的变量之外，其他变量均保持恒定。
示例性的，所述第二折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)；x2表示氨气流量，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000071
z2表示协调系统锅炉主控输出指令，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)、协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure BDA0000965890330000072
得到氨气流量和协调系统锅炉主控输出指令的函数关系，即为第二折算函数。
需要说明的是，在进行上述实验的过程中，除了实验中需要确定函数关系的变量之外，其他变量均保持恒定。
进一步的，本发明实施例还提供了一种火电厂SCR脱硝控制系统的系统结构示意图，具体如图2所示。
其中，1表示SCR反应器入口氮氧化物浓度测量值；2表示SCR反应器出口氮氧化物浓度测量值；3表示SCR反应器出口氮氧化物浓度设定值；4表示氨气流量测量值；5表示氨气流量调节阀指令输出；6表示协调系统锅炉主控输出。
本实施例中，为实现方便，所述氮氧化物浓度测量值、氨气流量测量值、协调系统锅炉主控输出值、氨气流量调节阀开度值均来自于火力发电机组的控制系统。
本发明技术方案针对ACE工况下负荷变化频繁，锅炉燃烧系统扰动量大的特点，通过加入锅炉主控输出和入口氮氧化物浓度对应前馈量，增强了控制系统对负荷变化的响应速度，保证了控制系统的调节品质；可实现锅炉负荷变化后，提前调整喷氨量以达到控制SCR反应器控制出口氮氧化物含量的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种火电厂SCR脱硝控制方法，所述控制方法应用于包括SCR反应器、主PID控制器和副PID控制器的脱硝喷氨控制系统中，所述主PID控制器和所述副PID控制器采用串级连接的方式进行控制，其特征在于，所述控制方法包括：
获取SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值和SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值；
将所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值与所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值相减，得到氮氧化物浓度偏差值；
将所述氮氧化物浓度偏差值输入所述主PID控制器的输入端，得到所述主PID控制器输出的氨气流量需求值；
获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令；
根据所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值和协调系统锅炉主控输出指令对所述氨气流量需求值进行修正，得到氨气流量设定值；具体为：
获取SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值；
将所述SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值通过第一折算函数得到对应的第一氨气流量修正值；所述第一折算函数为利用SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值修正氨气流量需求值的函数；
获取协调系统锅炉主控输出指令；
将所述协调系统锅炉主控输出指令通过第二折算函数得到对应的第二氨气流量修正值；所述第二折算函数为利用协调系统锅炉主控输出指令修正氨气流量需求值的函数；
将所述氨气流量需求值与所述第一氨气流量修正值和所述第二氨气流量修正值相加，得到氨气流量设定值；
获取氨气流量测量值，将其与所述氨气流量设定值相减，得到氨气流量偏差值；
将所述氨气流量偏差值输入所述副PID控制器的输入端，得到所述副PID控制器输出的喷氨流量控制指令，所述喷氨流量控制指令用于控制执行器调节氨气流量调节阀开度；
其中，所述第一折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)；x1表示氨气流量，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure FDA0002355177570000021
z1表示SCR反应器的入口氮氧化物浓度，y1表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y1＝f1(x1)、SCR反应器的入口氮氧化物浓度和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure FDA0002355177570000022
得到氨气流量和SCR反应器的入口氮氧化物浓度的函数关系，即为第一折算函数；
所述第二折算函数采用试验的方法确定；
执行器手动状态下，改变喷氨流量调节阀开度，记录对应的氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)；x2表示氨气流量，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
改变锅炉负荷，记录对应的协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度，得到协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure FDA0002355177570000023
z2表示协调系统锅炉主控输出指令，y2表示SCR反应器的出口氮氧化物浓度；
根据氨气流量和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系y2＝f2(x2)、协调系统锅炉主控输出指令和SCR反应器的出口氮氧化物浓度的函数关系
Figure FDA0002355177570000031
得到氨气流量和协调系统锅炉主控输出指令的函数关系，即为第二折算函数。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂SCR脱硝控制方法，其特征在于，所述SCR反应器的出口氮氧化物浓度测量值、SCR反应器的出口氮氧化物浓度设定值、SCR反应器的入口氮氧化物浓度测量值、氨气流量测量值、协调系统锅炉主控输出指令、氨气流量调节阀开度均属于火力发电机组的DCS控制系统。
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