CN107670474B - 一种sncr脱硝系统控制装置及脱硝控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SNCR脱硝系统控制装置，包括还原剂投入装置和脱硝装置，以及PID控制装置，省煤器的出口位置处设置有多个烟气管，烟气管均与烟气混合箱相接，烟气混合箱通过采样管与烟气分析仪的采样口相接；PID控制装置包括比较器、PID控制器和微控制器，PID控制器包括比例器、积分器、微分器和加法器。本发明还公开了一种SNCR脱硝控制方法。本发明结构简单、设计合理，在省煤器的出口位置设置多个烟气管，缩短了控制滞后时间，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，划分了不同的控制区间，针对不同控制区间采用P控制、PI控制或PID控制，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于脱硝装置技术领域，特别涉及一种SNCR脱硝系统控制装置及脱硝控制方法。
背景技术
氮氧化物是在燃烧工艺过程中由于氮的氧化而产生的气体，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。世界各地对氮氧化物的排放限制要求都趋于严格，而火电厂作为氮氧化物气体排放的最主要来源，其减排更是受到格外的重视。
SNCR是一种发展成熟的氮氧化物控制技术。SNCR主要原理是在没有催化剂作用下，向870℃～1150℃高温烟气中喷射氮剂，还原剂与烟气中氮氧化物反应生成N2。CFB炉本身氮氧化物排放低，随着超低排放的实施，火电厂氮氧化物排放限值将达到50mg/Nm3，因为CFB炉为高灰炉型，这对于实施SCR难度较大。实施SNCR技术将会是CFB炉最经济的手段。
目前关于CFB-SNCR技术工程应用较多，但是也存在一些问题，其中一个问题就是：氮氧化物在分离器中反应生成，经过省煤器，空预器等设备到达氮氧化物测量处(进烟囱入口水平烟道处)，经氮氧化物分析仪测量出氮氧化物值，滞后了7-8分钟；而且在测量处仅装一个探头，容易因烟气分布不均匀导致测量值不准确。最终使得氮氧化物控制偏差大，还原剂耗量高，电厂运行成本增加。
另外目前的脱硝控制均采用单一的控制方式，没有针对不同阶段或者不同误差进行不同的控制，控制不灵活。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SNCR脱硝系统控制装置及脱硝控制方法，其结构简单、设计合理，在省煤器的出口位置设置多个烟气管，缩短了控制滞后时间，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，划分了不同的控制区间，针对不同控制区间采用P控制、PI控制或PID控制，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种SNCR脱硝系统控制装置，包括脱硝装置、还原剂投入装置以及PID控制装置，其特征在于：
所述脱硝装置包括分离器和与分离器的出口烟道相连接的省煤器，所述省煤器的出口与烟气混合箱相接，所述烟气混合箱通过采样管与烟气分析仪的采样口相接；
所述还原剂投入装置与分离器通过还原剂管相接，所述还原剂管上设置有调节阀；
所述PID控制装置包括比较器一、PID控制器和微控制器，所述PID控制器包括比例器二、积分器、微分器和加法器；所述比较器一接收NOx浓度指令信号，且比较器一与所述烟气分析仪连接接收其检测的NOx浓度值；所述比较器一的输出端分别接比例器二、积分器和微分器的输入端；所述比例器二、积分器和微分器的输出端与所述加法器的输入端相接，所述加法器的输出端与微控制器相接，所述微控制器接调节阀的输入端。
所述还原剂投入装置中的还原剂为液氨或尿素溶液。
所述省煤器为一级省煤器。
所述省煤器的出口通过多个烟气管与烟气混合箱相接。
本发明还提供了基于所述SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，包括以下步骤：
步骤1、获取NOx浓度偏差值：采用烟气分析仪对烟气混合箱内的NOx浓度值r(t)进行实时检测，且同步通过比较器一将NOx浓度值r(t)与NOx浓度指令信号r0(t)进行差值比较，并得出NOx浓度偏差值e(t)，e(t)＝r(t)-r0(t)；
步骤2、比较器一将偏差信号e(t)传送至PID控制器，PID控制器对NOx浓度偏差值e(t)进行PID控制运算：
步骤201、当e(t)>α1·r0(t)时，PID控制器按照公式：u(t)＝kPe(t)输出对微控制器进行控制的控制信号u(t)，其中，kP表示比例控制参数，α1表示第一NOx浓度偏差系数；
步骤202、当α1·r0(t)≥e(t)>α2·r0(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器进行控制的控制信号u(t)，其中，kI表示积分控制参数，α2表示第二NOx浓度偏差系数；
步骤203、当α2·r0(t)≥e(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器进行控制的控制信号u(t)，其中，kPID表示PID控制器的比例度，kD表示微分控制参数；
步骤三、对调节阀进行控制：微控制器根据接收到的控制信号u(t)改变调节阀的开度，且通过对调节阀进行控制实现对还原剂投入装置投入脱硝装置的还原剂量y进行相应控制调整的目的，同时采用烟气分析仪对烟气混合箱内的NOx浓度值r(t)进行实时检测。
优选地，1<kPID≤1.5，α1＝20％，α2＝10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的结构简单，设计合理，实现及使用操作方便。
2、本发明在省煤器的出口位置处设置烟气管，由于省煤器与分离器的距离比尾部烟道与分离器之间的距离小，因此缩短了控制滞后时间，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，经济环保。
3、由于省煤器的横断面大，因此设置多个烟气管对省煤器的不同出口位置处的NOx进行取样，然后将多路烟气管取样的NOx在烟气混合箱内混合，以烟气混合箱内的NOx的浓度值作为NOx的采样值，防止由于取样位置不当造成取样误差，从而影响控制结果。
4、本发明划分了不同的控制区间，根据控制区间的不同控制诉求采用不同的控制手段，当e(t)>α1·r0(t)时，此时认为NOx的浓度值误差过大，因此主要控制诉求是提高响应速度，因此采用比例控制，提高控制的响应速度，使NOx的浓度值尽快回归到NOx浓度指令信号；当α1·r0(t)≥e(t)>α2·r0(t)时，此时认为NOx的浓度值虽然存在误差，但误差值不是很大，因此主要控制诉求是提高控制精度，因此采用比例积分控制；当a2·r0(t)≥e(t)时，此时的主要控制诉求为提高系统稳定性，因此采用比例积分微分控制，全面提高系统的控制性能，针对不同控制区间采用不同的控制方式，使用效果好。
综上所述，本发明结构简单、设计合理，在省煤器的出口位置设置多个烟气管，缩短了控制滞后时间，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，划分了不同的控制区间，针对不同控制区间采用P控制、PI控制或PID控制，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明的SNCR脱硝系统控制装置的原理框图。
图2为本发明的脱硝装置的结构示意图。
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明一种SNCR脱硝系统控制装置，包括还原剂投入装置3、脱硝装置10以及PID控制装置，脱硝装置10包括分离器12和与分离器12的出口烟道相连接的省煤器13，省煤器13的出口位置处设置有多个烟气管14，烟气管14均与烟气混合箱15相接，烟气混合箱15通过采样管16与烟气分析仪4的采样口相接；还原剂投入装置3与分离器12通过还原剂管11相接，还原剂管11上设置有调节阀2，PID控制装置包括比较器一5、PID控制器和微控制器1，PID控制器包括比例器二6、积分器7、微分器8和加法器9；比较器一5接收NOx浓度指令信号以及烟气分析仪4实时检测的NOx浓度值，比较器一5的输出端分别接比例器二6、积分器7和微分器8的输入端；比例器二6、积分器7和微分器8的输出端与加法器9的输入端相接，加法器9的输出端与微控制器1相接，微控制器1接调节阀2的输入端。
实际使用时，在省煤器13的出口位置处设置烟气管14，由于省煤器13与分离器12的距离比尾部烟道与分离器12之间的距离小，因此缩短了控制滞后时间，提高了控制精度，降低了还原剂的使用量，经济环保。
由于省煤器13的横断面大，因此设置多个烟气管14对省煤器13的不同出口位置处的NOx进行取样，然后将多路烟气管14取样的NOx在烟气混合箱15内混合，以烟气混合箱15内的NOx的浓度值作为NOx的采样值，防止由于取样位置不当造成取样误差，从而影响控制结果。
本实施例中，还原剂投入装置3中的还原剂为液氨或尿素溶液。
本实施例中，省煤器13为一级省煤器。
参照图3，根据以上控制装置，本发明的SNCR脱硝控制方法包括以下步骤：
步骤1、获取NOx浓度偏差值：采用烟气分析仪4对烟气混合箱15内的NOx浓度值r(t)进行实时检测，且同步通过比较器一5将NOx浓度值r(t)与NOx浓度指令信号r0(t)进行差值比较，并得出NOx浓度偏差值e(t)，e(t)＝r(t)-r0(t)。
步骤2：比较器一5将偏差信号e(t)传送至PID控制器，PID控制器对NOx浓度偏差值e(t)进行PID控制运算：
步骤201、当e(t)>α1·r0(t)时，PID控制器按照公式：u(t)＝kPe(t)输出对微控制器1进行控制的控制信号u(t)，其中，kP表示比例控制参数，α1表示第一NOx浓度偏差系数。
实际使用时，当e(t)>20％·r0(t)时，此时认为NOx的浓度值误差过大，因此主要控制诉求是提高响应速度，因此采用比例控制，提高控制的响应速度，使NOx的浓度值尽快回归到NOx浓度指令信号。
步骤202、当α1·r0(t)≥e(t)>α2·r0(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器1进行控制的控制信号u(t)，其中，kP表示比例控制参数，kI表示积分控制参数，α2表示第二NOx浓度偏差系数。
实际使用时，当20％·r0(t)≥e(t)>10％·r0(t)时，此时认为NOx的浓度值虽然存在误差，但误差值不是很大，因此主要控制诉求是提高控制精度，因此采用比例积分控制。
步骤203、当α2·r0(t)≥e(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器1进行控制的控制信号u(t)，其中，kPID表示PID控制器的比例度，1<kPID≤1.5，kP表示比例控制参数，kI表示积分控制参数，kD表示微分控制参数。
实际使用时，当10％·r0(t)≥e(t)时，此时的主要控制诉求为提高系统稳定性，因此采用比例积分微分控制，全面提高系统的控制性能，针对不同控制区间采用不同的控制方式，使用效果好。
步骤3、对调节阀进行控制：微控制器1根据接收到的控制信号u(t)改变调节阀2的开度，且通过对调节阀2进行控制实现对还原剂投入装置投入脱硝装置10的还原剂量y进行相应控制调整的目的，同时采用烟气分析仪4对烟气混合箱15内的NOx浓度值r(t)进行实时检测。
以上，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，所述SNCR脱硝系统控制装置，包括脱硝装置(10)、还原剂投入装置(3)以及PID控制装置，其中：
所述脱硝装置(10)包括分离器(12)和与分离器(12)的出口烟道相连接的省煤器(13)，所述省煤器(13)的出口与烟气混合箱(15)相接，所述烟气混合箱(15)通过采样管(16)与烟气分析仪(4)的采样口相接；
所述还原剂投入装置(3)与分离器(12)通过还原剂管(11)相接，所述还原剂管(11)上设置有调节阀(2)；
所述PID控制装置包括比较器一(5)、PID控制器和微控制器(1)，所述PID控制器包括比例器二(6)、积分器(7)、微分器(8)和加法器(9)；所述比较器一(5)接收NOx浓度指令信号，且比较器一(5)与所述烟气分析仪(4)连接接收其检测的NOx浓度值；所述比较器一(5)的输出端分别接比例器二(6)、积分器(7)和微分器(8)的输入端；所述比例器二(6)、积分器(7)和微分器(8)的输出端与所述加法器(9)的输入端相接，所述加法器(9)的输出端与微控制器(1)相接，所述微控制器(1)接调节阀(2)的输入端；
其特征在于，所述脱硝控制方法包括以下步骤：
步骤1、获取NOx浓度偏差值：采用烟气分析仪(4)对烟气混合箱(15)内的NOx浓度值r(t)进行实时检测，且同步通过比较器一(5)将NOx浓度值r(t)与NOx浓度指令信号r0(t)进行差值比较，并得出NOx浓度偏差值e(t)，e(t)＝r(t)-r0(t)；
步骤2、比较器一(5)将偏差信号e(t)传送至PID控制器，PID控制器对NOx浓度偏差值e(t)进行PID控制运算：
步骤201、当e(t)>α1·r0(t)时，PID控制器按照公式：u(t)＝kPe(t)输出对微控制器(1)进行控制的控制信号u(t)，其中，kP表示比例控制参数，α1表示第一NOx浓度偏差系数；
步骤202、当α1·r0(t)≥e(t)>α2·r0(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器(1)进行控制的控制信号u(t)，其中，kI表示积分控制参数，α2表示第二NOx浓度偏差系数；
步骤203、当α2·r0(t)≥e(t)时，PID控制器按照公式：
输出对微控制器(1)进行控制的控制信号u(t)，其中，kPID表示PID控制器的比例度，kD表示微分控制参数；
步骤三、对调节阀进行控制：微控制器(1)根据接收到的控制信号u(t)改变调节阀(2)的开度，且通过对调节阀(2)进行控制实现对还原剂投入装置(3)投入脱硝装置(10)的还原剂量y进行相应控制调整的目的，同时采用烟气分析仪(4)对烟气混合箱(15)内的NOx浓度值r(t)进行实时检测。
2.根据权利要求1所述基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，其特征在于，1<kPID≤1.5。
3.根据权利要求1所述基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，其特征在于，α1＝20％，α2＝10％。
4.根据权利要求1所述基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，其特征在于，所述还原剂投入装置(3)中的还原剂为液氨或尿素溶液。
5.根据权利要求1所述基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，其特征在于，所述省煤器(13)为一级省煤器。
6.根据权利要求1所述基于SNCR脱硝系统控制装置的脱硝控制方法，其特征在于，所述省煤器(13)的出口通过多个烟气管(14)与烟气混合箱(15)相接。
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| CN105944568A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-09-21 | 国投钦州发电有限公司 | 火力发电厂脱硝cems出入口烟气多点采样测量系统 |
-
2017
- 2017-11-15 CN CN201711132501.5A patent/CN107670474B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08238416A (ja) * | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Babcock Hitachi Kk | 脱硝装置へのアンモニア注入量制御方法および装置 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于 NOx 浓度场实时检测的喷氨优化应用研究;郭凯旋等;《热能动力工程》;20170531;第88-94页 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107670474A (zh) | 2018-02-09 |
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