CN107967003A - 用于循环流化床锅炉中的scr脱硝技术控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，包括如下步骤：(1)利用RLS最小二乘算法设计自适应滤波器，对辐射能信号进行滤波；(2)以滤波后的辐射能信号作为前馈信号构成串级控制系统，在串级控制系统中PID控制器采用抗积分饱和PID控制器，同时对PID2控制器输出的u2信号也进行高/低限幅；(3)在控制系统投入运行后，主回路和副回路的波动频率不同，副回路频率较高，主回路频率较低；在整定时，加大副调节器(PID2)增益以提高副回路的增益，使主、副回路的频率错开，相差5‑7倍以上；(4)所述的辐射能信号是利用循环流化床锅炉现场检测系统的炉膛火焰图像探测器摄取的火焰图像经过比色测温原理计算获得。本发明具有响应速度快、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点。

Description

用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法
技术领域
本发明涉及一种脱硝技术控制方法，尤其是一种响应速度快、鲁棒性好、抗干扰能力强的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法。
背景技术
随着环保力度的加大，火电厂NOx的污染已引起人们的重视。目前，对燃煤锅炉NOx排放量的控制主要方法有低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。采用低NOx燃烧技术，尽管在一定程度上降低了NOx排放量，但脱硝效率十分有限，很难满足排放标准；而烟气脱硝中的选择性催化还原技术，亦即SCR技术能达到较高的脱硝效率，且工业条件要求低，是目前应用最广、效果最好的烟气脱硝技术。SCR脱硝过程中普遍采用PID控制喷氨量，当机组的负荷在稳定状态时，能得到较好的控制效果；但在变工况条件下，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，难以保证NOx排放标准；喷氨量过多，不仅造成氨的浪费，而且又会造成新的污染。目前电厂氨气流量控制系统普遍存在响应速度慢、鲁棒性差、抗干扰能力差等问题，这给电厂的稳定经济运行埋下了隐患。实际运行中，电厂也只是通过增大SCR装置喷氨量来保证排出的NOx浓度符合国家标准，这样的做法不仅使得电厂脱硝运行成本大大增加，还导致未能参与反应的氨气对环境造成二次污染。
氨气逃逸量是系统运行中另一个重要的监测项目，如果出口浓度设定值依然维持在“近零排放”标准下，将会导致脱硝效率不断升高，进而导致氨逃逸的增加。当进口氮氧化物浓度和出口设定值之间的差值越大时，氨逃逸率也会越高。而现有“近零排放”的发电企业，许多都存在氨逃逸过高的问题。氨气逃逸量主要取决于氨氮摩尔比，氨逃逸量过高会引起空预器的腐姓与堵塞，降低空预器寿命，增加空预器咬灰频率，增加排烟损失，降低机组经济性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种响应速度快、鲁棒性好、抗干扰能力强的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法。
实现本发明目的的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，包括如下步骤：
(1)利用RLS最小二乘算法设计自适应滤波器，对辐射能信号进行滤波；
(2)以滤波后的辐射能信号作为前馈信号构成串级控制系统，在串级控制系统中PID控制器采用抗积分饱和PID控制器，同时对PID2控制器输出的u2信号也进行高/低限幅；
(3)在控制系统投入运行后，主回路和副回路的波动频率不同，副回路频率较高，主回路频率较低；在整定时，加大副调节器(PID2)增益以提高副回路的增益，使主、副回路的频率错开，相差5-7倍以上；
(4)所述的辐射能信号是利用循环流化床锅炉现场检测系统的炉膛火焰图像探测器摄取的火焰图像经过比色测温原理计算获得。
由于SCR脱硝系统出口NOX浓度的控制存在响应速度慢、鲁棒性差、抗干扰能力差等问题，而氨气流量的控制相对反应迅速快，延迟小。因此采用SCR脱硝系统出口NOX浓度为主回路，氨气流量控制为副回路的串级控制系统，SCR脱硝系统出口NOX浓度为被调量，氨气流量调节阀的开度为调节量，串级控制系统有两个控制器，其中PID1为主控制器，接受信号r1、y4和经PID3输出量r7，用于维持SCR脱硝系统出口NOX浓度维持在设定值，PID2为副控制器，接受主控制器的输出信号u1、y3和PID4输出量r6，控制氨气流量阀的开度。在串级控制系统中，副回路的作用是对出口浓度控制起粗调作用，而主回路的作用是通过细调保持出口浓度等于设定值。
积分控制规律会延长控制过程时间，减弱回路的快速作用。本专利采用串级控制。在串级控制回路中，可以允许副回路调节参数在一定范围内变化，副调节器PID2只选比例控制规律。而且由于引入辐射能前馈控制信号，可以大幅度减小比例作用，提高控制系统的稳定性，这在工程实践中有非常重要的实际意义。在串级控制系统中，主回路PID1起细调作用。由于出口NOX浓度控制的重要性，对出口浓度控制精度的要求非常高；而且要尽量降低氨逃逸量，主回路采用比例积分控制规律。而且由于引入氨/氮摩尔比前馈信号，可以适当增加增加积分时间作用，提高串级控制系统整体的稳定性，这在工程实践中有非常重要的实际意义。由于辐射能前馈控制信号是可测不可控的，而且系统采用调节阀控制流量，具有响应快，调节及时的特点，因此，前馈控制器PID4采用自适应滤波器，起到滤波作用，是辐射能信号更加平稳。由于氨/氮摩尔比前馈信号是可测不可控的，而且串级控制系统主控制器PID1采用比例积分控制规律，已经可以满足控制精度要求，前馈控制器PID3采用比例控制器。
SCR脱硝系统函数发生器f(x)为r1、r2、r3与脱硝效率之间的关系，乘法器r3和r4的乘积产生循环流化床锅炉尾部烟道NOX流量信号，此信号乘上函数发生器f(x)计算值就是基本氨气流量信号，该信号经过PID3处理为r7作为前馈信号送入PID1，保证出口NOX达到控制要求。
本专利具有响应速度快、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1为本发明的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法的控制系统的结构示意图
图中：
r1-SCR系统出口NOX浓度设定值
r2-SCR系统氨逃逸量
r3-SCR系统入口NOX浓度
r4-循环流化床锅炉尾部烟道原烟气流速
r5-循环流化床锅炉炉膛辐射能信号
r6-自适应滤波器PID4输出值
r7-控制器PID3输出值
PID1-SCR脱销系统出口NOX浓度控制器
PID2-SCR脱销系统氨气流速控制器
PID3-SCR脱销系统氨/氮摩尔比前馈控制器
PID4-SCR脱销系统辐射能自适应滤波器
G1(S)-SCR脱销系统氨气流速控制电动阀
G2(S)-SCR脱销系统反应容器
G3(S)-SCR脱销系统氨气流速测量装置
G4(S)-SCR脱销系统出口NOX浓度检测仪
y1-SCR脱硝系统出口NOX浓度
y2-SCR脱硝系统氨气流速电动阀出口流速
y3-经氨气流速测量装置的氨气电动阀出口流速电信号
y4-经NOX浓度检测仪的SCR系统出口NOX浓度电信号
u1-SCR脱硝系统出口NOX浓度控制器输出控制量
u2-SCR脱硝系统氨气流速控制器输出控制量
f(x)-SCR脱硝系统函数发生器
具体实施方式
如图1所示，本发明的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，包括如下步骤：
(1)利用RLS最小二乘算法设计自适应滤波器，对辐射能信号进行滤波；
(2)以滤波后的辐射能信号作为前馈信号构成串级控制系统，在串级控制系统中PID控制器采用抗积分饱和PID控制器，同时对PID2控制器输出的u2信号也进行高/低限幅；
(3)在控制系统投入运行后，主回路和副回路的波动频率不同，副回路频率较高，主回路频率较低；在整定时，加大副调节器(PID2)增益以提高副回路的增益，使主、副回路的频率错开，相差5-7倍以上；
(4)所述的辐射能信号是利用循环流化床锅炉现场检测系统的炉膛火焰图像探测器摄取的火焰图像经过比色测温原理计算获得。
由于SCR脱硝系统出口NOX浓度的控制存在响应速度慢、鲁棒性差、抗干扰能力差等问题，而氨气流量的控制相对反应迅速快，延迟小。因此采用SCR脱硝系统出口NOX浓度为主回路，氨气流量控制为副回路的串级控制系统，SCR脱硝系统出口NOX浓度为被调量，氨气流量调节阀的开度为调节量，串级控制系统有两个控制器，其中PID1为主控制器，接受信号r1、y4和经PID3输出量r7，用于维持SCR脱硝系统出口NOX浓度维持在设定值，PID2为副控制器，接受主控制器的输出信号u1、y3和PID4输出量r6，控制氨气流量阀的开度。在串级控制系统中，副回路的作用是对出口浓度控制起粗调作用，而主回路的作用是通过细调保持出口浓度等于设定值。
积分控制规律会延长控制过程时间，减弱回路的快速作用。本专利采用串级控制。在串级控制回路中，可以允许副回路调节参数在一定范围内变化，副调节器PID2只选比例控制规律。而且由于引入辐射能前馈控制信号，可以大幅度减小比例作用，提高控制系统的稳定性，这在工程实践中有非常重要的实际意义。在串级控制系统中，主回路PID1起细调作用。由于出口NOX浓度控制的重要性，对出口浓度控制精度的要求非常高；而且要尽量降低氨逃逸量，主回路采用比例积分控制规律。而且由于引入氨/氮摩尔比前馈信号，可以适当增加增加积分时间作用，提高串级控制系统整体的稳定性，这在工程实践中有非常重要的实际意义。由于辐射能前馈控制信号是可测不可控的，而且系统采用调节阀控制流量，具有响应快，调节及时的特点，因此，前馈控制器PID4采用自适应滤波器，起到滤波作用，是辐射能信号更加平稳。由于氨/氮摩尔比前馈信号是可测不可控的，而且串级控制系统主控制器PID1采用比例积分控制规律，已经可以满足控制精度要求，前馈控制器PID3采用比例控制器。
SCR脱硝系统函数发生器f(x)为r1、r2、r3与脱硝效率之间的关系，乘法器r3和r4的乘积产生循环流化床锅炉尾部烟道NOX流量信号，此信号乘上函数发生器f(x)计算值就是基本氨气流量信号，该信号经过PID3处理为r7作为前馈信号送入PID1，保证出口NOX达到控制要求。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用RLS最小二乘算法设计自适应滤波器，对辐射能信号进行滤波；
(2)以滤波后的辐射能信号作为前馈信号构成串级控制系统，在串级控制系统中PID控制器采用抗积分饱和PID控制器，同时对PID2控制器输出的u2信号进行高/低限幅；
(3)在控制系统投入运行后，主回路和副回路的波动频率不同，副回路频率较高，主回路频率较低；在整定时，加大副调节器PID2增益以提高副回路的增益，使主、副回路的频率错开，相差5-7倍以上；
(4)所述的辐射能信号是利用循环流化床锅炉现场检测系统的炉膛火焰图像探测器摄取的火焰图像经过比色测温原理计算获得。
2.根据权利要求1所述的用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，其特征在于，采用SCR脱硝系统出口NOX浓度为主回路，氨气流量控制为副回路的串级控制系统，SCR脱硝系统出口NOX浓度为被调量，氨气流量调节阀的开度为调节量，串级控制系统有两个控制器，其中PID1为主控制器，接受信号r1、y4和经PID3输出量r7，用于维持SCR脱硝系统出口NOX浓度维持在设定值，PID2为副控制器，接受主控制器的输出信号u1、y3和PID4输出量r6，控制氨气流量阀的开度，在串级控制系统中，副回路的作用是对出口浓度控制起粗调作用，而主回路的作用是通过细调保持出口浓度等于设定值。
3.用于循环流化床锅炉中的SCR脱硝技术控制方法，其特征在于，SCR脱硝系统函数发生器f(x)为r1、r2、r3与脱硝效率之间的关系，乘法器r3和r4的乘积产生循环流化床锅炉尾部烟道NOX流量信号，此信号乘上函数发生器f(x)计算值就是基本氨气流量信号，该信号经过PID3处理为r7作为前馈信号送入PID1，保证出口NOX达到控制要求。
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