CN109078496A - 一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置 - Google Patents

一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置，该方法包括：在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值；判断是否满足累加条件和修正条件；若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。本发明能够有效保证在NOx排放不超标的前提下，将氨逃逸量控制在较低水平，减小了逃逸氨气对各种设备的影响，提高了机组运行可靠性。

Description

一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置，属于火电厂自动控制技术领域。
背景技术
目前绝大部分电厂已经完成了超低排的改造工作，将NOx排放浓度控制在了50mg/Nm3范围以内。由于过程对象大迟延大惯性特性、测点代表性不强、调解裕量小等各种因素，导致各个电厂的脱硝自动调节效果相差较大。
在脱硝控制中，喷氨量不足会造成NOx超标，环保考核值不合格；若喷氨过量，则会造成氨逃逸大，NH3附着于催化剂表面，堵塞催化剂孔道，造成催化剂失活和空预器堵塞，且分散于烟气中腐蚀管路和下游设备，危害机组运行安全。目前不少机组脱硝喷氨自动投入后，NOx波动大且振荡不容易稳定，特别是在变负荷、启停磨煤机、配煤掺烧时，NOx动态偏差较大，无法满足发电厂智能化、信息化、数字化的发展需求。
申请公布号为CN106681381A的中国发明专利申请文件公开了一种基于智能前馈信号的SCR脱硝系统喷氨量优化控制系统及方法，其控制原理图如图1所示，将出口NOx浓度目标值与实际出口NOx浓度测量值作差，其差值经过动态矩阵控制后与前馈输出相加后作为PID控制器的输入，PID控制器的输出与喷氨阀门的输入连接，且PID控制器与喷氨阀门经负反馈构成内回路控制子系统，喷氨阀门的输出与SCR反应器的输入相连。该SCR脱硝系统喷氨量优化控制系统及方法能够实现喷氨量的快速准确控制，但是未考虑脱硝反应器是否运行在最佳性能区域，即脱硝效率最佳点，不能保证喷氨量的最小化，易造成喷氨量过大，造成氨逃逸较高，导致下游设备堵塞和腐蚀，影响机组运行的安全性和经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于氨逃逸的脱硝控制方法及装置，用于解决如何在NOx排放不超标的前提下控制氨逃逸量较低，以提高机组运行可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于氨逃逸的脱硝控制方法，步骤如下：
在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值；
判断是否满足累加条件和修正条件，所述累加条件至少包括：氨逃逸值大于氨逃逸设定阈值，所述修正条件至少包括：负荷在设定时间内的波动幅度小于第一波动幅值设定阈值，反应器出口NOx浓度小于出口NOx浓度设定阈值，反应器入口NOx在设定时间内的波动幅度小于第二波动幅值设定阈值；
若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
本发明的有益效果是：通过实时地对负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值进行检测，在满足累加条件和修正条件的情况下，对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正，采用修正后的反应器出口NOx设定值进行相应控制，直至氨逃逸值低于一定水平，能够有效保证在NOx排放不超标的前提下，将氨逃逸量控制在较低水平，减小了逃逸氨气对各种设备的影响，提高了机组运行可靠性。
进一步的，为了实现对反应器出口NOx初始设定值的准确修正，还包括：若不满足累加条件，满足修正条件，则不对修正值进行累加更新，并用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
进一步的，为了对修正值的幅值进行限定，以提高控制准确性，还包括在对反应器出口NOx初始设定值进行修正前，对修正值进行限幅处理。
进一步的，为了对修正值的增大速度进行限定，以提高控制准确性，对修正值每次累加的数值为1。
进一步的，为了增加控制的准确性，所述第一波动幅值设定阈值为5MW，所述出口NOx浓度设定阈值为45mg/Nm3，所述第二波动幅值设定阈值为50mg/Nm3，所述氨逃逸设定阈值为1ppm，所述设定时间为1分钟。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于氨逃逸的脱硝控制装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：
在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值；
判断是否满足累加条件和修正条件，所述累加条件至少包括：氨逃逸值大于氨逃逸设定阈值，所述修正条件至少包括：负荷在设定时间内的波动幅度小于第一波动幅值设定阈值，反应器出口NOx浓度小于出口NOx浓度设定阈值，反应器入口NOx在设定时间内的波动幅度小于第二波动幅值设定阈值；
若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
本发明的有益效果是：通过实时地对负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值进行检测，在满足累加条件和修正条件的情况下，对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正，采用修正后的反应器出口NOx设定值进行相应控制，直至氨逃逸值低于一定水平，能够有效保证在NOx排放不超标的前提下，将氨逃逸量控制在较低水平，减小了逃逸氨气对各种设备的影响，提高了机组运行可靠性。
进一步的，为了实现对反应器出口NOx初始设定值的准确修正，还包括：若不满足累加条件，满足修正条件，则不对修正值进行累加更新，并用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
进一步的，为了对修正值的幅值进行限定，以提高控制准确性，还包括在对反应器出口NOx初始设定值进行修正前，对修正值进行限幅处理。
进一步的，为了对修正值的增大速度进行限定，以提高控制准确性，对修正值每次累加的数值为1。
进一步的，为了增加控制的准确性，所述第一波动幅值设定阈值为5MW，所述出口NOx浓度设定阈值为45mg/Nm3，所述第二波动幅值设定阈值为50mg/Nm3，所述氨逃逸设定阈值为1ppm，所述设定时间为1分钟。
附图说明
图1是现有技术基于智能前馈信号的SCR脱硝系统喷氨量优化控制系统及方法的控制原理图；
图2是本发明基于氨逃逸的脱硝控制方法的控制原理图；
图3是本发明氨逃逸控制部分的控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
基于氨逃逸的脱硝控制方法实施例：
本发明提供了一种基于氨逃逸的脱硝控制方法，包括前馈、串级回路、氨逃逸控制三个部分，其控制原理图如图2所示。该基于氨逃逸的脱硝控制方法的主要内容在氨逃逸控制部分，即通过对累加条件和修正条件的判定，实现对反应器出口NOx初始设定值的修正过程，从而在保证NOx排放不超标的前提下，将氨逃逸量控制在较低水平。下面就前馈、串级回路、氨逃逸控制三个部分进行详细介绍，具体内容如下：
(1)串级回路部分
如图2中虚线方框标记部分，反应器出口NOx初始设定值与SCR出口NOx浓度实际值作差，得到SCR出口NOx浓度偏差值，该SCR出口NOx浓度偏差值经过第一PI控制器进行调节后得到氨气需求量调节值，该氨气需求量调节值与氨气流量实际值作差后经过第二PI控制器进行调节后得到喷氨调门开度指令，通过调节喷氨调门开度来实现进入SCR反应器的氨气流量的精准控制。
(2)前馈部分
将前馈输入量A～D输入到动态前馈单元，实时计算当前工况下出口NOx浓度达到设定值所需氨量，即氨气需求量前馈值。将该氨气需求量前馈值叠加到串级回路部分中的氨气需求量调节值上，并将累加后的值与氨气流量实际值作差后输入到第二PI控制器。其中，前馈输入量A为当前时刻SCR出口NOx浓度，前馈输入量B为当前时刻入口NOx浓度，前馈输入量C为当前时刻进口烟气量，前馈输入量D为当前时刻喷氨量。在计算氨气需求量前馈值时，对各个前馈输入量的系数进行在线实时调整，以得到实时的氨气需求量前馈值。
(3)氨逃逸控制部分
氨逃逸部分根据当前脱硝系统运行情况，在反应器出口NOx初始设定值上叠加一个修正值，对SCR出口NOx浓度设定值进行修正，以达到控制氨逃逸最小化的目的。具体的，该氨逃逸控制部分的控制流程图如图3所示，具体包括以下步骤：
1)在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值。
2)根据负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值采集值，判断是否满足累加条件和修正条件。
其中，累加条件包括：氨逃逸值大于氨逃逸设定阈值，记为条件d。修正条件包括：负荷平稳，负荷在设定时间内的波动幅度小于第一波动幅值设定阈值，这里的负荷是指机组运行实时负荷，即机组当前出力(状态)；反应器出口NOx浓度小于出口NOx浓度设定阈值；反应器入口NOx浓度平稳，反应器入口NOx在设定时间内的波动幅度小于第二波动幅值设定阈值；分别记为条件a、条件b和条件c。
在本实施例中，第一波动幅值设定阈值为5MW，出口NOx浓度设定阈值为45mg/Nm3，第二波动幅值设定阈值为50mg/Nm3，氨逃逸设定阈值为1ppm，设定时间为1分钟。当然，上述数值仅是给出了各种阈值的一种具体实施例，在实际控制过程中，为了实现更可靠、有效的控制，可以根据调试对上述各阈值进行合理设置。
3)若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
其中，在本实施例中，修正值的初始值为0，在每个控制周期内，修正值每次累加1。在对修正值进行累加更新的过程中，作为其他的实施方式，修正值每次累加的数值也可以不相等。例如，随着时间的推移，修正值每次累加的数值呈现逐渐上升趋势或者是逐渐下降趋势。
为了实现对反应器出口NOx初始设定值的准确修正，若不满足累加条件，但满足修正条件，则不对修正值进行累加更新，并用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
为了避免修正值过大或者过小，以提高控制准确性，在每个控制周期中，若满足累加条件和修正条件，则对更新后的修正值进行限幅处理；若不满足累加条件，但满足修正条件，则对当前的修正值进行限幅处理。将两种情况下限幅处理后的修正值叠加到反应器出口NOx初始设定值上，以实现修正值对反应器出口NOx初始设定值的修正过程。
为了实现上述的氨逃逸控制过程，如图2中点划线方框标记部分，在上述条件a～d均满足的情况下，通过定时器进行计时，并利用选择输出功能块和累加器，每隔一个控制周期则修正值增加1，例如该控制周期可以为8分钟。利用选择输出功能块输出该增加后的修正值，并采用H/L限幅模块对该增加后的修正值进行限幅处理，将限幅处理后的修正值叠加在反应器出口NOx初始设定值上，进而实现相应的控制，直至氨逃逸值不再大于氨逃逸设定阈值，即条件d不再满足。若此时修正条件依然满足，即条件a、b和c依然满足，则修正值不再变化，采用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。另外，当条件a～c中任一条件不满足时，通过选择输出功能块，修正值复位为0，不再对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
在本实施例中，反应器出口NOx初始设定值的大小范围为0～50，H/L限幅模块的限幅范围为0～10。当然，反应器出口NOx初始设定值的大小和H/L限幅模块的限幅范围可以根据实际工程应用进行适应性调整。
通过上述氨逃逸控制部分，对反应器出口NOx初始设定值进行修正，采用修正后的反应器出口NOx设定值进行相应控制，实现了在NOx排放不超标的前提下，将氨逃逸量控制在较低水平。
另外，上述串级回路部分和前馈部分仅仅是给出了一种具体的实施方式，也可以采用现有技术中已存在的串级回路部分和前馈部分。例如，对于串级回路部分，可以采用图1中所示虚线方框内的控制结构；对于前馈部分，可以采用图1中的智能前馈控制器单元来实现。
基于氨逃逸的脱硝控制装置实施例：
本发明还提供了一种基于氨逃逸的脱硝控制装置，包括处理器和存储器，该处理器用于处理存储在存储器中的指令，以实现上述的基于氨逃逸的脱硝控制方法。例如，用于实现该基于氨逃逸的脱硝控制方法的指令，可以在PC机、通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器上运行，并与相应的硬件进行结合，以实现对脱硝系统的有效控制。
该基于氨逃逸的脱硝控制方法已经在上述的基于氨逃逸的脱硝控制方法实施例中进行了详细介绍，对于本领域内的技术人员，可以根据该基于氨逃逸的脱硝控制方法生成对应的计算机程序指令，进而得到基于氨逃逸的脱硝控制装置，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种基于氨逃逸的脱硝控制方法，其特征在于，步骤如下：
在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值；
判断是否满足累加条件和修正条件，所述累加条件至少包括：氨逃逸值大于氨逃逸设定阈值，所述修正条件至少包括：负荷在设定时间内的波动幅度小于第一波动幅值设定阈值，反应器出口NOx浓度小于出口NOx浓度设定阈值，反应器入口NOx在设定时间内的波动幅度小于第二波动幅值设定阈值；
若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
2.根据权利要求1所述的基于氨逃逸的脱硝控制方法，其特征在于，还包括：若不满足累加条件，满足修正条件，则不对修正值进行累加更新，并用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
3.根据权利要求1或2所述的基于氨逃逸的脱硝控制方法，其特征在于，还包括在对反应器出口NOx初始设定值进行修正前，对修正值进行限幅处理。
4.根据权利要求1或2所述的基于氨逃逸的脱硝控制方法，其特征在于，对修正值每次累加的数值为1。
5.根据权利要求1或2所述的基于氨逃逸的脱硝控制方法，其特征在于，所述第一波动幅值设定阈值为5MW，所述出口NOx浓度设定阈值为45mg/Nm3，所述第二波动幅值设定阈值为50mg/Nm3，所述氨逃逸设定阈值为1ppm，所述设定时间为1分钟。
6.一种基于氨逃逸的脱硝控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器用于处理存储在所述存储器中的指令以实现如下方法：
在每个控制周期内，采集负荷波动幅值、反应器出口NOx浓度、反应器入口NOx的波动幅值和氨逃逸值；
判断是否满足累加条件和修正条件，所述累加条件至少包括：氨逃逸值大于氨逃逸设定阈值，所述修正条件至少包括：负荷在设定时间内的波动幅度小于第一波动幅值设定阈值，反应器出口NOx浓度小于出口NOx浓度设定阈值，反应器入口NOx在设定时间内的波动幅度小于第二波动幅值设定阈值；
若满足累加条件和修正条件，则对修正值进行累加更新，并用更新后的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正；若不满足修正条件，则不对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
7.根据权利要求6所述的基于氨逃逸的脱硝控制装置，其特征在于，还包括：若不满足累加条件，满足修正条件，则不对修正值进行累加更新，并用当前的修正值对反应器出口NOx初始设定值进行修正。
8.根据权利要求6或7所述的基于氨逃逸的脱硝控制装置，其特征在于，还包括在对反应器出口NOx初始设定值进行修正前，对修正值进行限幅处理。
9.根据权利要求6或7所述的基于氨逃逸的脱硝控制装置，其特征在于，对修正值每次累加的数值为1。
10.根据权利要求6或7所述的基于氨逃逸的脱硝控制装置，其特征在于，所述第一波动幅值设定阈值为5MW，所述出口NOx浓度设定阈值为45mg/Nm3，所述第二波动幅值设定阈值为50mg/Nm3，所述氨逃逸设定阈值为1ppm，所述设定时间为1分钟。
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