CN109092035A - 一种基于串级pid加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法 - Google Patents

一种基于串级pid加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法。现有的脱硝喷氨自动控制逻辑难以平稳控制SCR反应器出口NOx浓度，增加了运行人员的劳动强度。本发明包括SCR反应器、电动调节阀和流量计等，SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置。本发明可以克服脱硝系统大延滞特性所带来的控制问题，减少控制超调，能够实现喷氨量的准确控制。

Description

一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工 作方法
技术领域
本发明涉及一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法，属于热工自动控制领域。
背景技术
在目前电力行业新能源大规模并网的背景下，火电机组频繁参与调峰，且调峰深度越来越大。因此，锅炉运行工况在大范围频繁变化，使得炉膛出口烟气参数频繁变化，包括SCR脱硝入口NOx浓度变化剧烈。选择性催化还原烟气脱硝法(Selective CatalyticReduction)，简称SCR，是目前火电厂中应用最广泛的一种脱硝方法。SCR脱硝原理是在催化剂的作用下利用NH3将NOx还原为N2，发生的主要化学反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
目前电厂中的脱硝喷氨一般通过采用单PID回路加前馈控制，如申请号为201610235007.0的中国专利，PID(Proportion Integration Differentiation)回路调节SCR反应器出口NOx浓度，前馈一般为机组负荷变化率。该控制方式下脱硝喷氨自动调节效果较差，经常需要运行人员干预、手动调节喷氨量，导致喷氨量波动大、脱硝反应器出口NOx浓度波动大。当实际喷氨量小于工况所需氨流量时，易造成NOx排放浓度超标；当实际喷氨量超过工况所需氨流量时，氨逃逸浓度高，加剧NH4HSO4的生成，易造成空气预热器的腐蚀或堵塞。再者，脱硝系统本身具有大延滞、非线性、时变等特点，因此对机组SCR脱硝喷氨自动调节进行优化研究，提高喷氨自动控制品质，有效控制烟囱入口NOx浓度始终作为一个非常重要的研究课题。
NOx英文全称：nitrogen oxides，NOx的中文名称是：氮氧化物。氮氧化物即氮和氧的结合物，包括很多种，例如一氧化氮、二氧化氮等。
一般电厂中脱硝喷氨自动控制逻辑采用单PID回路加前馈控制，PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，前馈一般为机组负荷变化率。当氨气压力有变化时，单PID回路无法迅速测得氨气流量的变化，不能快速做出响应，滞后严重。另外，随着机组负荷的增加，SCR入口NOx浓度绝大多数会降低，有时亦会随机组负荷的增加而升高，因此仅根据负荷变化率不容易判断喷氨调节阀应当开大还是减小。所以按照一般的控制逻辑容易引起喷氨调节阀的大幅晃动、喷氨量的大幅波动，从而导致SCR出口NOx浓度和烟囱入口NOx浓度忽高忽低，经常超过所要求的超低排放标准50mg/m3，使得运行人员经常人为切手动，进行人为干预。另外，在机组处于AGC-R模式，机组负荷和SCR脱硝入口NOx浓度均变化剧烈时，烟囱入口NOx浓度很容易出现震荡发散情况，难以平稳控制，运行人员亦需解除自动进行人为干预。这不仅降低了辅机的自动化水平，亦增加了运行人员的劳动强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法，来实现喷氨量的快速准确控制。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，包括SCR反应器、电动调节阀和流量计等，所述SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；所述SCR反应器包括SCR反应器入口、一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅、催化剂层和SCR反应器出口；所述SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，所述SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；所述一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，所述一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，所述二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置；所述SCR反应器中的氨气母管道上设置有电动调节阀和流量计，所述调节阀用于调节氨气的流量，所述流量计用于测量氨气的流量。
进一步而言，所述催化剂层为平板式结构，所述催化剂层设置有4层，每层催化剂层均相邻布置有一个喷氨格栅。
一种如上所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口的NOx浓度，主PID回路的输出经过一个修正函数后对理论喷氨流量进行修正，副PID回路调节氨气供应流量，副PID回路的输出加上四个前馈之和作用到喷氨流量调节阀来调节喷氨量的大小；四个前馈包括SCR反应器出口的NOx测量值减设定值偏差的函数、机组负荷变化率的函数、SCR反应器入口的NOx浓度变化率的函数和脱硫出口NOx浓度的函数；由于烟气流量测量的不准确性，本工作方法创造性地通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：
式中：Q为单侧SCR反应器理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；QA和QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计的烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量和NH3摩尔质量计算得到。
SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路的过程值，SCR反应器出口的NOx浓度设定值作为主PID回路的设定值，主PID回路采用正作用，比例积分运算。
主PID回路的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正系数范围即函数f1(x)输出为：a—b，a<b；修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量；根据机组工况将实际需要喷氨量再乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的设定值；实际测得的氨气流量值同样乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的过程值；副PID回路采用反作用，比例积分运算。
前馈设计如下：
前馈一：SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后与SCR反应器出口的NOx浓度设定值相减，然后经过函数f2(x)换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt1，以确保前馈一在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；
前馈二：机组负荷经过超前滞后模块Leadlag2后一路作用到加法器∑2上，一路作用到超前滞后模块Leadlag3，Leadlag3的输出作用到加法器∑2上，二者相减即为机组负荷变化率，然后经过函数f3(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt2，以确保前馈二在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；通过与运行人员交流和观察机组历史数据，发现在绝大多数情况下SCR反应器入口的NOx浓度随着机组负荷升高而降低，随着机组负荷降低而升高。因此考虑绝大多数情况，即设置函数f3(x)斜率为负，随着机组负荷升高而减小喷氨调节阀开度，随着机组负荷降低而增大喷氨调节阀开度；
前馈三：SCR反应器入口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag4后一路作用到加法器∑3上，一路作用到超前滞后模块Leadlag5，Leadlag5的输出作用到加法器∑3，二者相减即为SCR反应器入口的NOx浓度变化率，然后经过函数f4(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt3，以确保前馈三在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；
前馈四：脱硫出口NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag6后作用到函数f5(x)，经过函数f5(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt4，以确保前馈四在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中。
进一步而言，机组每隔一小时会进行一次CEMS吹扫，吹扫期间，SCR反应器入口的NOx浓度和SCR反应器出口的NOx浓度均保持不变；因此，在吹扫期间，主PID回路不再进行调节，前馈一和前馈三均维持不变，此过程中若有燃烧调整、煤质变化、负荷变化或启停磨情况，极易造成SCR反应器出口的NOx浓度和烟囱入口的NOx浓度超标；因此在CEMS吹扫期间，让脱硫出口NOx浓度参与调节；在前馈四中设置了一个切换块T，CEMS吹扫期间，脱硫出口NOx浓度参与调节，CEMS吹扫结束后，脱硫出口NOx浓度调节作用降为零。
副PID回路的输出加上4个前馈共同叠加到加法器∑4上，再经过限幅环节Lmt5，限幅大小根据机组实际工况和运行人员经验综合确定；经过限幅后作用到喷氨调节阀，调节喷氨量大小，控制SCR反应器出口的NOx浓度和烟囱入口NOx浓度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明提出的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法，构建了可预测烟囱入口NOx浓度的数学模型，能够较为实时的反映锅炉燃烧工况，及时提供前馈控制信号，调整喷氨量，可以克服脱硝系统大延滞特性所带来的控制问题，减少控制超调，在节省喷氨量的前提下也降低了氨逃逸，能够实现喷氨量的准确控制。
利用本发明的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，可有效避免在CEMS吹扫结束时，因SCR脱硝出口NOx浓度超调严重须使喷氨自动切手动情况的发生。另外，在机组处于AGC-R模式，机组负荷和SCR脱硝入口NOx浓度均变化剧烈时，本发明装置能够自动调节喷氨量及时跟踪脱硝入口NOx浓度的变化，使得烟囱入口NOx浓度维持稳定。
附图说明
图1是本发明实施例的SCR脱硝喷氨装置结构示意图。
图2是本发明实施例中采用的脱硝喷氨控制策略SAMA图。
图3是本发明实施例的优化前脱硝喷氨自动控制策略SAMA图。
图4是本发明实施例的优化前A侧SCR反应器脱硝喷氨自动调节效果。
图5是本发明实施例的优化前B侧SCR反应器脱硝喷氨自动调节效果。
图6是本发明实施例的优化后A侧SCR反应器脱硝喷氨自动调节效果。
图7是本发明实施例的优化后B侧SCR反应器脱硝喷氨自动调节效果。
图8是本发明实施例的优化后SCR脱硝反应器出口NOx浓度设定值正向+10阶跃扰动试验图。
图9是本发明实施例的AGC-R模式时机组烟囱入口NOx浓度自动调节效果图。
图1中：锅炉省煤器1、SCR反应器2、空气预热器3、SCR反应器入口4、一号喷氨格栅5、导流板6、二号喷氨格栅7、催化剂层8、SCR反应器出口9、调节阀10、流量计11。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置包括SCR反应器2、电动调节阀10和流量计11等，SCR反应器2设置在锅炉省煤器1与空气预热器3之间；SCR反应器2包括SCR反应器入口4、一号喷氨格栅5、导流板6、二号喷氨格栅7、催化剂层8和SCR反应器出口9；SCR反应器入口4与锅炉省煤器1相邻布置，SCR反应器出口9与空气预热器3相邻布置；一号喷氨格栅5、导流板6、二号喷氨格栅7和催化剂层8沿着烟气的流动方向依次布置，一号喷氨格栅5与SCR反应器入口4相邻布置，二号喷氨格栅7和催化剂层8相邻布置；SCR反应器2中的氨气母管道上设置有电动调节阀10和流量计11，调节阀10用于调节氨气的流量，流量计11用于测量氨气的流量。
本实施例中，催化剂层8为平板式结构，催化剂层8设置有4层，每层催化剂层8均相邻布置有一个一号喷氨格栅5或二号喷氨格栅7。
上述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法如图2所示：主PID回路PID1调节SCR反应器出口9的NOx浓度，主PID回路PID1的输出经过一个修正函数后对理论喷氨流量进行修正，副PID回路PID2调节氨气供应流量，副PID回路PID2的输出加上四个前馈之和作用到喷氨流量调节阀10来调节喷氨量的大小；四个前馈包括SCR反应器出口9的NOx测量值减设定值偏差的函数、机组负荷变化率的函数、SCR反应器入口4的NOx浓度变化率的函数和脱硫出口NOx浓度的函数；由于烟气流量测量的不准确性，本工作方法创造性地通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：
式中：Q为单侧SCR反应器2理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口4的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口9的NOx浓度设定值，mg/m3；QA和QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计的烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量和NH3摩尔质量计算得到。
SCR反应器出口9的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路PID1的过程值，SCR反应器出口9的NOx浓度设定值作为主PID回路PID1的设定值，主PID回路PID1采用正作用，比例积分运算。
主PID回路PID1的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正系数范围即函数f1(x)输出为：a—b，a<b；修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量；根据机组工况将实际需要喷氨量再乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路PID2的设定值；实际测得的氨气流量值同样乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路PID2的过程值；副PID回路PID2采用反作用，比例积分运算。
前馈设计如下：
前馈一：SCR反应器出口9的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后与SCR反应器出口9的NOx浓度设定值相减，然后经过函数f2(x)换算为喷氨调节阀10开度大小，再经过限幅环节Lmt1，以确保前馈一在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中；
前馈二：机组负荷经过超前滞后模块Leadlag2后一路作用到加法器∑2上，一路作用到超前滞后模块Leadlag3，Leadlag3的输出作用到加法器∑2上，二者相减即为机组负荷变化率，然后经过函数f3(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，再经过限幅环节Lmt2，以确保前馈二在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中；通过与运行人员交流和观察机组历史数据，发现在绝大多数情况下SCR反应器入口4的NOx浓度随着机组负荷升高而降低，随着机组负荷降低而升高。因此考虑绝大多数情况，即设置函数f3(x)斜率为负，随着机组负荷升高而减小喷氨调节阀10开度，随着机组负荷降低而增大喷氨调节阀10开度；
前馈三：SCR反应器入口4的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag4后一路作用到加法器∑3上，一路作用到超前滞后模块Leadlag5，Leadlag5的输出作用到加法器∑3，二者相减即为SCR反应器入口4的NOx浓度变化率，然后经过函数f4(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，再经过限幅环节Lmt3，以确保前馈三在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中；
前馈四：脱硫出口NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag6后作用到函数f5(x)，经过函数f5(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，再经过限幅环节Lmt4，以确保前馈四在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中。
机组每隔一小时会进行一次CEMS吹扫，吹扫期间，SCR反应器入口4的NOx浓度和SCR反应器出口9的NOx浓度均保持不变；因此，在吹扫期间，主PID回路PID1不再进行调节，前馈一和前馈三均维持不变，此过程中若有燃烧调整、煤质变化、负荷变化或启停磨情况，极易造成SCR反应器出口9的NOx浓度和烟囱入口的NOx浓度超标；因此在CEMS吹扫期间，让脱硫出口NOx浓度参与调节；在前馈四中设置了一个切换块T，CEMS吹扫期间，脱硫出口NOx浓度参与调节，CEMS吹扫结束后，脱硫出口NOx浓度调节作用降为零。
副PID回路PID2的输出加上4个前馈共同叠加到加法器∑4上，再经过限幅环节Lmt5，限幅大小根据机组实际工况和运行人员经验综合确定；经过限幅后作用到喷氨调节阀10，调节喷氨量大小，控制SCR反应器出口9的NOx浓度和烟囱入口NOx浓度。
下面以某电厂335MW机组为例，详细说明本发明的内容。
本机组容量为335MW，锅炉为东方锅炉厂设计制造的亚临界自然循环汽包炉，型号为DG1000/170-I型，单汽包、固态排渣、四角切圆燃烧，采用低氮燃烧器、选择性催化还原(SCR)烟气脱硝工艺控制NOx的排放。机组脱硝控制系统为FOXBRO系统。
SCR脱硝喷氨装置示意图如图1所示。
烟气脱硝装置采用高尘型工艺，布置在锅炉省煤器1和空气预热器3之间，烟气从锅炉省煤器1出来经过SCR反应器2，然后到空气预热器3。SCR反应器2内布置四层平板式催化剂层8，还原剂为液氨。液氨蒸发成氨气与稀释风混合后，通过布置在SCR反应器入口4烟道截面上的一号喷氨格栅5喷入到SCR反应器2内，在催化剂的作用下，氨气与氮氧化物发生反应。在SCR反应器2的氨气母管道上设置了电动调节阀10，用来调节氨气流量，在氨气母管道上设有流量计11，测量氨气的流量。
本机组设计工况下，SCR反应器入口4的NOx浓度为450mg/m3，出口NOx浓度小于50mg/m3，脱硝效率不低于88.9％。在SCR反应器2内，发生的主要的化学反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
优化前脱硝喷氨自动控制策略SAMA图如图3所示。原喷氨自动控制逻辑为“基于单PID回路加前馈”的控制方式，PID回路调节SCR反应器出口9的NOx浓度，前馈包括SCR反应器出口9的NOx浓度过程值与设定值的偏差函数、SCR反应器入口4的NOx浓度变化率及机组负荷的函数三部分，三个前馈和PID回路的输出相叠加作用到喷氨调节阀10，调节喷氨流量的大小。
由于SCR烟气脱硝的反应特性及CEMS测量的延时，SCR脱硝系统具有非线性、大惯性的特点。在原控制方式下，喷氨自动调节效果较差，波动范围大，尤其是液氨供应压力有变化、机组快速升降负荷或切换磨煤机的工况下，经常需要运行人员干预、手动进行喷氨量的调整。优化前，脱硝喷氨自动调节效果如图4和图5所示，A侧脱硝反应器出口NOx浓度控制在设定值±15范围内，B侧脱硝反应器出口NOx浓度控制在设定值±20范围内。在脱硝设施CEMS吹扫时，A侧、B侧脱硝反应器出口NOx浓度控制在设定值±25范围内，有时超调会更严重。
控制策略进行优化如下：
由于烟气流量测量的不准确性，本实施例中通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：
式中：Q为单侧SCR反应器2理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口4的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口9的NOx浓度设定值，mg/m3；QA、QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量、NH3摩尔质量计算得到，本实例中计算后a＝0.0004。
如图2所示，SCR反应器出口9的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路PID1的过程值，SCR反应器出口9的NOx浓度设定值作为主PID回路PID1的设定值，主PID回路PID1采用正作用，比例积分运算，PID1的比例带设为15，积分时间设为0.5min。
主PID回路PID1的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正函数f1(x)设置如下：
x 0 50 100
f1(x) 0.6 1 1.7
修正函数f1(x)的输出范围为0.6—1.7。修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量。根据机组工况将实际需要喷氨量再乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路PID2的设定值，本实施例中系数B设为0.8。实际测得的氨气流量值同样乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路PID2的过程值。副PID回路PID2采用反作用，比例积分运算，PID2的比例带设为230，积分时间设为1.2min。
前馈设计如下：
前馈一：SCR反应器出口9的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后与SCR反应器出口9的NOx浓度设定值相减，然后经过函数f2(x)换算为喷氨调节阀10开度大小，函数f2(x)设置如下：
x -120 -2 2 120
f2(x) -95 0 0 95
再经过限幅环节Lmt1，以确保前馈一在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中。
前馈二：机组负荷经过超前滞后模块Leadlag2后一路作用到加法器∑2上，一路作用到超前滞后模块Leadlag3，Leadlag3的输出作用到加法器∑2上，二者相减即为机组负荷变化率，然后经过函数f3(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，函数f3(x)设置如下：
x -50 -2 2 50
f3(x) 15 0 0 -25
再经过限幅环节Lmt2，以确保前馈二在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中。通过与运行人员交流和观察机组历史数据，发现在绝大多数情况下SCR脱硝入口NOx浓度会随着机组负荷升高而降低，随着机组负荷降低而升高。因此考虑绝大多数情况，即设置函数f3(x)斜率为负，随着机组负荷升高而减小喷氨调节阀10开度，随着机组负荷降低而增大喷氨调节阀10开度。
前馈三：SCR反应器入口4的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag4后一路作用到加法器∑3上，一路作用到超前滞后模块Leadlag5，Leadlag5的输出作用到加法器∑3，二者相减即为SCR反应器入口4的NOx浓度变化率，然后经过函数f4(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，函数f4(x)设置如下：
x -50 -3 3 50 100
f4(x) -20 0 0 20 40
再经过限幅环节Lmt3，以确保前馈三在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中。
前馈四：脱硫出口NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag6后作用到函数f5(x)，经过函数f5(x)后换算为喷氨调节阀10开度大小，函数f5(x)设置如下：
x 20 25 30 35 40 45 50 60 85
f5(x) -8 -5 -2.5 0 5 10 15 25 25
再经过限幅环节Lmt4，以确保前馈四在调节喷氨调节阀10开度过程中所起作用适中。
机组每隔一小时会进行一次CEMS吹扫(A、B两侧SCR反应器入口4、SCR反应器出口9，CEMS同时吹扫，时间为9分钟)，吹扫期间，SCR反应器入口4的NOx浓度和SCR反应器出口9的NOx浓度均保持不变。因此，在吹扫期间，主PID回路PID1不再进行调节，前馈一和前馈三均维持不变，此过程中若有燃烧调整、煤质变化、负荷变化或启停磨等情况，极易造成SCR反应器出口9的NOx浓度和烟囱入口NOx浓度超标。因此在CEMS吹扫期间，让脱硫出口NOx浓度参与调节。在前馈四中设置了一个切换块T，CEMS吹扫期间，脱硫出口NOx浓度参与调节，CEMS吹扫结束后，脱硫出口NOx浓度调节作用降为零。
副PID回路PID2的输出加上4个前馈共同叠加到加法器∑4上，再经过限幅环节Lmt5，限幅大小根据机组实际工况和运行人员经验综合确定。经过限幅后作用到喷氨调节阀10，调节喷氨量大小，控制SCR反应器出口9的NOx浓度和烟囱入口NOx浓度。
根据本方案进行脱硝喷氨控制优化后，脱硝喷氨自动调节稳定，NOx稳定达标排放。优化后，机组在AGC-O模式时，A侧SCR反应器出口9的NOx浓度可控制在设定值±10范围内，B侧SCR反应器出口9的NOx浓度可控制在设定值±15范围内，优化后，脱硝喷氨自动调节效果如图6和图7所示。烟囱入口NOx浓度平稳的控制在超低排放要求值50mg/m3以下，通常在28mg/m3—46mg/m3范围内波动，喷氨自动控制稳定。
优化后，对SCR反应器出口9的NOx浓度设定值进行了正向+10的阶跃扰动试验，调节效果如图8所示，各项参数变化平稳，SCR反应器出口9的NOx浓度能够快速达到设定值。
优化后，机组在AGC-R模式，机组负荷和SCR反应器入口4的NOx浓度均变化剧烈的情况下，本发明装置能够自动调节喷氨量及时跟踪SCR反应器入口4的NOx浓度的变化，烟囱入口NOx浓度调节效果如图9所示。从图9可以看出，在02:10—05:10三个小时中大部分时间烟囱入口NOx浓度在30mg/m3—46mg/m3之间波动，满足机组超低排放的要求。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；其特征在于，还包括电动调节阀和流量计；所述SCR反应器包括SCR反应器入口、一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅、催化剂层和SCR反应器出口；所述SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，所述SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；所述一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，所述一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，所述二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置；所述SCR反应器中的氨气母管道上设置有电动调节阀和流量计，所述调节阀用于调节氨气的流量，所述流量计用于测量氨气的流量。
2.根据权利要求1所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，其特征在于，所述催化剂层为平板式结构，所述催化剂层设置有4层，每层催化剂层均相邻布置有一个喷氨格栅。
3.一种如权利要求1或2所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口的NOx浓度，主PID回路的输出经过一个修正函数后对理论喷氨流量进行修正，副PID回路调节氨气供应流量，副PID回路的输出加上四个前馈之和作用到喷氨流量调节阀来调节喷氨量的大小；四个前馈包括SCR反应器出口的NOx测量值减设定值偏差的函数、机组负荷变化率的函数、SCR反应器入口的NOx浓度变化率的函数和脱硫出口NOx浓度的函数；由于烟气流量测量的不准确性，本工作方法创造性地通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：
式中：Q为单侧SCR反应器理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；QA和QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计的烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量和NH3摩尔质量计算得到。
4.根据权利要求3所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路的过程值，SCR反应器出口的NOx浓度设定值作为主PID回路的设定值，主PID回路采用正作用，比例积分运算。
5.根据权利要求3所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，主PID回路的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正系数范围即函数f1(x)输出为：a—b，a<b；修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量；根据机组工况将实际需要喷氨量再乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的设定值；实际测得的氨气流量值同样乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的过程值；副PID回路采用反作用，比例积分运算。
6.根据权利要求3所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，前馈设计如下：
前馈一：SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后与SCR反应器出口的NOx浓度设定值相减，然后经过函数f2(x)换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt1，以确保前馈一在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；
前馈二：机组负荷经过超前滞后模块Leadlag2后一路作用到加法器∑2上，一路作用到超前滞后模块Leadlag3，Leadlag3的输出作用到加法器∑2上，二者相减即为机组负荷变化率，然后经过函数f3(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt2，以确保前馈二在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；
前馈三：SCR反应器入口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag4后一路作用到加法器∑3上，一路作用到超前滞后模块Leadlag5，Leadlag5的输出作用到加法器∑3，二者相减即为SCR反应器入口的NOx浓度变化率，然后经过函数f4(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt3，以确保前馈三在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；
前馈四：脱硫出口NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag6后作用到函数f5(x)，经过函数f5(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt4，以确保前馈四在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中。
7.根据权利要求6所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，机组每隔一小时会进行一次CEMS吹扫，吹扫期间，SCR反应器入口的NOx浓度和SCR反应器出口的NOx浓度均保持不变；因此，在吹扫期间，主PID回路不再进行调节，前馈一和前馈三均维持不变，此过程中若有燃烧调整、煤质变化、负荷变化或启停磨情况，极易造成SCR反应器出口的NOx浓度和烟囱入口的NOx浓度超标；因此在CEMS吹扫期间，让脱硫出口NOx浓度参与调节；在前馈四中设置了一个切换块T，CEMS吹扫期间，脱硫出口NOx浓度参与调节，CEMS吹扫结束后，脱硫出口NOx浓度调节作用降为零。
8.根据权利要求6所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，副PID回路的输出加上4个前馈共同叠加到加法器∑4上，再经过限幅环节Lmt5，限幅大小根据机组实际工况和运行人员经验综合确定；经过限幅后作用到喷氨调节阀，调节喷氨量大小，控制SCR反应器出口的NOx浓度和烟囱入口NOx浓度。
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