CN109782582A

CN109782582A - 基于匀加速运动等价的sncr脱硝系统控制装置的控制方法

Info

Publication number: CN109782582A
Application number: CN201910038251.1A
Authority: CN
Inventors: 孙阳阳; 姚国鹏; 钟祎勍; 王剑钊; 王保民; 李明亮; 李杨
Original assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Current assignee: Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法包括以下步骤：采用烟气分析仪对烟气混合箱内的NOx浓度进行检测，将检测值作为PID控制器的反馈值，给PID控制器设定NOx浓度阈值，将PID控制器的反馈值与设定的NOx浓度阈值进行差值比较得到的NOx浓度偏差值，PID控制器对NOx浓度偏差值进行PID控制运算；PID控制运算结果加上COD_out乘以k_p1，再加上前馈指令作为最终输出作用在喷氨调节阀上；喷氨调节阀对NO_x浓度进行调节。本发明缩短了控制滞后时间，针对大滞后系统采用有效的预测性控制方法，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法

技术领域

本发明属于控制工程领域，具体涉及一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法。

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是选择性非催化还原Selective Non-Catalytic Reduction的英文缩写，SNCR技术是一种成熟的NOx控制处理技术。此方法是在870-1205℃下，将氮还原剂(一般是氨或尿素)喷入烟气中，将NOx还原，生成氮气和水。与SCR技术相比，选择性非催化还原SNCR技术利用炉内的高温驱动氨与NO的选择性还原反应，因此，不需要昂贵的催化剂和体积庞大的催化塔。SNCR相对于低NOx燃烧器和SCR来说，初投资低，停工安装期短等优点被广泛应用在流化床锅炉脱硝工程中。

目前的脱硝控制采用PID控制方式，没有针对大滞后系统采用有效的预测性控制方法。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其目的在于有效预测氮氧化物原始生成量，提前动作还原剂喷射执行机构，提高控制精度，降低脱硝还原剂使用量，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以解决：

一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采用烟气分析仪对烟气混合箱内的NOx浓度进行检测，将检测值作为PID控制器的反馈值，给PID控制器设定NOx浓度阈值，将PID控制器的反馈值与设定的NOx浓度阈值进行差值比较得到的NOx浓度偏差值，PID控制器对NOx浓度偏差值进行PID控制运算；

步骤二：PID控制运算结果加上COD_out乘以k_p1，再加上前馈指令作为最终输出作用在喷氨调节阀上；

步骤三：喷氨调节阀对NO_x浓度进行调节。

进一步地，所述前馈指令的求解方法为，首先分别计算以下值：负荷指令乘以k₁加上负荷指令微分乘以k₂之和乘以α₁的值；NO_x浓度反馈值乘以α₂的值；NO_x浓度反馈值微分乘以α₃的值；给煤量微分乘以α₄的值；总风量微分乘以α₅的值；石灰石量微分乘以α₆的值；然后将上述所有值相加之和为前馈指令；其中k₁，k₂，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆为可调常数。

进一步地，所述COD_out指令的求解方法为，首先分别计算以下值：NO_x浓度阈值加上预估值y之和乘以k₁的值；NO_x浓度阈值的微分加上预估值y、之和乘以k₂的值；NO_x浓度阈值微分的微分加上预估值y^、、之和乘以k₃的值；然后将上述所有值进行求和之后作为COD_out指令；其中k₁，k₂，k₃为可调常数。

进一步地，预估值y，y^、，y^、、的求解分别为：NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₃再积分后输出所得为预估值y^、、；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₂，再加上预估值y^、、，再加上COD_out乘以a₄所得之和再积分后输出所得为预估值y^、；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₁，再加上预估值y^、，再加上预估值y^、、乘以0.5t_s之和再积分后输出所得为预估值y；其中a₁，a₂，a₃，a₄为可调常数，t_s为控制系统刷新周期。

进一步地，所述喷氨调节阀通过改变自身开度对NO_x浓度进行调节。

进一步地，烟气分析仪对烟气混合箱内的NO_x浓度进行实时检测。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明缩短了控制滞后时间，针对大滞后系统采用有效的预测性控制方法，提高了控制精度，降低脱硝还原剂使用量，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的脱硝装置的结构示意图；

图2为本发明的喷氨控制器输出逻辑图；

图3为本发明的前馈指令逻辑图；

图4为本发明的COD_out指令逻辑图；

图5为本发明的预估值逻辑图。

图中：1-喷氨调节阀；2-还原剂投入装置；3-烟气分析仪；4-采样管；5-烟气混合箱；6-烟气管；7-省煤器；8-分离器；9-还原剂管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1所示，本发明一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置，包括还原剂投入装置2、脱硝装置以及PID控制装置，脱硝装置包括分离器8和与分离器8的出口烟道相连接的省煤器7，省煤器7的出口位置处设置有多个烟气管6，烟气管6均与烟气混合箱5相接，烟气混合箱5通过采样管4与烟气分析仪3的采样口相接；还原剂投入装置2与分离器8通过还原剂管9相接，还原剂管9上设置有喷氨调节阀1。

实际使用时，在省煤器7的出口位置处设置烟气管6，由于省煤器7与分离器8的距离比尾部烟道与分离器8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7的横断面大，因此设置多个烟气管6对省煤器7的不同出口位置处的NOx进行取样，然后将多路烟气管6取样的NOx在烟气混合箱5内混合，以烟气混合箱5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。

卡尔曼滤波器应用的困难常在于：很难得到准确的系统状态方程，而且要进行大量的实时计算。虽然一些实际系统不容易获得状态方程，但经常可以对系统的状态变量的运动规律作一些假设，然后在根据测量到的系统信息对系统状态进行估计。在物体的运动速度远小于光速时，根据经典力学匀加速运动方程，对系统的状态变量的运动规律作出假设，推导出一种系统状态观测器和新型控制器。

在经典力学中，物体运行方程为：

其中：S,v,a分别是物体的位置、速度和加速度。当加速度是常数时，上面的方程变成

假设由量测得到k个数据z(1),z(2),…,z(k)，采样时间为t_s，量测方程为：

z(k)＝y(k)+v(k) (3)

其中：E[v²(k)]＝r₂E[v(k)]＝0

v(k)是白噪声序列，需要通过量测数据z(1),z(2),…,z(k)对系统输出y(k)进行滤波估计。当采样时间t_s很小时(这是设计下面观测器的必要条件)，可以认为y(k)是匀加速(加速度是常数)运动物体(系统)的轨迹，应用式(2)对y(k)状态作如下近似估计：

其中：和分别是对k时刻系统输出y(k)的位置、速度和加速度的估计。

令：

式(4)可以表示为：

为了提高估计的近似精度，对加速度加入随机干扰补偿：

其中：E[w(k)]＝0，E[w²(k)]＝r₁。

则公式(6)可以进一步表示为：

其中：Γ＝[0 0 1]^T。

将量测方程(3)改写为：

z(k)＝cY(k)+v(k) (9)

其中：c＝[1 0 0]。

利用K(k)→K＝[α,β,γ]^T进行滤波，就得到一个简单的时不变系统模型的滤波器方程：

我们把控制量u视作对系统的控制动力F，u＝F；根据牛顿力学，加速度a＝F/m＝θu；

因为是对系统加速度a的估计，则

所以，

结合式(10)中的滤波计算，可以得到：

则式(10)可以表示为：

把公式(12)转化为连续形式的状态空间方程：

即：

其中：t_s为采样时间；u是控制输入；θ＝b。

这样，我们就得到了带有控制项u的基于经典力学运动方程构建的系统状态观测器的连续形式。适当的选择滤波器参数α,β,γ,θ就可以应用来估计系统的位置、速度及加速度。

作为本发明的某一优选实施例，一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采用烟气分析仪3对烟气混合箱5内的NOx浓度进行检测，将检测值作为PID控制器的反馈值，给PID控制器设定NOx浓度阈值，将PID控制器的反馈值与设定的NOx浓度阈值进行差值比较得到的NOx浓度偏差值，PID控制器对NOx浓度偏差值进行PID控制运算；

前馈指令的求解方法为，首先分别计算以下值：负荷指令乘以k₁加上负荷指令微分乘以k₂之和乘以α₁的值；NO_x浓度反馈值乘以α₂的值；NO_x浓度反馈值微分乘以α₃的值；给煤量微分乘以α₄的值；总风量微分乘以α₅的值；石灰石量微分乘以α₆的值；然后将上述所有值相加之和为前馈指令；其中k₁，k₂，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆为可调常数；

COD_out指令的求解方法为，首先分别计算以下值：NO_x浓度阈值加上预估值y之和乘以k₁的值；NO_x浓度阈值的微分加上预估值y^、之和乘以k₂的值；NO_x浓度阈值微分的微分加上预估值y^、、之和乘以k₃的值；然后将上述所有值进行求和之后作为COD_out指令；其中k₁，k₂，k₃为可调常数；

预估值y，y^、，y^、、的求解分别为：NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₃再积分后输出所得为预估值y^、、；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₂，再加上预估值y^、、，再加上COD_out乘以a₄所得之和再积分后输出所得为预估值y^、；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₁，再加上预估值y^、，再加上预估值y^、、乘以0.5t_s之和再积分后输出所得为预估值y；预估值y的初值在现场调试中可得，类似于PID负反馈的形式，不断地对偏差进行修正，其中a₁，a₂，a₃，a₄为可调常数，t_s为控制系统刷新周期；

步骤三：喷氨调节阀对NO_x浓度进行调节，具体为喷氨调节阀通过改变自身开度对NO_x浓度进行调节。

Claims

1.一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二：PID控制运算结果加上COD_out乘以k_p1，再加上前馈指令作为最终输出作用在喷氨调节阀上，其中k_p1为可调常数；

步骤三：喷氨调节阀对NO_x浓度进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，所述前馈指令的求解方法为，首先分别计算以下值：负荷指令乘以k₁加上负荷指令微分乘以k₂之和乘以α₁的值；NO_x浓度反馈值乘以α₂的值；NO_x浓度反馈值微分乘以α₃的值；给煤量微分乘以α₄的值；总风量微分乘以α₅的值；石灰石量微分乘以α₆的值；然后将上述所有值相加之和为前馈指令；其中k₁，k₂，α₁，α₂，α₃，α₄，α₅，α₆为可调常数。

3.根据权利要求1所述的一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，所述COD_out指令的求解方法为，首先分别计算以下值：NO_x浓度阈值加上预估值y之和乘以k₁的值；NO_x浓度阈值的微分加上预估值y`之和乘以k₂的值；NO_x浓度阈值微分的微分加上预估值y``之和乘以k₃的值；然后将上述所有值进行求和之后作为COD_out指令；其中k₁，k₂，k₃为可调常数。

4.根据权利要求3所述的一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，预估值y，y`，y``的求解分别为：NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₃再积分后输出所得为预估值y``；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₂，再加上预估值y``，再加上COD_out乘以a₄所得之和再积分后输出所得为预估值y`；NO_x浓度反馈值与预估值y相加之和乘以a₁，再加上预估值y`，再加上预估值y``乘以0.5t_s之和再积分后输出所得为预估值y；预估值y的初值在现场调试中可得，其中a₁，a₂，a₃，a₄为可调常数，t_s为控制系统刷新周期。

5.根据权利要求1所述的一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，所述喷氨调节阀通过改变自身开度对NO_x浓度进行调节。

6.根据权利要求1所述的一种基于匀加速运动等价的SNCR脱硝系统控制装置的控制方法，其特征在于，烟气分析仪对烟气混合箱内的NO_x浓度进行实时检测。