CN110935312B - 一种scr烟气脱硝系统的动态监控装置及动态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置及动态监测方法，其中系统包括：NOx气体传感器，用于采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；监控主机，用于接收NOx浓度信息后，结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号，根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度。本发明对SCR脱除NOx气体的效果进行实时监测，针对脱除效果对SCR入口流量和二次风进行调节，使SCR脱硝系统一直保持在最佳的条件下运行，从而使得氮氧化物脱硝得更加彻底，极大地提高了烟气脱硝的质量，可广泛应用于SCR烟气脱硝技术。
Description
技术领域
本发明涉及SCR烟气脱硝技术，尤其涉及一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置及动态监测方法。
背景技术
氮氧化物(NOX)是一种常见的空气污染物，其主要来源一般包括工业窑炉的运行、汽车尾气的排放等。放任NOX的排放会对环境、生态以及人体产生很大的危害，我国空气质量逐年下降，雾霾天气频发，与NOX的排放不无关系。因此，控制NOX的排放显得尤为重要。目前对于NOX的治理技术主要有选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)。相比之下，SCR技术脱硝效率高，设备稳定可靠，脱硝反应产物仅为氮气和水，对大气不会产生二次污染，是更为理想的脱硝技术。
目前，选择性催化还原法(SCR)已成为燃煤电厂烟气脱硝技术的主流工艺，其原理在于氨气在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物(NO和NO2)发生还原反应，将燃烧生成的氮氧化物转化为N2和H2O。由于燃煤电厂中使用SCR烟气脱硝系统中的工作参数为预设定的，系统不能随着烟气中氮氧化物的含量进行调整，如此，直接影响了烟气脱硝效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种实时动态监控SCR烟气脱硝系统的监控装置及动态监测方法。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置，包括：
NOx气体传感器，用于采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
监控主机，用于接收NOx浓度信息后，结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号，根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度。
进一步，还包括温度传感器，所述温度传感器与监控主机连接，所述监控主机根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。
进一步，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
进一步，所述NOx气体传感器通过CAN总线连接方式与监控主机连接。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种SCR烟气脱硝系统的动态监测方法，包括以下步骤：
采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号；
根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度。
进一步，所述结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号这一步骤，具体包括以下步骤：
按照预设方式获取双支持向量机模型的初始的SVM参数；
结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数；
根据优化的SVM参数获取控制信号。
进一步，所述结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数这一步骤，具体包括以下步骤：
将NOx浓度信息作为抗原；
根据初始的SVM参数建立n组参数体系，且每组参数体系建立m个抗体，其中，n和m为正整数；
分别对抗体进行二值化编码后，将n组参数体系的抗体输入双支持向量机模型进行计算，获得变形拟合值；
根据变形拟合值获取亲和度函数后，根据亲和度函数获取与抗原的亲和度最高的抗体，标记并存储获得的抗体；
根据亲和度判断是否满足终止计算条件，若符合，结束计算操作，根据存储的抗体获取优化后SVM参数；反之，执行下一步；
对抗体进行克隆变异操作后，获得新的抗体，将新的抗体输入双支持向量机模型进行计算，直至满足终止计算条件。
进一步，所述亲和度函数为抗体的原始值和变形拟合值的差的绝对值的倒数。
进一步，所述根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度这一步骤，具体为：
根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。
进一步，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
本发明的有益效果是：本发明对SCR脱除NOx气体的效果进行实时监测，针对脱除效果对SCR入口流量和二次风进行调节，使SCR脱硝系统一直保持在最佳的条件下运行，从而使得氮氧化物脱硝得更加彻底，极大地提高了烟气脱硝的质量。
附图说明
图1是本法发明一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置的结构框图；
图2是本法发明一种SCR烟气脱硝系统的动态监控方法的步骤流程图；
图3是具体实施例中优化双支持向量机的步骤流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置，包括：
NOx气体传感器2，用于采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
监控主机，用于接收NOx浓度信息后，结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号，根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛4的二次风入口3的开度。
所述NOx气体传感器2安装在SCR烟道出口处，用于实时采集残余的、没有被处理的NOx浓度，具体地，该NOx气体传感器2利用固体电解质氧化钇掺杂氧化锆(YSZ)陶瓷材料在高温下具有较高的离子导电性、良好的化学稳定性和结构稳定性，及特殊的NOx敏感电极材料对NOx气体的选择性催化敏感性能，结合特殊的传感器结构获得NOx的电信号，最后利用特殊的弱信号检测精密电控技术，将烟气中NOx的气体浓度检测出来，并发送至监控主机。其中，所SCR烟气脱硝系统用于对炉膛4内排出的NOx气体进行脱硝处理。
所述监控主机用于根据接收到的NOx浓度信息控制SCR烟气脱硝系统的入口流量，比如当NOx浓度信息过大时，减小入口流量，以及控制炉膛4的二次风入口3的开度，即间接地控制二次风流量。具体地，如果原有的SCR烟气脱硝系统带有入口流量控制设备，则监控主机直接与该设备连接，通过发送信号控制设备；如果SCR烟气脱硝系统不带有入口流量控制设备，则可通过改装，在SCR烟气脱硝系统入口1处安装一个独立的烟道流量调节器，通过烟道流量调节器控制入口流量；如果炉膛4原自带有二次风入口3的开度调节装置，则直接将监控主机与该装置连接，否则，安装一个独立的开度控制装置，上述这些采用独立的控制装置都可采用现有设备来实现，在本实施例中不进行赘述。监控主机根据接收到的NOx浓度信息后，结合预设的双支持向量机模型进行计算，从而获得优化的控制信号，根据该控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛4的二次风入口3的开度，从而充分将烟气中氮氧化物进行处理。本实施例的系统对SCR脱除NOx气体的效果进行实时监测，针对脱除效果对SCR入口流量和二次风进行调节，使SCR脱硝系统一直保持在最佳的条件下运行，从而使得氮氧化物脱硝得更加彻底，极大地提高了烟气脱硝的质量。另外，本实施例的系统具有简便易行、反馈迅速、控制直接的优点，燃煤电厂仅需在原有的SCR脱硝系统基础上进行改装，即可进一步提高其系统脱除NOx的效果。
进一步作为优选的实施方式，还包括温度传感器，所述温度传感器与监控主机连接，所述监控主机根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。
进一步作为优选的实施方式，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
SCR脱硝系统末端NOx气体传感器1对出口烟气中NOx浓度进行动态监测，将浓度信号转化为电子信号传输到计算与控制系统当中，经过计算后得出最合适SCR入口流量，输出控制信号，控制SCR脱硝系统入口流量，并且调整二次风入口的开度，将SCR入口的烟气温度稳定在360℃～380℃的范围内，从而保证SCR系统的脱硝效果，达到降低NOx气体浓度的效果。通过将SCR入口的烟气温度稳定在360℃～380℃的范围内，更好地保证SCR烟气脱硝系统的脱硝效果，达到降低NOx气体浓度的最佳效果。
进一步作为优选的实施方式，所述NOx气体传感器通过CAN总线连接方式与监控主机连接。
如图2所示，本实施例还提供了一种SCR烟气脱硝系统的动态监测方法，包括以下步骤：
S1、采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
S2、结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号；
S3、根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度。
在本实施例方法中，实时监控SCR烟气脱硝系统的脱硝情况，并根据脱除效果对SCR入口流量和二次风进行调节，使SCR脱硝系统一直保持在最佳的条件下运行，从而使得氮氧化物脱硝得更加彻底，极大地提高了烟气脱硝的质量。另外，本实施例的系统具有简便易行、反馈迅速、控制直接的优点，燃煤电厂仅需在原有的SCR脱硝系统基础上进行改装，即可进一步提高其系统脱除NOx的效果。
其中，所述步骤S2具体包括步骤S21～S23：
S21、按照预设方式获取双支持向量机模型的初始的SVM参数；
S22、结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数；
S23、根据优化的SVM参数获取控制信号。
参照图3，其中，步骤S22具体包括步骤A1～A6：
A1、将NOx浓度信息作为抗原；
A2、根据初始的SVM参数建立n组参数体系，且每组参数体系建立m个抗体，其中，n和m为正整数；
A3、分别对抗体进行二值化编码后，将n组参数体系的抗体输入双支持向量机模型进行计算，获得变形拟合值；
A4、根据变形拟合值获取亲和度函数后，根据亲和度函数获取与抗原的亲和度最高的抗体，标记并存储获得的抗体；
A5、根据亲和度判断是否满足终止计算条件，若符合，结束计算操作，根据存储的抗体获取优化后SVM参数；反之，执行下一步；
A6、对抗体进行克隆变异操作后，获得新的抗体，将新的抗体输入双支持向量机模型进行计算，直至满足终止计算条件。
其中，所述亲和度函数为抗体的原始值和变形拟合值的差的绝对值的倒数。
步骤S3具体为：根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。其中，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
具体实施例
以下结合图3对上述方法进行详细解释。
参照图3，采用人工免疫算法优化双支持向量机的步骤流程主要如下：烟气中NOx的气体浓度转化成的数字信号即为目标值抗原。计算单元中支持向量机中待优化的参数通过数据经验确定大致范围，建立4组参数体系，每个参数建立N个抗体，这样就能获得4N个抗体群，对抗体值进行二值化编码。然后四组参数分别代入双支持向量机中，与双支持向量机计算得到的变形拟合值进行直接匹配。原始值与拟合值的差绝对值的倒数为亲和度函数，可以用于监测变形值。更新记忆单元，将与抗原亲和度高的抗体进行标记，并用新加入的抗体取代亲和性最高的原有抗体，即保留本代抗体中的最优抗体。判据单元对每一个可行参数对应拟合值的亲和度是否符合要求进行判断，当亲和度符合要求时停止计算，提取计算结果。当亲和度不足时进一步计算抗体浓度，剔除与抗原相差较大的抗体，克隆变异抑制，通过较差繁殖下一代抗体并且重新代入计算。
支持向量机虽然具有很好的泛化分类能力，但是由于受到训练数据总大小的限制，需要不断的进行改进以减少训练相关的困难；故在本实施例中采用双支持向量机模型，双支持向量机模型虽然与经典的支持向量机十分相似，但是它生成两个非平行平面，使得每个平面更接近一个类并且尽可能的远离另一个类，该操作能使双支持向量机的计算复杂度大大降低，降低了运算量。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置，其特征在于，包括：
NOx气体传感器，用于采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
监控主机，用于接收NOx浓度信息后，结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号，根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度；
所述结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号这一步骤，具体包括以下步骤：
按照预设方式获取双支持向量机模型的初始的SVM参数；
结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数；
根据优化的SVM参数获取控制信号；
所述结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数这一步骤，具体包括以下步骤：
将NOx浓度信息作为抗原；
根据初始的SVM参数建立n组参数体系，且每组参数体系建立m个抗体，其中，n和m为正整数；
分别对抗体进行二值化编码后，将n组参数体系的抗体输入双支持向量机模型进行计算，获得变形拟合值；
根据变形拟合值获取亲和度函数后，根据亲和度函数获取与抗原的亲和度最高的抗体，标记并存储获得的抗体；
根据亲和度判断是否满足终止计算条件，若符合，结束计算操作，根据存储的抗体获取优化后SVM参数；反之，执行下一步；
对抗体进行克隆变异操作后，获得新的抗体，将新的抗体输入双支持向量机模型进行计算，直至满足终止计算条件；
还包括温度传感器，所述温度传感器与监控主机连接，所述监控主机根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。
2.根据权利要求1所述的一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置，其特征在于，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
3.根据权利要求1所述的一种SCR烟气脱硝系统的动态监控装置，其特征在于，所述NOx气体传感器通过CAN总线连接方式与监控主机连接。
4.一种SCR烟气脱硝系统的动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集SCR烟气脱硝系统末端的NOx浓度信息；
结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号；
根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度；
所述结合NOx浓度信息和预设的双支持向量机模型获取控制信号这一步骤，具体包括以下步骤：
按照预设方式获取双支持向量机模型的初始的SVM参数；
结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数；
根据优化的SVM参数获取控制信号；
所述结合NOx浓度信息和预设的人工免疫算法对初始的SVM参数进行优化后，获得优化的SVM参数这一步骤，具体包括以下步骤：
将NOx浓度信息作为抗原；
根据初始的SVM参数建立n组参数体系，且每组参数体系建立m个抗体，其中，n和m为正整数；
分别对抗体进行二值化编码后，将n组参数体系的抗体输入双支持向量机模型进行计算，获得变形拟合值；
根据变形拟合值获取亲和度函数后，根据亲和度函数获取与抗原的亲和度最高的抗体，标记并存储获得的抗体；
根据亲和度判断是否满足终止计算条件，若符合，结束计算操作，根据存储的抗体获取优化后SVM参数；反之，执行下一步；
对抗体进行克隆变异操作后，获得新的抗体，将新的抗体输入双支持向量机模型进行计算，直至满足终止计算条件；
所述根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度这一步骤，具体为：
根据控制信号控制SCR烟气脱硝系统的入口流量和炉膛的二次风入口的开度，以使SCR烟气脱硝系统的入口的烟气温度保持在预设的温度范围内。
5.根据权利要求4所述的一种SCR烟气脱硝系统的动态监控方法，其特征在于，所述亲和度函数为抗体的原始值和变形拟合值的差的绝对值的倒数。
6.据权利要求4所述的一种SCR烟气脱硝系统的动态监控方法，其特征在于，所述预设的温度范围为360℃～380℃。
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