CN111589304B - 基于延时敏感参数的脱硝系统及控制方法、喷氨控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于延时敏感参数的脱硝系统及控制方法、喷氨控制装置，方法包括：确定延时敏感参数，延时敏感参数包括：工业系统的输入量和输出量；每种延时敏感参数预设有对应的延时敏感系数；当延时敏感参数变化或需要变化时，获取其变化量，计算变化量在设定延时时间内的延时敏感参数的变化率，根据延时敏感参数的变化率和对应的延时敏感系数，进行加权求和，计算喷氨总控阀门的开度调节量；按照所述开度调节量，在设定延时时间内，完成对喷氨总控阀门的开度调节。本发明根据延时敏感参数的变动幅度和延时时间实现了对喷氨总控阀门开度的趋势调整，达到了将脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度、氨逃逸量控制在合理范围内的理想效果。

Description

基于延时敏感参数的脱硝系统及控制方法、喷氨控制装置

技术领域

本发明属于燃煤锅炉大气污染控制技术领域，具体涉及基于延时敏感参数的脱硝系统及控制方法、喷氨控制装置。

背景技术

在脱硝系统中，根据相关标准要求排入大气的氮氧化物不得超过50mg/Nm³，但受脱硝系统烟气流场不均、喷氨系统调节不及时、NO_x(氮氧化物)与喷入的氨不能充分混合、催化剂被积灰堵塞、冲刷磨损以及活性衰减等工况的影响，再加上总排口NOx的监测值相对于脱硝控制存在很大的延迟，使得总排口的NO_x经常性的发生波动幅度大和瞬时超标严重等现象。

目前，脱硝系统主要由脱硝反应剂制备系统(即喷氨系统)和脱硝反应器组成，喷氨系统设置有多个喷氨分控阀门，每个喷氨分控阀门对应一个喷氨区，通过调节各喷氨分控阀门的开度大小，向脱硝反应器内喷入脱硝反应剂NH3(氨气)，将NOx(氮氧化物)还原为氮气。

公告号为CN105126616B的中国发明专利，提出了一种基于权重阀调控的SCR脱硝系统喷氨优化方法，该方法依据烟气流场分区流动特性，确定喷氨分控阀门的权重，根据阀的权重差异，对各分区阀门开度进行调整。

上述方法能够起到一定效果，使反应器排放降低。然而，由于脱硝系统实际上是一个非常复杂的系统，影响脱硝反应的因素非常多，但是该方法通过仅考虑烟气流场分区流动特性这单一影响因素，即使按照上述方法调节各分区阀门开度，也不能保证最终反应器的反应效果和排放量最少。另外，为了保证控制效果，若同时考虑大量影响因素，那么控制将会极其复杂，难以应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法，用于解决现有技术调节效果不佳的问题。同时，本发明提出一种喷氨控制装置，以解决现有方法调节分控阀门开度的调节效果不佳的问题。本发明还提出一种解决上述问题的脱硝系统。

基于上述目的，一种基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法的技术方案如下：

确定延时敏感参数，所述延时敏感参数包括：工业系统的输入量和输出量；每种延时敏感参数预设有对应的延时敏感系数；

当延时敏感参数变化或需要变化时，获取其变化量，计算所述变化量在设定延时时间内的延时敏感参数的变化率，根据所述延时敏感参数的变化率和对应的延时敏感系数，进行加权求和，计算喷氨总控阀门的开度调节量；

按照所述开度调节量，在设定延时时间内，完成对喷氨总控阀门的开度调节。

上述技术方案的有益效果是：

本发明的控制方法首先将各种影响因素进行分类，确定了多个延时敏感参数。所谓延时敏感参数，是对反应器施加延时影响的参数。然后利用延时敏感参数，在延时时间内去控制喷氨总阀门。本发明的贡献在于：为了提高控制效果，现有技术希望将控制系统中纳入大量影响因素，但是影响因素越多，控制模型越复杂，越难以实现。而且，有些影响因素对系统的影响是即时的，而另一些影响因素对系统的影响却不是即时的，在综合考虑这些因素对喷氨分控阀门实施控制时，很难建立合适的控制模型。本发明创造性的区分了延时敏感参数(对系统的影响是延时的)和即时敏感参数(对系统的影响是即时的)，并且将延时敏感参数应用于喷氨总阀门的控制，将即时敏感参数应用于喷氨分控阀门的控制，使延时敏感参数和即时敏感参数作用于不同的对象，从而解决了上述矛盾，而且控制简单，易于实现。

进一步的，在设定延时时间内，分若干次进行调节，每次调节量相同或不同。

进一步的，对每个分区，根据分区的实时烟气特性，分别实时调节各分区的喷氨分控阀门。

进一步的，每个分区的实时特性包括：脱硝反应器入口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氨浓度。

进一步的，为了计算喷氨总控阀门的开度调节量，进一步，所述开度调节量的计算式为：

上式中，ΔU为所述喷氨总控阀门的开度调节量，n为延时敏感参数的数量，

表示延时敏感参数i在归一化后的变化率，Δt为设定延时时间，K_i为延时敏感参数i的延时敏感系数。

为了保证开度调节量的计算准确性，需要可靠的选取延时敏感参数，因此，选择延时敏感参数的方法包括：预设待选的延时敏感参数，监测所述待选的延时敏感参数的变化和脱硝系统中脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度变化，当所述待选的延时敏感参数存在变化量，在一定滞后时间内使脱硝反应器入口处氮氧化物浓度变化量大于设定浓度值时，选择该延时敏感参数。

进一步，所述工业系统为发电系统，所述工业系统的输入量包括：发电系统的煤量和风量，所述工业系统的输出量包括：发电系统的负荷量。

一种喷氨控制装置的技术方案如下：

包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法。

上述技术方案的有益效果是：

本发明的喷氨控制装置通过计算开度调整量，并按照该开度调整量在延时时间内实现对喷氨总控阀门的开度调整，达到了将脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度、氨逃逸量控制在合理范围内的理想效果。本发明的喷氨控制装置适用于各类脱硝系统中，具有很好的市场价值。

基于上述目的，一种脱硝系统的技术方案如下：

包括脱硝反应器和喷氨控制装置。本发明的脱硝系统能够实现对喷氨总控阀门开度的趋势调整，能够控制脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度波动幅度和氨逃逸量保持在较小范围内，具有较好的应用价值。

附图说明

图1是本发明系统实施例中的脱硝系统示意图；

图2是本发明系统实施例中的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法流程图；

图3是本发明装置实施例中的喷氨控制装置示意图；

图中的标号说明如下：

101，入口一区NOx浓度传感器；102，入口二区NOx浓度传感器；103，入口三区NOx浓度传感器；201，出口一区NOx浓度传感器；202，出口二区NOx浓度传感器；203，出口三区NOx浓度传感器；301，出口一区NH3浓度传感器；302，出口二区NH3浓度传感器；303，出口三区NH3浓度传感器；400，喷氨总控阀门；401，一区喷氨分控阀门；402，二区喷氨分控阀门；403，三区喷氨分控阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

系统实施例：

以某火电机组为例阐述本实施例的脱硝系统，包括脱硝反应器和喷氨控制装置，脱硝反应器如图1所示，其脱硝反应器包括三个分区，分别为一区、二区和三区，每个分区又分入口侧和出口侧，包括入口一区、入口二区、入口三区，分别安装有用于检测对应检测区域NOx的浓度传感器101、102、103；出口侧分为出口一区、出口二区、出口三区，分别安装有用于检测对应检测区域NOx的浓度传感器201、202、203，以及用于检测对应检测区域NH3的浓度传感器301、302、303。

喷氨控制装置如图1所示，包括一个喷氨总控阀门400和三个喷氨分控阀门401、402、403，每个喷氨分控阀门分布对应上述三个分区。为了提高脱硝效率，确保总排口NOx浓度的即时波动幅度稳定在合理区间，需要对喷氨总控阀门的开度进行调节控制，对三个喷氨分控阀门401、402、403进行实时调节控制。

本发明创造性的区分了延时敏感参数(对系统的影响是延时的)和即时敏感参数(对系统的影响是即时的)，并且将延时敏感参数应用于喷氨总阀门的控制，将即时敏感参数应用于喷氨分控阀门的控制。因此，喷氨总控阀门的开度调节方法与喷氨分控阀门的开度调节方法不同，需分别阐述，因此，先阐述喷氨总控阀门的开度调节方法，如图2所示：

(一)选定延时敏感参数，具体的选定过程如下：

根据历史监测数据或经验，先确定一些待选的延时敏感参数，然后对这些参数进行监测和筛选，以某个待选参数为例，来具体阐述参数的选择过程：

监测该参数的变化量，同时监测脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度变化量，若检测发现该参数在一旦存在变化量时，且在一定滞后时间内使脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度变化量大于设定浓度值时，则说明该参数的变化对脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度变化较敏感，选定该参数为延时敏感参数。作为其他实施方式，还可以通过待选敏感参数和脱硝反应器入口处氮氧化物浓度的历史监测数据，利用相关系数的数据计算模型进行相关性计算，得到相关系数，当该相关系数大于一个设定值时，选定该参数为即时敏感参数。

本实施例中，根据监测结果，确定机组负荷量、煤量、风量的变动均会对SCR入口处的NOx浓度产生较大影响，但这些参数的变动不会使SCR入口处的NOx浓度马上变动，而是会滞后一定时间才发生(具体的滞后时间需要根据现场运行历史数据进行分析后获得)。因此，确定的延时敏感参数为机组负荷量、煤量、风量。

(二)为每个延时敏感参数预设一个对应的延时敏感系数，具体过程如下：

根据脱硝系统在不同的现场实际运行情况确定延时敏感系数，例如，在某一运行工况下，机组负荷量变动对入口处氮氧化物浓度的变化为主要影响，而煤量、风量的变动对氮氧化物浓度的变化为次要影响因素，则设置机组负荷的延时敏感系数较大，设置煤量、风量的延时敏感系数较小。又如，在另一运行工况下，煤量的变动对氮氧化物浓度的变化为主要影响，机组负荷变动、风量的变动对氮氧化物浓度的变化为次要影响因素，则设置煤量的延时敏感系数较大，设置机组负荷变动、风量的延时敏感系数较小。

(三)计算喷氨总控阀门的开度调节量，具体过程如下：

以第一个运行工况为例，获取各延时敏感参数在某一时刻的当前变化量，计算当前变化量在设定延时时间内的延时敏感参数的变化率，然后结合预设的延时敏感参数，进行加权求和，确定对喷氨总控阀门的开度调节量，具体开度调节量的计算公式如表1所示。

表1

上面开度调节量的计算公式中，ΔU为喷氨总控阀门的开度调节量，n为延时敏感参数的数量，

表示延时敏感参数i在归一化后的变化率(即参数变动率)，Δt为设定延时时间，K_i为延时敏感参数i的延时敏感系数。上述公式中，由于各参数变化的量纲不同，需要去掉各参数的量纲，因此进行了归一化处理，以实现对归一化后的各变化量进行加权求和，从而得到开度调节量。以上的归一化过程是施加在各变化量上，作为其他实现方式，还可以将归一化过程施加在各个变化量对应的延时敏感系数上。

在求出开度调节量后，在设定延时时间内，每隔一段单位时间，就按照求出的开度调节量，对脱硝系统中喷氨总控阀门的开度进行一次调节，直到延时时间达到后，一共对脱硝系统中总控阀门的开度调节总量是ΔU，例如分10次进行调节，每次调节ΔU*10％；也可以每次调节量不同，比如调节10次，调节量依次为：ΔU*5％，ΔU*5％，ΔU*10％，ΔU*10％，ΔU*20％，ΔU*20％，ΔU*10％，ΔU*10％，ΔU*5％，ΔU*5％。

以上实现的是以该类型参数(延时敏感参数)的变动幅度和滞后的时间为依据对控制参数中的喷氨总控阀门进行趋势调整，以避免这些延时敏感参数突然变动导致脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度或氨逃逸量的增大问题。为确保总排口NOx浓度波动幅度稳定在一个合理区间，需要对各喷氨区的喷氨分控阀门开度分别进行即时的调节控制。

下面来阐述对各喷氨分控阀门的开度实时调节方法，即基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法，具体步骤如下：

首先，选定即时敏感参数，具体的方法为：

根据历史监测数据或经验，先确定一些待选敏感参数，监测待选敏感参数的变化和脱硝反应器烟道总排口的氮氧化物浓度变化，判断二者之间的相关性，当待选敏感参数变化时，脱硝反应器烟道总排口的氮氧化物浓度立即参数变化时，确定该参数为能够即时影响脱硝反应器中烟道总排口的氮氧化物浓度的即时敏感参数。作为其他实施方式，还可以通过待选敏感参数和烟道总排口氮氧化物浓度的历史监测数据，利用相关系数的数据计算模型进行相关性计算，得到相关系数，当该相关系数大于一个设定值时，选定该参数为即时敏感参数。

本实施例中的即时敏感参数包括：第一类即时敏感参数：脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度；通过脱硝反应器入口侧的NOx的浓度传感器101、102、103的监测；

第二类即时敏感参数：脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度；通过脱硝反应器出口侧的NOx的浓度传感器201、202、203的监测。

第三类即时敏感参数：脱硝反应器出口处的氨气浓度。通过脱硝反应器出口侧NH3的浓度传感器301、302、303监测。

下面以一区为例进行说明：

对于一区，为三类即时敏感参数分别赋予即时敏感系数，例如0.5、0.4、0.1。

获取入口一区的的氮氧化物浓度实时变化量A，出口一区的的氮氧化物浓度实时变化量B和氨气浓度实时变化量C，对各即时敏感参数和对应的即时敏感参数进行加权求和A*0.5+B*0.4+C*0.1，计算得到喷氨分控阀门401的开度调节量，按照该开度调节量控制喷氨分控阀门401的大小，实现喷氨分控阀门401的实时调节。

二区、三区同理。

本发明按实际运行过程中对目标对象和控制对象的影响程度对相关参数进行分成延时敏感参数和即时敏感参数，然后分别进行监测，根据参数的相关变动情况分别作用于控制对象，进而使目标对象波动幅度处于理想的状态。对于延时敏感参数：这类参数会延后一段时间作用于控制对象，即当这类参数发生变动时，对控制对象产生的影响不会立即显现，而是延后一段时间发生。对控制对象的作用主要体现在变动趋势方面的调节，实际控制效果主要表现为提前控制或预测控制，减少目标对象波动幅度。对于即时敏感参数：这类参数直接作用于相关控制对象，即当这类参数发生变动时，根据即时敏感性系数的大小对控制对象立即产生综合作用。对控制对象的作用主要体现在变动幅度控制方面的调节，实际控制效果主要表现为即时控制或实时控制，避免目标对象瞬时超标。

本实施例中，确定了三种延时敏感参数，作为其他实施方式，延时敏感参数的数量可根据实际情况确定，例如只确定一种延时敏感参数，或确定两种及两种以上的延时敏感参数；当延时敏感参数为一种时，设置延时敏感系数为1，当延时敏感系数为两种以上时，延时敏感系数的总和为1。类似的，本实施例中，确定了三种即时敏感参数，作为其他实施方式，也可采用一种、两种或三种以上的即时敏感系数。

本实施例中，确定了三类即时敏感参数，进行加权求和的方法，实现了各分控阀门的开度实时调节，但分控阀门的控制方式并不是本发明的重点，有许多替代方式实现。

例如，还可以采用其他方法实现喷氨分控阀门的实时调节，例如，采用公告号为CN105126616B的中国发明专利中记载一种基于权重阀调控的SCR脱硝系统喷氨优化方法，通过监测各负荷条件下的烟气流场区域流动连续分布特性，确定各喷氨分控阀门的权重，利用各喷氨分控阀门的权重差异，实现各喷氨分控阀门的实时调节。

又如，对各喷氨分控阀门，采用如公告号为CN105022365B中记载的开度调节方法，利用PID控制器，采用摩尔比控制，即所需要的氨气流量信号为氮氧化物流量信号与固定摩尔比的乘积，实现各分控阀门的开度调节。

由于本发明的脱硝系统控制方法，根据延时敏感参数的变动幅度和延时时间实现了对喷氨总控阀门开度的趋势调整，也就是在延时时间内，通过逐次调整氨总控阀门的开度的方式，每次的调整量为计算得到的开度调节量，达到了在延时敏感参数的影响下脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度最小、氨逃逸量最小的理想效果。因此，对各喷氨分控阀门开度调节并不是必须的，可以固定各分控阀门的开度大小，只需调节喷氨总控阀门的开度，就能将烟道总排口的氮氧化物浓度波动控制在合理范围内。

本实施例中，基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法的应用场合，并不局限于图1所示发电厂的脱硝系统中，还适用于其他需要脱硝系统的工业系统应用场合。

本实施例中的脱硝系统主要改进在于，采用了上述的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法，因此脱硝系统的硬件构成不局限于图1所示的脱硝系统，可以采用现有其他各类脱硝系统，采用上述方法实现对喷氨总控阀门开度的趋势调整，以控制脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度和氨逃逸量保持在较小范围内。

装置实施例：

本实施例提供了一种喷氨控制装置，包括存储器和处理器，以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器用于运行存储在存储器中的程序指令，以实现系统实施例中的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法，由于该方法在系统实施例中的记载已经足够清楚、完整，本实施例不再赘述。

也就是说，以上系统实施例中的方法应理解可由计算机程序指令实现脱硝系统控制方法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器(如通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备等)，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。

具体的，如图3所示的喷氨控制装置，该喷氨控制装置可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)和存储器，一个或一个以上存储应用程序或数据的存储介质。其中，存储器和存储介质可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对数据处理设备中的一系列指令操作。更进一步地，处理器可以设置为与存储介质通信，在喷氨控制装置上执行存储介质中的一系列指令操作。

本实施例的喷氨控制装置，还可以包括一个或一个以上电源，一个或一个以上有线或无线网络接口，例如用于获取机组负荷变动量；一个或一个以上输入输出接口，其中输入接口用于采集连接各浓度传感器，以获取各类参数的浓度；输出接口控制连接喷氨总控阀门，以及各分控阀门，以实现对喷氨总控阀门和各分控阀门的开度调节；和/或，一个或一个以上操作系统。例如，Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM，LinuxTM，FreeBSDTM等。

本实施例所指的处理器是指微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。

本实施例所指的存储器包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。例如：利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的各式存储器，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的各式存储器，CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。

作为其他实施方式，本实施例的喷氨控制装置还可以包括显示器，显示器用于显示各传感器对各类参数的浓度监测值，延时敏感参数及其变动幅度，对喷氨总控阀门的开度调节量，即时敏感参数及其变动幅度，对各分控阀门的开度调节量等。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法，其特征在于，该方法应用于一种脱硝控制系统，所述脱硝控制系统包括脱硝反应器和喷氨控制装置，喷氨控制装置包括喷氨总控阀门和喷氨分控阀门，该方法包括以下步骤：

确定延时敏感参数和即时敏感参数，对系统的影响是延时的参数称为延时敏感参数，对系统的影响是即时的参数称为即时敏感参数，将延时敏感参数应用于喷氨总控阀门的控制，将即时敏感参数应用于喷氨分控阀门的控制；

所述延时敏感参数包括：工业系统的输入量和输出量；每种延时敏感参数预设有对应的延时敏感系数；所述工业系统为发电系统，所述工业系统的输入量包括：发电系统的煤量和风量，所述工业系统的输出量包括：发电系统的负荷量；根据延时敏感参数对脱销反应器入口处氮氧化物浓度的影响程度确定延时敏感参数对应的延时敏感系数，延时敏感参数对脱销反应器入口处氮氧化物浓度的影响越大，则设置的延时敏感系数越大；

当延时敏感参数变化或需要变化时，获取其变化量，计算所述变化量在设定延时时间内的延时敏感参数的变化率，根据所述延时敏感参数的变化率和对应的延时敏感系数，进行加权求和，计算喷氨总控阀门的开度调节量；所述开度调节量的计算式为：

上式中，ΔU为所述喷氨总控阀门的开度调节量，n为延时敏感参数的数量，

表示延时敏感参数i在归一化后的变化率，Δt为设定延时时间，K_i为延时敏感参数i的延时敏感系数；

按照所述开度调节量，在设定延时时间内，完成对喷氨总控阀门的开度调节。

2.根据权利要求1所述的脱硝系统控制方法，其特征在于，在设定延时时间内，分若干次进行调节，每次调节量相同或不同。

3.根据权利要求1所述的脱硝系统控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：对每个分区，根据分区的即时敏感参数，分别实时调节各分区的喷氨分控阀门。

4.根据权利要求2所述的脱硝系统控制方法，其特征在于，每个分区的即时敏感参数包括：脱硝反应器入口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氨浓度。

5.一种喷氨控制装置，包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法。

6.一种脱硝系统，包括脱硝反应器和喷氨控制装置，其特征在于，所述喷氨控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的基于延时敏感参数的脱硝系统控制方法。

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