CN112308397A - 一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法，包括：首先构建性能评价指标，再根据所述性能评价指标得出评价结果；所述性能评价指标构建包括如下步骤：步骤1)计算炉膛入口处氮氧化物含量值c_r；步骤2)计算炉膛出口NO_x浓度值c_c；步骤3)构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标c_p；步骤4)计算烟囱排口NO_x浓度值

步骤5)构造火电机组脱硝综合性能评价指标公式z，z≥50％时，判定火电机组脱硝性能正常；z<50％时，判定火电机组脱硝性能存在异常状态。有益效果：该方法优化了火电机组脱硝综合性能指标，提高了机组运行的安全性和经济性。

Description

一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法。

背景技术

随着国家环保部门加大对大气污染物排放的监控力度，国电电网对燃煤机组的环保监管要求也越来越高。近年来，新能源发电技术的快速发展，传统火电机组更多的参与了调频和调峰的任务，机组负荷变动大，造成烟气中NO_x浓度的波动幅度大，这对于NO_x排放指标的控制提出了更高的要求。

然而由于锅炉燃烧至烟囱排口间存在多个反应系统及较长烟道，且缺乏相互关联的监测手段，只通过脱硝SCR喷氨调节NO_x浓度存在响应滞后时间长，烟囱排口NO_x浓度的控制困难大等问题。相比之下，通过对火电机组NO_x浓度进行综合性能的分析，可以快速发现问题，针对各关键位置进行NO_x浓度调节。但是，目前还没有具体指标能够反映火电机组脱硝系统的综合性能，提高NO_x浓度的控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

所述基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于包括：首先构建性能评价指标，再根据所述性能评价指标得出评价结果；所述性能评价指标构建包括如下步骤：

步骤1)计算炉膛入口处氮氧化物含量值c_r；

步骤2)计算炉膛出口NO_x浓度值c_c；

步骤3)构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标c_p；

步骤4)计算烟囱排口NO_x浓度值z_NOx；

步骤5)构造火电机组脱硝综合性能评价指标公式

所述评价结果为：当脱硝综合性能评价指标z≥50％时，判定火电机组脱硝性能正常；当脱硝综合性能评价指标z<50％时，判定火电机组脱硝性能存在异常状态。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤1)具体为：通过煤质化验检测报告对指定时间段内的氮氧化物含量值进行采样，根据式(1)构造氮氧化物含量c_r的归一化公式：

其中，c_r∈[0,1]，c_r为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化后的值、c_ri为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化前的值，c_rmin为采样数据中氮氧化物含量的最小值，c_rmax为采样数据中氮氧化物含量的最大值。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤1)中c_rmin与c_rmax在步骤1)中计算过程中不断的迭代更新。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤2)具体为：根据炉膛出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，取得炉膛出口处NO_x浓度值，将炉膛出口处每分钟所采集的NO_x浓度值今次那个数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，结合采样值根据式(2)构造炉膛出口NO_x浓度值c_c的归一化公式：

其中，c_c∈[0,1]，c_c为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化后的值、c_ci为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化前的值，c_cmin为采样数据中NO_x浓度的最小值，c_cmax为采样数据中NO_x浓度的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。通过和入口氮氧化物含量值对比分析，判断炉内氮氧化物反应情况，从而可适当调整风煤比，使NO_x浓度值达到最优区间。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤3)包括如下步骤：

步骤3-1)根据脱硝系统出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，对NO_x浓度值与NO_x浓度定值的偏差进行跟踪，根据式(3)构造如下所示脱硝系统出口NO_x浓度统计指标公式：

其中，N为采样数量；x为脱硝系统出口NO_x浓度统计值，单位％；x₀为采样时间内脱硝系统出口NO_x浓度定值；x_i为采样时间内每分钟脱硝系统出口的NO_x浓度采样值；σ₁为脱硝系统出口NO_x浓度统计数据标准差；

步骤3-2)通过SCR喷氨装置将氨气送入母管道，划分成N个区域并在每个区域内的SCR反应器出口设置采样点，在相同负荷下，测量SCR反应器出口NO_x浓度值y_j，计算出各个出口NO_x浓度平均值

和SCR反应器出口NO_x浓度平均值

根据式(4)构造如下所示SCR反应器出口NO_x均匀度指标公式：

其中：N为分区数量；y为SCR反应器出口NO_x均匀度，单位％；

为各出口的NO_x浓度平均值，由各小支管对应的NO_x浓度测点计算得出；

为SCR反应器出口NO_x浓度平均值；σ₂为各分区NO_x浓度数据的标准差；

步骤3-3)结合NO_x浓度统计指标公式x与NO_x均匀度指标公式y，构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

其中,

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤3-2)中通过将母管道分为N个支管道实现划分成N个分区，每个分区再分为若干个小支管道，每个小支管道在SCR反应器出口设有对应的采样点。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，N设定为6个，且小支管道的数目设定为三个。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，当脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性正常，当脱硝综合性能评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性存在异常状态。

所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法的进一步设计在于，所述步骤4)包括如下步骤：

根据烟囱排口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，取得烟囱排口处NO_x浓度值，将烟囱排口处每分钟所采集的NO_x浓度值做数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，并根据式(5)构造如下所示烟囱排口NO_x浓度值归一化公式：

其中，c_p∈[0,1]，c_p为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化后的值、

为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化前的值，

为采样数据中NO_x浓度的最小值，

为采样数据中NO_x浓度的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明的基于火电机组脱硝综合性能评价方法通过计算和构造炉膛入口氮氧化物含量值、炉膛出口NO_x浓度值、脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标和烟囱排口NO_x浓度值进而构造得出火电机组脱硝综合性能评价指标，使得机组脱硝系统性能状态可以精确量化为一个百分比数值，直观的指导运行人员对燃烧系统过程进行媒质配比、风煤配比和喷氨量的调节：调节煤质配比比例，防止过多氮氧化物进入炉内参与燃烧反应；调节风煤比比例，可降低炉膛出口NOx含量；调节喷氨流量，防止氨逃逸过大对空预器堵塞带来的不利影响。

该方法优化了火电机组脱硝综合性能指标，提高了机组运行的安全性和经济性，对于保持设备健康水平、延长机组寿命和保持最佳运行工况，提高机组经济性都十分有利，有明显的经济效益。

附图说明

图1为火电机组脱硝性能分析流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本实施例的基于火电机组脱硝综合性能评价方法包括如下步骤：

步骤1)计算炉膛入口处氮氧化物含量值。

通过煤质化验检测报告，可以对指定时间段内的氮氧化物含量值进行采样，根据这些值，构造如下所示氮氧化物含量归一化公式：

其中，c_r∈[0,1]，c_r为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化后的值、

为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化前的值，

为采样数据中氮氧化物含量的最小值，

为采样数据中氮氧化物含量的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。

步骤2)计算炉膛出口NO_x浓度值。

根据炉膛出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，可以取得炉膛出口处NO_x浓度值。将炉膛出口处每分钟所采集的NO_x浓度值数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，根据这些值，构造如下所示炉膛出口NO_x浓度值归一化公式：

其中，c_c∈[0,1]，c_c为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化后的值、

为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化前的值，

为采样数据中NO_x浓度的最小值，

为采样数据中NO_x浓度的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。通过和入口氮氧化物含量值对比分析，判断炉内氮氧化物反应情况，从而可适当调整风煤比，使NO_x浓度值达到最优区间。

步骤3)构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标。

具体包括如下步骤：

步骤3-1)根据脱硝系统出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，对NO_x浓度值与NO_x浓度定值的偏差进行跟踪，构造如下所示脱硝系统出口NO_x浓度统计指标公式：

其中，N为采样数量；x为脱硝系统出口NO_x浓度统计值，单位％；x₀为采样时间内脱硝系统出口NO_x浓度定值；x_i为采样时间内每分钟脱硝系统出口的NO_x浓度采样值；σ₁为脱硝系统出口NO_x浓度统计数据标准差。理论上，如果SCR脱硝系统内催化还原反应充足，出口NO_x浓度值与NO_x浓度定值相同，则标准差为0，脱硝系统出口NO_x浓度统计值x为100％，若SCR脱硝系统内催化还原反应很差，标准差理论上可以无限大，因此脱硝系统出口NO_x浓度统计值x将会无限趋近于0％；但实际上，在SCR脱硝系统过程中，喷氨量不会过大，催化还原反应适当，脱硝系统出口NO_x浓度统计值几乎不会低于50％，也不会达到100％。

步骤3-2)SCR喷氨装置将氨气送入母管道，母管道又分为六个支管道，即为六个分区，每个分区再分为三个小支管道，每个小支管道在SCR反应器出口设有相对采样点。在相同负荷下，测量每个小支管道对应的SCR反应器出口NO_x浓度值y_j，计算出各个分区出口NO_x浓度平均值

和SCR反应器出口NO_x浓度平均值

根据这些值，构造如下所示SCR反应器出口NO_x均匀度指标公式：

其中，N为分区数量；y为SCR反应器出口NO_x均匀度，单位％；

为各分区对应出口的NO_x浓度平均值，由各小支管对应的NO_x浓度测点计算得出；

为SCR反应器出口NO_x浓度平均值；σ₂为各分区NO_x浓度数据的标准差。理论上，如果NO_x浓度均匀性很好，各个分区NO_x浓度平均值与出口NO_x浓度平均值相同，则标准差为0，SCR反应器出口NO_x均匀度y为100％，若NO_x浓度均匀性很差，标准差理论上可以无限大，因此SCR反应器出口NO_x均匀度y将会无限趋近于0％；但实际上，在SCR脱硝系统运行过程中，各支管分区NO_x浓度某一时刻的均匀度几乎不会低于50％，也不会达到100％。

步骤3-3)结合NO_x浓度统计指标公式x与NO_x均匀度指标公式y，构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

其中，

单位％。当脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性正常，当脱硝综合性能评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性存在异常状态。

步骤4)计算烟囱排口NO_x浓度值；

根据烟囱排口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，可以取得烟囱排口处NO_x浓度值。将烟囱排口处每分钟所采集的NO_x浓度值做数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，根据这些数据值，构造如下所示烟囱排口NO_x浓度值归一化公式：

其中，c_p∈[0,1]，c_p为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化后的值、

为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化前的值，

为采样数据中NO_x浓度的最小值，

为采样数据中NO_x浓度的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。用于判断脱硝系统出来的烟气经过除尘系统和脱硫系统后，其NO_x浓度值是否存在因喷氨量过大，不满足环保排放指标等问题。

步骤5)构造火电机组脱硝综合性能评价指标公式。

结合步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)构造火电机组脱硝综合性能评价指标z，

其中z∈[0,100]，单位％。当脱硝综合性能评价指标z≥50％时，火电机组脱硝性能正常，当脱硝综合性能评价指标z<50％时，火电机组脱硝性能存在异常状态，再深度挖掘各位置数据，找出存在数据异常状态指标。此方法可以更加快速准确的发现机组脱硝性能的存在异常状态原因，更加贴近生产运行实际情况，准确表征当下脱硝性能的稳定性情况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于包括：首先构建性能评价指标，再根据所述性能评价指标得出评价结果；所述性能评价指标构建包括如下步骤：

步骤1)计算炉膛入口处氮氧化物含量值c_r；

步骤2)计算炉膛出口NO_x浓度值c_c；

步骤3)构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标c_p；

步骤4)计算烟囱排口NO_x浓度值

步骤5)构造火电机组脱硝综合性能评价指标公式

所述评价结果为：当脱硝综合性能评价指标z≥50％时，判定火电机组脱硝性能正常；当脱硝综合性能评价指标z<50％时，判定火电机组脱硝性能存在异常状态。

2.根据权利要求1所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤1)具体为：通过煤质化验检测报告对指定时间段内的氮氧化物含量值进行采样，根据式(1)构造氮氧化物含量c_r的归一化公式：

其中，c_r∈[0,1]，c_r为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化后的值、

为当前最新一次化验报告中氮氧化物含量归一化前的值，

为采样数据中氮氧化物含量的最小值，

为采样数据中氮氧化物含量的最大值。

3.根据权利要求2所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤1)中

与

在步骤1)中计算过程中不断的迭代更新。

4.根据权利要求1所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤2)具体为：根据炉膛出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，取得炉膛出口处NO_x浓度值，将炉膛出口处每分钟所采集的NO_x浓度值今次那个数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，结合采样值根据式(2)构造炉膛出口NO_x浓度值c_c的归一化公式：

其中，c_c∈[0,1]，c_c为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化后的值、

为前一分钟内炉膛出口NO_x浓度平均值归一化前的值，

为采样数据中NO_x浓度的最小值，

为采样数据中NO_x浓度的最大值，并且最大值与最小值在整个计算过程中不断的迭代更新。通过和入口氮氧化物含量值对比分析，判断炉内氮氧化物反应情况，从而可适当调整风煤比，使NO_x浓度值达到最优区间。

5.根据权利要求1所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤3)包括如下步骤：

步骤3-1)根据脱硝系统出口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，对NO_x浓度值与NO_x浓度定值的偏差进行跟踪，根据式(3)构造如下所示脱硝系统出口NO_x浓度统计指标公式：

其中，N为采样数量；x为脱硝系统出口NO_x浓度统计值，单位％；x₀为采样时间内脱硝系统出口NO_x浓度定值；x_i为采样时间内每分钟脱硝系统出口的NO_x浓度采样值；σ₁为脱硝系统出口NO_x浓度统计数据标准差；

步骤3-2)通过SCR喷氨装置将氨气送入母管道，划分成N个区域并在每个区域内的SCR反应器出口设置采样点，在相同负荷下，测量SCR反应器出口NO_x浓度值y_j，计算出各个出口NO_x浓度平均值

和SCR反应器出口NO_x浓度平均值

根据式(4)构造如下所示SCR反应器出口NO_x均匀度指标公式：

其中：y为SCR反应器出口NO_x均匀度，单位％；

为各出口的NO_x浓度平均值，由各小支管对应的NO_x浓度测点计算得出；

为SCR反应器出口NO_x浓度平均值；σ₂为各分区NO_x浓度数据的标准差；

步骤3-3)结合NO_x浓度统计指标公式x与NO_x均匀度指标公式y，构造脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

其中,

6.根据权利要求5所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤3-2)中通过将母管道分为N个支管道实现划分成N个分区，每个分区再分为若干个小支管道，每个小支管道在SCR反应器出口设有对应的采样点。

7.根据权利要求6所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于N设定为6个，且小支管道的数目设定为三个。

8.根据权利要求5所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤3)中当脱硝系统出口NO_x稳定性评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性正常，当脱硝综合性能评价指标

时，脱硝系统出口NO_x稳定性存在异常状态。

9.根据权利要求1所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤4)包括如下步骤：

根据烟囱排口NO_x浓度实时数据或者调取历史数据，取得烟囱排口处NO_x浓度值，将烟囱排口处每分钟所采集的NO_x浓度值做数据处理，对处理后的NO_x浓度值的平均值进行数据采样，并根据式(5)构造如下所示烟囱排口NO_x浓度值归一化公式：

其中，c_p∈[0,1]，c_p为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化后的值、

为前一分钟内烟囱排口NO_x浓度平均值归一化前的值，

为采样数据中NO_x浓度的最小值，

为采样数据中NO_x浓度的最大值。

10.根据权利要求9所述的基于火电机组脱硝综合性能评价方法，其特征在于所述步骤4)中

与

在步骤4)的计算过程中不断的迭代更新。

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