CN113181766A - 多清灰器协同控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多清灰器协同控制方法及系统，应用于SCR脱硝反应塔中耙式清灰器的清灰控制，属于环保技术领域。多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述方法包括：响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定所述变频器与上一清灰器断开连接；确定所述变频器与该清灰器建立连接。本发明方案实现了通过一台变频器进行多台清灰器控制，保证脱硝系统同时只有一台清灰器工作，同时极大缩减了运行成本，提高了变频器的使用效率。

Description

多清灰器协同控制方法及系统

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体地涉及一种多清灰器协同控制方法及一种多清灰器协同控制系统。

背景技术

大气污染在近年来越来越受到重视，国家制定了严苛的排放标准，各种存在排放需求的生产厂家都在极力满足排放要求，水泥行业便是其中之一。水泥行业现有的低氮燃烧、分级燃烧、SNCR(selective non-catalytic reduction，选择性非催化还原)等技术已难以满足进一步排放需求，迫切需要新型高效脱硝技术的开发和应用，满足水泥窑烟气脱硝“超低排放”新要求。SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)脱硝技术与SNCR技术相比具有显著优势，脱硝效率高达90％，有效提高氨的反应效率，在100mg/Nm3以下超低排放，大大降低了氨逃逸率，避免对环境的二次污染及下游设备的腐蚀，是水泥窑烟气脱硝的技术方向。SCR反应塔在脱硝过程中，催化层会积累灰尘，需要清灰器定时进行灰尘清理。现有的清灰器是单独控制，每一个清灰器需要配置完整的控制回路，而每一个SCR反应塔存多个催化层，也就表示需要多个完整的控制回路，这与现在的节能控制理念是相悖的。现有清灰器控制技术控制成本高的问题亟待解决。

发明内容

本发明实施方式的目的是提供一种多清灰器协同控制方法及系统，以至少解决现有清灰器控制技术控制成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种多清灰器协同控制方法，应用于SCR脱硝反应塔中耙式清灰器的清灰控制，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述方法包括：响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定变频器与上一清灰器断开连接；确定变频器与该清灰器建立连接。

可选的，所述方法还包括：响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮。

可选的，所述方法还包括：响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并控制各清灰器停止在预设安全位置。

可选的，所述预设规则包括：清灰器的工作顺序和各清灰器的运行速度。

可选的，所述根据预设规则控制各清灰器进行清灰工作，包括：获取各清灰器的预设移动速度；将预设移动速度在预设移动速度正常值区间内的清灰器定义为正常清灰器，将正常清灰器的预设移动速度作为正常清灰器的目标移动速度；按照所述目标移动速度控制正常清灰器进行移动清灰工作。

可选的，将未获取到预设移动速度或获取到的预设移动速度超出预设移动速度正常值区间的清灰器定义为异常清灰器；获取异常清灰器对应的催化层的集尘量；根据所述集尘量获取异常清灰器对应所需的清灰性能；根据异常清灰器对应所需的清灰性能，确定异常清灰器的移动目标速度；按照异常清灰器的目标移动速度控制异常清灰器进行移动清灰工作。

本发明第二方面提供一种多清灰器协同控制系统，应用于SCR脱硝反应塔中耙式清灰器的清灰控制，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述清灰器包括检修模式、现场模式和远程模式三种工作状态，所述系统包括：

触发单元，用于响应各工作状态的触发信号；

处理单元，用于：响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定所述变频器与上一清灰器断开连接；确定所述变频器与该清灰器建立连接；响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮；响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并将各清灰器控制停止在预设安全位置；人机交互单元，用于录入各清灰器的预设移动速度以及显示各清灰器的执行状态。

可选的，各清灰器之间存在连锁装置，以使得在一个清灰器工作过程中，其余清灰器均处于锁定状态。

可选的，所述变频器位于主控制回路上，所述主控制回路在所述变频器末端分支多条控制线路，每一条控制线路对应控制一台清灰器。

另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的多清灰器协同控制方法。

通过上述技术方案，在SCR脱硝系统中，将多台清灰器的控制线路接入到一个变频器中，根据预设工作顺序，变频器依序介入各清灰器的工作线路，保证系统同时间只有一台清灰器工作，减少了变频器的投入，极大缩减了系统运行成本。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的总控制回路示意图；

图2是本发明一种实施方式提供的各清灰器控制线路示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的多清灰器协同控制系统的系统结构图。

附图标记说明

10-触发单元；20-处理单元；30-人机交互单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图3是本发明一种实施方式提供的多清灰器协同控制系统的系统结构图。如图3所示，本发明实施方式提供一种多清灰器协同控制系统，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述耙式清灰器包括检修模式、现场模式和远程模式三种工作状态，所述系统包括：触发单元10，用于响应各工作状态的触发信号；处理单元20，用于：响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定变频器与上一清灰器断开连接；确定变频器与该清灰器建立连接；响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮；响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并将各清灰器控制停止在预设安全位置；人机交互单元30，用于录入各清灰器的预设移动速度以及显示各清灰器的执行状态。

优选的，各清灰器之间存在连锁装置，以使得在一个清灰器工作过程中，其余清灰器均处于锁定状态。

优选的，如图2，所述变频器位于主控制回路上，所述主控制回路在所述变频器末端分支多条控制线路，每一条控制线路对应控制一台清灰器。

在本发明实施例中，因为脱硝系统中，同时只允许一台清灰器工作，若每一清灰器均配置有完整的控制回路，则一台清灰器工作时，其他控制回路的变频器处于待机状态，使得变频器的使用效率不高。而本发明将所有清灰器的控制线路接入到一个变频器中，变频器根据清灰器的工作顺序逐一接入到各清灰器控制线路中，保证变频器的持续运行。其中，各清灰器控制线路如图3所示，减少了变频器的成本投入，提高了变频器的利用效率。

图1是本发明一种实施方式提供的多清灰器协同控制方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种多清灰器协同控制方法，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述方法包括：

响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定所述变频器与上一清灰器断开连接；确定所述变频器与该清灰器建立连接。

具体的，SCR脱硝系统因其具有无副产物、无二次污染、装置结构简单、脱除效率高达90％以上、运行可靠以及维护方便等优点，被广泛的应用于脱硝工程中。SCR脱硝工艺流程主要由SCR催化反应器、氨气注入系统、烟气旁路系统、氨的储存和制备系统等组成。SCR催化反应器布置方式一般采用高尘布置方式，即布置在省煤器和空预器之间的高温烟道内。在该位置烟气温度能够达到反应的最佳温度。烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路，每路烟气并行进入一个垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有二个反应器，烟气经过均流器后进入催化剂层。在烟气进入催化剂层前设有氨气注入系统，烟气与氨气充分混合后进行催化剂反应，脱去NOX。反应后的烟气进入空预器、电除尘器、引风机和脱硫装置后，排入烟囱。SCR反应器布置在空预器上方。在脱硝过程中，主要存在以下几种反应：

4NO+4NH₂+O₂＝4N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₂＝2N₂+3H₂O

6NO₂+8NH₃＝7N₂+12H₂O

为了加速反应，过程中用到催化剂，一般来说，脱硝催化剂都是为项目量身定制的，即依据项目烟气成分、特性、效率以及客户要求来定的，催化剂的形式有：波纹板式、蜂窝式、板式。针对脱硝系统的这种特性，在火电机组中使用广泛，在水泥窖等其他领域同样具有很好的适用性，有效提高氨的反应效率，在100mg/Nm3以下超低排放，大大降低了氨逃逸率，避免对环境的二次污染及下游设备的腐蚀。

目前，水泥窑主流的SCR脱硝工艺布置是高温高尘布置法：反应器布置在窑尾预热器出口之后的位置。烟气温度在300～400℃范围内，非常适合目前商用催化剂的反应温度，脱硝效率很高。但烟气中全部粉尘均会通过反应器，即反应器工作在“原始”的高尘烟气中。在这种情况下，反应器上会出现大量的集尘，若不及时进行集尘处理，会极大影响脱硝性能。所以在SCR脱硝中往往配置有清灰器。水泥窑的SCR脱硝改造普遍面临着催化剂的吹灰方式选择难题，在吹灰方式的选择上，除了要考虑吹灰效果外，还要考虑对催化剂的磨损影响。目前SCR脱硝系统上普遍应用的催化剂吹灰方式包括声波吹灰、蒸气吹灰和压缩空气吹灰几种形式，一般根据烟气成分、粉尘浓度、积灰部位、积灰程度、粉尘粘度等特性以及吹灰器的性能特点等因素，选择清灰效率高、效果好的吹灰方式。目前应用最为广泛的是耙式蒸汽吹灰器，耙式蒸汽吹灰器通过传动杆带动吹扫单元前后移动，每一个吹扫单元上均有多个蒸汽孔，通过蒸汽孔的蒸汽进行各层催化剂吹扫。清灰器从后限位开始前进，到达前限位后返回到后限位，此为一台清灰器的工作过程。

优选的，本发明提出的多清灰器协同控制方法存在手动启停和自动启停两种启停方案，手动启停和自动启停同时处于待命状态，且手动启停的优先级要高于自动启停。当相关人员存在清灰意向或检修意向时，对应触发预设按钮进行系统控制，若相关人员未进行按钮触发，根据适应性训练判断各催化层从启动到满足清灰条件需要的时间，当系统识别到经过需要时间还未手动启动清灰时，自动触发清灰按钮，进行自动清灰。无论是哪种情况，当触发单元10被触发后，系统开始进入清灰状态。因为脱销系统中存在多层催化层，为了避免同时清灰导致系统过载和上层灰尘重新在下层积累，各层不进行同时清灰，即整个系统中，同一时间只能有一台清灰器工作。各清灰器的工作时序可以提前预设，以保证灰尘高效及时清理完毕为准。

清灰器可以包括检修模式、现场模式和远程模式三种工作状态，当系统需要进行清灰时，可以通过触发远程模式，使得系统进入自动清灰状态，由此可以提取预设清灰时序表，根据时序表显示的清灰器工作顺序，逐一控制清灰器进行清灰工作。

具体的，上述已知，在脱销系统中存在多层催化层，为了避免同时清灰导致系统过载和上层灰尘重新在下层积累，各层不进行同时清灰。即整个系统中，同一时间只能有一台清灰器工作。优选的，可以在总控制回路中只设置一台变频器，然后从该变频器末端延伸多条控制线路，分别进行多台清灰器的控制。由于同一时间只有一台清灰器工作，所以变频器只需要根据当前工作的清灰器的性能需求进行调整，而不用担心多台清灰器同时工作的协调问题。通过仅设置一台变频器，在清灰器需要工作的时候，变频器依次介入运行，确保了单台清灰器运行的安全可靠，同时极大缩减了系统运行成本。且主控制回路仅设置一个变频器，使得整个控制回路布线更为简单，避免线路复杂导致后续运维困难。若每一个清灰器均存在一个变频器，若某清灰器的变频器发生故障，容易使得对应清灰器无法跟随前面的清灰器进行清灰，造成灰尘积累。系统中一个清灰器发生故障时，可以保证所有清灰器停止工作进入检修状态，避免出现部分运行部分故障的情况。当需要开始清灰工作时，处理单元20将清灰工作的信号发送到变频器，变频器根据清灰时序表介入第一台工作的清灰器，控制电机带动清灰器从后限位出发，沿途进行催化层清灰，然后在到达限位后自动往回运行，返程途中再进行一次催化层清灰，直到回到后限位，完成一轮清灰。

优选的，清灰器的移动速度可调，调节方法分为手动和自动，其中，手动调节优先级高于自动调节。受实际生产工况影响，多台清灰器可能需要不同的移动速度。相关人员根据系统需求或适应性经验判断，提前通过人机交互单元录入清灰器的移动速度。优选的，系统预设正常运行速度值区间，即操作人员在进行速度录入时，数值必须在预设区间内，避免因为工作失误导致录入速度过慢或过快的情况。在另一种可能的实施方式中，操作人员选择自动生成移动速度。系统实时采集脱硝系统各催化层上的集尘量，然后根据当前集尘量进行需要清灰性能计算，清灰性能与各清灰器的蒸汽量和移动速度相关，在蒸汽量一定的情况下，通过调整移动速度可以进行清灰性能调节。在保证即使清灰的条件下尽量减少能源浪费，以确定最优移动速度。处理单元20将该移动速度作为对应清灰器的目标移动速度，进行清灰器控制，满足不同工况下的高效率清灰。

在一种可能的实施方式中，处理单元进行各清灰器预设速度获取，一方面判断每个清灰器是否存在预设速度，并判断存在预设速度的清灰器的预设速度是否满足预设范围，若满足，则判定对应清灰器可以按照预设速度控制，则将这部分清灰器设定为正常清灰器，正常清灰器直接按照预设速度进行控制。若判断某清灰器不存在预设速度，或者存在预设速度的清灰器的预设速度不满足预设范围，则将这部分清灰器设定为异常清灰器。异常清灰器无法根据预设速度进行控制，需要自动获取运行速度。则获取异常清灰器对应的催化层的集尘量；根据所述集尘量获取异常清灰器对应所需的清灰性能；根据异常清灰器对应所需的清灰性能，确定异常清灰器的移动目标速度；按照异常清灰器的目标移动速度控制异常清灰器进行移动清灰工作。

具体的，第一台清灰器完成清灰工作后，生成完成清灰信号，处理单元20响应于该完成清灰信号，准备开始第二台清灰器控制工作。处理单元20首先控制变频器从第一台清灰器控制线路中断开，然后接入第二台清灰器的控制线路。与第一台清灰器的控制过程相似，根据第二台清灰器的目标速度控制第二台清灰器完成一轮清灰，然后输出第二台清灰器清灰完成信号。处理单元20根据第二台清灰器清灰完成信号开始准备第三台清灰器的控制，以此类推，直到所有清灰器均完成一轮清灰，则完成整个脱硝系统的一轮清灰。

优选的，所述方法还包括：响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮。

具体的，相关人员如果存在现场手动操作的需求，例如系统性能审核和控制模块故障的情况，在这种情况下，相关人员根据预设按钮开启现场模式。优选的，在现场模式开始之前，系统的操作按钮处于锁定状态，以避免现场人员进行误操作，导致系统受损。

优选的，所述方法还包括：响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并将各清灰器控制停止在预设安全位置。

具体的，系统每隔一段时间便要进行一次检修，以保证系统长期稳定运行。在进行系统检修时，为了保证检修人员的安全，需要整个系统处于停机状态，且各执行模块尽量处于空闲位置，减少对检修人员的干扰。为了减少检修人员需要逐一调整各清灰器的位置，提前预设各清灰器的最佳位置，该最佳位置以保证检修人员受到的阻挡最少为宜。检修人员仅需要通过一键启动检修模式，处理单元20自动逐一控制各清灰器运行到预设位置上。优选的，在检修人员进行检修过程中，为避免现场其他人员误操作重新启动系统，在检修前，需要录入检修人员的触发密钥，例如人脸信息或指纹信息。在检修过程中，所有控制模块处于锁定状态，仅当检修人员重新回到控制端，通过提前录入的密钥解锁系统后，系统才可以重新启动。

优选的，各清灰器之间存在互锁功能。

具体的，整个系统中，同时只能存在一台工作的清灰器，为了避免一台清灰器工作时，其他清灰器误启动，优选的，在各台清灰器之间设置互锁装置，以使得在一台清灰器工作过程中，其余清灰器均处于锁定状态。一台清灰器启动时，其他所有清灰器因为互锁被锁定，只有在当前清灰器停止工作后，互锁才能取消，保证系统同时只能有一台清灰器工作。

本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的多清灰器协同控制方法。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多清灰器协同控制方法，应用于SCR脱硝反应塔中耙式清灰器的清灰控制，其特征在于，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述方法包括：

响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：

确定所述变频器与上一清灰器断开连接；

确定所述变频器与该清灰器建立连接。

2.根据权利要求1所述的多清灰器协同控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮。

3.根据权利要求1所述的多清灰器协同控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并控制各清灰器停止在预设安全位置。

4.根据权利要求1所述的多清灰器协同控制方法，其特征在于，所述预设规则包括：各清灰器的移动速度；和清灰器的工作顺序。

5.根据权利要求1所述的多清灰器协同控制方法，其特征在于，所述根据预设规则控制各清灰器进行清灰工作，包括：

获取各清灰器的预设移动速度；

将预设移动速度在预设移动速度正常值区间内的清灰器定义为正常清灰器，将正常清灰器的预设移动速度作为正常清灰器的目标移动速度；

按照所述目标移动速度控制正常清灰器进行移动清灰工作。

6.根据权利要求5所述的多清灰器协同控制方法，其特征在于，将未获取到预设移动速度或获取到的预设移动速度超出预设移动速度正常值区间的清灰器定义为异常清灰器；

获取异常清灰器对应的催化层的集尘量；

根据所述集尘量获取异常清灰器对应所需的清灰性能；

根据异常清灰器对应所需的清灰性能，确定异常清灰器的移动目标速度；

按照异常清灰器的目标移动速度控制异常清灰器进行移动清灰工作。

7.一种多清灰器协同控制系统，应用于SCR脱硝反应塔中耙式清灰器的清灰控制，其特征在于，多台清灰器通过各自的控制线路连接至主控制回路中的一台变频器，所述清灰器包括检修模式、现场模式和远程模式三种工作状态，所述系统包括：

触发单元，用于响应各工作状态的触发信号；

处理单元，用于：

响应于远程模式触发信号，根据预设规则控制各清灰器进行移动清灰工作，其中，在控制任一清灰器开始工作之前：确定所述变频器与上一清灰器断开连接；确定所述变频器与该清灰器建立连接；

响应于现场模式触发信号，解锁手动清灰控制按钮；

响应于检修模式触发信号，锁定各清灰器的执行机构，并将各清灰器控制停止在预设安全位置；

人机交互单元，用于录入各清灰器的预设移动速度以及显示各清灰器的执行状态。

8.根据权利要求7所述的多清灰器协同控制系统，其特征在于，各清灰器之间存在连锁装置，以使得在一台清灰器工作过程中，其余清灰器均处于锁定状态。

9.根据权利要求7所述的多清灰器协同控制系统，其特征在于，所述变频器位于主控制回路上，所述主控制回路在所述变频器末端分支多条控制线路，每一条控制线路对应控制一台清灰器。

10.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1-6中任一项所述的多清灰器协同控制方法。

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