CN113578006A - 一种基于控制策略优化的scr脱销控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,采用串级脱硝控制策略,主调控制器设定值为出口NOx浓度,用以稳定脱硝出口NOx浓度在给定值,调节量为需氨流量,副调控制器控制目标为需氨量,调节输出为喷氨调门开度,通过加入前馈作用保证系统的动态特性,包括氨氮摩尔比的计算、入口NOX折线函数优化、变下限变参数与可跟踪设计、CEMS仪表维护抗干扰设计,解决了系统偏差大的问题,将CEMS仪表维护时变串级调节为单PID调节,抵消了CEMS仪表取样吹扫维护时对系统产生的干扰。采用变参数、变下限、变前馈作用的方式消除了入口NOX大幅波动时系统产生的扰动。引入副PID控制模块,屏蔽阀门特性对调节品质的影响,并解决了氨逃逸过高,易堵塞空预器的问题。

Description

一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域,尤其涉及一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法。
背景技术
燃煤发电在我国电力能源结构中占了很大比例,随着国家对环境保护相关政策的出台和社会环保意识的提升,燃煤机组的污染物排放控制成为燃煤发电企业环保管理工作的重要内容。
在燃煤电厂污染物的超低排放标准中,NOX的排放量是其中重要的环保指标。目前燃煤电厂为了脱除烟气中的NOX,通常采用的技术有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性与选择性催化还原法相结合的技术(SNCR/SCR混合法)。其中,国内技术成熟的装置,一般采用选择性催化还原技术(SCR),即在一定的温度范围,烟气中的NOX在催化剂的作用下,与还原剂(通常为NH3)反应,生成无害的N2和H20,从而达到脱除烟气中NOX的目的。
SCR脱硝技术是当前世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术,在合理的布置及温度范围下,可达到80-90%的NOX脱除率。
由图1所示,SCR采用低温反应方式,来自氨站的氨气和来自送风系统的稀释空气混合,由喷氨格栅的喷嘴喷出,并与省煤器出口的烟气充分混合后,流经催化剂,在催化剂的作用下,利用还原剂氨气的选择性优先与NOX发生反应,将其还原成氮气和水,从而达到脱硝的目的。
SCR脱硝是在合适的工作温度范围内且有氧参与的条件下,还原剂NH3在催化剂作用下有选择性的将烟气中NOX还原为氮气和水,其主要反应过程可表示如下:
4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O (2-1)
4NO+6NH3=5N2+6H2O (2-2)
4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O (2-3)
8NH3+6NO2=7N2+12H2O (2-4)
NH3/NOX的摩尔比:
烟气汇总NOX主要成分是NO和NO2,其中NO约占92%~95%,按照NO、NO2的比例,根据氧化-还原反应式,安全去除烟气中的NOX,NH3/NOX的摩尔比为1.05~1.08。
实际运行中,为严格保证烟囱出口NOX不超50mg/Nm3,运行人员只能手动干预加大喷氨量,使脱硝出口NOX含量保持在极低位置,一方面造成氨气消耗量增大,经济性变差;另一方面多余的氨气进入到空预器,与空预器中的SO3、水蒸气生成硫酸氢铵凝结物,加速空预器堵塞,引起空预器差压增大,严重影响机组带负荷能力和运行安全性。
因此,电厂急需对脱硝控制系统进行优化升级,保证喷氨全程自动投入,一方面使烟囱出口NOX必须达标排放;另一方面,严格控制喷氨量,减少脱硝出口氨逃逸,防止空预器堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,以解决上述技术问题。
本发明提供了一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,采用串级脱硝控制策略,主调控制器设定值为出口NOx浓度,用以稳定脱硝出口NOx浓度在给定值,调节量为需氨流量,副调控制器控制目标为需氨量,调节输出为喷氨调门开度,通过加入前馈作用保证系统的动态特性。
进一步地,所述脱硝控制策略包括:
利用反应器入口氮氧化物含量与入口烟气流量计算出所需氨量的理论值;
将出口氮氧化物含量作为主被调量,喷氨量作为副被调量,组成闭环串级PID控制系统;
将所需喷氨量的理论值与主调节器计算后输出的喷氨量进行计算,构成副调节器的设定值,对喷氨调节门的开度进行控制,进而控制脱硝反应器出口氮氧化物浓度。
进一步地,所述脱硝控制策略还包括:
基于烟气的入口氮氧化物浓度得到入口NOX折线函数,将入口NOX折线函数作为摩尔比计算用氨量的经验系数。
进一步地,所述脱硝控制策略还包括:
在入口NOX过高时提高PID输出下限,维持一定的用氨量,使PID模块的比例系数随入口NOX的变化率改变而改变,且在CEMS仪表维护,采样数据失真时强制系统切为跟踪状态,变更系统控制方式。
进一步地,所述脱硝控制策略还包括:
当CEMS仪表维护,出口NOX数据指示失真时,通过屏蔽主PID的输出,放大摩尔比用氨量的经验系数,保证出口NOX的达标排放。
借由上述方案,通过基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,从氨氮摩尔比的计算、入口NOX折线函数优化、变下限变参数与可跟踪设计、以及CEMS仪表维护抗干扰设计等四个方面入手,对SCR控制逻辑进行优化设计,解决了现有开环控制系统带来的偏差大的问题,将CEMS仪表维护时变串级调节为单PID调节,较大程度上抵消CEMS仪表取样吹扫维护时对系统产生的干扰,减少运行人员的操作量。采用变参数、变下限、变前馈作用的方式消除入口NOX大幅波动时系统产生的扰动。引入副PID控制模块,屏蔽阀门特性对调节品质的影响,并解决了氨逃逸过高,易堵塞空预器的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是烟气脱硝系统工艺流程图;
图2是本发明喷氨自动控制流程图;
图3是本发明入口NOX折线函数优化逻辑图;
图4是本发明一实施例中优化后用氨量对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本实施例提供了一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,脱硝控制策略采用串级脱硝控制策略,其中主调控制器设定值为出口NOx浓度,用以稳定脱硝出口NOx浓度在给定值,调节量为需氨流量,副调控制器控制目标为需氨量,调节输出为喷氨调门开度,图2为喷氨自动控制流程图。
与其他系统相比,脱硝控制系统对象表现为大惯性、大时延特性,不仅因为系统的反应时间惯性,还归因于测量仪表的测量时延较大,仅用串级结构难以及时控制系统的动态特性,因此在设计过程中,适当加入前馈作用,构成串级+前馈的控制策略,利用前馈的以前作用,保证系统的动态特性,主要优化策略如下:
(1)氨氮摩尔比的计算
利用反应器入口氮氧化物含量与入口烟气流量计算出所需氨量的理论值。再将出口氮氧化物含量作为主被调量,喷氨量作为副被调量,组成一个闭环的串级PID控制系统。把所需喷氨量的理论值与主调节器计算后输出的喷氨量进行计算,构成副调节器的设定值,从而对喷氨调节门的开度进行控制,进而控制脱硝反应器出口氮氧化物浓度。
(2)入口NOX折线函数优化
在分析数据的过程中发现,脱硝反应器的反应效率随着入口烟气氮氧化物的浓度升高而降低。所以,经过反复观察与实践,利用烟气的入口氮氧化物浓度制作了一个折线函数作为摩尔比计算用氨量的经验系数,解决了摩尔比公式计算的用氨量与现场实际不符的问题,如图3所示。
(3)变下限、变参数与可跟踪设计
在入口NOX过高时提高PID输出下限,维持一定的用氨量,PID模块的比例系数可随入口NOX的变化率改变而改变,且在CEMS仪表维护,采样数据失真时强制系统切为跟踪状态,变更系统控制方式。
(4)CEMS仪表维护抗干扰设计。
系统具有屏蔽CEMS仪表维护时产生的数据干扰的功能,当一束光通过含粉尘的介质时,其光强因被吸收和散射而减弱,根据衰减的程度可测量粉尘的浓度,仪器采用了消除测量误差的方法,可以计算消除电路部分的暗电流对测量结果的影响,实现对杂光的过滤。
当CEMS仪表维护,出口NOX数据指示失真时,该部分屏蔽主PID的输出,放大摩尔比用氨量的经验系数,从而保证出口NOX的达标排放。
图4所示,通过氨氮摩尔比的计算与入口NOX折线函数优化设计,可有效减少脱硝时的用氨量,提高经济性。
现有开环控制系统的调节依据主要来自于入口NOX浓度的变化,对于出口NOX浓度,只存在一次修正作用,修正作用不持续也不连续,很难控制系统偏差。引入串级PID控制模式后,主调节器的作用就是持续有效的修正出口NOX实际值与设定值的偏差。
通过运行人员调节经验及历史曲线分析,氧量变化对出入口NOx影响较为明显,因此引入氧量折算氨量前馈,氧量发生变化时,提前作用于氨量,起到提前控制的作用。
经过优化后,机组小时用氨量均有所下降,控制氨逃逸,避免硫酸氢氨形成,空预器堵灰得到有效控制,延长空气预热器换热元件使用寿命,避免空预器阻力增大,影响风烟系统辅机耗电量,减少引风机单耗,减少为降低周边地区的酸雨危害,对改善大气环境质量、改善人民的生活质量和保证经济的可持续发展将起到显著的作用,具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
该基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,从氨氮摩尔比的计算、入口NOX折线函数优化、变下限变参数与可跟踪设计、以及CEMS仪表维护抗干扰设计等四个方面入手,对SCR控制逻辑进行优化设计,解决了现有开环控制系统带来的偏差大的问题,将CEMS仪表维护时变串级调节为单PID调节,较大程度上抵消CEMS仪表取样吹扫维护时对系统产生的干扰,减少运行人员的操作量。采用变参数、变下限、变前馈作用的方式消除入口NOX大幅波动时系统产生的扰动。引入副PID控制模块,屏蔽阀门特性对调节品质的影响,并解决了氨逃逸过高,易堵塞空预器的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,其特征在于,采用串级脱硝控制策略,主调控制器设定值为出口NOx浓度,用以稳定脱硝出口NOx浓度在给定值,调节量为需氨流量,副调控制器控制目标为需氨量,调节输出为喷氨调门开度,通过加入前馈作用保证系统的动态特性。
2.根据权利要求1所述的基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,其特征在于,所述脱硝控制策略包括:
利用反应器入口氮氧化物含量与入口烟气流量计算出所需氨量的理论值;
将出口氮氧化物含量作为主被调量,喷氨量作为副被调量,组成闭环串级PID控制系统;
将所需喷氨量的理论值与主调节器计算后输出的喷氨量进行计算,构成副调节器的设定值,对喷氨调节门的开度进行控制,进而控制脱硝反应器出口氮氧化物浓度。
3.根据权利要求2所述的基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,其特征在于,所述脱硝控制策略还包括:
基于烟气的入口氮氧化物浓度得到入口NOX折线函数,将入口NOX折线函数作为摩尔比计算用氨量的经验系数。
4.根据权利要求3所述的基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,其特征在于,所述脱硝控制策略还包括:
在入口NOX过高时提高PID输出下限,维持一定的用氨量,使PID模块的比例系数随入口NOX的变化率改变而改变,且在CEMS仪表维护,采样数据失真时强制系统切为跟踪状态,变更系统控制方式。
5.根据权利要求4所述的基于控制策略优化的SCR脱销控制方法,其特征在于,所述脱硝控制策略还包括:
当CEMS仪表维护,出口NOX数据指示失真时,通过屏蔽主PID的输出,放大摩尔比用氨量的经验系数,保证出口NOX的达标排放。
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