CN113856457B - 一种用于低热值褐煤的NOx排放控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，包括以下步骤:在SCR的入口和出口选择多个监测点，并放置NOx测量仪表和风速测量仪表，将测量数据传输至服务器；将锅炉燃烧数据通过DCS系统传输至服务器；将修正后的测量数据和锅炉燃烧数据进行模型辨识，得到SCR入口和出口NOx模型，根据净烟气NOx值和实际负荷对NOx预测值进行修正，得到SCR入口和出口的NOx预测修正值；根据SCR入口和出口的NOx预测修正值，计算喷氨量的目标值；PID控制器控制喷氨调节阀动作，使当前喷氨量趋近喷氨量的目标值。该控制系统采用的数据绝大部分来自锅炉燃烧数据，能够克服脱硝大延迟的问题，实现脱硝控制的及时性。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝控制技术领域，具体涉及一种用于低热值褐煤的NOx 排放控制系统。
背景技术
2012年国家环保部出台了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)，明确规定了燃煤电厂的氮氧化物(NOx)严格的排放标准，国内燃煤电厂相继进行超低排放改造工程，这对燃煤电厂的NOx控制提出了很大的挑战。
当前的脱硝控制以PID闭环调节为基础，预设SCR出口NOx的目标值，通过SCR反应器入口NOx浓度，烟气流量等参数计算机组所需喷氨量。这种调节方式在实际应用中存在以下问题：
(1)SCR反应器的入口和出口存在烟道狭长，弯头较多，变径较多，布置曲折，流场复杂，分布不均的缺点，其中出口更为明显。由于SCR入口和出口一般只有一个测点，一个测点测得的NOx数据一般不能反应真实的NOx数据。
(2)调节依据的数据如SCR反应器入口NOx和出口NOx为cems仪表的实测数据，一般存在3分钟左右的延迟，增加了自动控制的难度。
(3)SCR脱硝过程是极其复杂的非线性化学反应，这个反应过程需要10 分钟左右，具有比较大的惯性。
(4)脱硫出口净烟气经过了电除尘和脱硫塔，烟气混合比较均匀，且烟气相对比较干净，此处的NOx测量相对准确，但是此处的测量存在更大的延迟，一般在5分钟左右。
传统的以SCR出口NOx为控制对象的PID调节控制，这种控制方式太依赖SCR反应器入口NOx和出口NOx数据，而这几个数据的测量很难准确，再加上脱硝控制的大延迟问题，导致电厂脱硝控制一般效果不佳。由于脱硫出口与SCR 出口NOx值存在“倒挂”现象导致自动运行无法正常投入，通过运行人员根据脱硫出口的NOx值手动改变喷氨调阀开度进行控制。这样的控制方法在系统工况变动较大时，运行人员无法准确的控制喷氨量，引起经常性的环保数值超标，氨逃逸量的过大也使得空预器使用寿命大幅度缩减，机组运行的安全性与经济性都无法得到保障。
发明内容
本发明针对现有控制方法存在的技术问题，提供一种用于低热值褐煤的 NOx排放控制系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，包括以下步骤:
步骤S1:在SCR的入口和出口选择多个监测点，在监测点上放置NOx测量仪表和风速测量仪表并将测量数据传输至服务器；
步骤S2:将锅炉燃烧数据通过DCS系统传输至服务器；
步骤S3:将修正后的测量数据和锅炉燃烧数据进行模型辨识，得到SCR入口NOx模型和SCR出口NOx模型，根据净烟气NOx值和实际负荷对NOx模型输出的NOx预测值进行修正，得到SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值；
步骤S4:根据SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值，计算喷氨量的目标值；
步骤S5:PID控制器控制喷氨调节阀动作，使当前喷氨量趋近喷氨量的目标值。
本发明的有益效果是：(1)SCR入口/出口NOx预测值依据的数据，充分考虑流场不均的情况，在建立预测模型时，采用了多点测得的数据，数据监测点可以人为选定，并且考虑了流场对测点的影响，因此，比通过抽取式CEMS 仪表测量得到的NOx数据准确得多，极大程度克服了SCR入口/出口NOx测量不准确的问题。
(2)SCR入口/出口NOx预测依据的数据，绝大部分来自锅炉燃烧数据，这些数据要远提前于SCR入口/出口通过CEMS仪表测量得到的NOx数据，因此能够克服脱硝大延迟的问题，实现脱硝控制的及时性。
(3)本系统在保证机组排放出口NOx值合格的基础上，减少了机组喷氨的总量，减轻了空气预热器的损害程度，提升了机组运行的经济性，自动调节控制从根本上消除了因人工操作失误而引起的生产事故。
在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：
进一步，所述步骤S3中，测量数据的修正包括对NOx测量仪表测量的NOx 值进行滤波，对风速测量仪表测量的风速进行加权平均。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，通过对测量数值进行处理，从而计算得到相对真实的SCR入口和出口NOx数据，保证计算数据的准确性。
进一步，所述步骤S3中模型辨识包括：
NOx模型的输入变量：锅炉燃烧参数、DCS系统中的SCR入口NOx值和出口NOx值，所述锅炉燃烧参数包括：锅炉负荷、磨煤机组合方式、总煤量、总风量和氧量；
NOx模型的验证变量：经过修正的NOx测量仪表测量的NOx值；
NOx模型的输出变量：SCR入口NOx预测值和SCR出口NOx预测值。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，根据输入变量和验证变量计算得到相应的输出变量NOx预测值，为后面利用净烟气NOx值和实际负荷对NOx预测值进行修正从而得到相对准确的NOx预测修正值奠定基础，保证计算数据的准确性。
进一步，计算喷氨量的目标值包括以下步骤：
步骤S41：计算当前需要增加或减少的喷氨量：(SCR入口NOx预测修正值 -SCR出口NOx目标值)×锅炉烟气量×η×K-当前的喷氨量，其中η为设定的脱硝效率，K为摩尔比综合修正系数；
步骤S42：计算当前需要修正的喷氨量：PID控制器根据设定值SP和反馈值PV输出需要修正的喷氨量，其中，所述设定值SP为SCR出口NOx目标值，所述反馈值PV为SCR出口NOx预测修正值；
步骤S43:喷氨量的目标值＝当前的喷氨量+需要增加或减少的喷氨量+需要修正的喷氨量。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，对喷氨量进行控制，减少了机组喷氨的总量，减轻了空气预热器的损害程度，提高了机组运行的经济性。
进一步，所述步骤S5中还包括以下步骤：
步骤S51:PID控制器接收喷氨调节阀动作指令后，所述PID控制器判断与服务器的通信是否正常，若是，则保持优化控制模式，若否，则切换为手动控制模式。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，根据通信情况自动切换工作模式，保证系统运行的安全性。
进一步，还包括步骤S52:所述PID控制器处于优化控制模式时，判断喷氨量的目标值是否在合理区间范围内,若是，则PID控制器对喷氨调节阀进行调节；若否，则退出优化控制模式，切换为手动控制。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，。
进一步，所述步骤S1中，多个监测点为3-5个监测点。进一步，所述步骤 S1中，NOx测量仪表和风速测量仪表为手持式。
采用上述进一步技术方案的有益效果是，采用手持式的测量仪表方便调整测量位置，从而更好的满足测量需求。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，一种用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，包括以下步骤:
步骤S1:在SCR的入口和出口选择多个监测点，在本实施例中，选择3-5 个监测点，从而保证检测数据的准确性，并在监测点上放置NOx测量仪表和风速测量仪表并将测量数据传输至服务器，所述NOx测量仪表为手持式Testo350 烟气分析仪，风速测量仪表为手持式Testo425热敏风速仪；
步骤S2:将锅炉燃烧数据通过DCS系统传输至服务器；
步骤S3:将修正后的测量数据和锅炉燃烧数据进行模型辨识，得到SCR入口NOx模型和SCR出口NOx模型，根据净烟气NOx和实际负荷对NOx模型输出的NOx预测值进行修正，得到SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值；
其中，SCR入口NOx预测修正值的计算过程为：将净烟气入口NOx值减去 SCR入口NOx预测值得到一个差值，每个负荷下预设有与所述差值相对应的修正值，该修正值即为SCR入口NOx预测修正值，同理可得到SCR出口NOx预测修正值。
所述模型辨识包括：
NOx模型的输入变量：锅炉燃烧参数、DCS系统中的SCR入口NOx值和出口 NOx值，所述锅炉燃烧参数包括：锅炉负荷、磨煤机组合方式、总煤量、总风量和氧量；
NOx模型的验证变量：经过修正的NOx测量仪表测量的NOx值；
根据风速测量仪表测量的不同流速数据，对测量数据进行修正，其中测量数据的修正包括对NOx测量仪表测量的NOx值进行滤波修正从而得到SCR入口 NOx修正值和SCR出口NOx修正值，对风速测量仪表测量的风速进行加权平均修正。
其中模型辨识的具体操作可采用现有技术中的辨识软件，步骤如下:将输入和输出数据导入辨识软件中,选择模型类型为三阶传递函数，人工点击“辨识”按钮，进行辨识得到传递函数或代表传递函数的数列即为SCR入口NOx模型和 SCR出口NOx模型。
NOx模型的输出变量：SCR入口NOx预测值和SCR出口NOx预测值。
步骤S4:根据SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值，计算喷氨量的目标值；其中，计算喷氨量的目标值包括以下步骤：
步骤S41：计算当前需要增加或减少的喷氨量：(SCR入口NOx预测修正值 -SCR出口NOx目标值)×锅炉烟气量×η×K-当前的喷氨量，其中η为设定的脱硝效率，K为摩尔比综合修正系数；
步骤S42：计算当前需要修正的喷氨量：PID控制器根据设定值SP和反馈值PV输出需要修正的喷氨量，其中，所述设定值SP为SCR出口NOx目标值，所述反馈值PV为SCR出口NOx预测修正值；
步骤S43:喷氨量的目标值＝当前的喷氨量+需要增加或减少的喷氨量+需要修正的喷氨量。
步骤S5:PID控制器控制喷氨调节阀动作，使当前喷氨量趋近喷氨量的目标值。
步骤S51:PID控制器接收喷氨调节阀动作指令后，所述PID控制器判断与服务器的通信是否正常，若是，则保持优化控制模式，若否，则切换为手动控制模式。
还包括步骤S52:所述PID控制器处于优化控制模式时，判断喷氨量的目标值是否在合理区间范围内,若是，则PID控制器对喷氨调节阀进行调节；若否，则退出优化控制模式，切换为手动控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，其特征在于，包括以下步骤:
步骤S1:在SCR的入口和出口选择多个监测点，并在监测点上放置NOx测量仪表和风速测量仪表并将测量数据传输至服务器；
步骤S2:将锅炉燃烧数据通过DCS系统传输至服务器；
步骤S3:将修正后的测量数据和锅炉燃烧数据进行模型辨识，得到SCR入口NOx模型和SCR出口NOx模型，根据净烟气NOx值和实际负荷对NOx模型输出的NOx预测值进行修正，得到SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值；
所述步骤S3中，测量数据的修正包括对NOx测量仪表测量的NOx值进行滤波，对风速测量仪表测量的风速进行加权平均；
所述步骤S3中模型辨识包括：
NOx模型的输入变量：锅炉燃烧参数、DCS系统中的SCR入口NOx值和出口NOx值，所述锅炉燃烧参数包括：锅炉负荷、磨煤机组合方式、总煤量、总风量和氧量；
NOx模型的验证变量：经过修正的NOx测量仪表测量的NOx值；
NOx模型的输出变量：SCR入口NOx预测值和SCR出口NOx预测值；
步骤S4:根据SCR入口NOx预测修正值和SCR出口NOx预测修正值，计算喷氨量的目标值；
所述步骤S4中，计算喷氨量的目标值包括以下步骤：
步骤S41：计算当前需要增加或减少的喷氨量：(SCR入口NOx预测修正值-SCR出口NOx目标值)×锅炉烟气量×η×K-当前的喷氨量，其中η为设定的脱硝效率，K为摩尔比综合修正系数；
SCR入口NOx预测修正值的计算过程为：将净烟气入口NOx值减去SCR入口NOx预测值得到一个差值，每个负荷下预设有与所述差值相对应的修正值，该修正值即为SCR入口NOx预测修正值；
步骤S42：计算当前需要修正的喷氨量：PID控制器根据设定值SP和反馈值PV输出需要修正的喷氨量，其中，所述设定值SP为SCR出口NOx目标值，所述反馈值PV为SCR出口NOx预测修正值；
步骤S43:喷氨量的目标值＝当前的喷氨量+需要增加或减少的喷氨量+需要修正的喷氨量；
步骤S5:PID控制器控制喷氨调节阀动作，使当前喷氨量趋近喷氨量的目标值。
2.根据权利要求1所述的用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，其特征在于，所述步骤S5中还包括以下步骤：
步骤S51:PID控制器接收喷氨调节阀动作指令后，所述PID控制器判断与服务器的通信是否正常，若是，则保持优化控制模式，若否，则切换为手动控制模式。
3.根据权利要求2所述的用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，其特征在于，还包括步骤S52:所述PID控制器处于优化控制模式时，判断喷氨量的目标值是否在合理区间范围内,若是，则PID控制器对喷氨调节阀进行调节；若否，则退出优化控制模式，切换为手动控制。
4.根据权利要求1所述的用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，其特征在于，所述步骤S1中，多个监测点为3-5个监测点。
5.根据权利要求1所述的用于低热值褐煤的NOx排放控制系统，其特征在于，所述步骤S1中，NOx测量仪表和风速测量仪表为手持式。
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