CN114870583B - 一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法，将氨逃逸浓度监测信号引入脱硝控制逻辑，系统接收到仪表吹扫状态信号时，系统选择烟囱入口NOx控制回路，否则，选择脱硝出口NOx控制回路；吹扫时，氨逃逸量大于预设值时，氨逃逸浓度值经微分控制器及折线函数控制器提前修正喷氨量，弥补烟囱入口NOx控制的延迟，实现仪表吹扫期间脱硝全工况实时控制。当脱硝出口NOx浓度低于下限值且氨逃逸量高于上限值时，系统选择氨逃逸浓度控制回路，否则，选择脱硝出口NOx控制回路；本发明同时兼顾NOx排放和氨逃逸的控制，实现脱硝排放满足环保达标的同时，又有效控制氨逃逸量，解决了常规脱硝仅满足排放，运营不经济的控制难题。

Description

一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法
技术领域
本发明涉及工业过程控制技术领域，特别涉及一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
为使脱硝出口烟气NOx满足环保排放标准，常规脱硝控制系统常常喷氨过量，脱硝出口烟气中出现大量氨逃逸，既增加了脱硝运营成本，又容易造成空预器堵塞，影响下游设备安全运行。常规脱硝控制方案中，氨逃逸浓度信号只是监测报警作用，没有参与脱硝逻辑控制，仅根据脱硝NOx浓度来控制喷氨量，而未考虑滞后时间较短的烟气中氨逃逸浓度，脱硝运营经济性不佳。
另外，由于脱硝出口的NOx测量仪表由于长期运行在灰尘较高的环境下，NOx测量仪表需要定期吹扫、标定，目前控制系统只能在系统吹扫期间自动锁定保持吹扫前的测量值，即脱硝控制系统在吹扫期间，机组负荷变化比较大，NOx浓度将变化也很大，而控制系统只是按吹扫前的喷氨量控制，仪表吹扫和标定完成后，经常会出现出口NOx瞬时超标或者喷氨过量的现象，甚至出现控制振荡发散，常规控制方案显然是不符合脱硝全工况控制的要求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法，将氨逃逸浓度监测信号引入脱硝控制逻辑中，同时兼顾NOx排放和氨逃逸的控制，既实现机组NOx排放满足环保排放标准，又能有效控制氨逃逸量；仪表取样吹扫期间，结合氨逃逸浓度控制作用，加快脱硝控制的快速性，保证仪表取样吹扫期间脱硝系统的实时控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统。
一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统，脱硝出口NOx控制器用于接收脱硝出口NOx浓度设定值和脱硝出口NOx浓度实测值，脱硝出口NOx控制器的输出端与第一模拟量切换开关的第一输入端口连接，烟囱入口NOx控制器用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和烟囱入口NOx浓度设定值，烟囱入口NOx控制器的输出端与第一模拟量切换开关的第二输入端口连接；
第一加法器用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和脱硝出口NOx浓度设定值，第一加法器的输出端与第一乘法器的第一输入端连接，第一模拟量切换开关的输出端与第一乘法器的第二输入端连接，第一乘法器的输出端与第二乘法器的输入端连接，第二乘法器还用于接收烟气流量信号，第二乘法器的输出端与第三乘法器的输入端连接，第三乘法器的输出端与第二加法器的正输入端连接，第三乘法器还用于接收氨氮摩尔比信号；
微分控制器用于接收氨逃逸浓度值，微分控制器的输出端与折线函数发生器的输入端连接，折线函数发生器的输出端与第二加法器的负输入端连接；
第二加法器的输出端与第二模拟量切换开关的第一输入端连接，氨逃逸控制器用于接收氨逃逸浓度设定值和氨逃逸浓度实测值，氨逃逸控制器的输出端与第二模拟量切换开关的第二输入端连接；
高值判断模块用于接收氨逃逸浓度上限值与氨逃逸浓度实测值，高值判断模块的输出端与与门逻辑模块的第一输入端连接，低值判断模块用于接收脱硝出口NOx浓度下限值与脱硝出口NOx浓度实测值，低值判断模块的输出端与与门逻辑模块的第二输入端连接，与门逻辑模块的输出端与第二模拟量切换开关的信号输入端连接；
氨气流量控制器的正输入端与第二模拟量切换开关的输出端连接，氨气流量控制器的负输入端用于接收氨气实测流量值，氨气流量控制器的输出端与喷氨调节阀连接。
本发明第二方面提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法。
一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，利用本发明第一方面所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统，包括以下过程：
接收到仪表取样吹扫状态信号时，第一模拟量切换开关选择导通烟囱入口NOx控制器的输出信号，否则，第一模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制器的输出信号；
脱硝入口NOx浓度实测值减去脱硝出口NOx浓度设定值后的数据，与第一模拟量切换开关输出的NOx控制器的输出信号相乘，得到修正后需脱除掉的NOx浓度，再与烟气流量相乘，得到需脱除掉的NOx量，再乘以预设的氨氮摩尔比，得到需喷入的氨气量；
吹扫时，氨逃逸浓度大于预设值同时氨逃逸上升过快且超出预设值时，氨逃逸浓度值经微分控制器及折线函数控制器提前修正需喷入的氨气量。
作为可选的一种实现方式，当脱硝出口NOx浓度低于下限值且氨逃逸浓度高于上限值时，第二模拟量切换开关选择导通氨逃逸控制器的输出信号。
作为可选的一种实现方式，当脱硝出口NOx浓度实测值低于下限值且氨逃逸浓度低于上限值，或脱硝出口NOx浓度高于下限值时，第二模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制回路信号。
作为可选的一种实现方式，非吹扫期间或者标定期间，第一模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制器的输出信号。
作为可选的一种实现方式，氨逃逸上升采用微分控制器判断。
作为可选的一种实现方式，脱硝入口NOx浓度实测值减去脱硝出口NOx浓度设定值后的数据作为脱硝出口NOx控制器的前馈信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法，将氨逃逸浓度监测信号引入脱硝控制逻辑中，同时兼顾NOx排放和氨逃逸的控制，既实现机组NOx排放满足环保排放标准，又能有效控制氨逃逸量，节省了脱硝运营成本。
2、本发明所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法，在脱硝装置出口NOx测量仪表取样吹扫期间，烟囱入口NOx浓度控制回路取代脱硝装置出口NOx浓度控制回路，控制回路加入氨逃逸控制逻辑，弥补烟囱入口NOx控制的延迟，实现了仪表取样吹扫期间脱硝全工况实时控制。
3、本发明所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统及方法，适用于各种锅炉控制系统DCS(Distributed Control System，分散控制系统)或PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，组态方便，具有良好的应用前景。为弥补控制延迟，本本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统的结构示意图。
其中，1-脱硝出口NOx控制器；2-烟囱入口NOx控制器；3-第一模拟量切换开关；4-第一加法器；5-第一乘法器；6-第二乘法器；7-第三乘法器；8-微分控制器；9-折线函数发生器；10-第二加法器；11-氨逃逸控制器；12-第二模拟量切换开关；13-高值判断模块；14-低值判断模块；15-与门逻辑模块；16-氨气流量控制器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统，包括：脱硝出口NOx控制器1、烟囱入口NOx控制器2、第一模拟量切换开关3、第一加法器4、第一乘法器5、第二乘法器6、第三乘法器7、微分控制器8、折线函数发生器9、第二加法器10、氨逃逸控制器11、第二模拟量切换开关12、高值判断模块13、低值判断模块14、与门逻辑模块15和氨气流量控制器16。
具体的，脱硝出口NOx控制器1用于接收脱硝出口NOx浓度设定值和脱硝出口NOx浓度实测值，脱硝出口NOx控制器1的输出端与第一模拟量切换开关3的第一输入端口连接，烟囱入口NOx控制器2用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和烟囱入口NOx浓度设定值，烟囱入口NOx控制器2的输出端与第一模拟量切换开关3的第二输入端口连接；
第一加法器4用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和脱硝出口NOx浓度设定值，具体的，第一加法器4的正输入端用于接收烟囱入口NOx浓度实测值，第一加法器4的负输入端用于接收脱硝出口NOx浓度设定值，以使得烟囱入口NOx浓度实测值与脱硝出口NOx浓度设定值相减。
第一加法器4的输出端与第一乘法器5的第一输入端连接，第一模拟量切换开关3的输出端与第一乘法器5的第二输入端连接，第一乘法器5的输出端与第二乘法器6的输入端连接，第二乘法器6还用于接收烟气流量信号，第二乘法器6的输出端与第三乘法器7的输入端连接，第三乘法器7的输出端与第二加法器10的正输入端连接，第三乘法器7还用于接收氨氮摩尔比信号；
微分控制器8用于接收氨逃逸浓度值，微分控制器8的输出端与折线函数发生器9的输入端连接，折线函数发生器9的输出端与第二加法器10的负输入端连接；
第二加法器10的输出端与第二模拟量切换开关12的第一输入端连接，氨逃逸控制器11用于接收氨逃逸浓度设定值和氨逃逸浓度实测值，氨逃逸控制器11的输出端与第二模拟量切换开关12的第二输入端连接；
高值判断模块13用于接收氨逃逸浓度上限值与氨逃逸浓度实测值，高值判断模块13的输出端与与门逻辑模块15的第一输入端连接，低值判断模块14用于接收脱硝出口NOx浓度下限值与脱硝出口NOx浓度实测值，低值判断模块14的输出端与与门逻辑模块15的第二输入端连接，与门逻辑模块15的输出端与第二模拟量切换开关12的信号输入端连接；
氨气流量控制器16的正输入端与第二模拟量切换开关12的输出端连接，氨气流量控制器16的负输入端用于接收氨气实测流量值，氨气流量控制器16的输出端与喷氨调节阀连接。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，利用本发明实施例1提供的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统。
烟囱入口NOx浓度和脱硝出口NOx浓度与曲线变化几乎一致，但烟囱入口NOx浓度信号较脱硝出口NOx浓度信号滞后，可以考虑吹扫期间，结合滞后时间较短的烟气中氨逃逸浓度信号，加快脱硝控制的快速性，弥补烟囱入口NOx检测的时滞，保证仪表取样吹扫期间脱硝控制系统的正常运行。
对于一个完善的脱硝控制方案，控制系统需要同时兼顾NOx浓度和氨逃逸浓度的控制，即实现机组NOx排放满足环保排放标准的同时，也能快速控制氨逃逸在合理范围内，在脱硝装置出口NOx测量仪表取样吹扫期间，将烟囱入口NOx测量信号取代脱硝装置出口NOx测量信号，并结合氨逃逸浓度信号，实现NOx排放的实时全程工况控制。
具体的，控制方法，包括：
接收到仪表取样吹扫状态信号时，第一模拟量切换开关选择导通烟囱入口NOx控制器的输出信号，否则，第一模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制器的输出信号；
脱硝入口NOx浓度值减去脱硝出口NOx浓度设定值后的数据，作为NOx控制器的前馈信号，和第一模拟量切换开关输出的NOx控制器的输出信号相乘，得到修正后需脱除掉的NOx浓度，再与烟气流量相乘，得到需脱除掉的NOx量，再乘以预设的氨氮摩尔比，得到需喷入的氨气量。
烟囱入口NOx浓度信号较脱硝出口NOx浓度信号滞后，为弥补控制延迟，本控制系统加入了氨逃逸控制回路，即吹扫期间，NOx浓度低于预设值同时氨逃逸上升过快且超出预设值时，氨逃逸浓度值经微分控制器及折线函数控制器提前修正需喷入的氨气量。
当脱硝出口NOx浓度低于预设值且氨逃逸浓度高于预设值时，第二模拟量切换开关选择导通氨逃逸控制器的输出信号，以实现脱硝出口NOx和氨逃逸兼顾控制，即满足环保考核要求，又能减少喷氨量，降低了运行成本；当脱硝出口NOx浓度低于预设值且氨逃逸浓度低于预设值或脱硝出口NOx浓度高于预设值时，第二模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制回路信号。
在其他一些实施方式中，将脱硝出口烟气氨逃逸浓度、烟囱入口NOx并将测量数据引入脱硝控制系统中，设计氨逃逸浓度和NOx浓度兼顾控制的全工况脱硝控制逻辑；
具体的，包括以下过程：
由于微分控制的引入容易引起调节系统震荡，使喷氨调节阀动作频繁，调节阀的执行结构容易损坏，脱硝出口NOx控制器、烟囱入口NOx控制器、氨逃逸控制器均为PI控制器；
根据以上方案，在DCS组态软件设计一种氨逃逸浓度和NOx浓度兼顾控制的全工况脱硝控制逻辑；
控制逻辑编译完成后，经DCS组态软件编译检查无误后，下载至DCS控制器中；
在DCS操作员站的画面中设计脱硝出口NOx浓度控制器、烟囱入口NOx浓度控制器、氨逃逸浓度控制器以及脱硝出口NOx浓度预设值、氨逃逸浓度预设值的操作端，以便机组运行人员在DCS画面上进行控制器整定参数的人工修正、预设值的设定以及手/自动状态切换等操作。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统，其特征在于：
脱硝出口NOx控制器用于接收脱硝出口NOx浓度设定值和脱硝出口NOx浓度实测值，脱硝出口NOx控制器的输出端与第一模拟量切换开关的第一输入端口连接，烟囱入口NOx控制器用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和烟囱入口NOx浓度设定值，烟囱入口NOx控制器的输出端与第一模拟量切换开关的第二输入端口连接；
第一加法器用于接收烟囱入口NOx浓度实测值和脱硝出口NOx浓度设定值，第一加法器的输出端与第一乘法器的第一输入端连接，第一模拟量切换开关的输出端与第一乘法器的第二输入端连接，第一乘法器的输出端与第二乘法器的输入端连接，第二乘法器还用于接收烟气流量信号，第二乘法器的输出端与第三乘法器的输入端连接，第三乘法器的输出端与第二加法器的正输入端连接，第三乘法器还用于接收氨氮摩尔比信号；
微分控制器用于接收氨逃逸浓度值，微分控制器的输出端与折线函数发生器的输入端连接，折线函数发生器的输出端与第二加法器的负输入端连接；
第二加法器的输出端与第二模拟量切换开关的第一输入端连接，氨逃逸控制器用于接收氨逃逸浓度设定值和氨逃逸浓度实测值，氨逃逸控制器的输出端与第二模拟量切换开关的第二输入端连接；
高值判断模块用于接收氨逃逸浓度上限值与氨逃逸浓度实测值，高值判断模块的输出端与与门逻辑模块的第一输入端连接，低值判断模块用于接收脱硝出口NOx浓度下限值与脱硝出口NOx浓度实测值，低值判断模块的输出端与与门逻辑模块的第二输入端连接，与门逻辑模块的输出端与第二模拟量切换开关的信号输入端连接；
氨气流量控制器的正输入端与第二模拟量切换开关的输出端连接，氨气流量控制器的负输入端用于接收氨气实测流量值，氨气流量控制器的输出端与喷氨调节阀连接。
2.一种基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
利用权利要求1所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制系统，包括以下过程：
接收到仪表取样吹扫状态信号时，第一模拟量切换开关选择导通烟囱入口NOx控制器的输出信号，否则，第一模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制器的输出信号；
脱硝入口NOx浓度实测值减去脱硝出口NOx浓度设定值后的数据，与第一模拟量切换开关输出的NOx控制器的输出信号相乘，得到修正后需脱除掉的NOx浓度，再与烟气流量相乘，得到需脱除掉的NOx量，再乘以预设的氨氮摩尔比，得到需喷入的氨气量；
吹扫时，氨逃逸浓度大于预设值同时氨逃逸上升过快且超出预设值时，氨逃逸浓度值经微分控制器及折线函数控制器提前修正需喷入的氨气量。
3.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
当脱硝出口NOx浓度低于下限值且氨逃逸浓度高于上限值时，第二模拟量切换开关选择导通氨逃逸控制器的输出信号。
4.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
当脱硝出口NOx浓度实测值低于下限值且氨逃逸浓度低于上限值，或脱硝出口NOx浓度高于下限值时，第二模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制回路信号。
5.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
氨逃逸浓度的预设值为3ppm。
6.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
氨逃逸浓度的上限为3ppm。
7.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
脱硝出口NOx浓度的下限值为45mg/Nm3。
8.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
非吹扫期间或者标定期间，第一模拟量切换开关选择导通脱硝出口NOx控制器的输出信号。
9.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
氨逃逸上升采用微分控制器判断。
10.如权利要求2所述的基于氨逃逸监测的全工况脱硝控制方法，其特征在于：
脱硝入口NOx浓度实测值减去脱硝出口NOx浓度设定值后的数据作为脱硝出口NOx控制器的前馈信号。
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