CN115253620B - 一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法及系统，其中方法包括以下步骤：对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；对喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于仪表反吹扫工作的状态采集NO_x浓度正常检测值；基于换向判断结果、NO_x浓度正常检测值、烟气量和窑炉平均温度，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；采集实际喷氨流量，基于目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于喷氨控制量进行喷氨流量控制。本申请解决了窑炉换向期间NO_x浓度下降，喷氨不精准从而造成氨逃逸的问题，使总体喷氨量降低，将出口的NO_x浓度精准控制；同时精确地控制喷氨量，并能有效地控制NH₃量，满足生产和环保要求。

Description

一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法及系统

技术领域

本申请涉及玻璃制造领域，具体涉及一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法及系统。

背景技术

玻璃窑炉为玻璃制造行业所必须拥有的一种熔化装置。

从投料到原料在窑炉内熔化、澄清、均化和冷却，经过一系列的物理、化学和物理反应，最终形成均匀、无气泡、符合成型温度要求的熔融玻璃液，是一个复杂的工艺过程。整个过程要求玻璃液的温度、液位必须满足工艺要求，以保证产品质量。主要控制内容包括熔化池及工作池的温度、助风流量、天然气流量、玻璃液位、窑炉压力的自动调节以及通道温度自动调节、燃烧系统的定时交换控制等。

玻璃熔窑生产过程中产生大量的NO_x和SO₂，NO_x和SO₂气体排入大气层极易形成酸雨，造成环境污染。过高的NO_x还容易造成光化学污染。由于玻璃窑炉的温度较高，因此有大量的热力型NO_x产生。热力型NO_x是导致玻璃窑炉NO_x排放浓度高的主要原因。

玻璃窑炉与普通工业锅炉、电厂锅炉相比，存在熔制温度高、左右定时换火等特点。玻璃窑炉在高温熔制玻璃液过程中，热点温度高达1400~1500℃，产生大量热力型NO_x，导致烟气中的NO_x 浓度达到1500~2000 mg/Nm³ ，远远高于普通工业锅炉和电厂锅炉烟气的NO_x浓度（约400~600 mg/Nm³），为此玻璃窑炉SCR脱硝对催化剂的性能要求更为苛刻。

在玻璃窑炉左右换火燃烧时，存在燃烧瞬间停止过程，该过程会导致玻璃窑炉烟气中NO_x浓度下降速度很快，O₂含量增大较多，此时的烟气通过脱硝反应器时，如不及时调整NH₃的用量，会出现还原剂瞬间过量的现象，势必造成NH₃的逃逸和副反应的产生，不利于系统的稳定运行。

发明内容

本申请公开了一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法及系统，检测NOx浓度、烟气量和窑炉平均温度等数据，并对这些数据进行计算处理，进而控制喷氨流量。

为实现上述目的，本申请提供了以下方案：

一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法，包括以下步骤：

对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；

对所述喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于所述仪表反吹扫工作的状态采集NO_x浓度正常检测值；

采集烟气量和窑炉平均温度，基于所述换向状态判断结果、所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；

采集实际喷氨流量，基于所述目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于所述喷氨控制量进行喷氨流量控制。

优选的，所述换向判断方法包括：

采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；

基于所述滤波处理结果进行换向判断：当所述滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当所述滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态。

优选的，获得所述NO_x浓度正常检测值的方法包括：

基于所述仪表反吹扫工作的状态检测所述NO_x浓度正常检测值：当判定为未进行所述仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的所述NO_x浓度正常检测值；当判定为进行所述仪表反吹扫工作时，检测所述仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为所述NO_x浓度正常检测值。

优选的，所述目标喷氨流量计算方法包括：

采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；

基于所述折线函数F(X)，分别输入特定输出值和所述NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；

基于所述折线函数F(X)，分别输入所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；

将所述第一计算结果和所述第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量。

优选的，所述特定输出值计算方法包括：

当判定为正常状态时，输入常数A并进行滤波和限速，得到所述特定输出值；

当判定为灭火状态时，切换为常数O并进行滤波和限速，得到所述特定输出值。

优选的，得到所述喷氨控制量的方法包括：

基于所述折线函数F(X)，输入所述实际喷氨流量进行计算，得到第三计算结果；

基于所述第三计算结果和所述目标喷氨流量构成控制偏差，基于所述控制偏差通过PID计算，得到所述喷氨控制量。

本申请还提供了一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制系统，包括：换向判断模块、NO_x检测模块、喷氨流量计算模块和喷氨控制模块；

所述换向判断模块与所述喷氨流量计算模块连接，所述换向判断模块用于对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；

所述NO_x检测模块与所述喷氨流量计算模块连接，所述NOx检测模块对所述喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于所述仪表反吹扫工作的状态采集NO_x浓度正常检测值；

所述喷氨流量计算模块还与所述喷氨控制模块连接，所述喷氨流量计算模块用于基于所述换向状态判断结果和所述NO_x浓度正常检测值，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；

所述喷氨控制模块用于采集实际喷氨流量，所述喷氨控制模块基于所述目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于所述喷氨控制量进行喷氨流量控制。

优选的，所述换向判断模块的工作流程包括：

采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；基于所述滤波处理结果进行换向判断：

当所述滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当所述滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态。

优选的，所述NO_x检测模块的工作流程包括：

对所述喷火管道进行所述仪表反吹扫工作；

基于所述仪表反吹扫工作的状态检测所述NO_x浓度正常检测值：当判定为未进行所述仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的所述NO_x浓度正常检测值；当判定为进行所述仪表反吹扫工作时，检测所述仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为所述NO_x浓度正常检测值。

优选的，所述喷氨流量计算模块的工作流程包括：

采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；

基于所述折线函数F(X)，分别输入特定输出值和所述NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；

基于所述折线函数F(X)，分别输入所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；

将所述第一计算结果和所述第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量。

本申请的有益效果为：

（1）本申请可组态到脱硫、硝系统的DCS中，也可通过外挂PLC形式投入自动控制；

（2）本申请主要解决了窑炉换向期间NO_x浓度下降，喷氨不精准从而造成氨逃逸的问题，使总体喷氨量降低了20%，将出口的NOx浓度精准的控制在±5mg之内；

（3）本申请技术方案可全程投入自动控制，精确地控制喷氨量，并能有效地控制NH₃量，满足生产和环保要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的方法流程示意图；

图2为本申请实施例的目标喷氨流量计算流程示意图；

图3为本申请实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

在本实施例一中，如图1所示，一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法，包括以下步骤：

S1.对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；换向判断方法包括：采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；基于滤波处理结果进行换向判断：当滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态。

其中，灭火状态是指：玻璃窑炉换向导致的排放不稳定。玻璃窑炉一般每隔一段时间需要进行一次换向，在换向过程中火焰骤停，导致NO_x浓度下降、烟气波动较大、烟气温度也有的波动范围，喷氨量也需要重新调整；在本实施例中，预设阈值可选择正常值的30%。

S2.对喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于仪表反吹扫工作状态检测NO_x浓度正常检测值；获得NO_x浓度正常值的方法包括：当判定为未进行仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的NO_x浓度正常检测值；当判定为进行仪表反吹扫工作时，检测仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为NO_x浓度正常检测值。

其中，反吹扫是为了除去管道中的烟尘，防止管道堵塞，此时烟气的流动方向与原来相反，反吹扫的过程中烟气不能进行正常的流量监测；仪表反吹扫工作的前一预设时间段可设定为仪表反吹扫工作前1秒。

S3.采集烟气量和窑炉平均温度，基于所述换向状态判断结果、所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；如图2所示，目标喷氨流量计算方法包括：采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；基于折线函数F(X)，分别输入特定输出值和NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；基于折线函数F(X)，分别输入NO_x浓度正常检测值、烟气量和窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；将第一计算结果和第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量。

其中，折线函数F(X)为保证输入和输出是线性关系，选择分段一次函数；在本实施例中，将分段一次函数分为10段，每段函数均为单调递增，其中，X₀-X₁为第1段、X₁-X₂为第2段，以此顺序类推，至X₉-X₁₀为第10段，函数中各段端点值，即X₀、X₁……X₁₀以及F(X₀)、F(X₁)……F(X₁₀)，需要根据不同的工程情况下的NO_x值、烟气量等输入值进行设定。

其中，特定输出值的获得方法为：当判定为正常状态时，输入常数A并进行滤波和限速，得到特定输出值；当判定为灭火状态时，切换为常数O并进行滤波和限速，得到特定输出值；其中，正常状态为未输入灭火信号时的状态，灭火状态为输入灭火信号时的状态。

其中，常数A=0；为达到少喷氨的目的，常数O必须为负常数，即常数O＜0，常数O的具体数值计算方法为：常数O=(换向前NO_x浓度-换向期间NO_x浓度)×氨氮摩尔比。

本实施例中，使用了延时通和限速，其中延时通的目的是为了时间匹配，限速的目的是为了和滤波一起使喷氨量的变化时间和速度与烟气中NO_x变化的速度匹配。

S4.采集实际喷氨流量，基于目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于喷氨控制量进行喷氨流量控制；获得喷氨控制量的方法包括：基于折线函数F(X)，输入实际喷氨流量进行计算，得到第三计算结果；基于第三计算结果和目标喷氨流量构成控制偏差，基于控制偏差通过PID计算，得到喷氨控制量；再基于喷氨控制量发出变频指令进行自动控制。

当发出的变频指令出现通讯中断时，可以将自动控制转换为手动控制。

实施例二

在本实施例二中，如图3所示，一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制系统，包括：换向判断模块、NO_x检测模块、喷氨流量计算模块和喷氨控制模块。

换向判断模块与喷氨流量计算模块连接，用于对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果。

换向判断模块的工作流程为：采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；基于滤波处理结果进行换向判断：当滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态；在本实施例中，预设阈值可选择正常值的30%。

NO_x检测模块与喷氨流量计算模块连接，用于进行仪表反吹扫工作，并基于仪表反吹扫工作状态检测NO_x浓度正常检测值。反吹扫是为了除去管道中的烟尘，防止管道堵塞，此时烟气的流动方向与原来相反，反吹扫的过程中烟气不能进行正常的流量监测。

NO_x检测模块的工作流程为：对喷火管道进行仪表反吹扫工作，当判定为未进行仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的NO_x浓度正常检测值；当判定为进行仪表反吹扫工作时，检测仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为NO_x浓度正常检测值。

喷氨流量计算模块还与喷氨控制模块连接，用于基于NO_x浓度正常检测值，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量。

喷氨流量计算模块的工作流程为：采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；基于折线函数F(X)，分别输入特定输出值和NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；基于所述折线函数F(X)，分别输入NO_x浓度正常检测值、烟气量和窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；将第一计算结果和第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量；其中，特定输出值的获得方法为：当判定为正常状态时，输入常数A并进行滤波和限速，得到特定输出值；当判定为灭火状态时，切换为常数O并进行滤波和限速，得到特定输出值；其中，正常状态为未输入灭火信号时的状态，灭火状态为输入灭火信号时的状态。

喷氨控制模块用于采集实际喷氨流量，基于所述目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于喷氨控制量进行喷氨流量控制。

喷氨控制模块的工作流程为：基于折线函数F(X)，输入实际喷氨流量进行计算，得到第三计算结果；基于第三计算结果和目标喷氨流量构成控制偏差，基于控制偏差通过PID计算，得到喷氨控制量，再基于喷氨控制量发出变频指令进行自动控制。当发出的变频指令出现通讯中断时，可以将自动控制转换为手动控制。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；

对所述喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于所述仪表反吹扫工作的状态采集NO_x浓度正常检测值；

采集烟气量和窑炉平均温度，基于所述换向状态判断结果、所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；

采集实际喷氨流量，基于所述目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于所述喷氨控制量进行喷氨流量控制；

所述换向判断方法包括：

采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；

基于所述滤波处理结果进行换向判断：当所述滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当所述滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态；

获得所述NO_x浓度正常检测值的方法包括：

基于所述仪表反吹扫工作的状态检测所述NO_x浓度正常检测值：当判定为未进行所述仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的所述NO_x浓度正常检测值；当判定为进行所述仪表反吹扫工作时，检测所述仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为所述NO_x浓度正常检测值；

所述目标喷氨流量计算方法包括：

采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；

基于所述折线函数F(X)，分别输入特定输出值和所述NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；

基于所述折线函数F(X)，分别输入所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；

将所述第一计算结果和所述第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量。

2.根据权利要求1所述一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法，其特征在于，所述特定输出值计算方法包括：

当判定为正常状态时，输入常数A并进行滤波和限速，得到所述特定输出值；

当判定为灭火状态时，切换为常数O并进行滤波和限速，得到所述特定输出值。

3.根据权利要求1所述一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制方法，其特征在于，得到所述喷氨控制量的方法包括：

基于所述折线函数F(X)，输入所述实际喷氨流量进行计算，得到第三计算结果；

基于所述第三计算结果和所述目标喷氨流量构成控制偏差，基于所述控制偏差通过PID计算，得到所述喷氨控制量。

4.一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制系统，其特征在于，包括：换向判断模块、NO_x检测模块、喷氨流量计算模块和喷氨控制模块；

所述换向判断模块与所述喷氨流量计算模块连接，所述换向判断模块用于对喷火管道进行换向判断，得到换向状态判断结果；

所述NO_x检测模块与所述喷氨流量计算模块连接，所述NO_x检测模块对所述喷火管道进行仪表反吹扫工作，并基于所述仪表反吹扫工作的状态采集NO_x浓度正常检测值；

所述喷氨流量计算模块还与所述喷氨控制模块连接，所述喷氨流量计算模块用于基于所述换向状态判断结果和所述NO_x浓度正常检测值，进行喷氨流量计算，得到目标喷氨流量；

所述喷氨控制模块用于采集实际喷氨流量，所述喷氨控制模块基于所述目标喷氨流量进行整合计算，得到喷氨控制量，并基于所述喷氨控制量进行喷氨流量控制；

所述喷氨流量计算模块的工作流程包括：

采集烟气量和窑炉平均温度，设定NO_x出口浓度设定值和折线函数F(X)；

基于所述折线函数F(X)，分别输入特定输出值和所述NO_x浓度设定值进行计算并求和，得到第一计算结果；

基于所述折线函数F(X)，分别输入所述NO_x浓度正常检测值、所述烟气量和所述窑炉平均温度进行计算并相乘，得到第二计算结果；

将所述第一计算结果和所述第二计算结果进行相乘并限幅，得到目标喷氨流量。

5.根据权利要求4所述一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制系统，其特征在于，所述换向判断模块的工作流程包括：

采集通入天然气总流量，进行滤波处理得到滤波处理结果；基于所述滤波处理结果进行换向判断：

当所述滤波处理结果的输出值高于预设阈值时，则判定为正常状态；当所述滤波处理结果的输出值低于预设阈值时，则发出报警信号，并判定为灭火状态。

6.根据权利要求4所述一种玻璃窑炉脱硝喷氨自动控制系统，其特征在于，所述NO_x检测模块的工作流程包括：

对所述喷火管道进行所述仪表反吹扫工作；

基于所述仪表反吹扫工作的状态检测所述NO_x浓度正常检测值：当判定为未进行所述仪表反吹扫工作时，检测并直接输出脱硫入口的所述NO_x浓度正常检测值；当判定为进行所述仪表反吹扫工作时，检测所述仪表反吹扫工作的前一预设时间段的NO_x浓度值，并输出为所述NO_x浓度正常检测值。

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