CN116931416A - 一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法及系统，涉及火力发电厂燃煤锅炉烟气脱硝技术领域，根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成多因子综合补偿值；利用多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；将多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制；本发明通过对根据均匀烟气流场理论建立的典型脱硝控制回路进行补偿改进，动态、实时、准确调整喷氨调门的开度，确保锅炉在工况变动条件下实现高效的脱硝效率。
Description
技术领域
本发明属于火力发电厂燃煤锅炉烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法及系统。
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信息，不必然构成在先技术。
电厂锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术，通过还原剂氨气NH3，在适当的温度并有催化剂存在的条件下，将氮氧化物NOx转化为氮气和水，从而对烟气中的氮氧化物NOx进行控制；由于SCR烟气脱硝技术成熟、对锅炉运行影响较小、无副产品、脱硝效率高等优点，在电厂烟气脱硝中得到广泛的应用。
SCR原理是将还原剂喷入燃烧产生的烟气中，两者在反应器中进行充分接触；在催化剂的作用下，还原剂氨气NH3优先选择性地与烟气中的氮氧化物NOx反应，将烟气中的氮氧化物NOx还原为无毒的氮气和水，其主要反应式为：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(10
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O(2)
烟气中的氮氧化物NOx主要由NO和NO2组成，其中，NO体积约占NOx总体积的95％，NO2体积约占总体积的5％；因此，化学反应式(1)是脱硝反应的主要反应方程式。
脱硝系统运行时关键的动态参数为喷氨量，喷氨量即氨气(NH3)的喷入量是根据脱硝装置出口氮氧化物浓度及运行控制要求的脱硝效率计算出喷氨量，通过实时调整喷氨调节阀的开度，确保烟气脱硝效率满足要求。
脱硝控制难点在于SCR脱硝被控对象是一个大滞后、时变过程，滞后环节主要表现在两个方面：一方面，从喷氨调节阀动作到氨气和烟气中NOx进行催化还原反应存在滞后，另一方面，NOx相关信号的测量及反馈过程存在较长时间的滞后，同时负荷和燃烧状况发生变化时，由于燃烧过程的滞后，NOx不会及时地发生变化造成控制系统无法及时做出调整，容易引起SCR出口NOx浓度的超标。
国内对氨气流量的控制采用的方法有固定摩尔比控制方式、固定出口NOx浓度控制方式及根据摩尔比和SCR出口NOx浓度构造的串级控制三种控制方法，现普遍采用如图1所示的根据摩尔比和SCR出口NOx浓度构造的串级控制方法，即典型脱硝控制方法。
上述控制方法都是建立在烟气流场及氨气混合都均匀的基础上构建的控制逻辑；但是机组实际运行过程中，负荷的快速变化、工况快速调整等条件下，锅炉主要参数及SCR入口NOx、炉膛氧量均会大幅度波动，根据均匀烟气流场理论建立的喷氨控制回路，无法实现对喷氨量的快速调整，容易造成喷氨过程失调从而造成SCR出口NOx含量的剧烈波动，容易造成SCR出口烟气中NOx含量无法满足国家环保要求的问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法及系统，基于机组负荷、锅炉氧量与氧量设定值偏差、SCR入口NOx测量值三项指标，计算多因子综合补偿值，对根据均匀烟气流场理论建立的典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，并将补偿后的喷氨量转换为喷氨调门的开度变化量，动态、实时、准确调整喷氨调门的开度，确保锅炉在工况变动条件下实现高效的脱硝效率。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法。
一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，包括：
根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
进一步的，所述多因子综合补偿值，由氧量校正补偿值与SCR入口NOx动态补偿值相加后，再与机组负荷对应的静态补偿值相乘得到。
进一步的，所述氧量校正补偿值，具体为：
根据锅炉氧量测量值与设定值的偏差，通过PID控制器计算氧量校正值，基于氧量校正值，生成氧量校正补偿值。
进一步的，所述SCR入口NOx动态补偿值，具体为：
利用锅炉脱硝装置SCR入口NOx测量值，引入超前滞后算法构造的微分环节，以两个微分环节之和为NOx校正量，基于NOx校正值，生成动态补偿值。
进一步的，所述机组负荷对应的静态补偿值，是以机组实际负荷值为基准量生成相应补偿值。
进一步的，所述对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，具体为：
采用典型脱硝控制方法，根据摩尔比和SCR出口NOx浓度，计算喷氨量生成值；
将所述多因子综合补偿值与典型脱硝控制方法的喷氨量生成值相加，得到补偿后的喷氨量；
将补偿后的喷氨量输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，生成喷氨调门开度。
进一步的，所述得到最终的喷氨调门开度，具体为：
将喷氨调门开度和开度变化量相加，得到最终的喷氨调门开度。
本发明第二方面提供了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制系统。
一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制系统，包括多因子补偿模块、调门开度计算模块、开度变化量计算模块和喷氨调门控制模块；
多因子补偿模块，被配置为：根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
调门开度计算模块，被配置为：利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
开度变化量计算模块，被配置为：将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
喷氨调门控制模块，被配置为：基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法中的步骤。
本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法中的步骤。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明针对锅炉SCR脱硝被控对象调节滞后问题，构建基于机组负荷、锅炉运行氧量与氧量设定偏差、SCR入口NOx测量值三个指标的多因子补偿功能算法，补偿“喷氨调节阀动作到氨气和烟气中NOx进行催化还原反应存在的滞后”以及“NOx相关信号的测量及反馈过程存在的滞后”，通过动态实时调整喷氨调门的开度，确保烟气脱硝效率，保证脱硝系统的可靠性、经济性。
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为典型脱硝控制方法的流程图。
图2为第一个实施例的方法流程图。
图3为第二个实施例的系统结构图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，包括如下步骤：
一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，包括：
根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
下面对本实施例一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法的实现过程进行详细说明。
本实施例公开了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，在典型脱硝控制方案基础上增加动态补偿部分，基于影响因子，对典型脱硝控制方案进行优化，目的在于通过各类因子所构造的控制方案，较充分地抵消机组负荷变化及锅炉不同运行状态对SCR出口NOx的影响，提高脱销控制方案的适应性，提高脱硝控制的有效性，进而提高脱销效率；锅炉运行中影响SCR出口NOx参数变化的因素很多，如负荷变化、磨煤机运行方式、燃烧中心的变化、燃烧器风门及顶层风门的开度变化、燃料量品质变化等；不同的因素变化对机组运行参数的影响各不相同，而通过各种参数的变化与SCR出口NOx之间的动态联系，能够找出影响SCR出口NOx变化的主要因素，针对这些主要因素构建优化控制方案抵消其对SCR出口NOx变化的而影响，从而实现对SCR出口NOx的有效控制；本控制方案的主变量采用机组负荷、SCR入口NOx测量值、锅炉氧量与氧量设定三个指标构造完成。
机组是单元机组的简称，单元机组由锅炉、汽轮机、发电机及辅助系统构成；机组实际负荷是机组实发功率，通过采集发电机电流及电压信号，通过功率变送器计算出机组实际功率，机组负荷是该机组发电机输出的有功功率值。
图2是锅炉脱硝控制方法的流程图，如图2所示，一种基于多因子补偿的锅炉脱硝控制方法，是在典型脱硝控制方案基础上进行改进，具体包括：
步骤S1：构造典型脱硝控制方案，并在典型脱硝控制方案中设置接口位置；第一接口位置设置于典型脱硝控制方案的喷氨量生成回路，利用加法算法块Σ将多因子补偿输出值与典型脱硝控制方案的喷氨量生成值相加；第二接口位置位于典型喷氨量控制PID控制器输出之后，利用加法算法块Σ将多因子补偿量对应的喷氨调门开度变化量与PID控制器输出相加；
步骤S2：基于机组负荷、锅炉炉膛氧量与氧量设定值、SCR入口NOx测量值三个指标，通过构建控制算法逻辑分别组成补偿模块A/模块B/模块C，并根据各模块的输出构造综合输出值。
多因子综合补偿值由氧量校正补偿输出值与SCR入口NOx动态补偿值相加后再与机组负荷对应的补偿值相乘之后得到。
(1)机组负荷对应的静态补偿
构建以机组实际负荷为输入的函数f1(x)，输出补偿值，函数f1(x)的数值设置见表1：
表1负荷与函数f1(x)的对应关系
| 机组负荷(MW) | 0 | 100 | 150 | 250 | 300 | 350 |
| f1(x)输出 | 1 | 1 | 1.2 | 1.3 | 1.3 | 1.3 |
(2)氧量校正对应的校正补偿
使用氧化锆烟气氧量分析仪进行锅炉含氧量在线检测，得到锅炉氧量测量值，根据锅炉氧量测量值与设定值的偏差，通过氧量校正PID控制器快速计算实现脱硝需氨量的校正输出，根据锅炉燃烧氧量变化趋势提前补偿部分需氨量，实现SCR脱硝的提前控制；构建以氧量校正值为输入的函数f2(x)，输出校正补偿值，函数f2(x)的数值设置见表2：
表2氧量校正输出与函数f2(x)输出的对应关系
| 氧量校正输出 | 0 | 50 | 100 |
| f2(x)输出 | 0.8 | 1 | 1.2 |
氧量校正PID控制器，是通过氧量设定值与氧量测量值构建的，校正过程为：当氧量高于设定值时，氧量PID校正输出增加,f2(x)的输出同样增加，最终实现喷氨调阀开度的增加，提高脱硝系统的喷氨量，用来抵消因为氧量增加造成脱硝SCR入口NOX快速提高的影响。
(3)SCR入口NOx对应的动态补偿
机组实际运行中出现煤质变差情况下，为了稳定燃烧会增加送风量，而导致送风量偏大，为了保证送风量偏大工况下的脱硝效果，
对脱硝SCR入口NOx测量值构造微分环节，微分环节输出通过转换函数f3(x)输出补偿值，生成对应于SCR入口NOx快速变化的喷氨补偿量。函数f3(x)的设置值见表3：
表3补偿输出与函数f3(x)输出的对应关系
| 动态补偿输出 | -50 | -30 | -10 | 10 | 30 | 50 |
| f3(x)输出 | -15 | -10 | -5 | 7 | 15 | 18 |
通过步骤S2计算出多因子动态补偿值后，进入脱硝控制中的还原剂氨的生成环节。
构建以多因子动态补偿值为输入的函数f4(x)，通过功能函数f4(x)将多因子动态补偿值转换为对应的调门开度，函数f4(x)的数值设置见表4：
表4多因子动态补偿与调门开度关系
| 多因子动态补偿 | -50 | -30 | -10 | 10 | 30 | 50 |
| f4(x)输出 | -7 | -6 | -3 | 5 | 6 | 8 |
实施例二
在一个或多个实施例中，公开了一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制系统，如图3所示，包括多因子补偿模块、调门开度计算模块、开度变化量计算模块和喷氨调门控制模块；
多因子补偿模块，被配置为：根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
调门开度计算模块，被配置为：利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
开度变化量计算模块，被配置为：将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
喷氨调门控制模块，被配置为：基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
实施例三
本实施例的目的是提供计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法中的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供电子设备。
电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法中的步骤。
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)
1.一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，包括：
根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
2.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述多因子综合补偿值，由氧量校正补偿值与SCR入口NOx动态补偿值相加后，再与机组负荷对应的静态补偿值相乘得到。
3.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述氧量校正补偿值，具体为：
根据锅炉氧量测量值与设定值的偏差，通过PID控制器计算氧量校正值，基于氧量校正值，生成氧量校正补偿值。
4.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述SCR入口NOx动态补偿值，具体为：
利用锅炉脱硝装置SCR入口NOx测量值，引入超前滞后算法构造的微分环节，以两个微分环节之和为NOx校正量，基于NOx校正值，生成动态补偿值。
5.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述机组负荷对应的静态补偿值，是以机组实际负荷值为基准量生成相应补偿值。
6.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，具体为：
采用典型脱硝控制方法，根据摩尔比和SCR出口NOx浓度，计算喷氨量生成值；
将所述多因子综合补偿值与典型脱硝控制方法的喷氨量生成值相加，得到补偿后的喷氨量；
将补偿后的喷氨量输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，生成喷氨调门开度。
7.如权利要求1所述的一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法，其特征在于，所述得到最终的喷氨调门开度，具体为：
将喷氨调门开度和开度变化量相加，得到最终的喷氨调门开度。
8.一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制系统，其特征在于，包括多因子补偿模块、调门开度计算模块、开度变化量计算模块和喷氨调门控制模块；
多因子补偿模块，被配置为：根据负荷变化、炉膛氧量偏差、SCR入口NOx含量的变化，实时生成对应的多因子综合补偿值；
调门开度计算模块，被配置为：利用所述多因子综合补偿值，对典型脱硝控制方法的喷氨量生成值进行补偿，输入到典型脱硝控制回路中的喷氨调门PID控制器，得到喷氨调门开度；
开度变化量计算模块，被配置为：将所述多因子综合补偿值转换为喷氨调门的开度变化量；
喷氨调门控制模块，被配置为：基于喷氨调门开度和开度变化量，得到最终的喷氨调门开度，对锅炉脱硝喷氨量进行实时控制。
9.一种电子设备，其特征是，包括：
存储器，用于非暂时性存储计算机可读指令；以及
处理器，用于运行所述计算机可读指令，
其中，所述计算机可读指令被所述处理器运行时，执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其特征是，非暂时性地存储计算机可读指令，其中，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，执行权利要求1-7任一项所述方法的指令。
Priority Applications (1)
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| CN202310741038.3A CN116931416A (zh) | 2023-06-21 | 2023-06-21 | 一种基于多因子补偿的锅炉脱硝喷氨量控制方法及系统 |
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