CN207478283U - 一种火电机组脱硝实时控制装置 - Google Patents

Abstract

一种火电机组脱硝实时控制装置，包括主环控制器、副环控制器和前馈控制器，所述主环控制器的三个输入端分别接脱硝反应器出口NOx浓度的设定值和反馈值以及烟气流量信号；所述前馈控制器的四个输入端分别接脱硝反应器的A侧入口NOx浓度传感器、B侧入口NOx浓度传感器、NOx预估浓度和烟气流量信号；主环控制器和前馈控制器的输出信号及脱硝反应器的氨气流量反馈信号分别接副环控制器的不同输入端，所述副环控制器的输出端接单片机的输入端，后者的输出端接脱硝反应器的喷氨阀门。本实用新型大幅提高了脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力，为准确控制喷氨量、减少氨逃逸和氨消耗量，实现全过程鲁棒性和全工况达标排放提供了技术保证。

Description

一种火电机组脱硝实时控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种火力发电机组脱硝系统的控制系统，可有效提高脱硝系统全过程鲁棒性，实现全工况达标排放，属于发电技术领域。

背景技术

现阶段，环境污染已经成为困扰社会发展和人类生命健康的重要因素，随着电力工业的迅速发展，燃煤发电机组的参数和容量不断增大，燃煤电厂排放出的NOx对大气所造成的污染日益严重，很多地区出现了光化学烟雾，而且其污染还在不断加剧。控制氮氧化物排放量已成为污染重点治理工作，实现氮氧化物的超低近零排放是现阶段亟须解决的重要问题。

选择性催化还原法(SCR)脱硝是用于燃煤电厂控制NOx排放量的有效方法，由于其较高的脱硝效率，也成为近年来大型火电机组脱硝系统改造的首选类型。工程应用中，火电厂对喷氨量的控制大部分依靠手动调节阀门开度或传统PID控制器来实现，控制效果并不理想，部分电厂SCR出口NOx浓度超过国家对大气污染物的排放限定值，并且不能在实现喷氨量优化控制的同时保证SCR出口NOx浓度稳定在设定值。由于控制设计不完善、控制目标不明确、现场测量条件差等问题，部分火电机组的SCR脱硝控制滞后性较大，当SCR入口NO_X浓度测点吹扫时，测点数值处于失真状态，此时喷氨量不能及时地针对SCR入口NO_X浓度的变化做出相应的调整，导致系统的自动投入率和投入效果均较差，使得整个脱硝系统的运行性能明显受到影响。因此，如何提高火力发电机组脱硝系统全过程鲁棒性，实现全工况达标排放就成为有关技术人员面临的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种火电机组脱硝实时控制装置，以提高脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力。

本实用新型所述问题是以下述技术方案解决的：

一种火电机组脱硝实时控制装置，构成中包括主环控制器、副环控制器和前馈控制器，所述主环控制器的三个输入端分别接脱硝反应器出口NOx浓度的设定值和反馈值以及烟气流量信号；所述前馈控制器的四个输入端分别接脱硝反应器的A侧入口NOx浓度传感器、B侧入口NOx浓度传感器、NOx预估浓度和烟气流量信号；主环控制器和前馈控制器的输出信号及脱硝反应器的氨气流量反馈信号分别接副环控制器的不同输入端，所述副环控制器的输出端接单片机的输入端，后者的输出端接脱硝反应器的喷氨阀门。

上述火电机组脱硝实时控制装置，所述主环控制器和副环控制器均为PID控制器。

上述火电机组脱硝实时控制装置，所述脱硝反应器出口NOx浓度的设定值由上位计算机键盘输入，脱硝反应器出口NOx浓度的反馈值为出口NOx浓度传感器测得的信号，烟气流量信号为烟气流量传感器输出端测得的信号。

上述火电机组脱硝实时控制装置，所述氨流量传感器安装在喷氨管路上，它的输出端输出脱硝反应器的氨气流量反馈信号。

本实用新型采用串级加前馈的控制方式设计控制装置，大幅提高了脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力，实现了SCR入口NOx浓度变化及失真时所需喷氨量的动态修正，为准确控制喷氨量、减少氨逃逸和氨消耗量，实现全过程鲁棒性和全工况达标排放、提高火电厂脱硝自动化水平提供了专用控制装置。

附图说明

图1是本实用新型的电原理图。

图中各标号和符号为：SCR、脱硝反应器，PC、上位计算机，U1、主环控制器，U2、副环控制器，U3、前馈控制器，U4、单片机，V、喷氨阀门，AL、氨流量传感器，NC、出口NOx浓度传感器，NR、入口NOx浓度传感器，YL、烟气流量传感器，NA、A侧入口NOx浓度传感器，NB、B侧入口NOx浓度传感器，NYG、Nox预估浓度。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

参看图1，本实用新型提供了一种功能完善的脱硝自动控制装置，主要包括上位计算机PC、主环控制器U1、副环控制器U2、前馈控制器U3、氨流量传感器AL、出口NOx浓度传感器NC、入口NOx浓度传感器NR、烟气流量传感器YL、A侧入口NOx浓度传感器NA和B侧入口NOx浓度传感器NB。主环控制器以DSP为核心，副环控制器以STC15F4K60S4单片机为核心。

本脱硝控制系统采用串级加前馈的控制方式，该控制装置副回路为氨气流量控制，主回路为出口NOx浓度控制。反应器出口NOx浓度作为被调量，喷氨阀门的开度为调节量。串级控制装置有两个控制器，其中出口NOx浓度控制器为主环控制器U1，上位计算机PC给定出口NOx浓度设定值，主环控制器U1的PID参数值根据反应器出口NOx浓度传感器NC测得的出口NOx浓度反馈信号修正，以维持出口NOx浓度稳定。前馈控制器U3输出喷氨量前馈控制信号，NH₃流量控制器为副环控制器U2，它接收主环控制器U1和前馈控制器U3的输出信号及来自喷氨管路上的氨流量传感器AL测得的实际氨气流量反馈信号，来快速准确地调节喷氨阀门开度。

在副环中引入前馈控制，主要通过烟气流量、SCR入口NOx浓度(即脱硝反应器入口NOx浓度)变化及炉内燃烧NOx生成预估值来实现；烟气流量反映机组负荷变化；SCR入口NOx浓度变化反映了不同负荷下，SCR内脱硝过程的氨/氮摩尔比；而炉内燃烧NOx生成预估值则反映了由于炉内煤粉燃烧过程组织方式不同对烟气中NOx生成的影响，其影响因素主要有机组负荷、一次风量(反映炉内燃烧温度水平)、氧量(过量空气系数)、各二次风量(或二次风门组合方式)、燃料成分(主要是挥发分、收到基氮含量)。这些前馈信号都是反映锅炉炉内燃烧完成后、进入SCR反应器之前，烟气中NOx浓度的变化。以前馈方式加入脱硝自动控制装置中，可以预先预测出大的参数变化，提前修正喷氨阀门开度指令，提高SCR自动控制系统的鲁棒性。

前馈控制器U3同时接入了A侧入口NOx浓度和B侧入口NOx浓度，通过对比并行运行的对侧SCR的入口NOx浓度的测量值来消除吹扫过程导致的入口NOx浓度的测点数据失真的干扰。如果B侧入口NOx浓度的测点数据处于失真状态，喷氨量不能及时反映SCR入口NOx浓度变化的影响，此时利用对侧(A侧)入口NOx浓度的瞬时变化值来预测B侧入口信号，从而使得脱硝NOx自动控制装置稳定，适应吹扫时测点的失真及各种变负荷工况。与传统PID控制器相比，本控制装置可以提高脱硝效率，实现喷氨量的自动精确控制，减少氨逃逸率和氨消耗量。

上位计算机传达控制命令给主环控制器，主环控制器把喷氨控制的各项状态参数传回上位计算机以显示实时的脱硝运行状况。主环控制器连接各个喷氨器的副环控制器，把目标NOx浓度，喷氨的控制方法输入副环控制器同时通过副环控制器获得喷氨的实际控制情况。

本实用新型中的前馈控制器U3和单片机U4均选用STC15F4K60S4单片机；主环控制器U1、副环控制器U2采用相同的器件，均为XMPA-3000系列。副环控制器连接8路出口NOx浓度传感器NC(烟气检测传感器)获得各区域NO_X的实时浓度，输出信号给喷氨阀门V，控制进入反应器的氨气量在适当范围以适应进入脱硝反应器的实时NO_X含量。为了提高测量精度，在实际的NO_X浓度检测中，在烟气出口处安装多路NO_X浓度传感器，测出的出口NO_X浓度反馈给主环控制器。

本实用新型针对脱硝控制的大滞后特性，采用预测及前馈控制技术对扰动因素进行动态补偿，从反应源头及时预测SCR入口NOx浓度的波动，大幅提高了脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力。

Claims (4)

1.一种火电机组脱硝实时控制装置，其特征是，构成中包括主环控制器(U1)、副环控制器(U2)和前馈控制器(U3)，所述主环控制器(U1)的三个输入端分别接脱硝反应器出口NOx浓度的设定值和反馈值以及烟气流量信号；所述前馈控制器(U3)的四个输入端分别接脱硝反应器的A侧入口NOx浓度传感器(NA)、B侧入口NOx浓度传感器(NB)、NOx预估浓度和烟气流量信号；主环控制器(U1)和前馈控制器(U3)的输出信号及脱硝反应器的氨气流量反馈信号分别接副环控制器(U2)的不同输入端，所述副环控制器(U2)的输出端接单片机(U4)的输入端，后者的输出端接脱硝反应器的喷氨阀门(V)。

2.根据权利要求1所述的火电机组脱硝实时控制装置，其特征是，所述主环控制器(U1)和副环控制器(U2)均为PID控制器。

3.根据权利要求2所述的火电机组脱硝实时控制装置，其特征是，所述脱硝反应器出口NOx浓度的设定值由上位计算机(PC)键盘输入，脱硝反应器出口NOx浓度的反馈值为出口NOx浓度传感器(NC)测得的信号，烟气流量信号为烟气流量传感器(YL)输出端测得的信号。

4.根据权利要求3所述的火电机组脱硝实时控制装置，其特征是，增设氨流量传感器(AL)，所述氨流量传感器(AL)安装在喷氨管路上，它的输出端输出脱硝反应器的氨气流量反馈信号。