CN210605447U - 一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，涉及烟气脱硝控制领域，包括布置在烟气脱硝反应器出口的NOX检测仪表及阀位检测装置，两者的输出端与信号隔离装置连接，再与模型预测控制器连接，控制器的输出端与氨水调节阀连接。模型预测控制器采用PLC控制器，包括CPU模块、电源模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，电源模块为整个模型预测控制器供电，两个输入信号均通过模拟量输入模块进行A/D转换，然后输入CPU模块，CPU模块对数据进行运算处理后将最优控制量通过模拟量输出模块输出至氨水调节阀，通过调节阀门开度控制喷氨量。本实用新型使烟气脱硝在满足NOX排放标准的同时降低喷氨量，还提高了火电机组烟气脱硝控制系统的经济性。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气脱硝控制领域，具体为一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置。
背景技术
当前，大气污染问题引起了社会的极大关注。在电力行业中，燃煤机组产生的NOX是最常见的大气污染物之一。研究表明，NOX直接危害人类健康，影响环境质量。目前，燃煤机组广泛应用的烟气脱硝技术包括选择性催化还原（SCR）技术和选择性非催化还原（SNCR）技术。
目前，火电机组烟气脱硝控制系统通常采用PID自动控制，通过机组排放的NOX设定值与实际值的偏差控制氨水调节阀的开度。然而，由于烟气脱硝系统具有大惯性、大迟延、多扰动和时变等特性，使PID控制在工况发生较大变化时不能满足自动控制要求，而且脱硝控制系统经济性较差。因此基于上述问题，我们需要在满足NOX排放标准的同时降低喷氨量，提高火电机组烟气脱硝控制系统的经济性。
发明内容
本实用新型为了解决现有技术中火电机组烟气脱硝控制系统在变工况时不能满足自动控制要求，且烟气脱硝控制系统经济性较差的问题，提供了一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置。
本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，包括布置在烟气脱硝反应器出口的NOX检测仪表及阀位检测装置，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端与信号隔离装置连接，所述信号隔离装置的输出端再与模型预测控制器连接，所述模型预测控制器的输出端与氨水调节阀连接。所述模型预测控制器采用PLC控制器，包括CPU模块、电源模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，所述电源模块为整个模型预测控制器供电，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端经过信号隔离装置输出至模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将输入的模拟信号转换为数字信号，所述模拟量输入模块的输出端与CPU模块连接，所述CPU模块经过模型预测控制算法计算最优控制量，所述CPU模块的输出端再与模拟量输出模块连接；所述模拟量输出模块的输出端与氨水调节阀连接，调节阀门开度控制喷氨量。
本实用新型是为了实现烟气脱硝的模型预测控制而设计的，主要是通过采集NOX检测仪表及阀位检测装置的数据，传输至模型预测控制器，然后经过模型预测控制器运算处理后输出控制量信号至氨水调节阀，达到预测控制的目的。NOX检测仪表检测脱硝反应器出口NOX浓度，输出4~20mA模拟量信号，经过模拟量信号隔离装置的信号隔离，传输给模型预测控制器的模拟量输入模块；同时阀位检测装置也将氨水调节阀的开度通过信号隔离装置进行隔离后反馈至模型预测控制器，两个输入信号均通过模拟量输入模块进行A/D转换，然后输入CPU模块，CPU模块对数据进行运算处理后将最优控制量传输至模拟量输出模块，然后模拟量输出模块再将控制量信号输出至氨水调节阀，通过调节阀门开度控制喷氨量，后续再将阀门开度反馈回模型预测控制器，以达到循环反馈的控制效果。
与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：本实用新型所提供的一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，解决了使烟气脱硝在满足NOX排放标准的同时降低喷氨量的问题，还提高了火电机组烟气脱硝系统的经济性。
附图说明
图1为本实用新型结构方框图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。
一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，如图1所示：包括布置在烟气脱硝反应器出口的NOX检测仪表及阀位检测装置，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端与信号隔离装置连接，所述信号隔离装置的输出端再与模型预测控制器连接，所述模型预测控制器的输出端与氨水调节阀连接。所述模型预测控制器采用PLC控制器，包括CPU模块、电源模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，所述电源模块为整个模型预测控制器供电，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端经过信号隔离装置输出至模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将输入的模拟信号转换为数字信号，所述模拟量输入模块的输出端与CPU模块连接，所述CPU模块经过模型预测控制算法计算最优控制量，所述CPU模块的输出端再与模拟量输出模块连接；所述模拟量输出模块的输出端与氨水调节阀连接，调节阀门开度控制喷氨量。
本实施例中，模拟量输出模块输出4~20mA模拟量信号控制氨水调节阀；所述PLC控制器采用S7-1200PLC，所述PLC控制器通过Profinet工业以太网与安装有TIA Portal组态软件的工控机连接，将编写的模型预测控制梯形图程序下载到S7-1200 PLC的CPU模块。
在本实施例中，安装有TIA Portal组态软件的工控机与S7-1200 PLC通过Profinet工业以太网通信，将编写的模型预测控制梯形图程序下载到S7-1200 PLC的CPU模块，实现烟气脱硝的模型预测控制，上述所提模型预测控制算法见文献“铉佳欢，动态矩阵预测控制的PLC实现及工业应用，华北电力大学，2017”。本实施例具体操作为：NOX检测仪表检测脱硝反应器出口NOX浓度，输出4~20mA模拟量信号，经过模拟量信号隔离装置的信号隔离，传输至模型预测控制器的模拟量输入模块；同时阀位检测装置也将氨水调节阀的开度通过信号隔离装置进行隔离后反馈至模型预测控制器，两个输入信号均通过模拟量输入模块进行A/D转换，然后输入CPU模块，CPU模块根据模型预测控制算法对数据进行运算处理后通过模拟量输出模块输出4~20mA模拟量信号控制氨水调节阀，同时阀位检测装置将氨水调节阀的开度反馈至模型预测控制器，模型预测控制器S7-1200 PLC依据NOX参考轨迹与NOX检测仪表的测量值，采用模型预测控制算法计算得出优化时域内的最优控制量，调节氨水调节阀的开度，以达到循环反馈的预测控制效果。
本实用新型要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有多种变形和更改，凡在本实用新型的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，其特征在于：包括布置在烟气脱硝反应器出口的NOX检测仪表及阀位检测装置，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端与信号隔离装置连接，所述信号隔离装置的输出端再与模型预测控制器连接，所述模型预测控制器的输出端与氨水调节阀连接；
所述模型预测控制器采用PLC控制器，包括CPU模块、电源模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，所述电源模块为整个模型预测控制器供电，所述NOX检测仪表及阀位检测装置的输出端经过信号隔离装置输出至模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将输入的模拟信号转换为数字信号，所述模拟量输入模块的输出端与CPU模块连接，所述CPU模块经过模型预测控制算法计算最优控制量，所述CPU模块的输出端再与模拟量输出模块连接；所述模拟量输出模块的输出端与氨水调节阀连接，调节阀门开度控制喷氨量。
2.根据权利要求1所述的一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，其特征在于：模拟量输出模块输出4~20mA模拟量信号控制氨水调节阀。
3.根据权利要求1所述的一种用于火电机组烟气脱硝的模型预测控制装置，其特征在于：所述PLC控制器采用S7-1200PLC，所述PLC控制器通过Profinet工业以太网与安装有TIAPortal组态软件的工控机连接，将编写的模型预测控制梯形图程序下载到S7-1200 PLC的CPU模块。
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