CN109107387A - 一种脱硝***自动喷氨控制方法和控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脱硝***自动喷氨控制方法和控制***，涉及化工自动化技术领域。所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况定义为外扰；根据每种扰动作出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。本发明的锅炉脱硝***自动喷氨控制***包括气体检测***和自动控制喷氨量的自抗扰控制器；气体检测***的检测数据作为自抗扰控制器的扰动因素。
Description
技术领域
本发明涉及化工自动化技术领域，尤其涉及一种脱硝***自动喷氨控制方法和控制***。
背景技术
选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其化学反应式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O；6NO2+8NH3→7N2+12H2O。反应温度常在230～450℃。由于锅炉燃烧波动变化频繁，SCR入口NOx波动剧烈。锅炉运行人员难以精准掌握还原剂用量，导致喷入过量氨水，使得氨逃逸率较大，还原剂用量较大、经济效益较差。SCR***内的喷氨过量会引起副反应发生，易生成硫酸氢氨等有害物质，造成空预器差压异常甚至堵塞；副反应的发生同时引发催化剂中毒，影响催化剂寿命；过量喷氨产生的逃逸氨随烟气进入脱硫***，溶于浆液中，最终导致外排水氨氮含量超标；产生的硫酸氢氨沉积在空预器、低温省煤器和除尘器上，影响机组的热效率，且降低了脱硝效果及机组的安全经济运行。锅炉运行人员既要保证锅炉烟气NOx不超过国家环保限值，又要根据机组情况，尽量少的使用还原剂，尽量避免上述危害锅炉安全稳定经济运行的情况发生。
为达到以上目标，需要对SCR入口、出口位置的烟气成分进行测量。SCR脱硝装置常布置在锅炉烟道出口后，除尘装置入口前，当前SCR脱硝装置的入口、出口位置常常已布置烟气取样装置。目前烟气取样装置往往为单点取样，而脱硝出口烟气存在紊流严重、高温高尘等特点；烟道具有直管径短、变径多或转角多等特点；SCR脱硝装置区域流场复杂多变，且受烟气温度影响大；SCR区域烟气流速快，CEMS分析仪表分析烟气慢，烟气检测存在延迟。上述问题加剧了局部喷氨过量，影响了空预器等烟道后部设备运行，同时也影响了SCR效率。
故，现有喷氨控制技术存在以下问题：1.烟气测量不准确，取样点单一，所取烟气无代表性，不能表现出整个SCR烟道内烟气特性，烟气分析结果对精准控制喷氨量帮助不大。2.锅炉环保***工艺复杂，烟气经过SCR脱硝装置后还要经过除尘、脱硫工序，最终进入烟囱排入大气。按国家环保政策规定，要求烟囱排入大气处NOx不超过限值(该处NOx值一般称“净烟气NOx”，SCR出口NOx值一般称“SCR出口NOx”)。此两处测得的气体含量存在时间的滞后，根据锅炉烟道长短不同，时滞时间大致在3-6分钟，且该时间受燃烧等扰动影响大。控制喷氨量的喷氨流量调节阀安装在SCR区域，上述时滞时间及燃烧扰动的影响使喷氨流量调节阀的开度难以准确跟踪净烟气NOx，进而造成锅炉运行人员难以尽量少的使用还原剂。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种脱硝***自动喷氨控制方法和控制***，主要目的是解决脱硝***不能精准控制喷氨量的问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种锅炉脱硝***自动喷氨控制方法，所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。
另一方面，本发明实施例提供了一种气体检测***，所述气体检测***包括气体取样装置和气体分析设备。
作为优选，所述气体分析设备为气体分析仪表，用于检测气体温度、气体湿度、气体含量、气体压力和气体流速。
作为优选，所述气体取样装置包括多个气体取样单元和一个多切一气体输送设备；所述多切一气体输送设备的多个入口与多个所述气体取样单元的出口对应连通以形成多条取样气体输送管路，所述多切一气体输送设备用于控制所述多条取样气体输送管路的连通或关闭，并将连通管路中的取样气体输送至其他工序；
其中，所述气体取样单元包括用于在待检测区域采集待检测气体的气体取样设备、用于为所述气体取样设备提供抽气动力的抽气设备以及用于存储取样气体的气体存储设备；所述气体取样设备的入口处于所述待检测区域内，所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口连通。
作为优选，所述气体取样设备为气体取样管；所述抽气设备为压力可调的气体泵；所述气体存储设备为气体存储罐；所述多切一气体输送设备为多切一流量控制阀；所述气体取样装置安装于SCR脱硝装置的烟道内，用于对烟道的烟气进行取样并输送。
作为优选，所述气体取样设备固定设于所述待检测区域内；所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通。
作为优选，所述多切一气体输送设备从所述多条取样气体输送管路中选择一条气体输送管路进行连通，同时关闭其它气体输送管路；所述多个气体取样单元在所述待检测区域内呈矩阵设置。
作为优选，所述气体取样单元包括前馈监测箱，所述前馈监测箱固定设于所述待检测区域内且邻近所述气体取样设备；所述前馈监测箱内设有用于检测气体温度的气体温度传感器和用于检测气体浓度的气体浓度传感器，所述气体温度传感器的探头和所述气体浓度传感器的探头均处于所述待检测区域内。
作为优选，所述气体浓度传感器为一氧化氮浓度检测传感器；所述气体温度传感器的输出端和所述气体浓度传感器的输出端均通过线缆与综合线缆接头的入口连接，所述综合线缆接头的出口通过综合线缆管与外界设备连接。
又一方面，本发明实施例提供了一种锅炉脱硝***自动喷氨控制***，所述控制***包括用于检测气体特性的气体检测***和用于根据锅炉脱硝***内扰因素和外扰因素自动控制喷氨量的自抗扰控制器；所述气体检测***的检测数据作为所述自抗扰控制器的内扰或外扰因素；其中，所述气体检测***为权利要求2-9任一项所述的一种气体检测***；
所述内扰因素为净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率；所述外扰因素为锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况；
所述自抗扰控制器的核心部件包括扩张状态观测器，其用于实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制各种扰动源；所述扩张状态观测器的扰动源为所述内扰因素和所述外扰因素。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的气体取样装置结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的气体取样装置的前馈监测箱结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的气体检测***结构示意图。
附图标记：
1 SCR烟道；2气体取样单元，21气体取样设备，22抽气设备，23气体存储设备，24前馈监测箱，241气体温度传感器，242气体浓度传感器，243综合线缆接头，244综合线缆管；3多切一气体输送设备；4气体输送总管道；5气体分析设备。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
如图1所示，一种气体取样装置，包括多个气体取样单元2和一个多切一气体输送设备3；上述多切一气体输送设备3的多个入口与多个上述气体取样单元2的出口对应连通以形成多条取样气体输送管路，上述多切一气体输送设备3用于控制上述多条取样气体输送管路的连通或关闭，并将连通管路中的取样气体输送至其他工序；其中，上述气体取样单元2包括用于在待检测区域采集待检测气体的气体取样设备21、用于为上述气体取样设备提供抽气动力的抽气设备22和用于存储取样气体的气体存储设备23；上述气体取样设备的入口处于上述待检测区域内，上述气体取样设备21的出口与上述抽气设备22的入口连通，上述抽气设备22的出口与上述气体存储设备23的入口连通，上述气体存储设备23的出口与上述多切一气体输送设备3的入口连通。
作为上述实施例的优选，上述气体取样设备21为气体取样管；上述抽气设备22为压力可调的气体泵，通过调节气体泵的出口压力，可保证各取样管中抽取的气体进入存储设备中的时间一致；上述气体存储设备23为气体存储缓冲罐；上述多切一气体输送设备3为多切一流量控制阀，该控制阀有多个入口，仅有一个出口，通过继电器控制，同一时间内只有唯一一个确定的入口与气体输送总管道连通。
作为上述实施例的优选，上述气体取样装置安装于SCR脱硝装置的烟道1内，用于对烟道1的烟气进行取样、存储并输送出。
作为上述实施例的优选，上述气体取样设备固定设于上述待检测区域内，每一个气体取样设备负责抽取该区域的气体(如烟道烟气)；上述气体取样设备的出口与上述抽气设备的入口在上述待检测区域的外部通过管道连通，上述抽气设备的出口与上述气体存储设备的入口在上述待检测区域的外部通过管道连通，上述气体存储设备的出口与上述多切一气体输送设备的入口在上述待检测区域的外部通过管道连通。
作为上述实施例的优选，上述气体取样单元包括前馈监测箱24，如图1所示，上述前馈监测箱24固定设于上述待检测区域内且邻近上述气体取样设备21；如图2所示，上述前馈监测箱24内设有用于检测气体温度的气体温度传感器241和用于检测气体浓度的气体浓度传感器242，上述气体温度传感器的探头和上述气体浓度传感器的探头均处于上述待检测区域内，实时采集并监测该区域内的气体温度及含量(例如采集烟道烟气的温度和一氧化氮含量)。
作为上述实施例的优选，上述气体浓度传感器为一氧化氮浓度检测传感器，也可根据实际取样的气体选择相应的气体浓度传感器；上述气体温度传感器的输出端和上述气体浓度传感器的输出端均通过线缆与综合线缆接头243的入口连接，上述综合线缆接头243的出口通过综合线缆管244与外界设备连接。
作为上述实施例的优选，上述多切一气体输送设备3从上述多条取样气体输送管路中选择一条气体输送管路进行连通，同时关闭其它气体输送管路，即需要保证仅连通一条气体输送管路。
作为上述实施例的优选，上述多个气体取样单元2在上述待检测区域内呈矩阵设置，如图1-图3中的矩阵式分布，也可根据实际测量区域或气体将多个气体取样单元进行合理布置。
实施例2
一种气体检测***，如图3所示，上述气体检测***包括上述实施例的气体取样装置和气体分析设备5，上述气体取样装置的上述多切一气体输送设备的出口通过气体输送总管道与上述气体分析设备连通。
作为上述实施例的优选，上述气体分析设备为气体分析仪表，用于检测气体温度、气体湿度、气体含量、气体压力和气体流速。
实施例3
一种锅炉脱硝***自动喷氨控制***，包括用于检测气体特性的气体检测***和用于根据锅炉脱硝***内扰因素和外扰因素自动控制喷氨量的自抗扰控制器；上述气体检测***的检测数据作为上述自抗扰控制器的内扰或外扰因素；其中，上述气体检测***为实施例2的气体检测***；上述内扰因素为净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率；上述外扰因素为锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况；上述自抗扰控制器的核心部件包括扩张状态观测器，其用于实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制各种扰动源；上述扩张状态观测器的扰动源为上述内扰因素和上述外扰因素。
实施例4
一种锅炉脱硝***自动喷氨控制方法，上述方法是采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制上述内扰和上述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。
本发明的气体取样装置可应用于需要检测气体特性的领域，如安装于SCR脱硝装置的烟道中对其烟道中的烟气取样并输送至气体分析仪表处，用于准确检测到SCR烟道中烟气的各种特性，如一氧化碳的含量，烟气的温度等；本发明的气体取样装置也可用于其他类似场合，检测某种气体的特性，对应的配制合适的气体分析设备和前馈检测箱内的传感器类，如湿度传感器或二氧化硫浓度检测传感器等。
本发明的创新点：
1、本发明通过多只取样管循环轮流与气体分析仪联通的方式，实现了一台分析仪检测烟道内多个部位烟气的成份，使检测的代表性增强，成本降低。
2.传统烟气循环取样装置只能实现轮换检测多个区域烟气的功能，分析仪表检测需要一定时间，烟气流场变化快。装置切换到下一区域检测时，上一区域的流场已经发生变化，烟气成份也发生变化，致使这种采样方法检测出的烟气成份实际是多个不同时间的烟气，其代表意义不强，不利于后续脱硝处理。本装置通过加设储气小罐与抽气泵配合，实现多个取样区域同时抽气，分析仪表轮流对储气罐中的气体检测，实质上是对同一时间不同区域的烟气检测，解决了以上问题。
3.传统烟气取样装置需要将烟气送入分析仪表才能检测烟气温度，整个过程时间延迟大，烟气的温度有损失。本装置综合前馈监测箱安装在烟道内，直接监测各区域烟气温度及一氧化氮含量，避免了上述损失，且可以比对综合前馈监测箱与抽取到气体输送总管道中烟气的数据差，确定出对烟气含量进行修正的最佳时机。传统烟气取样装置不检测一氧化氮含量，本装置通过一氧化氮含量检测结果并结合烟气温度测算锅炉燃烧变化，利于后续脱硝处理。
4.通过第2、3两步的结合，通过综合前馈监测箱检测到的数据对气体分析仪表检测结果进行修正，解决了传统装置分析数值滞后问题。
5.使净烟气NOx的波动得到抑制，尤其是锅炉产气量大幅波动的情况下的净烟气NOx的波动。
6.在确保环保达标的前提下，使净烟气NOx尽量贴近环保要求的上限，尽量减少还原剂用量。
本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种锅炉脱硝***自动喷氨控制方法，其特征在于，所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。
2.一种气体检测***，其特征在于，所述气体检测***包括气体取样装置和气体分析设备。
3.如权利要求2所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体分析设备为气体分析仪表，用于检测气体温度、气体湿度、气体含量、气体压力和气体流速。
4.如权利要求2所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体取样装置包括多个气体取样单元和一个多切一气体输送设备；所述多切一气体输送设备的多个入口与多个所述气体取样单元的出口对应连通以形成多条取样气体输送管路，所述多切一气体输送设备用于控制所述多条取样气体输送管路的连通或关闭，并将连通管路中的取样气体输送至其他工序；
其中，所述气体取样单元包括用于在待检测区域采集待检测气体的气体取样设备、用于为所述气体取样设备提供抽气动力的抽气设备以及用于存储取样气体的气体存储设备；所述气体取样设备的入口处于所述待检测区域内，所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口连通。
5.如权利要求4所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体取样设备为气体取样管；所述抽气设备为压力可调的气体泵；所述气体存储设备为气体存储罐；所述多切一气体输送设备为多切一流量控制阀；所述气体取样装置安装于SCR脱硝装置的烟道内，用于对烟道的烟气进行取样并输送。
6.如权利要求4所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体取样设备固定设于所述待检测区域内；所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通。
7.如权利要求4所述的一种气体检测***，其特征在于，所述多切一气体输送设备从所述多条取样气体输送管路中选择一条气体输送管路进行连通，同时关闭其它气体输送管路；所述多个气体取样单元在所述待检测区域内呈矩阵设置。
8.如权利要求4所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体取样单元包括前馈监测箱，所述前馈监测箱固定设于所述待检测区域内且邻近所述气体取样设备；所述前馈监测箱内设有用于检测气体温度的气体温度传感器和用于检测气体浓度的气体浓度传感器，所述气体温度传感器的探头和所述气体浓度传感器的探头均处于所述待检测区域内。
9.如权利要求4所述的一种气体检测***，其特征在于，所述气体浓度传感器为一氧化氮浓度检测传感器；所述气体温度传感器的输出端和所述气体浓度传感器的输出端均通过线缆与综合线缆接头的入口连接，所述综合线缆接头的出口通过综合线缆管与外界设备连接。
10.一种锅炉脱硝***自动喷氨控制***，其特征在于，所述控制***包括用于检测气体特性的气体检测***和用于根据锅炉脱硝***内扰因素和外扰因素自动控制喷氨量的自抗扰控制器；所述气体检测***的检测数据作为所述自抗扰控制器的内扰或外扰因素；
其中，所述气体检测***为权利要求2-9任一项所述的一种气体检测***；
所述内扰因素为净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率；所述外扰因素为锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉***运行工况；
所述自抗扰控制器的核心部件包括扩张状态观测器，其用于实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制各种扰动源；所述扩张状态观测器的扰动源为所述内扰因素和所述外扰因素。
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