CN109603525A - 一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃煤发电技术领域中的自动化控制，特别是一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法。现有自动脱硝分区喷氨控制不能满足喷氨调节阀实时自动调节需要，喷氨量控制存在延时滞后，喷氨量和NOx浓度匹配不佳，反应器出口NOx控制效果差。本发明提供一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，该方法依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，在烟道中对应各喷氨分区的延伸位置采样烟气，计算烟道采样断面NOx浓度的不均匀度CV，结合各区域喷氨量大小与NOx浓度分布，依据不同条件精准调节分区喷氨调节阀和喷氨支路调节阀，满足喷氨量和NOx浓度匹配需要，实时、快速、稳定和有效实现SCR脱硝反应器出口NOx精确控制和均匀分布。

Description

一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法

技术领域

本发明涉及燃煤发电技术领域中的自动化控制，特别是一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法。

背景技术

我国燃煤发电的火电厂大多采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术治理NOx污染物。SCR脱硝技术的核心设备是SCR反应器，如图1所示，SCR脱硝反应的工艺流程如下：从省煤器出来的原烟气先在分区喷氨格栅处与经过稀释的氨气混合，所述喷氨格栅由数个均匀布置的喷嘴组成(参见图2)，每个喷氨支路上安装一个手动蝶阀来调节一个区域的喷氨量大小，混合后的烟气再竖直通过SCR反应器，反应器内布置两层或三层催化剂，混合后的含氨烟气与催化剂表面接触，其中NOx与NH3在催化剂表面发生还原反应生成对环境无害的N2和水，从而达到去除烟气中NOx的目的，因此原烟气中NOx的浓度分布均匀性对前述喷氨格栅配置方式下的脱硝反应正常进行十分重要，现有喷氨控制***一旦调整好喷氨格栅阀门站的阀门开度大小后，后续运行中就不再调整。脱硝反应中由氨区供给的氨气先与稀释风机送来的稀释风混合后，然后通过喷氨支路上的手动蝶阀后再均匀喷入烟道内与原烟气混合。供氨母管上氨气喷入量的多少要根据机组负荷、原烟气NOx浓度值以及需达到的脱硝效率自动调节，当脱硝效率要求较高时，会加大喷氨量，当脱氨要求较低时则降低喷氨量；在负荷一定时，脱硝反应器运行状态的好坏取决于某一工况下固定喷氨量在喷入截面上是否均匀及合理分配，理想状态下原烟气NOx分布均匀及流速一致，只需保证在截面上均匀喷入氨气即可，而不需要对喷氨支路上的各个手动蝶阀状态进行调节，这也是目前所有燃煤机组脱硝***采用的方式。

在实际运行中，由于原烟气中NOx分布的均匀性较差，尤其对冲燃烧方式的锅炉在磨煤机切换过程中以及切换后原烟气的NOx分布规律都会发生较大的变化，特别是磨煤机切换或负荷变化后，由于对各喷氨支路的手动蝶阀开度不作调整，导致实际运行中烟道各区域喷氨量大小与NOx实际浓度分布不相匹配，进而造成脱硝出口NOx浓度监测值与烟囱上浓度监测值之间存在较大偏差，运行中氨逃逸量增多、空预器等设备堵塞、风机单耗增大以及机组出力降低等诸多问题。在先申请号2016106049468的发明申请“一种适用于对冲型燃煤锅炉的脱硝精细化控制方法”公开了一种能根据负荷及磨煤机的运行状态变化改变供氨支路调节阀开度的快速调节，但是这种控制仍然不能满足对喷氨调节阀的实时控制；并且由于SCR脱硝反应器进出口NOx浓度测量的滞后和控制***的自身特性使脱硝***喷氨量控制过程成为一个大延时环节，导致自动控制难以取得预期良好效果，特别是喷氨量和NOx浓度匹配效果欠佳。此外，机组负荷波动、磨煤机启停切投，反应器入口NOx波动幅度大且波动速度较快，这些都会严重影响反应器出口NOx的控制效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有自动脱硝分区喷氨控制不能满足喷氨调节阀实时自动调节以及喷氨量控制存在明显延时滞后，导致喷氨量和NOx浓度匹配不佳，反应器出口NOx控制效果差等问题，提供一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，所述控制器可以将烟道采样断面NOx浓度的不均匀度CV结合烟道各区域喷氨量大小与NOx浓度分布来精准调节分区喷氨调节阀和喷氨支路调节阀，满足喷氨量和NOx浓度匹配需要，实时、快速、稳定和有效实现SCR脱硝反应器出口NOx精确控制和均匀分布。

本发明解决技术问题采用的技术方案：一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，包括依序进行的以下步骤：

(1)在各喷氨支路设置带自动调节功能的电动调节阀作为喷氨支路调节阀；

(2)确认氨喷入截面喷氨格栅所对应的分区位置，并将各喷氨支路所对应的区域做固定编号，且将有n个喷氨支路的阀门开度定义为Y＝(y11，y12，y13，y21，y22，y23…yij…yhm)，yij为第i组第j个喷氨支路的对应的调节阀开度大小，每三个喷氨支路的阀门为一组，j和m取值为1、2、3，n为3的整倍数；

(3)依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，且分区的划分按喷氨支路数量均匀分配，每个喷氨分区设置一个分区供氨调节阀；

(4)对分区喷氨控制***中的各分区系数放大模块进行固定编号，将每个系数放大模块比例系数K的定义为K＝(k1，k2，k3……kM),M为喷氨分区数；

(5)假设某台对冲燃烧的锅炉有5台磨煤机，分别为A磨、B磨、C磨、D磨和E磨，将锅炉磨煤机运行信号及机组负荷W定义为变量X，其中负荷结合实际情况分为两个负荷段W1、W2，在最低技术出力以上，机组保持至少3台磨煤机运行时，磨煤机运行组合工况离散化为：

由此可以得到向量：

X＝(X1，X2，X3···Xn)；

(6)在每种磨煤机运行工况下，按喷氨格栅调整方法手动调整各喷氨支路的供氨量大小，使得脱硝出口截面NOx浓度分布均匀，得到供氨支路阀门开度Y、系数放大模块比例系数K与磨煤机运行组合工况X之间的函数关系：

Y＝F(X)，K＝G(X)；

(7)通过以下控制步骤循环计算并调整电机调节分区供氨调节阀或喷氨支路调节阀的开度；

(71)先在设定步骤，给定出口NOx浓度的设定值，所述NOx浓度为273.15K、1.013×105Pa状况下6％氧量时NOx浓度的换算值，而后进入定时模块；

(72)在定时步骤通过设定时间给定一个“Y”的脉冲信号，并进入不均匀度判断模块；否则一直给“N”信号，并跳过不均匀度判断模块，直接进入第二至第五偏差计算模块；

(73)当定时模块给定“Y”信号时，***进入不均匀度判定模块；在不均匀度判定模块，接收计算模块传递过来的CV信号，判断其是否小于或等于15％，是“Y”的话进入第二至第五偏差计算模块；否则“N”并通过映射F(X)快速调节喷氨支路调节阀；

(74)在第一至第四偏差计算模块，分别输入计算模块输出的PVn，其中n＝1、2、3、4以及设定步骤中给定的NOx设定值；分别计算得到偏差△1、△2、△3、△4并对应进入第一至第四系数放大模块；

(75)在第一至第四系数放大模块中，对应输入映射G(X)确定的K和第4)步得到的△，所述K分别为k1、k2、k3、k4，所述△分别为△1、△2、△3、△4，在所述四个系数放大模块中进行比例计算，分别输出k1△1、k2△2、k3△3、k4△4进入四个PID控制模块；

(76)每个PID控制模块的输入分别为k1△1、k2△2、k3△3、k4△4以及零，由此通过调整电机来调节分区供氨调节阀的开度；

(77)在脱硝反应器之后的烟道上对应所述各个喷氨分区的延伸位置取样烟气，输出至样品采集分析模块，以实时采集烟气并分析得到NOx浓度Cs、氧量O₂％、温度Ts、含湿量Xs，然后将数据传输到计算模块进行计算；

(78)在计算模块，将采样分析得到的原始数据通过以下公式计算273.15K、1.013×105Pa状况下6％氧量时NOx的氧量折算值Csn，并通过分区喷氨控制***计算得到各个分区对应NOx浓度PVn(n＝1，2，3···i···n)、整个断面NOx浓度的平均值PV、采样断面NOx浓度的不均匀度CV；

在第i分区：

PV_i＝C_sn

所述SP为反应器出口NOx浓度设定值；CV，％；PV，mg/Nm³；

(79)计算模块得到的PVn、PV以及CV都传输到上位机，其中PVn分一路到第一至第四偏差计算模块，CV分一路到不均匀度判断模块。

本发明提供了一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，所述控制方法依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，然后在烟道中对应各喷氨分区的延伸位置采样烟气，计算烟道采样断面NOx浓度的不均匀度CV，结合各区域喷氨量大小与NOx浓度分布，依据不同条件精准调节分区喷氨调节阀和喷氨支路调节阀，满足喷氨量和NOx浓度匹配需要，实时、快速、稳定和有效实现SCR脱硝反应器出口NOx精确控制和均匀分布，具体是以不均匀度CV在15％作为临界点，大于15％时参照在先发明申请快速调节喷氨支路调节阀，小于等于15％时调节分区供氨调节阀。

附图说明

图1：本发明对脱硝喷氨格栅分区并精细化调整的示意图。

图2：本发明所述控制方法流程框图。

图3：本发明用在SCR反应器上示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

如图1～3所示，一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，包括依序进行的以下步骤：

(1)在各喷氨支路设置带自动调节功能的电动调节阀作为喷氨支路调节阀；

(2)确认氨喷入截面喷氨格栅所对应的分区位置，并将各喷氨支路所对应的区域做固定编号，且将有n个喷氨支路的阀门开度定义为Y＝(y11，y12，y13，y21，y22，y23…yij…yhm)，yij为第i组第j个喷氨支路的对应的调节阀开度大小，每三个喷氨支路的阀门为一组，j和m取值为1、2、3；图1中仅画出了24路喷氨支路，实际的SCR脱销反应器根据机组容量大小，一般有20～40路支路，本实施例中为简化不一一画出；

(3)依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，且分区的划分按喷氨支路数量均匀分配，每个喷氨分区设置一个分区供氨调节阀，本实施例中为简化划分成图1中所示的4个喷氨分区；

(4)对分区喷氨控制***中的各分区系数放大模块进行固定编号，将每个系数放大模块比例系数K的定义为K＝(k1，k2，k3……kM),M为喷氨分区数；

(5)假设某台对冲燃烧的锅炉有5台磨煤机，分别为A磨、B磨、C磨、D磨和E磨，将锅炉磨煤机运行信号及机组负荷W定义为变量X，其中负荷结合实际情况分为两个负荷段W1、W2，在最低技术出力以上，机组保持至少3台磨煤机运行时，磨煤机运行组合工况离散化为：

由此可以得到向量：

X＝(X1，X2，X3···Xn)；

(6)在每种磨煤机运行工况下，按喷氨格栅调整方法手动调整各喷氨支路的供氨量大小，使得脱硝出口截面NOx浓度分布均匀，得到供氨支路阀门开度Y、系数放大模块比例系数K与磨煤机运行组合工况X之间的函数关系：

Y＝F(X)，K＝G(X)；

(7)通过以下控制步骤循环计算并调整电机调节分区供氨调节阀或喷氨支路调节阀的开度；

(71)先在设定步骤，给定出口NOx浓度的设定值，所述NOx浓度为273.15K、1.013×105Pa状况下6％氧量时NOx浓度的换算值，而后进入定时模块；

(72)在定时步骤通过设定时间给定一个“Y”的脉冲信号，并进入不均匀度判断模块；否则一直给“N”信号，并跳过不均匀度判断模块，直接进入第二至第五偏差计算模块；

(73)当定时模块给定“Y”信号时，***进入不均匀度判定模块；在不均匀度判定模块，接收计算模块传递过来的CV信号，判断其是否小于或等于15％，是“Y”的话进入第二至第五偏差计算模块；否则“N”并通过映射F(X)快速调节喷氨支路调节阀；

(74)在第一至第四偏差计算模块，分别输入计算模块输出的PVn，其中n＝1、2、3、4以及设定步骤中给定的NOx设定值；分别计算得到偏差△1、△2、△3、△4并对应进入第一至第四系数放大模块；

(75)在第一至第四系数放大模块中，对应输入映射G(X)确定的K和第4)步得到的△，所述K分别为k1、k2、k3、k4，所述△分别为△1、△2、△3、△4，在所述四个系数放大模块中进行比例计算，分别输出k1△1、k2△2、k3△3、k4△4进入四个PID控制模块；

(76)每个PID控制模块的输入分别为k1△1、k2△2、k3△3、k4△4以及零，由此通过调整电机来调节分区供氨调节阀的开度；

(77)在脱硝反应器之后的烟道上对应所述各个喷氨分区的延伸位置取样烟气，输出至样品采集分析模块，以实时采集烟气并分析得到NOx浓度Cs、氧量O₂％、温度Ts、含湿量Xs，然后将数据传输到计算模块进行计算；

(78)在计算模块，将采样分析得到的原始数据通过以下公式计算273.15K、1.013×105Pa状况下6％氧量时NOx的氧量折算值Csn，并通过分区喷氨控制***计算得到各个分区对应NOx浓度PVn(n＝1，2，3···i···n)、整个断面NOx浓度的平均值PV、采样断面NOx浓度的不均匀度CV；

在第i分区：

PV_i＝C_sn

所述SP为反应器出口NOx浓度设定值；CV，％；PV，mg/Nm³；

(79)计算模块得到的PVn、PV以及CV都传输到上位机，其中PVn分一路到第一至第四偏差计算模块，CV分一路到不均匀度判断模块。

本发明提供了一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，所述控制方法依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，然后在烟道中对应各喷氨分区的延伸位置采样烟气，计算烟道采样断面NOx浓度的不均匀度CV，结合各区域喷氨量大小与NOx浓度分布，依据不同条件精准调节分区喷氨调节阀和喷氨支路调节阀，满足喷氨量和NOx浓度匹配需要，实时、快速、稳定和有效实现SCR脱硝反应器出口NOx精确控制和均匀分布，具体是以不均匀度CV在15％作为临界点，大于15％时参照在先发明申请快速调节喷氨支路调节阀，小于等于15％时调节分区供氨调节阀。

Claims (1)

1.一种基于不均匀度判断的脱硝分区喷氨控制方法，包括依序进行的以下步骤：

(1)在各喷氨支路设置带自动调节功能的电动调节阀作为喷氨支路调节阀；

(2)确认氨喷入截面喷氨格栅所对应的分区位置，并将各喷氨支路所对应的区域做固定编号，且将有n个喷氨支路的阀门开度定义为Y＝(y11，y12，y13，y21，y22，y23…yij…yhm)，yij为第i组第j个喷氨支路的对应的调节阀开度大小，每三个喷氨支路的阀门为一组，j和m取值为1、2、3，n为3的整倍数；

(3)依据SCR反应器出口NOx浓度水平按趋势划分若干喷氨分区，且分区的划分按喷氨支路数量均匀分配，每个喷氨分区设置一个分区供氨调节阀；

(4)对分区喷氨控制***中的各分区系数放大模块进行固定编号，将每个系数放大模块比例系数K的定义为K＝(k1，k2，k3……k_M),M为喷氨分区数；

(5)假设某台对冲燃烧的锅炉有5台磨煤机，分别为A磨、B磨、C磨、D磨和E磨，将锅炉磨煤机运行信号及机组负荷W定义为变量X，其中负荷结合实际情况分为两个负荷段W1、W2，在最低技术出力以上，机组保持至少3台磨煤机运行时，磨煤机运行组合工况离散化为：

由此可以得到向量：

X＝(X1，X2，X3···Xn)；

(6)在每种磨煤机运行工况下，按喷氨格栅调整方法手动调整各喷氨支路的供氨量大小，使得脱硝出口截面NOx浓度分布均匀，得到供氨支路阀门开度Y、系数放大模块比例系数K与磨煤机运行组合工况X之间的函数关系：

Y＝F(X)，K＝G(X)；

(7)通过以下控制步骤循环计算并调整电机调节分区供氨调节阀或喷氨支路调节阀的开度；

(71)先在设定步骤，给定出口NOx浓度的设定值，所述NOx浓度为273.15K、1.013×10⁵Pa状况下6％氧量时NOx浓度的换算值，而后进入定时模块；

(72)在定时步骤通过设定时间给定一个“Y”的脉冲信号，并进入不均匀度判断模块；否则一直给“N”信号，并跳过不均匀度判断模块，直接进入第二至第五偏差计算模块；

(73)当定时模块给定“Y”信号时，***进入不均匀度判定模块；在不均匀度判定模块，接收计算模块传递过来的CV信号，判断其是否小于或等于15％，是“Y”的话进入第二至第五偏差计算模块；否则“N”并通过映射F(X)快速调节喷氨支路调节阀；

(74)在第一至第四偏差计算模块，分别输入计算模块输出的PVn，其中n＝1、2、3、4以及设定步骤中给定的NOx设定值；分别计算得到偏差△1、△2、△3、△4并对应进入第一至第四系数放大模块；

(75)在第一至第四系数放大模块中，对应输入映射G(X)确定的K和第4)步得到的△，所述K分别为k1、k2、k3、k4，所述△分别为△1、△2、△3、△4，在所述四个系数放大模块中进行比例计算，分别输出k1△1、k2△2、k3△3、k4△4进入四个PID控制模块；

(76)每个PID控制模块的输入分别为k1△1、k2△2、k3△3、k4△4以及零，由此通过调整电机来调节分区供氨调节阀的开度；

(77)在脱硝反应器之后的烟道上对应所述各个喷氨分区的延伸位置取样烟气，输出至样品采集分析模块，以实时采集烟气并分析得到NOx浓度Cs、氧量O₂％、温度Ts、含湿量Xs，然后将数据传输到计算模块进行计算；

(78)在计算模块，将采样分析得到的原始数据通过以下公式计算273.15K、1.013×105Pa状况下6％氧量时NOx的氧量折算值Csn，并通过分区喷氨控制***计算得到各个分区对应NOx浓度PVn(n＝1，2，3···i···n)、整个断面NOx浓度的平均值PV、采样断面NOx浓度的不均匀度CV；

在第i分区：

PV_i＝C_sn

所述SP为反应器出口NOx浓度设定值；CV，％；PV，mg/Nm³；

(79)计算模块得到的PVn、PV以及CV都传输到上位机，其中PVn分一路到第一至第四偏差计算模块，CV分一路到不均匀度判断模块。