CN110501901B - 基于全负荷精准脱硝要求的scr喷氨调节优化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全负荷精准脱硝要求的SCR喷氨调节优化的方法，包括以下步骤：以锅炉烟气量、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx参数的变化率为前馈信号，得出喷氨流量的基础值；以喷氨流量为调节量，消除以喷氨调节门开度为调节量带来的抗干扰；以SCR出口NOx的实时值为对象建立调节校正回路，调节喷氨量；消除SCR出口NOx与净烟气NOx之间偏差；对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据；增加SCR***标定和净烟气标定时的参数屏蔽与回路切除功能，以保持标定过程中调节回路的正常工作。该方法利用电站锅炉SCR***原有测点，引入喷氨流量失准校正、SCR出口NOx与净烟气NOx测量偏差校正等关键功能，加入了NOx表计标定过程中的自动判断和无扰切换策略。
Description
技术领域
本发明属于燃煤发电技术领域，具体涉及一种基于全负荷精准脱硝要求的SCR喷氨调节优化方法。
背景技术
选择性催化还原技术(SCR)是针对NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2和H2O。选择性催化还原技术(SCR)也广泛应用于化工锅炉废气处理，实现对废气的有效脱硝。
现有技术中的SCR技术存在以下问题：SCR后NOx与净烟气NOx数值偏差大、喷氨调节***调节滞后、变工况或变煤质过程中NOx波动过大等问题，同时也不适应机组超低排放、全负荷脱硝、深度调峰等要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于全负荷精准脱硝要求的SCR喷氨调节优化的方法，该方法利用电站锅炉SCR***原有测点，以SCR出口NOx、净烟气NOx为被调量组成串级调节回路，以化学反应平衡为基础，以锅炉烟气量(锅炉燃料量+总风量)、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx等参数的变化率为前馈量，引入喷氨流量失准校正、SCR出口NOx与净烟气NOx测量偏差校正等关键功能，加入了NOx表计标定过程中的自动判断和无扰切换策略。
为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于全负荷精准脱硝要求的SCR喷氨调节优化的方法，包括以下工艺步骤：
第一步，以锅炉烟气量、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx参数的变化率为前馈信号，得出喷氨流量的基础值，适应变工况的调节要求；其中，锅炉烟气量为锅炉燃料量和总风量；
第二步，以喷氨流量为调节量，消除以喷氨调节门开度为调节量带来的抗干扰问题；
第三步，以烟囱净烟气NOx的小时均值为对象建立调节主回路，以适应环保指标考核要求；
第四步，以SCR出口NOx的实时值为对象建立调节校正回路，快速调节喷氨量，解决调节过程延时时间长的问题；
第五步，以不同负荷下SCR出口NOx与净烟气NOx之间的测量时差为依据，计算SCR出口NOx与净烟气NOx之间测量偏差的小时均值，修正SCR出口NOx的给定值，解决SCR出口NOx与净烟气NOx之间偏差大的问题；
第六步，以净烟气NOx的设定值与实际值之间的偏差为对象建立性能修正回路，解决喷氨流量失准后的调节偏差问题，同时可对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据；增加SCR***标定和净烟气标定时的参数屏蔽与回路切除功能，以保持标定过程中调节回路的正常工作。由于同一时刻SCR出口NOx与净烟气NOx之间始终存在偏差，测量同一股烟气自SCR出口NOx测点到净烟气NOx测点所需要的时间，根据不同负荷测量出不同的时间，从而得出不同负荷下SCR出口NOx与净烟气NOx之间的测量时差，在利用不同的时间延时求和后除以延时时间计算出小时均值。
作为优选，以脱硝反应时NH3/NOx摩尔比近似等于1的原理为基础，根据锅炉燃料量、风量及SCR入口NOx参数，得出喷氨流量的基础值，喷氨流量的基础值由下式计算：
GNH3＝Gfluegas×(NOxinlet-NOxsp)/22.4 x 17+Bias
式中，
GNH3：喷氨流量的基础值，kg/h。
Gfluegas：锅炉干烟气量(干基)，Nm3/h。
NOxinlet：SCR进口NOx实际值，ppm。
NOxsp：SCR出口NOx设定值，ppm。
Bias：SCR出口NOx实际值偏离设定值的修正，kg/h；采用辅助PD调节器，对实际值与设定值的差值进行运算，同时对辅助PD调节器输出范围进行限定。
作为优选，以锅炉烟气量(锅炉燃料量+总风量)的变化率为前馈量，引入不同负荷、不同入口温度下的化学反应延时因子，提高喷氨准确性，延时因子是在不同负荷不同入口温度情况下，脱硝催化剂反应时间是不同的，根据不同工况设定不同的延时时间。
作为优选，以脱硝SCR前NOx、脱硝SCR后NOx的变化率为前馈量，引入相关自动判断回路，对喷氨量进行超前调整，提高喷氨准确性，自动判断回路根据脱硝SCR前NOx、脱硝SCR后NOx的变化情况提前开大或关小供氨调门。
作为优选，考虑净烟气NOx小时均值与给定值之差进行PI运算，引入相关失准校正回路，提高关键指标控制的准确性。
作为优选，考虑到不同负荷下，SCR后NOx与净烟气NOx存在测量时差和测量偏差，引入相关失准校正回路，对喷氨量进行修正，由于同一股烟气经过SCR出口NOx测点和净烟气NOx测点的时间始终存在一个时间差，同时由于***自身存在的湿度、氧量等参数变化造成测量存在偏差，所以就利用小时均值来弥补测量时差和测量偏差带来的不足。
作为优选，考虑喷氨流量测量精度下降、不同负荷下SCR后NOx测点代表性不足等问题，引入相关失准校正回路，对喷氨量进行修正。由于设备运行时间久后可能存在流量测量不准，不同负荷下同一侧SCR后NOx测点只有一个，不能够真实的反应出整个空间的平均值，未防止此类问题造成调节失准，我们引入了以净烟气NOx的设定值与实际值之间的偏差为对象，分别选取两者的小时均值进行比较，这样既解决喷氨流量失准后的调节偏差问题，同时也可对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据。
进一步的，考虑到NOx表计定期标定时参数异常波动，引入相关自动判断和无扰切换回路，提高喷氨准确性。在对不同表计标定期间，可将控制回路切换至原控制回路，比如：在对净烟气NOx测点进行标定时，可以将控制回路切换至控制SCR出口NOx，避免了由于标定期间参数异常波动造成控制紊乱。
本发明具有如下优点：
将该方法通过SLC切换装置接入机组原有逻辑***，不对原有逻辑作改动；
利用化学反应平衡，不仅实现了正常运行过程中NOx无超标排放，而且实现了机组启停过程中喷氨自动投入与NOx无超标排放。
利用锅炉烟气量(锅炉燃料量+总风量)、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx等参数的变化率为前馈量，引入喷氨流量失准校正、SCR出口NOx与净烟气NOx测量偏差校正，减少了氨气消耗、避免了硫酸氢铵沉积；
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
控制功能强，消除了快速增减负荷、启停制粉***等工况扰动引起的喷氨量大幅波动及净烟气NOx瞬时超标；
调节范围宽。在机组全负荷时段均能正常投运，在SCR入口NOx浓度100mg/m3～500mg/m3范围内均能正常调节；
控制精度高。实现了对净烟气NOx的准确控制，净烟气小时均值与设定值之间偏差不超过1mg/m3，机组净烟气NOx实现小时均值零超标；
经济效益好，由运行创新工作室自主研发该功能，无费用支出，较INFIT控制***节省了技改费用约10万元；通过精准控制消除了过量喷氨，净烟气NOx控制更加可靠，仅减少液氨消耗(约3％)一项就可节约费用约12万元，另一方面减少了氨逃逸，减轻了硫酸氢铵在SCR催化剂、空预器、烟冷器等处的沉积，目前脱硝SCR催化剂运行超过8年，但WGGH烟冷器阻力仅为设计值的50％，空预器阻力仅为设计值的80％，仅降低厂用电率(约0.03％)一项就可获利约60万元。
附图说明
图1、喷氨调门控制逻辑图；
图2、脱硝SCR NH3 SPOUT逻辑图；
图3、脱硝SCR管道差值补偿逻辑图；
图4、净烟气NOX设定值与实际值差值小时均值逻辑图；
图5、SCR入口干烟气质量流量计算逻辑图。
其中：1、脱硝SCR NH3SPA；2、理论耗氨；3、脱硝SCR COR FACT；4、脱硝SCRNH3SPOUT；、脱硝SCR混合氨气流量；6、脱硝SCR入口干烟气质量流量；7、脱硝SCR反应器入口NOX浓度；8、脱硝SCR反应器出口NOX浓度；9、烟囱入口NOX浓度设定值；10、脱硝SCR管道差值补偿；11、脱硝烟囱入口NOX浓度来自FGD；12、脱硝SCR NOX AVR理论实际差值小时均值；13、锅炉总风量；14、锅炉燃料量。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1，如图1-图5所示，一种基于全负荷精准脱硝要求的SCR喷氨调节优化的方法，包括以下工艺步骤：
第一步，以锅炉烟气量、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx参数的变化率为前馈信号，得出喷氨流量的基础值，适应变工况的调节要求；其中，锅炉烟气量为锅炉燃料量和总风量；
第二步，以喷氨流量为调节量，消除以喷氨调节门开度为调节量带来的抗干扰问题；
第三步，以烟囱净烟气NOx的小时均值为对象建立调节主回路，以适应环保指标考核要求；
第四步，以SCR出口NOx的实时值为对象建立调节校正回路，快速调节喷氨量，解决调节过程延时时间长的问题；
第五步，以不同负荷下SCR出口NOx与净烟气NOx之间的测量时差为依据，计算SCR出口NOx与净烟气NOx之间测量偏差的小时均值，修正SCR出口NOx的给定值，解决SCR出口NOx与净烟气NOx之间偏差大的问题；
第六步，以净烟气NOx的设定值与实际值之间的偏差为对象建立性能修正回路，解决喷氨流量失准后的调节偏差问题，同时可对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据；增加SCR***标定和净烟气标定时的参数屏蔽与回路切除功能，以保持标定过程中调节回路的正常工作。由于同一时刻SCR出口NOx与净烟气NOx之间始终存在偏差，测量同一股烟气自SCR出口NOx测点到净烟气NOx测点所需要的时间，根据不同负荷测量出不同的时间，从而得出不同负荷下SCR出口NOx与净烟气NOx之间的测量时差，在利用不同的时间延时求和后除以延时时间计算出小时均值。
以脱硝反应时NH3/NOx摩尔比近似等于1的原理为基础，根据锅炉燃料量、风量及SCR入口NOx参数，得出喷氨流量的基础值，喷氨流量的基础值由下式计算：
GNH3＝Gfluegas×(NOxinlet-NOxsp)/22.4 x 17+Bias
式中，
GNH3：喷氨流量的基础值，kg/h。
Gfluegas：锅炉干烟气量(干基)，Nm3/h。
NOxinlet：SCR进口NOx实际值，ppm。
NOxsp：SCR出口NOx设定值，ppm。
Bias：SCR出口NOx实际值偏离设定值的修正，kg/h；采用辅助PD调节器，对实际值与设定值的差值进行运算，同时对辅助PD调节器输出范围进行限定。
以锅炉烟气量(锅炉燃料量+总风量)的变化率为前馈量，引入不同负荷、不同入口温度下的化学反应延时因子，提高喷氨准确性，延时因子是在不同负荷不同入口温度情况下，脱硝催化剂反应时间是不同的，根据不同工况设定不同的延时时间。
以脱硝SCR前NOx、脱硝SCR后NOx的变化率为前馈量，引入相关自动判断回路，对喷氨量进行超前调整，提高喷氨准确性，自动判断回路根据脱硝SCR前NOx、脱硝SCR后NOx的变化情况提前开大或关小供氨调门。
考虑净烟气NOx小时均值与给定值之差进行PI运算，引入相关失准校正回路，提高关键指标控制的准确性。
考虑到不同负荷下，SCR后NOx与净烟气NOx存在测量时差和测量偏差，引入相关失准校正回路，对喷氨量进行修正，由于同一股烟气经过SCR出口NOx测点和净烟气NOx测点的时间始终存在一个时间差，同时由于***自身存在的湿度、氧量等参数变化造成测量存在偏差，所以就利用小时均值来弥补测量时差和测量偏差带来的不足。
考虑喷氨流量测量精度下降、不同负荷下SCR后NOx测点代表性不足等问题，引入相关失准校正回路，对喷氨量进行修正。由于设备运行时间久后可能存在流量测量不准，不同负荷下同一侧SCR后NOx测点只有一个，不能够真实的反应出整个空间的平均值，未防止此类问题造成调节失准，我们引入了以净烟气NOx的设定值与实际值之间的偏差为对象，分别选取两者的小时均值进行比较，这样既解决喷氨流量失准后的调节偏差问题，同时也可对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据。
考虑到NOx表计定期标定时参数异常波动，引入相关自动判断和无扰切换回路，提高喷氨准确性。在对不同表计标定期间，可将控制回路切换至原控制回路，比如：在对净烟气NOx测点进行标定时，可以将控制回路切换至控制SCR出口NOx，避免了由于标定期间参数异常波动造成控制紊乱。
如图1、图2、图3、图4、图5所示为本发明的计算逻辑图。锅炉总风量(13)和锅炉燃料量(14)相加后经过计算得出脱硝SCR入口干烟气质量流量(6)；烟囱入口NOX浓度设定值(9)和脱硝烟囱入口NOX浓度(11)来自FGD相减后分别经过不同的延时时间后求和取平均计算得出脱硝SCR NOX AVR理论实际差值小时均值(12)然后经控制器输出脱硝SCR COR FACT(3)；由于脱硝SCR反应器出口NOX浓度(8)和脱硝烟囱入口NOX浓度(11)来自FGD之间存在偏差,引入了锅炉总风量(13)计算出的时间函数经延时后计算出脱硝SCR管道差值(10)补偿；以脱硝SCR入口干烟气质量流量(6)、脱硝SCR反应器入口NOX浓度(7)、脱硝SCR反应器出口NOX浓度(8)的变化率为前馈量经PID运算后得出脱硝SCR NH3SPA(1)即调门开度指令。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于全负荷脱硝要求的SCR喷氨调节优化的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
第一步，以锅炉烟气量、脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx参数的变化率为前馈信号，得出喷氨流量的基础值；其中，锅炉烟气量为锅炉燃料量和总风量；
第二步，以喷氨流量为调节量，消除以喷氨调节门开度为调节量带来的抗干扰；
第三步，以烟囱净烟气NOx的小时均值为对象建立调节主回路；
第四步，以SCR出口NOx的实时值为对象建立调节校正回路，调节喷氨量；
第五步，以不同负荷下SCR出口NOx与净烟气NOx之间的测量时差为依据，计算SCR出口NOx与净烟气NOx之间测量偏差的小时均值，修正SCR出口NOx的给定值，消除SCR出口NOx与净烟气NOx之间偏差；
第六步，以净烟气NOx的设定值与实际值之间的偏差为对象建立性能修正回路，对喷氨流量测量故障或SCR催化剂活性下降提供判断依据；增加SCR***标定和净烟气标定时的参数屏蔽与回路切除功能，以保持标定过程中调节回路的正常工作；
根据锅炉燃料量、总风量及SCR入口NOx参数，得出喷氨流量的基础值，喷氨流量的基础值由下式计算：
GNH3＝Gfluegas×(NOxinlet-NOxsp)/22.4×17+Bias
式中，
GNH3：喷氨流量的基础值，kg/h；
Gfluegas：锅炉干烟气量，干基，Nm3/h；
NOxinlet：SCR进口NOx实际值，ppm；
NOxsp：SCR出口NOx设定值，ppm；
Bias：SCR出口NOx实际值偏离设定值的修正，kg/h；采用辅助PD调节器，对实际值与设定值的差值进行运算，同时对辅助PD调节器输出范围进行限定；
以锅炉烟气量的变化率为前馈量，引入不同负荷、不同入口温度下的化学反应延时因子，提高喷氨准确性；以脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx的变化率为前馈量，引入自动判断回路，对喷氨量进行超前调整，提高喷氨准确性，自动判断回路根据脱硝SCR入口NOx、脱硝SCR出口NOx的变化情况提前开大或关小供氨调门。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：净烟气NOx小时均值与给定值之差进行PI运算，引入失准校正回路。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据不同负荷下，SCR出口NOx与净烟气NOx存在测量时差和测量偏差，引入失准校正回路，对喷氨量进行修正。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据喷氨流量测量精度下降、不同负荷下SCR出口NOx测点代表性不足，引入失准校正回路，对喷氨量进行修正。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据NOx表计定期标定时参数异常波动，引入自动判断和无扰切换回路，提高喷氨准确性。
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