CN111632493A - 一种脱硝***及其控制方法和喷氨控制装置 - Google Patents

一种脱硝***及其控制方法和喷氨控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱硝***及其控制方法和喷氨控制装置，方法包括确定即时敏感参数，并为每类即时敏感参数预设层级敏感系数；确定分区敏感系数；计算综合敏感系数；根据各分区的即时敏感参数的变化量和对应的综合敏感系数，进行加权求和，计算各分区的喷氨分控阀门的开度调节量；按照开度调节量实时调节各分区的喷氨分控阀门。本发明能够控制脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度波动幅度和氨逃逸量保持在较小范围内，具有较好的应用价值。

Description

一种脱硝***及其控制方法和喷氨控制装置
技术领域
本发明属于燃煤锅炉大气污染控制技术领域，具体涉及一种脱硝***及其控制方法和喷氨控制装置。
背景技术
一般地，火电厂燃煤锅炉的脱硝反应位于省煤器后级的SCR反应器中，从还原剂调节指令发出，经过发生脱硝反应，再到检测到总排口NOx变动，存在较大的延时(一般地，还原剂为液氨时为5min左右，还原剂为尿素热解时长达15～20min)。
随着脱硝***的运行，SCR烟道内导流元件受设计、安装或者磨损的原因，烟气速度场、温度场、飞灰浓度场发生偏移；再加上，烟气NOx浓度场受燃烧器投运数量、组合及配风方式的影响而发生变化，使得脱硝入口的NOx分布不均、NOx与喷入的氨混合不均等导致在催化剂表面脱硝反应不完全，***的脱硝效率非正常降低，总排口NOx波动幅度大和瞬时超标严重等。
目前脱硝***常见的控制方式包括：以燃煤发电机组烟气出口NOx浓度为控制目标，以机组负荷表征的烟气流量乘以烟气入、出口NOx浓度的偏差来计算需要脱除的NOx含量，再以NH3/NOx摩尔比计算出需要调节的喷氧量，控制喷氨阀门开度，使喷氨量与计算的氨需要量相等，从而间接实现对烟气出口NOx含量的控制。
类似的控制方法较多，通过反馈、调节实现即时的、闭环的控制。但首先控制过程较复杂，而且控制较为呆板，适应性差，当***的需求、环境等发生改变时，难以有效应对。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于即时敏感参数的脱硝***控制方法，用于解决现有技术控制复杂、适应性差的问题。同时本发明还提出一种喷氨控制装置和一种脱硝***。
本发明提供了一种脱硝***控制方法，包括以下步骤：
1)确定至少两类即时敏感参数；
2)为每类即时敏感参数预设层级敏感系数；
对于每类即时敏感参数，为每个分区的预设分区敏感系数；
3)对于每个分区，计算每类即时敏感参数的综合敏感系数，所述综合敏感系数为对应层级敏感系数与对应分区敏感系数的乘积；
4)对于任一分区的喷氨分控阀门，采集各类即时敏感参数的变化量，将各类即时敏感参数的变化量和对应的综合敏感系数，进行加权求和，计算该喷氨分控阀门的开度调节量；
5)按照所述开度调节量，实时调节各分区的喷氨分控阀门。
进一步的，任一喷氨分控阀门开度的开度调节量计算式如下：
Figure BDA0002550845610000021
上式中，Δu为喷氨分控阀门开度的开度调节量，n为即时敏感参数的类别数量，Δmi为即时敏感参数在归一化后的变化量，ki为综合敏感系数。
进一步的，所述即时敏感参数包括：脱硝反应器入口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氮氧化物浓度和脱硝反应器出口侧氨气浓度。
进一步的，根据各监测区域的催化剂活性指数，设置喷氨分控阀门开度的最大限值，在调节喷氨分控阀门开度时，控制喷氨分控阀门开度不大于所述最大限值。
本发明还提供了一种喷氨控制装置，包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述控制方法。
本发明又提供了一种脱硝***，包括脱硝反应器和喷氨控制装置，所述喷氨控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，用于实现上述控制方法。
本发明的有益效果是：
本发明首先确定了几类即时敏感参数，然后利用层次分析法，确定每一类即时敏感参数的层级敏感系数；再为每一类即时敏感参数分配分区敏感系数，然后根据确定出来的层级敏感系数和分区敏感系数的乘积计算出综合敏感系数，以表征各个即时敏感参数对烟道总排口的氮氧化物浓度的敏感程度；最后根据各个即时敏感参数的当前变化和对应的综合敏感系数的加权求和，计算得到各喷氨分控阀门开度的即时调节量，用于实时调节各喷氨分控阀门的开度。与现有技术相比，本发明的控制方法可以方便的调节各种敏感系数来实现对***的不同控制，以响应不同的需求和环境变化，能够有效控制烟气出口NOx的浓度波动。
附图说明
图1是本发明***实施例的脱硝***示意图；
图2是本发明方法实施例的脱硝***控制方法流程图；
图3是本发明装置实施例的喷氨控制装置示意图；
图中的标号说明如下：
101，入口一区NOx浓度传感器；102，入口二区NOx浓度传感器；103，入口三区NOx浓度传感器；201，出口一区NOx浓度传感器；202，出口二区NOx浓度传感器；203，出口三区NOx浓度传感器；301，出口一区NH3浓度传感器；302，出口二区NH3浓度传感器；303，出口三区NH3浓度传感器；400，喷氨总控阀门；401，一区喷氨分控阀门；402，二区喷氨分控阀门；403，三区喷氨分控阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。本实施方式涉及***实施例、方法实施例和装置实施例，下面依次阐述。
***实施例：
如图1所示的脱硝***，脱硝反应器被分为三个区，一区、二区和三区；每个区又对应入口侧的入口一区、入口二区、入口三区，出口侧的出口一区、出口二区、出口三区；入口一区、入口二区、入口三区分别安装NOx的浓度传感器101、102、103；出口一区、出口二区、出口三区分别安装NOx的浓度传感器201、202、203，以及NH3的浓度传感器301、302、303。图1的脱硝***中，设置有一个喷氨总控阀门400和三个喷氨分控阀门401、402、403，三个喷氨分控阀门分别对应一区、二区和三区。为了提高脱硝效率，确保总排口NOx浓度的即时波动幅度稳定在合理区间，需要对三个喷氨分控阀门401、402、403进行实时调节控制。
方法实施例：
为了实现对各喷氨分控阀门的开度实时调节，本实施例利用三种即时敏感参数来实时控制分控阀门开度，而其中的关键在于确定这三种即时敏感参数的系数，并且进一步确定各个分区的系数。下面具体介绍：
(一)首先，需要确定若干类即时敏感参数。所谓“即时”，是指分控阀门应当对这些参数立即进行响应。
本实施例中确定了三类即时敏感参数：
第一类即时敏感参数：脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度；
第二类即时敏感参数：脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度；
第三类即时敏感参数：脱硝反应器出口处的氨气浓度。
本实施例选择了三类，作为其他实施方式，可以选择更多，也可以选择更少。
这些即时敏感参数可以根据经验选取，也可以参照如下筛选方法选取：
通过图1中各浓度传感器的监测数据，监测待选敏感参数的变化和脱硝反应器烟道总排口的氮氧化物浓度变化，判断二者之间的相关性，当待选敏感参数变化时，脱硝反应器烟道总排口的氮氧化物浓度立即参数变化时，确定该参数为能够即时影响脱硝反应器中烟道总排口的氮氧化物浓度的即时敏感参数。作为其他实施方式，还可以通过待选敏感参数和烟道总排口氮氧化物浓度的历史监测数据，利用相关系数的数据计算模型进行相关性计算，得到相关系数，当该相关系数大于一个设定值时，选定该参数为即时敏感参数。
(二)采用层次分析法确定即时敏感系数，具体步骤如下：
1)为每类即时敏感参数分配层级敏感系数，各层级敏感系数的分配数值如下：
第一类即时敏感参数(脱硝反应器入口处的氮氧化物浓度)的层级敏感系数c1为0.3；
第二类即时敏感参数(脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度)的层级敏感系数c2为0.3；
第三类即时敏感参数(脱硝反应器出口处的氨气浓度)的层级敏感系数c3为0.4。
c1+c2+c3＝1
2)为每一分区的各即时敏感参数分配对应的分区敏感系数，具体分配方法如下：
对于第一类即时敏感参数，为每个分区设置一个分区敏感参数q11、q12和q13；q11+q12+q13＝1；
对于第二类即时敏感参数，为每个分区设置一个分区敏感参数q21、q22和q23；q21+q22+q23＝1；
对于第三类即时敏感参数，为每个分区设置一个分区敏感参数q11、q12和q13；q31+q32+q33＝1；
q11、q12和q13表示为q1；q21、q22和q23表示为q2；q31、q32和q33表示为q3。
具体如表1所示。
表1
Figure BDA0002550845610000041
Figure BDA0002550845610000051
表1中，q11、q21、q31对应相等，q12、q22、q32对应相等，q13、q23、q33对应相等。作为其他实施方式，也可以不相等。
表1中，综合敏感系数为相应层级敏感系数和分区敏感系数的乘积。
例如入口一区的氮氧化物浓度的综合敏感系数为入口侧氮氧化物浓度的层级敏感系数c1与一区的分区敏感系数q11的乘积c1*q11。
下面以计算喷氨分控阀门401的开度的即时调节量为例进行说明：采集入口一区的氮氧化物浓度在归一化后的变化量Δm1，出口一区的氮氧化物浓度在归一化后的变化量Δm2，以及出口一区的氨气浓度在归一化后的变化量Δm3，然后分别计算各归一化后的当前变化量与对应综合敏感系数的乘积，得到三个调节分量，对三个调节分量进行求和处理，得到喷氨分控阀门401的开度的即时调节量。即Δu1＝Δm1*c1*q11+Δm2*c2*q12+Δm3*c3*q13。
喷氨分控阀门402和403的开度的即时调节量Δu1、Δu2计算过程类似，本实施例不再赘述；计算公式可以表示为：
Figure BDA0002550845610000061
式中，Δu为某分区的分控阀门开度，n为即时敏感参数的数量，Δmi为各即时敏感参数在归一化后的变化量，ki为综合敏感系数。
上述公式中，由于各参数变化的量纲不同，需要去掉各参数的量纲，因此进行了归一化处理，以实现对归一化后的各变化量进行加权求和，从而得到开度调节量。以上的归一化过程是施加在各变化量上，作为其他实现方式，还可以将归一化过程施加在各个变化量对应的综合敏感系数上。
得到各喷氨分控阀门开度的即时调节量后，按照这些即时调节量，进行脱硝***中相应喷氨区的喷氨分控阀门开度大小的实时调节。
例如，情况一：当入口一区和出口一区的氮氧化物浓度在前后两个时刻之间的变化量很小，而出口一区的氨气浓度在前后两个时刻之间的变化增量(变化量为负值)却很大，说明此时发生了氨逃逸，在各变化量归一化后，按照上述方法求得的即时调节量Δu1为负值，例如为-0.2，需要按照20％的百分占比减小喷氨分控阀门401的开度。
又如，情况二：当入口一区和出口一区的氮氧化物浓度在前后两个时刻之间的变化量增加幅度较大，出口一区的氨气浓度在前后两个时刻之间的变化量较小或为零，则求得的即时调节量Δu1为正值，例如为0.3，那么需要按照30％的百分占比增加喷氨分控阀门401的开度。
以上举例的两种情况是用于说明如何根据计算得到即时调节量进行阀门的开度调节控制，但本发明方法的使用情况并不限于上面两种情况，本发明的改进之处在于，利用层次分析法，确定即时敏感参数的综合敏感系数，再结合检测即时敏感参数的变化量，就可以准确计算出各监测区域对应喷氨分控阀门开度的即时调节量，能够有效控制烟气出口NOx的浓度波动，整个控制流程如图2所示。
本实施例的重要意义在于：通过将敏感系数分层、分区，可以方便的调节各种敏感系数，而不同的敏感系数可以响应不同的需求和环境变化，从而能够有效控制烟气出口NOx的浓度波动。
为了通过控制喷氨分控阀门开度大小进一步提高脱硝效率，还可以考虑特性敏感参数，通过特性敏感参数为阀门开度调节设置约束条件。本实施例中，特性敏感参数包括入口一区的催化剂活性指数、入口二区的催化剂活性指数、入口三区的催化剂活性指数。本实施例中，考虑催化剂的磨损程度，催化剂的积灰堵塞程度，催化剂的使用寿命，烟道内催化剂层的脱硝效率，催化剂的环境温度，分别对三个催化剂活性指数设置相应的敏感系数，如表2所示。
表2
Figure BDA0002550845610000071
上表中，控制输出量是根据敏感系数和喷氨分控阀门的开度初始值的乘积确定的，例如喷氨分控阀门的开度初始值均为100％，需控制第一喷氨区的喷氨分控阀门的开度不大于0.8(该数值表示占阀门总开度的80％)，控制第二喷氨区的喷氨分控阀门的开度不大于0.9，控制第三喷氨区的喷氨分控阀门的开度不大于0.95。
表2中的输出量即为各喷氨分控阀门开度的最大限值，也就是说，在按照即时调节量，实时控制脱硝***中各喷氨分控阀门的开度大小时，不能使喷氨分控阀门的开度大于该最大限值。
本实施例中，根据脱硝***的实际运行情况定期对催化剂活性指数进行调整，一般地，根据现场具体情况选择一个季度或半年左右调整一次即可。
本实施例中的脱硝***主要改进在于，采用了上述的脱硝***控制方法，因此脱硝***的实际硬件构成不局限于图1所示的脱硝***，作为其他实施方式，可以采用现有其他各类脱硝***，利用上述控制方法实现对喷氨分控阀门开度的趋势调整，以控制脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度和氨逃逸量保持在较小范围内。
装置实施例：
本实施例提出一种应用至图1中的脱硝***的喷氨控制装置，如图3所示，包括控制器，该控制器采集连接有各监测区域的传感器，包括入口一区、入口二区、入口三区布置的浓度传感器，出口一区、出口二区、出口三区中分别布置的浓度传感器，控制器用于根据各浓度传感器的监测数据，按照***实施例中记载的方法，选定即时敏感参数，确定各即时敏感参数的综合敏感系数，并结合各监测区域的各个即时敏感参数的当前变化量，确定各监测区域喷氨分控阀门开度的即时调节量。
图3中，控制器还控制连接各喷氨分控调节阀，即第一喷氨分控调节阀、第二喷氨分控调节阀和第三喷氨分控调节阀，相当于图1中的喷氨分控调节阀401、402、403，用于根据计算得到的即时调节量对各喷氨分控阀门的开度大小进行实时调节。
本实施例中的控制器作为集成装置，如图3所示，集成有存储器和处理器，以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器用于运行存储在存储器中的程序指令，以实现***实施例中的脱硝***控制方法，由于该方法在方法实例中的记载已经足够清楚、完整，本实施例不再赘述。
也就是说，以上***实施例中的控制方法应理解可由计算机程序指令实现脱硝***控制的方法流程，可提供这些计算机程序指令到处理器(如通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备等)，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。
具体的，如图3所示的喷氨控制装置，该喷氨控制装置可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)和存储器，一个或一个以上存储应用程序或数据的存储介质。其中，存储器和存储介质可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对数据处理设备中的一系列指令操作。更进一步地，处理器可以设置为与存储介质通信，在脱硝***控制装置上执行存储介质中的一系列指令操作。
本实施例所指的处理器是指微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。
本实施例所指的存储器包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。例如：利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的各式存储器，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的各式存储器，CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
作为其他实施方式，本实施例的喷氨控制装置还可以包括显示器，显示器用于显示各传感器对各类参数的浓度监测值，延时敏感参数及其变动幅度，对喷氨总控阀门的开度调节量，即时敏感参数及其变动幅度，对各喷氨分控阀门的开度调节量等。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种脱硝***控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定至少两类即时敏感参数；
2)为每类即时敏感参数预设层级敏感系数；
对于每类即时敏感参数，为每个分区的预设分区敏感系数；
3)对于每个分区，计算每类即时敏感参数的综合敏感系数，所述综合敏感系数为对应层级敏感系数与对应分区敏感系数的乘积；
4)对于任一分区的喷氨分控阀门，采集各类即时敏感参数的变化量，将各类即时敏感参数的变化量和对应的综合敏感系数，进行加权求和，计算该喷氨分控阀门的开度调节量；
5)按照所述开度调节量，实时调节各分区的喷氨分控阀门。
2.根据权利要求1所述的脱硝***控制方法，其特征在于，任一喷氨分控阀门开度的开度调节量计算式如下：
Figure FDA0002550845600000011
上式中，Δu为喷氨分控阀门开度的开度调节量，n为即时敏感参数的类别数量，Δmi为即时敏感参数在归一化后的变化量，ki为综合敏感系数。
3.根据权利要求1或2所述的脱硝***控制方法，其特征在于，所述即时敏感参数包括：脱硝反应器入口侧氮氧化物浓度，脱硝反应器出口侧氮氧化物浓度和脱硝反应器出口侧氨气浓度。
4.根据权利要求1所述的脱硝***控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据各监测区域的催化剂活性指数，设置喷氨分控阀门开度的最大限值，在调节喷氨分控阀门开度时，控制喷氨分控阀门开度不大于所述最大限值。
5.一种喷氨控制装置，包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的控制方法。
6.一种脱硝***，包括脱硝反应器和喷氨控制装置，其特征在于，所述喷氨控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，用于实现如权利要求1-4任一项所述的脱硝***控制方法。
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