CN206965517U - 一种火电机组超低排放脱硝控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火电机组超低排放脱硝控制***，包括状态估计控制器、第一PID控制器、第二PID控制器、第一减法器、第二减法器、第一加法器、氮氧化物浓度检测器以及氨气流量计，其中，氮氧化物浓度检测器的输出端与第一减法器的输入端相连接，第一减法器的输出端与第一PID控制器的输入端相连接，第一PID控制器的输出端及状态估计控制器的输出端与第一加法器的输入端相连接，氨气流量计的输出端及第一加法器的输出端与第二减法器的输入端相连接，第二减法器的输出端与第二PID控制器的输入端相连接，第二PID控制器的输出端与喷氨控制调节阀的控制端相连接，该***能够实时、快速、稳定、有效的对SCR脱硝***出口处的NOx浓度进行控制。

Description

一种火电机组超低排放脱硝控制***

技术领域

本实用新型属于火电机组超低排放SCR脱硝***的自动控制技术领域，涉及一种火电机组超低排放脱硝控制***。

背景技术

根据国家***、环境保护部、国家能源局联合下发“环发[2015]164号关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知”。的要求，各电厂陆续开展了烟气超低排放改造。超低排放改造后要求NOx排放浓度须低于50mg/m³，这不仅是对NOx排放浓度指标的提升，也对反应器氨氮摩尔比偏差、NOx排放浓度的波动范围、反应器出口NOx的控制精度等都提出了更高的要求。

SCR脱硝反应器进出口NOx浓度测量的滞后性和控制设备的自身特性使得脱硝***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良好效果。另外机组负荷波动、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，都将严重影响反应器出口NOx的控制效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种火电机组超低排放脱硝控制***，该***能够实时、快速、稳定、有效的对SCR脱硝***出口处的NOx浓度进行控制。

为达到上述目的，本实用新型所述的火电机组超低排放脱硝控制***，用于超低排放锅炉SCR脱硝***喷氨量控制中，所述锅炉SCR脱硝***包括液氨储罐、蒸发器、氨气缓冲罐、喷氨控制调节阀、稀释风机、氨空气混合器及SCR脱硝反应器，其中，液氨储罐经蒸发器与氨气缓冲罐入口相连通，氨气缓冲罐经喷氨控制调节阀与氨空气混合器的氨气入口相连通，稀释风机的出口与氨空气混合器的空气入口相连通，氨空气混合器的出口与SCR脱硝反应器的喷氨格栅入口相连通，锅炉的出口与SCR脱硝反应器的烟气入口相连通，所述的火电机组超低排放脱硝控制***包括状态估计控制器、第一PID控制器、第二PID控制器、第一减法器、第二减法器、第一加法器、用于检测SCR脱硝反应器出口处NOx浓度的氮氧化物浓度检测器以及用于检测氨空气混合器入口处氨气流量的氨气流量计，其中，氮氧化物浓度检测器的输出端与第一减法器的输入端相连接，第一减法器的输出端与第一PID控制器的输入端相连接，第一PID控制器的输出端及状态估计控制器的输出端与第一加法器的输入端相连接，氨气流量计的输出端及第一加法器的输出端与第二减法器的输入端相连接，第二减法器的输出端与第二PID控制器的输入端相连接，第二PID控制器的输出端与喷氨控制调节阀的控制端相连接。

所述状态估计控制器包括第三减法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器、第六乘法器、第七乘法器、第八乘法器、第二加法器、第三加法器、用检测SCR脱硝反应器入口处烟气量的第一检测器、用于检测SCR脱硝反应器入口处NOx浓度的第二检测器、用于检测锅炉总风量的第三检测器、用于检测锅炉总煤量的第四检测器、用于检测炉膛出口氧量的第五检测器、用于检测锅炉燃烧***的风煤比的第六检测器、用于检测锅炉负荷的第九检测器、用于检测锅炉燃烧***的风煤相关变量的第七检测器、用于检测锅炉燃烧***的SOFA风相关变量的第八检测器；

第二检测器的输出端与第三减法器的输入端相连接，第三减法器的输出端与第一乘法器的输入端相连接，第九检测器的输出端与第二乘法器的输入端相连接，第三检测器的输出端与第三乘法器的输入端相连接，第四检测器的输出端与第四乘法器的输入端相连接，第五检测器的输出端与第五乘法器的输入端相连接，第六检测器的输出端与第六乘法器的输入端相连接，第二乘法器的输出端、第三乘法器的输出端、第四乘法器的输出端、第五乘法器的输出端及第六乘法器的输出端均与第二加法器的输入端相连接，第二加法器的输出端与第七乘法器的输入端相连接，第一乘法器的输出端、第七乘法器的输出端、第七检测器的输出端及第八检测器的输出端与第三加法器的输入端相连接，第三加法器的输出端、第一检测器的输出端与第八乘法器的输入端相连接，第八乘法器的输出端与第一加法器的输入端相连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的火电机组超低排放脱硝控制***在具体操作时，通过状态估计控制器预测NOx浓度的变化趋势，然后通过两次PID运算，从而实现对SCR反应器喷氨量的控制，进而实现实时、快速、稳定、有效的对SCR脱硝***出口处的NOx浓度进行控制，从而克服时滞与输入波动影响，提高负荷适应能力，保证***稳定运行，改善SCR脱硝反应器的控制特性，以适应超低排放对NOx排放和氨逃逸控制的要求，提高***运行的经济性及安全性。

附图说明

图1为本实用新型的原理图；

图2为本实用新型中状态估计控制器2的电路原理图；

图3为燃煤锅炉SCR脱硝***的结构示意图。

其中，1为第一PID控制器、2为状态估计控制器、3为第二PID控制器、4为喷氨控制调节阀、5为SCR脱硝反应器、6为氨气流量计、7为氮氧化物浓度检测器、8为第三检测器、9为第四检测器、10为第五检测器、11为第六检测器、12为第三减法器、13为第二乘法器、14为第三乘法器、15为第四乘法器、16为第五乘法器、17为第六乘法器、18为第一乘法器、19为第二加法器、20为第七乘法器、21为第三加法器、22为第八乘法器、23为第二检测器、24为第八检测器、25为第七检测器、26为第九检测器、27为第一检测器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1，本实用新型所述的火电机组超低排放脱硝控制***，用于锅炉SCR脱硝***喷氨量控制中，所述锅炉燃烧***包括液氨储罐、蒸发器、氨气缓冲罐、喷氨控制调节阀4、稀释风机、氨空气混合器及SCR脱硝反应器5，其中，液氨储罐经蒸发器与氨气缓冲罐入口相连通，氨气缓冲罐经喷氨控制调节阀4与氨空气混合器的氨气入口相连通，稀释风机的出口与氨空气混合器的空气入口相连通，氨空气混合器的出口与SCR脱硝反应器5的喷氨格栅入口相连通，锅炉的出口与SCR脱硝反应器5的烟气入口相连通，所述的火电机组超低排放脱硝控制***包括状态估计控制器2、第一PID控制器1、第二PID控制器3、第一减法器、第二减法器、第一加法器、用于检测SCR脱硝反应器5出口处NOx浓度的氮氧化物浓度检测器7以及用于检测氨空气混合器入口处氨气流量的氨气流量计6，其中，氮氧化物浓度检测器7的输出端与第一减法器的输入端相连接，第一减法器的输出端与第一PID控制器1的输入端相连接，第一PID控制器1的输出端及状态估计控制器2的输出端与第一加法器的输入端相连接，氨气流量计6的输出端及第一加法器的输出端与第二减法器的输入端相连接，第二减法器的输出端与第二PID控制器3的输入端相连接，第二PID控制器3的输出端与喷氨控制调节阀4的控制端相连接。

所述状态估计控制器2包括第三减法器12、第二乘法器13、第三乘法器14、第四乘法器15、第五乘法器16、第六乘法器17、第七乘法器20、第八乘法器22、第二加法器19、第三加法器21、用检测SCR脱硝反应器5入口处烟气量的第一检测器27、用于检测SCR脱硝反应器5入口处NOx浓度的第二检测器23、用于检测锅炉总风量的第三检测器8、用于检测锅炉总煤量的第四检测器9、用于检测炉膛出口氧量的第五检测器10、用于检测锅炉燃烧***的风煤比的第六检测器11、用于检测锅炉负荷的第九检测器(26)、用于检测锅炉燃烧***的风煤相关变量的第七检测器25、用于检测锅炉燃烧***的SOFA风相关变量的第八检测器24；第二检测器23的输出端与第三减法器12的输入端相连接，第三减法器12的输出端与第一乘法器18的输入端相连接，第九检测器26的输出端与第二乘法器13的输入端相连接，第三检测器8的输出端与第三乘法器14的输入端相连接，第四检测器9的输出端与第四乘法器15的输入端相连接，第五检测器10的输出端与第五乘法器16的输入端相连接，第六检测器11的输出端与第六乘法器17的输入端相连接，第二乘法器13的输出端、第三乘法器14的输出端、第四乘法器15的输出端、第五乘法器16的输出端及第六乘法器17的输出端均与第二加法器19的输入端相连接，第二加法器19的输出端与第七乘法器20的输入端相连接，第一乘法器18的输出端、第七乘法器20的输出端、第七检测器25的输出端及第八检测器24的输出端与第三加法器21的输入端相连接，第三加法器21的输出端、第一检测器27的输出端第八乘法器22的输入端相连接，第八乘法器22的输出端与第一加法器的输入端相连接。

状态估计控制器2的数学表达式为：

Y＝Q×{k₁×(NOx_v-NOx_s)+k₂[(a₁u₁+a₂u₂+a₃u₃+a₄u₄+a₅u₅)+G₁+G₂]}×M (2)

其中，Q为SCR脱硝反应器5入口处的烟气量；k₁及k₂为预设的加权比例系数；NOx_S为脱硝反应器出口处NOx的设定值；NOx_v为脱硝反应器入口NOx的测量值；a₁、a₂、a₃、a₄及a₅均为预设系数，u₁、u₂、u₃、u₄及u₅分别为锅炉负荷、锅炉总量、锅炉总煤量、炉膛出口氧量及锅炉燃烧***的风煤比，G₁为锅炉燃烧***的风煤量相关变量，G₂为锅炉燃烧***的SOFA风相关变量，M为需脱除的NOx与所需液氨的质量比。

其中，锅炉燃烧***的风煤量相关变量G₁的数学表达式为：

G₁＝C×Q_c ^0.5×(Q_a/Q_c)³ (2)

其中，Q_a为锅炉燃烧***的总风量；Q_c为锅炉燃烧***的总煤量；C为常数。

锅炉燃烧***的SOFA风相关变量G₂的数学表达式为：

G₂＝V_S/V₂ (3)

其中，V_S为锅炉燃烧***中SOFA风门的平均开度，V₂为锅炉燃烧***中二次风门的平均开度。

其中，需要说明的是，本实用新型中锅炉燃烧***的风煤量相关变量G₁及锅炉燃烧***的SOFA风相关变量G₂的检测通过乘法器、微分电路及除法器实现。

在实际使用时，可以根据锅炉燃煤***的实际情况，从u₁、u₂、u₃、u₄及u₅选择出该锅炉燃煤***的强相关变量，并将其他非强变量之前的系数置零，其中，强相关变量的选取过程为：先确定各状态变量与SCR反应器入口NOx浓度在不同时间间隔时的影响关系，并绘制影响系数曲线，然后根据影响系数曲线遴选出影响NOx浓度的锅炉燃烧***的强相关变量。

Claims (2)

1.一种火电机组超低排放脱硝控制***，用于超低排放锅炉SCR脱硝***喷氨量控制中，所述锅炉SCR脱硝***包括液氨储罐、蒸发器、氨气缓冲罐、喷氨控制调节阀(4)、稀释风机、氨空气混合器及SCR脱硝反应器(5)，其中，液氨储罐经蒸发器与氨气缓冲罐入口相连通，氨气缓冲罐经喷氨控制调节阀(4)与氨空气混合器的氨气入口相连通，稀释风机的出口与氨空气混合器的空气入口相连通，氨空气混合器的出口与SCR脱硝反应器(5)的喷氨格栅入口相连通，锅炉的出口与SCR脱硝反应器(5)的烟气入口相连通，其特征在于，包括状态估计控制器(2)、第一PID控制器(1)、第二PID控制器(3)、第一减法器、第二减法器、第一加法器、用于检测SCR脱硝反应器(5)出口处NOx浓度的氮氧化物浓度检测器(7)以及用于检测氨空气混合器入口处氨气流量的氨气流量计(6)；

氮氧化物浓度检测器(7)的输出端与第一减法器的输入端相连接，第一减法器的输出端与第一PID控制器(1)的输入端相连接，第一PID控制器(1)的输出端及状态估计控制器(2)的输出端与第一加法器的输入端相连接，氨气流量计(6)的输出端及第一加法器的输出端与第二减法器的输入端相连接，第二减法器的输出端与第二PID控制器(3)的输入端相连接，第二PID控制器(3)的输出端与喷氨控制调节阀(4)的控制端相连接。

2.根据权利要求1所述的火电机组超低排放脱硝控制***，其特征在于，所述状态估计控制器(2)包括第三减法器(12)、第二乘法器(13)、第三乘法器(14)、第四乘法器(15)、第五乘法器(16)、第六乘法器(17)、第七乘法器(20)、第八乘法器(22)、第二加法器(19)、第三加法器(21)、用检测SCR脱硝反应器(5)入口处烟气量的第一检测器(27)、用于检测SCR脱硝反应器(5)入口处NOx浓度的第二检测器(23)、用于检测锅炉总风量的第三检测器(8)、用于检测锅炉总煤量的第四检测器(9)、用于检测炉膛出口氧量的第五检测器(10)、用于检测锅炉燃烧***的风煤比的第六检测器(11)、用于检测锅炉负荷的第九检测器(26)、用于检测锅炉燃烧***的风煤相关变量的第七检测器(25)、用于检测锅炉燃烧***的SOFA风相关变量的第八检测器(24)；

第二检测器(23)的输出端与第三减法器(12)的输入端相连接，第三减法器(12)的输出端与第一乘法器(18)的输入端相连接，第九检测器(26)的输出端与第二乘法器(13)的输入端相连接，第三检测器(8)的输出端与第三乘法器(14)的输入端相连接，第四检测器(9)的输出端与第四乘法器(15)的输入端相连接，第五检测器(10)的输出端与第五乘法器(16)的输入端相连接，第六检测器(11)的输出端与第六乘法器(17)的输入端相连接，第二乘法器(13)的输出端、第三乘法器(14)的输出端、第四乘法器(15)的输出端、第五乘法器(16)的输出端及第六乘法器(17)的输出端均与第二加法器(19)的输入端相连接，第二加法器(19)的输出端与第七乘法器(20)的输入端相连接，第一乘法器(18)的输出端、第七乘法器(20)的输出端、第七检测器(25)的输出端及第八检测器(24)的输出端与第三加法器(21)的输入端相连接，第三加法器(21)的输出端、第一检测器(27)的输出端与第八乘法器(22)的输入端相连接，第八乘法器(22)的输出端与第一加法器的输入端相连接。