一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统技术方案

一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统，它将烟气NOx实际排放量同NOx模型推算出的理论排放量之差作为NOx排放量设定值的修正值，然后由被控对象的逆模型作为控制器，计算出下一步喷氨调节执行器的实时控制指令。同时，将控制系统设计为随动控制系统，NOx设定值通过运行人员手操指令叠加锅炉主控指令的函数及锅炉总风量的函数来实现，以解决目前基于PI、PID控制算法的控制策略中，脱硝控制无法提前预判并准确控制喷氨量的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统。
技术介绍
氮氧化物（N0X)排放治理被列为我国现阶段的减排重点。在此背景下，新装火力发 电机组将配套安装脱硝装置，而已经建成投产的老机组也陆续通过设备工艺改造加装SCR 或SNCR脱硝系统。选择性催化还原法SCR工艺是一项成熟的工业脱硝技术，它的原理是， 在烟气温度为300-400°C、催化剂作用下，有选择地将N0和N0 X还原成N2，而几乎不发生NH3 和〇2的氧化反应。理论上，通过合理地控制反应区温度及喷氨量，可确保NH 3逃逸量较低的 同时，脱硝效率维持在90%以上。 在SCR工艺中，最重要的控制当属喷氨控制。当順3与N0,合反应区摩尔比为1 时，脱硝效率达到最高。如果喷氨量过低，SCR出口 N0X含量相对升高，脱硝效率降低，达不 到环保部门的减排要求；喷氨量过高，则氨逃逸量会升高，不仅不经济，还会在SCR反应区 后的低温区域(空气预热器）同烟气中的酸性物质反应生成结晶导致空气预热器堵塞，更会 造成有毒物质氨排放二次污染。 喷氨流量的精确、合理控制是SCR工艺高效运行的前提。但是，由于见^与勵,的反 应是一个大迟延、大惯性的过程，加之N0X在线监测仪表CEMS的过滤-连续抽样-冷凝-二 次过滤_化学分析过程也具有显著的迟延性，在此类大迟延的系统中，喷氨流量调节门改 变后，总需要经过一个漫长的迟延时间，才能波及N0X监测量改变，因此传统的PID控制总 是发生明显的滞后性超调甚至呈发散特性；不仅如此，锅炉排烟NCV#量的变化是一个很复 杂的过程，受到来自机组负荷、风量、煤量、煤种、低氮燃烧器顶部燃尽风SOFA风门开度等 参数影响很大，且都具有不同的迟延特性；在调峰机组乃至AGC调峰机组中，由于给煤量和 风量的时变性及对烟气N0X变化的强扰动特性，导致来自系统内外扰动极大，传统的手动控 制、PID自动控制等现场控制手段难以解决此类工业控制难题。
技术实现思路
本专利技术目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种基于数学模型的烟气脱硝 的控制系统，以解决目前基于PI、PID控制算法的控制策略中，脱硝控制无法提前预判并准 确控制喷氨量的问题。 本专利技术所述的一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统，用执行器驱动喷氨调节 门控制喷氨量，氨与空气混合后喷入SCR与^^进行充分反应，CEMS分析装置检测到N0，的 实时排放量，进而通过一系列计算方法确定喷氨调节门执行器的开度指令，然后在控制系 统中构造并利用喷氨调节门开度与N0 X排放量的数学模型，连续计算出执行器开度变化造 成勵以勺排放量的实时理论值。以上二者通过连续比较，计算出腸)(理论排放量与实际排放 量的偏差。执行器控制指令运算单元设置为数学模型的逆模型，将此排放偏差值与N0 xS 定值之间再次求差，然后送入执行器控制指令运算单元，经连续计算获取喷氨执行器的开 度指令。然后构建基于数学模型的脱硝控制系统的烟气脱硝控制SAM图以实现现场应用 并且需完善无扰切换和跟随功能。 脱硝自动控制系统中引入N0X排放量的数学模型，目的是利用可测量的N0X实测值 及可跟踪监视的喷氨执行器实时开度，预测N0X排放量在未来的演变，从而提前改变执行器 开度，获得N0 X的精准控制。数学模型可以利用控制理论中的系统辨识方法求得。 执行器的控制指令运算单元，设置为数学模型的逆模型。脱硝控制为单输入、单输 出（SIS0)的系统，因此控制函数与上述数学模型的传递函数互为倒数关系。 为了使调节过程比较平稳又不失精准性、便于在工业过程控制中实现，在指令运 算单元前增加一个N阶惯性滤波器，配合指令运算单元进行执行器开度指令计算。 进一步地，为了提高喷氨控制系统响应机组负荷、锅炉燃烧及风量的能力、增强抗 扰性能，将控制系统设计为随动控制系统，N0xs定值通过运行人员手操指令叠加锅炉主控 指令的函数及锅炉总风量的函数来实现。具体函数过程可以采用N阶惯性-迟延传递函数。 以上便构成了一个基于模型的脱硝自动控制系统。在理论上，其闭环传递函数为：其中，ypv(s)为系统输出状态， 、⑷为系统给定，n(s)为系统扰动，Gc为模型控制器。Gm为数学模型。G p为控制N0X排放 量的工业过程。Gf为模型控制的滤波器。Gn为造成N0X排放量发生扰动的过程，SP为 放量的设定值，PV为N0 X排放量的采样实际值。当滤波器Gf=l时，假定过程环节Gp、Gm和G。 都是稳定的，哪怕G p#Gm，只要控制器增益Ge(0)和模型增益Gm(0)互为倒数，则控制偏差：，说明无论有任何偏差或扰动，系统在响应 输入偏差和扰动后仍能够消除静态偏差，实现PV对SP的跟踪。因此过程数学模型近似于 现场控制规律即可。基于数学模型的烟气脱硝自动控制系统控制过程如下： 1、 SP由运行人员根据需求输入； 2、 喷氨执行器指令由模型控制器G。运算给出。模型控制器的算法就是NO x模型的逆运 算过程。运算过程数据输入G。后，经过内部设置的算法进行计算，输出执行器开度指令； 3、 65与G n二者相叠加为PV。G 5与G n表征现场的工业过程规律，这个反应过程不能直 接观测，但它们的叠加量PV是可观测的，可以用传感器或者变送器经检测得到PV的数据； 4、 Gm通过系统辨识可以求得。喷氨执行器指令送入Gm经过运算后得到NOx排放量的理 论值； 5、 N〇J_放量的设计值与理论值之差，经过滤波后得到NO x排放量设定值SP的修正值， 对N0X排放量的设定值进行修正，然后送入模型控制器G。进行下一步喷氨执行器开度指令 的运算； 6、 投入自动控制方式时，整个控制结构图表示的运算和控制的过程是随时间连续进行 的。 上述所有的模型与函数，均可采用任意品牌的DCS系统SAMA编译软件中的延迟传 递功能块和超前滞后惯性功能块实现。 与现有技术相比，本专利技术所述的一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统的优势 在于：传统的基于PI、PID的自动控制方法，执行器输出及获得的N0X排放量总是表现出滞 后性，在强扰动的生产现场，NOJf以控制，而本专利技术所述的一种基于数学模型的烟气脱硝 的控制系统基于预测模型，因此可以预判N0 X排放量的变化，从而在CEMS装置采集到NO，的 变化之前，提前对执行器输出指令进行精确的修正、控制，在表现为强扰动的生产现场，依 然能够连续获得稳定而精准的放量。【附图说明】 附图1是基于数学模型的自动控制原理图。附图2是运用本专利技术所述的一种基于 数学模型的脱硝控制方法的烟气脱硝控制SAMA图。附图3是本专利技术所述的一种基于数学 模型的脱硝控制方法基于0C6000E平台的实施例应用SAMA图。 图1中，SP为N0X排放量的设定值，PV为NO，排放量的采样实际值，G。为模型控制 器，G m为数学模型，G p为控制NO x排放量的工业过程，G f为模型控制的滤波器，G n为造成NO x 排放量发生扰动的过程，STEP1为扰动源。 图2中，B0为锅炉主控输出，FT为总风量，AT为N0xS_放量，A为运行人员对NO x 排放量的设定值，F(X)为函数，+为相加，A为求偏差功能，FILTER为惯性滤波器，MC为模 型控制器，MI为数学模型，C为喷氨调门指令。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数学模型的烟气脱硝的控制系统，用执行器驱动喷氨调节门控制喷氨量，氨与空气混合后喷入SCR与NOx进行充分反应，CEMS分析装置检测到NOx的实时排放量，进而通过一系列计算方法确定喷氨调节门执行器的开度指令,其特征在于，在控制系统中，构造并利用喷氨调节门开度与NOx排放量的数学模型，连续计算出执行器开度变化造成NOX的排放量的实时理论值，以上二者通过连续比较，计算出NOX理论排放量与实际排放量的偏差，执行器控制指令运算单元设置为数学模型的逆模型，将此排放偏差值与NOX设定值之间再次求差，然后送入执行器控制指令运算单元，经连续计算获取喷氨执行器的开度指令，在指令运算单元前增加一个N阶惯性滤波器，配合指令运算单元进行执行器开度指令计算，然后构建基于数学模型的脱硝控制系统的烟气脱硝控制SAMA图以实现现场应用并且需完善无扰切换和跟随功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，
申请(专利权)人：陈亮，
类型：发明
国别省市：山东;37