基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制系统和方法技术方案

本发明专利技术基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，包括如下步骤，1)得到由水解反应器负荷到加热蒸汽用量的传递函数；2)由水解反应器负荷指令通过传递函数生成一路加热蒸汽用量信号，并将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号；3)由水解反应器压力偏差信号通过调门开度控制函数生成第二加热蒸汽调门开度信号，得到偏差值；4)将第一加热蒸汽调门开度信号引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，确定开度基准值；5)将加热蒸汽调门开度基准值和偏差值进行加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号。本发明专利技术所述控制系统，包括用于接收水解反应器负荷指令、水解反应器压力设定值和测量信号的PLC控制器。

【技术实现步骤摘要】
基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制系统和方法
本专利技术涉及火电厂脱硝用尿素水解制氨技术，具体为一种基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制系统和方法。
技术介绍
近年来，国内外发电企业对液氨使用过程中的潜在危险越来越重视，在某些特殊地区及距离城市、居民区较近的燃煤电厂中，尿素水解制氨已成为制备SCR脱硝还原剂的推荐工艺。尿素水解制氨工艺在火电厂SCR脱硝还原剂制备工段中逐渐得到应用，其操作条件和工艺路线与传统的化工行业尿素深度水解技术存在显著差别(CN204057981U，尿素水解反应器；CN203513297U，尿素溶液水解制氨系统；CN202430017U，一种应用于烟气脱硝的尿素水解器；CN201458752U；制取烟气脱氮所需还原剂的尿素水解系统；CN201971645U，尿素水解制氨系统)。火电厂尿素水解工艺是为了更方便、经济地制备脱硝需要的氨气，其原理为利用尿素溶液在压力釜中发生水解反应生成氨气。尿素水解反应器的热源可选用锅炉二次风，如中国专利CN203922753U公开的一种利用锅炉气体的尿素水解制氨方法和装置；也可选用电加热方式，如中国专利CN203095628U公开的一种用于烟气脱硝的电加热尿素水解制氨反应器，但最为经济可行的热源是锅炉产生的低压蒸汽。加热蒸汽通过盘管的方式进入水解器，加热蒸汽不与尿素溶液混合，通过盘管回流，需要增加1个冷凝水回收装置，水解器内的气液两相平衡体系的压力约为0.6～1.0MPa，温度约150℃。水解后的产物为NH3、CO2、H2O的混合蒸汽，经除雾器除掉携带的水滴后，通过自身压力送往氨气稀释系统，加入空气后稀释成浓度约5％的氨气，送往SCR脱硝系统。尿素水解装置一般采用定压运行。定压运行方式下，控制目标为反应器压力，当外界需求氨产量发生变化时，气相出口阀门开始动作，将引起反应器内压力发生变化，此时由反应器压力连锁控制的蒸汽阀门开度将发生改变，增加(或减少)的热量将改变反应器内温度，进而改变反应速度和氨产量，并引起反应器内压力变化，通过PID调节作用，蒸汽阀门开度将逐渐趋于稳定值。由于水解反应器尺寸庞大，容器内储存有大量高温尿素溶液，在热惯性的作用下，水解反应器工作温度变化缓慢，再加上加热蒸汽的热传导过程，从气相出口阀门动作到加热蒸汽阀门动作经历的时间将很长，水解反应器对变负荷指令的响应速度很慢，变负荷过程中蒸汽阀门动作频繁，热量浪费非常严重。另一方面，尿素水解装置的停机过程较为缓慢，当SCR区由于故障需要迅速切断氨气供应时，如何控制尿素水解装置紧急停机也是亟需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供实现简单，精确可靠，响应迅速的，基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制系统和方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，包括如下步骤，1)根据尿素水解反应器运行数据拟合得到由水解反应器负荷到加热蒸汽用量的传递函数f2(x)；2)由水解反应器负荷指令通过传递函数f2(x)生成一路加热蒸汽用量信号，并根据加热蒸汽用量信号和加热蒸汽调门开度信号之间的线性关系将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号；3)根据水解反应器压力设定值和测量值确定水解反应器压力偏差信号，由水解反应器压力偏差信号通过调门开度控制函数f3(x)生成第二加热蒸汽调门开度信号，得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度偏差值；4)将第一加热蒸汽调门开度信号引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，根据前馈信号确定变负荷工况下加热蒸汽调门开度基准值；5)将加热蒸汽调门开度基准值和偏差值进行加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号。优选的，将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后输出；选择时，SCR区紧急关断信号的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。优选的，负荷到加热蒸汽用量的传递函数f2(x)呈线性函数。本专利技术基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制系统，包括用于接收水解反应器负荷指令、水解反应器压力设定值和测量信号的PLC控制器；PLC控制器包括如下模块；用于根据传递函数f2(x)将水解反应器负荷指令生成一路加热蒸汽用量信号，并根据加热蒸汽用量信号和加热蒸汽调门开度信号之间的线性关系将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号的第一转换模块；用于根据水解反应器压力设定值和测量信号进行PID调节，输出水解反应器压力偏差信号的压力PID调节模块；用于根据调门开度控制函数f3(x)将水解反应器压力偏差信号生成第二加热蒸汽调门开度信号的第二转换模块；用于将第一加热蒸汽调门开度信号作为前馈信号和作为偏差信号的第二加热蒸汽调门开度信号进行信号加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号的信号加权输出模块。优选的，PLC控制器还包括用于将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后输出的选择输出模块；选择时，SCR区紧急关断信号的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术根据尿素水解反应器产氨量，也就是负荷与所需加热蒸汽耗量呈线性约束的关系，由水解反应器负荷指令生成一路加热蒸汽用量信号，引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，精确控制水解反应器加热蒸汽耗量，控制方法易于实现，不改变现在已有的控制回路和控制结构，控制信号稳定可靠，能够用于改进火电厂烟气脱硝用尿素水解反应器控制逻辑和对控制系统的进行升级改造。并且在变负荷工况下，采用热量前馈信号修正水解反应器加热蒸汽调门开度，能够显著降低系统响应时间，减小加热蒸汽调门开度信号的振幅，从而提高水解反应器系统对变负荷的响应能力，减小变负荷过程中的热量浪费，改善水解装置的经济性。进一步的，将SCR区紧急关断信号作为前馈信号引入到水解反应器加热蒸汽控制环节，控制反应器迅速停机，防止水解反应器超压运行，保障设备安全。附图说明图1为本专利技术所述控制方法的逻辑图。图2为本专利技术所述控制方法中负荷到加热蒸汽用量传递关系。图3为控制系统响应水解反应器负荷增加10％指令的仿真图。图4为控制系统响应水解反应器负荷减小10％指令的仿真图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，如图1所示，其包括如下步骤，1)根据尿素水解反应器运行数据拟合得到由水解反应器负荷到加热蒸汽用量的传递函数f2(x)；2)由水解反应器负荷指令通过传递函数f2(x)生成一路加热蒸汽用量信号，并根据加热蒸汽用量信号和加热蒸汽调门开度信号之间的线性关系将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号；3)根据水解反应器压力设定值和测量值确定水解反应器压力偏差信号，由水解反应器压力偏差信号通过调门开度控制函数f3(x)生成第二加热蒸汽调门开度信号，得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度偏差值；4)将第一加热蒸汽调门开度信号引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，根据前馈信号确定变负荷工况下加热蒸汽调门开度基准值；5)将加热蒸汽调门开度基准值和偏差值进行加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号。本优选实例中，如图1所示，将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后输出；选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，其特征在于，包括如下步骤，1)根据尿素水解反应器运行数据拟合得到由水解反应器负荷到加热蒸汽用量的传递函数f2(x)；2)由水解反应器负荷指令通过传递函数f2(x)生成一路加热蒸汽用量信号，并根据加热蒸汽用量信号和加热蒸汽调门开度信号之间的线性关系将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号；3)根据水解反应器压力设定值和测量值确定加热蒸汽调门开度偏差信号，由水解反应器压力偏差信号通过调门开度控制函数f3(x)生成第二加热蒸汽调门开度信号，得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度偏差值；4)将第一加热蒸汽调门开度信号引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，根据前馈信号确定变负荷工况下加热蒸汽调门开度基准值；5)将加热蒸汽调门开度基准值和偏差值进行加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号。

【技术特征摘要】
1.基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，其特征在于，包括如下步骤，1)根据尿素水解反应器运行数据拟合得到由水解反应器负荷到加热蒸汽用量的传递函数f2(x)；2)由水解反应器负荷指令通过传递函数f2(x)生成一路加热蒸汽用量信号，并根据加热蒸汽用量信号和加热蒸汽调门开度信号之间的线性关系将其转换为对应的第一加热蒸汽调门开度信号；3)根据水解反应器压力设定值和测量值确定水解反应器压力偏差信号，由水解反应器压力偏差信号通过调门开度控制函数f3(x)生成第二加热蒸汽调门开度信号，得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度偏差值；4)将第一加热蒸汽调门开度信号引入加热蒸汽调门开度自动控制逻辑中作为前馈信号，根据前馈信号确定变负荷工况下加热蒸汽调门开度基准值；5)将加热蒸汽调门开度基准值和偏差值进行加权后输出得到变负荷工况下加热蒸汽调门开度信号。2.根据权利要求1所述的基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，其特征在于，将SCR区紧急关断信号和水解反应器负荷指令进行唯一选择后输出；选择时，SCR区紧急关断信号的优先级高于水解反应器负荷指令的优先级。3.根据权利要求1所述的基于热量前馈信号的尿素水解反应器控制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向宇，张波，李明皓，向小凤，高宁，徐宏杰，
申请(专利权)人：中国华能集团公司，西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11