一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法技术方案

一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，所述方法在脱硝控制系统中设置主环PID控制器、副环PID控制器和前馈控制器，主环PID控制器根据出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算出喷氨量控制信号；前馈控制器根据吹扫校正NOx浓度、NOx预估浓度、入口NOx浓度和烟气流量计算喷氨量前馈控制信号；所述副环PID控制器根据喷氨量控制信号、喷氨量前馈控制信号及氨气流量反馈信号控制喷氨阀门开度。本发明专利技术在主环加入增益调度模型、小时均值模型，实现脱硝系统变工况的自动控制；在副环中引入入口浓度吹扫校正模型，实现喷氨量的动态修正，为准确控制喷氨量，实现全过程鲁棒性和全工况达标排放提供了技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法
本专利技术涉及一种可有效提高火力发电机组脱硝系统全过程鲁棒性，并实现全工况达标排放的控制方法，属于发电

技术介绍
目前，环境污染已经成为困扰社会发展和人类生命健康的重要因素，随着电力工业的迅速发展，燃煤发电机组的参数和容量不断增大，燃煤电厂排放出的NOx对大气所造成的污染日益严重，很多地区出现了光化学烟雾，而且其污染还在不断加剧。控制氮氧化物排放量已成为污染重点治理工作，实现氮氧化物的超低近零排放是现阶段亟须解决的重要课题。选择性催化还原法(SCR)脱硝技术广泛应用于燃煤电厂控制NOx排放量。由于其较高的脱硝效率，SCR脱硝系统是近年来大型火电机组脱硝系统改造的首选类型，而长期以来对SCR脱硝系统的研究主要针对于其物理原理、设备结构和运行方式方面，却一直忽略了对脱硝自动控制策略的研究，而事实上脱硝系统的自动控制品质与电厂的长期运行成本密切相关。在工程实践中，火电厂对喷氨量的控制大部分依靠手动调节阀门开度或传统PID控制器来实现，控制效果并不理想，部分电厂SCR出口NOx浓度超过国家对大气污染物的排放限定值，并且不能在实现喷氨量优化控制的同时保证SCR出口NOx浓度稳定在设定值。由于控制策略设计不完善、控制目标不明确、现场测量条件差等问题，部分火电机组的SCR脱硝控制滞后性较大，当SCR入口NOX浓度测点吹扫时，测点数值处于失真状态，此时喷氨量不能及时地针对SCR入口NOX浓度的变化做出相应的调整，导致系统的自动投入率和投入效果均较差，使得整个脱硝系统的运行性能明显受到影响。因此，如何提高火力发电机组脱硝系统全过程鲁棒性，实现全工况达标排放就成为有关专家学者面临的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，以提高脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的：一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，所述方法在脱硝控制系统中设置主环PID控制器、副环PID控制器和前馈控制器，所述主环PID控制器根据脱硝反应器的出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算出喷氨量控制信号；所述前馈控制器根据吹扫校正NOx浓度、NOx预估浓度、传感器测得的脱硝反应器入口NOx浓度和烟气流量计算喷氨量前馈控制信号；所述副环PID控制器根据喷氨量控制信号、喷氨量前馈控制信号及氨气流量反馈信号控制喷氨阀门开度。上述火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，所述前馈控制器计算喷氨量前馈控制信号的方法如下：以脱硝反应器入口NOx浓度、烟气流量的动态校正值及炉内燃烧NOx生成预估模型给出的NOx预估浓度的乘积做为副环PID控制器的前馈信号，在该前馈信号中加入吹扫校正NOx浓度，即得到喷氨量前馈控制信号，所述吹扫校正NOx浓度由入口浓度吹扫校正模型通过对比并行运行的对侧SCR的入口NOx浓度的测量值给出，具体方法为：如果B侧入口NOx浓度的测点数据处于失真状态，则利用对侧(A侧)入口NOx浓度Δt时间内变化值ΔCNOx,A来预测从吹扫开始时刻起经过Δt时间后B侧入口NOx浓度CNOx,B，具体公式为：式中，为吹扫前B侧入口NOx浓度，Δt为吹扫时间。上述火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，所述主环PID控制器根据脱硝反应器的出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算喷氨量控制信号时，其输入信号通过以下方法获得：通过烟囱入口NOx浓度的测量值和设定值控制的小时目标均值模型得到每小时烟囱入口NOx浓度偏差的加权平均值，该偏差值与脱硝反应器的出口NOx浓度设定值相加后得到新的出口NOx浓度给定值，该出口NOx浓度给定值与反馈回来的出口NOx浓度测量值做偏差，得到主环PID控制器的输入信号；所述小时目标均值模型由烟囱入口NOx浓度的测量值和设定值给出，具体方法为：烟囱入口NOx浓度测量值CNOx与设定值RNOx取偏差，并以指数权值ω(k)＝λm-k为加权因子做加权平均计算，具体公式为：式中，为烟囱入口NOx浓度偏差的小时均值，CNOx为烟囱入口NOx浓度测量值，RNOx为烟囱入口NOx浓度设定值，k＝1,2,...,m为第k个采样点，m为1小时内的采样个数，λ为小于1的正数。上述火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，所述主环PID控制器在不同工况下的PID参数值由增益调度模型根据烟气流量和脱硝反应器入口温度进行调节。上述火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，将主环PID控制器输出的喷氨量控制信号送入副环PID控制器之前，应对喷氨量控制信号作如下处理：以脱硝反应器入口温度、脱硝反应器的入口NOx浓度、出口NOx浓度、烟气流量及氨气流量的测量值构建催化剂性能劣化评估模型，判断催化剂性能，催化剂性能劣化评估模型的输出与烟气流量及主回路PID控制器输出的喷氨量控制信号相乘，得到喷氨需求量，将喷氨需求量与氨气流量测量反馈值相减所得到的差值送入副环PID控制器的输入端。催化剂性能劣化评估模型输出信号是催化剂活性b，表达式为：式中，b为催化剂活性，v为烟气流量(体积流量，m3·h-1)，V为催化剂体积，A为催化剂比表面积(m2·m-3),η为脱硝效率，n为氨氮摩尔比，c1,c2为反应器入口，出口NOx浓度。本专利技术在副环中引入了基于模型的预测及智能前馈控制，大幅提高了脱硝系统的闭环稳定性和抗扰动能力，实现了SCR入口NOx浓度变化及失真时所需喷氨量的动态修正，为准确控制喷氨量、减少氨逃逸和氨消耗量，实现全过程鲁棒性和全工况达标排放，提高火电厂脱硝控制系统的自动化水平提供了技术支持。附图说明图1是本专利技术的SCR脱硝自动控制系统总体方案图；图2是出口NOx浓度控制图；图3是脱硝控制系统。图中各标号分别表示为：T、时钟，CT、NOx浓度传感器，A、NOx浓度设定值，FT、烟气流量传感器，TE、温度传感器，f(x)、校正函数。文中各符号分别表示为：ΔCNOx,A为A侧入口NOx浓度Δt时间内变化值，CNOx,B为从吹扫开始时刻起经过Δt时间后B侧入口NOx浓度，为吹扫前B侧入口NOx浓度，Δt为吹扫时间，G(s)为传递函数，K为增益系数，T1、T2为惯性时间，τ为延迟时间，s为微分因子，b为催化剂活性，v为烟气流量(体积流量，m3·h-1)，V为催化剂体积，A为催化剂比表面积(m2·m-3),η为脱硝效率，n为氨氮摩尔比，c1,c2为反应器入口，出口NOx浓度。为烟囱入口NOx浓度偏差的小时均值，CNOx为烟囱入口NOx浓度测量值，RNOx为烟囱入口NOx浓度设定值，k＝1,2,...,m为第k个采样点，m为1小时内的采样个数，ω(t)为指数权值，λ为小于1的正数。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详述。图1是本专利技术的SCR脱硝自动控制系统总体方案图。图中主要有小时目标均值模型，根据烟囱入口NOx浓度的测量值和设定值以时钟测得的时间为基准得到每小时烟囱入口NOx浓度偏差的加权平均值，结合脱硝反应器的出口NOx浓度设定值可以更加准确，有代表性的反映烟囱入口NOx浓度水平。催化剂性能劣化评估模型，根据脱硝反应器的入口、出口NOx浓度、烟气流量及氨气流量的测量值等得到催化剂活性b，以此反映反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，其特征是，所述方法在脱硝控制系统中设置主环PID控制器、副环PID控制器和前馈控制器，所述主环PID控制器根据脱硝反应器的出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算出喷氨量控制信号；所述前馈控制器根据吹扫校正NOx浓度、NOx预估浓度、传感器测得的脱硝反应器入口NOx浓度和烟气流量计算喷氨量前馈控制信号；所述副环PID控制器根据喷氨量控制信号、喷氨量前馈控制信号及氨气流量反馈信号控制喷氨阀门开度。

【技术特征摘要】
1.一种火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，其特征是，所述方法在脱硝控制系统中设置主环PID控制器、副环PID控制器和前馈控制器，所述主环PID控制器根据脱硝反应器的出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算出喷氨量控制信号；所述前馈控制器根据吹扫校正NOx浓度、NOx预估浓度、传感器测得的脱硝反应器入口NOx浓度和烟气流量计算喷氨量前馈控制信号；所述副环PID控制器根据喷氨量控制信号、喷氨量前馈控制信号及氨气流量反馈信号控制喷氨阀门开度。2.根据权利要求1所述的火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，其特征是，所述前馈控制器计算喷氨量前馈控制信号的方法如下：以脱硝反应器入口NOx浓度、烟气流量的动态校正值及炉内燃烧NOx生成预估浓度的乘积做为副环PID控制器的前馈信号，在该前馈信号中还加入吹扫校正NOx浓度，即得到喷氨量前馈控制信号。所述吹扫校正NOx浓度由入口浓度吹扫校正模型通过对比并行运行的对侧SCR的入口NOx浓度的测量值给出，具体方法为：如果B侧入口NOx浓度的测点数据处于失真状态，则利用对侧(A侧)入口NOx浓度Δt时间内变化值ΔCNOx,A来预测从吹扫开始时刻起经过Δt时间后B侧入口NOx浓度CNOx,B，具体公式为：式中，为吹扫前B侧入口NOx浓度，Δt为吹扫时间。3.根据权利要求1或2所述的火电机组脱硝系统的全工况达标排放控制方法，其特征是，所述主环PID控制器根据脱硝反应器的出口NOx浓度设定值和出口NOx浓度反馈信号计算喷氨量控制信号时，其输入信号通过以下方法获得：通过烟囱入口NOx浓度的测量值和设定值控制的小时目标均值模型得到每小时烟囱入口NOx浓度偏差的加权平均值，该偏差值与脱硝反应器的出口NOx浓度设定值相加后得到新的出口NOx浓度给定值，该出口NOx浓度给定值与反馈回来的反应器出口NOx浓度测量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：危日光，梁胜莹，高建强，武旭阳，赵晶，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13