整定兩級(jí)PID參數(shù)提高煙氣脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定性

1、整定兩級(jí) PID 參數(shù)提高煙氣脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定性引言煙氣含有大量NOX S02等有毒氣體，對(duì)大氣、環(huán)境、氣候 等具有嚴(yán)重污染，而我國NOX勺年排放量僅次于美國，且以煤炭 為主的能源結(jié)構(gòu)在目前及今后很長一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生根本改 變，而實(shí)行煙氣脫硝工程可以有效控制 NOX非放，實(shí)現(xiàn)燃煤電廠 成為綠色企業(yè)、 環(huán)保企業(yè)勺目標(biāo)。 本文根據(jù)某發(fā)電廠某機(jī)組煙氣 脫硝工程勺噴氨系統(tǒng)， 對(duì)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥門勺兩級(jí) PID 參數(shù)進(jìn)行 整定、分析，從而更加迅速、精確、有效的控制出口 NOX實(shí)際值， 提高煙氣脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定性。脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制簡介以某電廠某機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)為例， 煙氣自省煤器出來， 在 煙道中與空氣、氨氣混合

2、氣體相遇，共同進(jìn)入 SCF反應(yīng)區(qū)，在催 化劑下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成 N2和H2O化學(xué)方程式如下：在一級(jí)PID優(yōu)化算模塊中，通過將 CEM啄統(tǒng)采集自省煤器 出來的煙氣中NO焰量的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)紻CS系統(tǒng)并通過后臺(tái)計(jì)算， 得出所需NH3的量，與質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量傳輸?shù)?DCS系統(tǒng)的實(shí)際噴 NH3量進(jìn)行計(jì)算，將差值作為跟蹤值。在投入自動(dòng)、設(shè)定好出口 NOX目標(biāo)值的前提下，將 CEMS系統(tǒng)采集的從SCR反應(yīng)區(qū)出來的 NOX含量數(shù)據(jù)作為實(shí)際值（過程變量），自動(dòng)計(jì)算出NH3的量，并加上需求的NH3量，作為二級(jí)PID的設(shè)定值。在二級(jí)PID中，引入一級(jí)PID的模擬量輸出與需求的 NH3量之和作為設(shè)定值，將質(zhì)量流量計(jì)測(cè)

3、量傳輸?shù)膶?shí)際噴 NH3量作為實(shí) 際值（過程變量），氣氨進(jìn)口調(diào)閥開度為跟蹤值，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴氨 調(diào)閥控制噴氨量，以達(dá)到實(shí)際出口NOX含量數(shù)值與設(shè)定出口 NOX目標(biāo)值相同的目的。由于CEMS系統(tǒng)從煙氣管道中取樣時(shí)帶入大量灰塵及其他雜 質(zhì)，可能堵塞取樣儀器，于是加入吹掃環(huán)節(jié)。但在吹掃期間，系 統(tǒng)分析出煙氣中NOX勺含量很低，致使計(jì)算后的氨氣需求量大大 減少，調(diào)閥誤動(dòng)作，所以加入吹掃保持模塊，在吹掃信號(hào)來到的 短時(shí)間內(nèi)保持一級(jí) PID 的過程變量為吹掃前那刻的數(shù)值， 對(duì)系統(tǒng) 實(shí)際情況影響很小，忽略吹掃環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。由于過剩NH3也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，NH3還可以與SO3和H2O 反應(yīng)生成易堵塞催化

4、劑的（NH4 2SO4或 NH4HSQ4所以添加強(qiáng) 制手動(dòng)，在出口 NH3大于3.3PPM （該電廠該機(jī)組設(shè)計(jì)方給定） 時(shí)，自動(dòng)切換手動(dòng)輸入。為避免硬件、 軟件或其他因素導(dǎo)致的調(diào)閥大幅度波動(dòng)， 設(shè)置 氣氨進(jìn)口調(diào)閥開度反饋與開度控制偏差過大時(shí)，強(qiáng)制手動(dòng)。由設(shè)計(jì)要求的聯(lián)鎖致使氣氨進(jìn)口切斷閥關(guān)閉時(shí)， 亦設(shè)置氣氨 進(jìn)口調(diào)閥強(qiáng)制手動(dòng)， 避免在系統(tǒng)已經(jīng)停止噴氨的情況下， 調(diào)閥始 終保持全開。脫硝噴氨系統(tǒng)SAMA圖該電廠該機(jī)組脫硝自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制功能的核心部分是SAM/圖組態(tài)，圖1為噴氨調(diào)閥頁面，由兩個(gè) PID優(yōu)化算 法塊、 M/A 站優(yōu)化算法塊及其他算法塊構(gòu)成。圖1某電廠某爐脫硝系統(tǒng) SAMAS噴

5、氨調(diào)閥頁面PID優(yōu)化算法塊的算法說明為：在自動(dòng)時(shí)，其中Y （s）為輸出信號(hào)，x為輸入偏差信號(hào)，（T為比例帶， Ti 為積分時(shí)間， Td 為微分時(shí)間。 噴氨系統(tǒng) PID 不需要微分環(huán)節(jié)， 所以只調(diào)節(jié)比例帶和積分時(shí)間以滿足運(yùn)行要求。M/A站優(yōu)化算法塊的作用是實(shí)現(xiàn)噴氨系統(tǒng)自動(dòng)與手動(dòng)間切 換，在自動(dòng)方式下，手動(dòng)輸出增減按鈕不起作用，目標(biāo)值為手動(dòng) 設(shè)定，即為一級(jí)PID的SP值。輸入?yún)?shù)MRE為強(qiáng)制手動(dòng)信號(hào)， 在某些條件下，直接切換成手動(dòng)方式。其他算法塊作用為脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制簡介中說明。PID參數(shù)初步設(shè)定PID參數(shù)的設(shè)定一般多為試湊法和經(jīng)驗(yàn)法，在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行 下修改參數(shù)，直到系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。兩級(jí) PID 屬

6、于串級(jí) PID 類，一 級(jí)PID （串級(jí)的主PID）輸出作為二級(jí) PID （串級(jí)的副PID）的給 定值，筆者調(diào)試過程時(shí)，采取的是設(shè)定目標(biāo)值為50mg/Nm3（允許輸出的60%-70%，用經(jīng)驗(yàn)法先將一級(jí) PID的比例帶（T設(shè)定 為15,積分時(shí)間Ti設(shè)定為600s。先整定二級(jí)PID，在調(diào)閥波動(dòng) 相對(duì)穩(wěn)定后再整定一級(jí) PID。二級(jí)PID整定如同普通PID整定，先調(diào)整比例帶 彷，再整定積分時(shí)間 Ti ，微分環(huán)節(jié)不作用，微分時(shí)間 Td 總為零。將整定 積分時(shí)間 Ti 直接取零， 取消積分環(huán)節(jié)作用， 僅用比例環(huán)節(jié)控制， 找到最優(yōu)值； 再將整定積分時(shí)間 Ti 由小到大增加， 找到最優(yōu)值。整定過程及系統(tǒng)畫面兩

7、級(jí) PID 的所有參數(shù)都設(shè)定好后， 系統(tǒng)只是相對(duì)穩(wěn)定， 需要 進(jìn)一步調(diào)整，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提升。圖 2 為筆者在調(diào)試期間將兩級(jí) PID 初步設(shè)定后的曲線， 一級(jí) PID參數(shù)：比例帶（T為15,積分時(shí)間Ti為600s；二級(jí)PID參 數(shù):比例帶彷為8,積分時(shí)間Ti為80s。圖2兩級(jí)PID初步設(shè)定后的曲線圖2中，黃色曲線為入口 NOX分析，突然驟降是由于 CEMS 系統(tǒng)取樣吹掃，周期為一小時(shí)；紅色曲線為兩級(jí)PID控制的噴氨 調(diào)閥開度反饋曲線,波動(dòng)周期也為一小時(shí)左右,但與吹掃無關(guān), 需要更改 PID 參數(shù)進(jìn)一步整定； 橙色曲線為氣氨流量, 隨噴氨調(diào) 閥開度改變而改變；紫色曲線為出口 NOX分析，是最終脫硝

8、的實(shí) 際值，由于CEM睬集系統(tǒng)的取樣、分析、傳輸?shù)?，?huì)出現(xiàn)短暫 的滯后,所以以噴氨調(diào)閥開度反饋曲線為準(zhǔn),進(jìn)行下一步調(diào)整。噴氨調(diào)閥開度反饋曲線出現(xiàn)的問題主要是繞大彎, 導(dǎo)致出口 NOX曲線隨之繞彎，需要減小放大比例，增加比例帶 彷；而且出 口 NOX曲線在逐漸往目標(biāo)值收斂時(shí)， 速度太慢，即“曲線偏離回 復(fù)慢”,需要減小積分時(shí)間 Ti 。針對(duì)初步設(shè)定中出現(xiàn)的問題，將一級(jí)PID參數(shù)中的比例帶（T 調(diào)整為 17后,噴氨調(diào)閥的開度反饋曲線依舊繞大彎；將其調(diào)整為 20 后，噴氨調(diào)閥的開度反饋曲線開始頻繁振蕩，出現(xiàn)過調(diào)現(xiàn)象，于是將一級(jí) PID的比例帶（T調(diào)整回15。嘗試更改二級(jí) PID 的比例帶（T，將其調(diào)

9、整為10,發(fā)現(xiàn)噴氨調(diào)閥的開度反饋曲線振 蕩相對(duì)穩(wěn)定，出口 NOX曲線隨之穩(wěn)定。再將一級(jí)PID參數(shù)中的積分時(shí)間Ti逐步減小調(diào)整，出口 NOX 曲線回復(fù)速度提高，當(dāng)積分時(shí)間Ti減小到300s時(shí)，出口 NOX曲 線逐漸收斂于目標(biāo)值，再進(jìn)一步降低積分時(shí)間 Ti 時(shí)，發(fā)現(xiàn)出口 NOX曲線需要經(jīng)過長時(shí)間的波動(dòng)后，才能逐漸回到目標(biāo)值上，于 是將一級(jí)PID的積分時(shí)間Ti調(diào)整回300s。嘗試更改二級(jí)PID的 積分時(shí)間 Ti ，發(fā)現(xiàn)增大或者減小積分時(shí)間都會(huì)明顯干擾曲線穩(wěn) 定，再將其定回 80s。最終，一級(jí)PID參數(shù)：比例帶（T為15,積分時(shí)間Ti為300s; 二級(jí)PID參數(shù):比例帶（T為10,積分時(shí)間Ti為80s

10、。經(jīng)過幾天 觀察發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)符合該機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)要求, 在高負(fù)荷、 低 負(fù)荷以及變化負(fù)荷的情況下，出口 NOX勺含量都能在設(shè)定目標(biāo)值 附近波動(dòng),滿足國家、行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。圖3為兩級(jí)PID參數(shù)最終版結(jié)果，圖4為兩級(jí)PID參數(shù)調(diào)整 后的曲線。圖 3 最終版參數(shù)圖4PID參數(shù)整定后的曲線圖 4 中綠色曲線為該電廠該機(jī)組的負(fù)荷,夜晚穩(wěn)定在 400MW左右；黃色曲線為入口 NOX分析，穩(wěn)定在500Nmg/m3左右；紅色 曲線為兩級(jí) PID 控制的噴氨調(diào)閥開度反饋曲線，周期調(diào)整到 30 分鐘左右，波動(dòng)平緩；橙色曲線為氣氨流量，隨噴氨調(diào)閥開度改 變而改變；紫色曲線為出口 NOX分析，是最終脫硝的實(shí)際值，波 動(dòng)平緩，在目標(biāo)值附近收斂，且回復(fù)速度快。結(jié)語如圖 4 所示，最終實(shí)際值曲線已達(dá)到煙氣脫硝系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào) 節(jié)要求， 兩級(jí) PID 參數(shù)整定合格， 提高了煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn) 定性，為發(fā)電廠該系統(tǒng)日常順利生產(chǎn)提供軟件保障。就發(fā)電廠煙氣脫硝系統(tǒng)而言，兩級(jí)PID中，二級(jí)PID（副PID） 具有粗調(diào)