基于SCR脫硝出口NOx測量控制系統(tǒng)優(yōu)化

1、       基于scr脫硝出口nox測量控制系統(tǒng)優(yōu)化                     【摘 要】：脫硝系統(tǒng)的自動控制品質(zhì)與電廠的長期運(yùn)行成本密切相關(guān)。由于被控對象的響應(yīng)純延遲時間較長，在機(jī)組快速升降負(fù)荷的情況下，氮氧化物從爐膛燃燒產(chǎn)生時起至被檢測時整個過程長達(dá)十多分鐘，是典型的大滯后被控對象，而且scr脫硝1過程本身就是一個復(fù)雜的非線性化學(xué)反應(yīng)過程，脫硝被控

2、過程的動態(tài)特性會持續(xù)變化。因此，采用先進(jìn)控制方案才能達(dá)到理想的控制品質(zhì)?！娟P(guān)鍵詞】：自動控制3 大滯后 非線性 先進(jìn)控制方案1.  我公司脫硝控制系統(tǒng)存在問題1.1 大延遲系統(tǒng)的控制品質(zhì)問題常規(guī)pid控制是基于當(dāng)前控制偏差計算獲得當(dāng)前時刻控制輸出，對于大延遲系統(tǒng)的控制往往不能達(dá)到比較滿意的效果。具體表現(xiàn)為穩(wěn)定時間長，動態(tài)偏差大，尤其是凈煙氣cems值波動大，易導(dǎo)致噴氨過量或瞬時超標(biāo)。1.2 空預(yù)器進(jìn)出口壓差波動大由于煤種變化、深度配煤摻燒，尤其是當(dāng)快速降負(fù)荷、啟停磨等工況下脫硝系統(tǒng)入口處nox的小時均值遠(yuǎn)高于設(shè)計值，使得按照30mg/nm3的要求進(jìn)行調(diào)整時，存在過量噴氨，造成下游空預(yù)

3、器硫酸氫銨結(jié)晶堵塞的abs現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響機(jī)組安全性。1.3 nox分布均勻性由于出口nox不均勻性的問題，作為參與閉環(huán)控制的唯一點(diǎn)出口nox濃度無法代表整個反應(yīng)器截面氮氧化物的濃度值，也對脫硝控制的品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。當(dāng)噴氨量過量時，空預(yù)器堵塞嚴(yán)重4；當(dāng)噴氨量嚴(yán)重不足時，nox超標(biāo)，進(jìn)而使得凈煙氣nox瞬時超標(biāo)，持續(xù)時間不確定。2.  先進(jìn)的scr脫硝控制系統(tǒng)采用更快速準(zhǔn)確的測量手段，結(jié)合預(yù)測控制算法，大幅減少出口nox的波動。從而可以在滿足環(huán)保指標(biāo)的情況下，提高出口nox平均值，減少噴氨量，降低氨逃逸水平，降低脫硝成本。主要從三方面入手：其一是對脫硝噴氨控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高

4、噴氨控制對脫硝煙氣來流nox變化的抗干擾能力，具備精細(xì)化調(diào)整噴氨量的能力；其二采用基于稀釋法采樣、化學(xué)發(fā)光法分析的nox分區(qū)精確測量技術(shù)，提高測量的準(zhǔn)確性，為脫硝裝置整體優(yōu)化創(chuàng)造條件；其三是利用新型的分區(qū)測量技術(shù)，與先進(jìn)的控制算法相結(jié)合，進(jìn)行噴氨的分區(qū)控制。2.1 系統(tǒng)總體方案總體實現(xiàn)方案分為三大部分：先進(jìn)測量系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)和噴氨格柵支管段自動化改造。測量數(shù)據(jù)直接上傳到優(yōu)化服務(wù)器，而噴氨主調(diào)閥包括新增加的分區(qū)調(diào)節(jié)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的執(zhí)行指令均由dcs控制通過優(yōu)化控制服務(wù)器給出，實施控制算法策略的優(yōu)化服務(wù)器通過opc或者modbus與dcs通訊。如圖1所示。圖12.2 總量控制系統(tǒng)介紹噴氨總量預(yù)測控制

5、算法是通過入口nox軟測量技術(shù)，預(yù)測入口nox濃度變化情況，并作為噴氨前饋的重要參數(shù)，參與到噴氨總量的閉環(huán)控制中，解決了入口nox測量滯后的問題。另一方面，通過試驗得到不同負(fù)荷下的scr反應(yīng)器的傳遞函數(shù)，進(jìn)而有針對性的實施控制算法模型。圖2 nox軟測量實現(xiàn)方案依據(jù)入口nox產(chǎn)生的工藝流程，分析其與鍋爐中輸入的燃料量、風(fēng)量以及各種燃燒工況等之間的因果關(guān)系，采取動態(tài)的多元線性回歸模型進(jìn)行預(yù)測。入口nox的測量結(jié)果對模型的修正擬合是長期的，需要連續(xù)24h采樣的測量結(jié)果進(jìn)行印證和修正，以遞歸出一個較準(zhǔn)確和及時的軟測量結(jié)果。脫硝系統(tǒng)入口和出口nox的測量存在很大的滯后性，使得控制回路無法適應(yīng)脫硝過程非

6、線性、大滯后和快時變的特點(diǎn)。所以先進(jìn)控制技術(shù)的實施，首先需要建立精準(zhǔn)的入口nox預(yù)測模擬，在表計之前預(yù)測出入口nox值。該前饋算法可以大幅提高噴氨的準(zhǔn)確性，提高脫硝控制的品質(zhì)。通過入口nox軟測量技術(shù)，預(yù)測入口nox，并以此作為噴氨前饋的重要參數(shù)，參與到噴氨總量的閉環(huán)控制中，解決了入口nox測量滯后的問題。主要通過spss對數(shù)據(jù)篩選處理，以svm為預(yù)測模型，并結(jié)合粒子群優(yōu)化算法尋找最優(yōu)參數(shù)，混合模型以獲得較好預(yù)測精度。另一方面，通過試驗得到不同負(fù)荷下的scr反應(yīng)器的傳遞函數(shù)，進(jìn)而有針對性的實施先進(jìn)控制算法噴氨主回路預(yù)測控制算法模型。噴氨主回路的預(yù)測控制是一種非常有效的大滯后控制策略，通過它可以

7、預(yù)測nox 濃度在未來一段時間內(nèi)的變化，從而提前調(diào)整噴氨調(diào)門的開度，有效抑制nox 濃度的變化。根據(jù)反饋出口nox濃度變化情況，對噴氨逐步調(diào)整，并根據(jù)積累測試得到得數(shù)據(jù)，自動學(xué)習(xí)，逐步達(dá)到與燃燒器、燃料變化及反應(yīng)器狀態(tài)等變化相適應(yīng)。3.  均衡控制系統(tǒng)介紹2采用基于歷史數(shù)據(jù)分析的智能噴氨格柵均衡控制算法。圖3 均衡控制原理圖噴氨格柵均衡控制算法不但要考慮到出口nox的實時測量值，還要結(jié)合出口nox的歷史數(shù)據(jù)。提出基于噴氨擴(kuò)散模型、催化劑性能場模型的最佳的出口nox均衡控制模型。因scr出口測點(diǎn)布置位置總體與上游現(xiàn)有的噴氨格柵物理位置對應(yīng)，各個分區(qū)與相鄰區(qū)域因噴氨流場擴(kuò)散存在一定的交錯

8、重疊區(qū)域，在分區(qū)控制邏輯調(diào)試時，則根據(jù)動態(tài)調(diào)試試驗的結(jié)果確定各分區(qū)噴氨格柵開度對下游各個對應(yīng)測點(diǎn)和相鄰測點(diǎn)的影響因子，從而實現(xiàn)分區(qū)scrmimo 系統(tǒng)調(diào)平時的控制解耦。優(yōu)化服務(wù)器將均衡控制算法得到的控制策略通過以太網(wǎng)通訊方式傳輸給dcs，由dcs系統(tǒng)發(fā)出各分區(qū)調(diào)節(jié)閥門的開度調(diào)節(jié)指令。對于催化劑層出現(xiàn)的局部損壞、局部失效、局部積灰、局部泄漏、催化劑層局部坍塌等異常問題，本技術(shù)根據(jù)上游噴氨格柵開度變化情況結(jié)合出口nox分區(qū)測量儀表的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，對于nox濃度長期處于高水平且不隨分區(qū)噴氨流量增加而變化的nox濃度分區(qū)進(jìn)行失效模式判斷，出現(xiàn)失效分區(qū)時邏輯進(jìn)行失效標(biāo)記并出現(xiàn)失效報警，同時在人工手動

9、復(fù)位失效狀態(tài)前，暫時將該分區(qū)對應(yīng)的噴氨格柵置于臨近分區(qū)調(diào)節(jié)閥的綜合權(quán)重處理閥位。4.  控制系統(tǒng)優(yōu)化效果對比4.1 2號機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化前效果圖圖4 改造前#2機(jī)組脫硝系統(tǒng)24小時監(jiān)測曲線紅色脫硝凈煙氣nox折算濃度 藍(lán)色總供氨量 綠色脫硝入口nox實測濃度白色a側(cè)空預(yù)器壓差 黃色b側(cè)空預(yù)器壓差4.2 2號機(jī)組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化后效果圖圖5 改造后#2機(jī)組脫硝系統(tǒng)24小時監(jiān)測曲線紅色脫硝凈煙氣nox折算濃度 藍(lán)色總供氨量 綠色脫硝入口nox實測濃度白色a側(cè)空預(yù)器壓差 黃色b側(cè)空預(yù)器壓差改造后2號機(jī)組脫硝出口nox折算濃度、入口nox實測濃度、空預(yù)器壓差波動明顯優(yōu)于改造前，達(dá)到了理想的控制品質(zhì)。5.  結(jié)束語通過噴氨總量的控制優(yōu)化和噴氨分區(qū)精細(xì)控制5，減少scr出口nox在時間上的波動和空間上的濃度分布偏差，最終減少過量噴氨，降低用氨量，提高催化劑使用壽命，降低氨逃逸。從而降低空預(yù)器abs堵塞引起的阻力上升，提高機(jī)組負(fù)荷接待能力，避免引起電量損失；減少空預(yù)器檢修維護(hù)成本；降低引風(fēng)機(jī)阻力和電耗；提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性。參考文獻(xiàn)1.  賈海娟.scr煙氣脫硝技術(shù)及在燃煤電廠的應(yīng)用j.電力科技與環(huán)保,2012年06期.翁驥. scr脫硝系統(tǒng)分區(qū)控制式噴氨格柵的優(yōu)化m.環(huán)境工程學(xué)報，2018.薛姍姍,王鎮(zhèn). 脫硝噴