火電廠脫銷控制技術(shù)培訓(xùn)講座

1、主講人: 韓希昌新技術(shù)講座新技術(shù)講座第一講第一講:火電廠脫硝控制技術(shù)火電廠脫硝控制技術(shù)問題原因分析及優(yōu)化控制策略3優(yōu)化控制實(shí)施及應(yīng)用效果4SCR噴氨脫硝控制現(xiàn)狀2概述1 NOX 的種類光化學(xué)煙霧的形成光化學(xué)煙霧的形成NOX 對(duì)人類健康和環(huán)境的影響 低空臭氧的產(chǎn)生低空臭氧的產(chǎn)生各種潛在的致癌物質(zhì)各種潛在的致癌物質(zhì)酸雨酸雨中國典型燃煤機(jī)組的中國典型燃煤機(jī)組的NOxNOx排放情況排放情況n 600MW及以上機(jī)組 380450mg/Nm3n 200MW及200MW 6501300mg/Nm3n 100MW及以下小型機(jī)組 7001800mg/Nm32000年 358.02萬噸2002年 520.00萬噸

2、2010年 594.74萬噸中國電力氮氧化物排放狀況中國電力氮氧化物排放狀況國內(nèi)氮氧化物排放現(xiàn)狀國內(nèi)氮氧化物排放現(xiàn)狀 改變?nèi)紵龡l件最重要的裝置就是燃燒器改變?nèi)紵龡l件控制技術(shù)爐膛噴射脫硝爐膛噴射脫硝 實(shí)質(zhì)為向爐膛噴射某種物質(zhì)，可在一定溫度條件下還原已生成的一氧化氮，以降低的排放量。包括噴水法、二次燃燒法、噴氨法各種低燃燒技術(shù)是降低燃煤鍋爐排放值最主要亦較經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。但一般只降低排放50%左右。據(jù)環(huán)保法對(duì)排放的要求，應(yīng)低于40%方可，故應(yīng)考慮燃燒后的煙氣脫硝處理技術(shù)。爐膛噴射脫硝控制技術(shù)煙氣脫銷脫硝控制技術(shù)煙氣脫硝技術(shù)按照其作用原理不同，主要分為催化還原、吸收和吸附三類按照工作介質(zhì)不同可分為干法和

3、濕法兩類。NOx與SO2相比，缺乏化學(xué)活性，難以被水溶液吸收，NO溶解度為4.7%（20 ），NO2微溶。干法催化還原脫硝技術(shù)一般采用含有氨基的還原劑，與NOx反應(yīng)生成N2和H2O，脫硝副產(chǎn)品無害和便于處理。濕法脫硝裝置龐大，反應(yīng)裝置的防腐、副產(chǎn)品處理較難，技術(shù)尚未成熟應(yīng)用。目前，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的脫硝技術(shù)為：選擇性催化還原（Selective Catalytic ReductionSCR），選擇性非催化還原（Selective Non-catalytic ReductionSNCR）。 常用脫硝技術(shù)選擇性催化還原法（SCR）選擇性非催化還原法（SNCR）SCR與SNCR結(jié)合小型脫硝脫硫一體化設(shè)

4、備 利用還原劑在催化劑的作用下，有選擇性的與煙氣中的NOX反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而脫出煙氣中的NOX。 SCR系統(tǒng)特點(diǎn)：n 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)行方便；n 設(shè)備少，可靠性高；n 無副產(chǎn)品，消耗催化劑；n 脫硝效率高,8090%；n 投資高還原劑主要有：液氨，尿素和氨水。選擇性催化還原法（SCR）文字內(nèi)容文字內(nèi)容SCR系統(tǒng)的工作機(jī)理4 NO + 4 NH3 + O2 4 N2 + 6 H2O7 N2 + 12 H2O6 NO2 + 8 NH3選擇性催化還原法（SCR）脫硝運(yùn)行關(guān)系曲線脫硝運(yùn)行關(guān)系曲線選擇性催化還原法（SCR）脫硝效率和氨的逃逸率之相關(guān)關(guān)系脫硝效率和氨的逃逸率之相關(guān)關(guān)系選擇性催化還原法（

5、SCR）煙氣(垂直流型)脫硝反應(yīng)器的總括圖脫硝反應(yīng)器的總括圖選擇性催化還原法（SCR）SCRSCR系系統(tǒng)包統(tǒng)包括括選擇性催化還原法（SCR）SCRSCR系統(tǒng)主要設(shè)備系統(tǒng)主要設(shè)備選擇性催化還原法（SCR）SCR工藝系統(tǒng)反應(yīng)器布置方式：一般采用21或31布置；備用層：將新催化劑安裝在預(yù)留催化劑位置，以減少催化劑更換量，并充分利用尚未完全失效的舊催化劑，從而減少催化劑更換費(fèi)用，提高脫硝效率。 選擇性催化還原法（SCR）催化劑的主要成分是TiO2、V2O5、WO3、MoO3、等金屬化合物，其中TiO2屬于無毒物質(zhì)， V2O5為微毒物質(zhì)，屬于吸入有害： MoO3、也為微毒物質(zhì)，長期吸入或吞服有嚴(yán)重危害，

6、對(duì)眼睛和呼吸系統(tǒng)有刺激。載體：TiO2、活性炭或沸石等多孔介質(zhì)。SCR工藝系統(tǒng)催化劑選擇性催化還原法（SCR）催化劑的失活和中毒nSCR催化劑的工作條件比較惡劣，存在著中毒失效問題， 必須定期更換，更換時(shí)間據(jù)具體情況而定。n催化劑性能下降的原因 （1）微孔體積減少； （2）固體沉積物使微孔堵塞； （3）堿性化合物等（砷(As)，鉀(K)、鈉(Na) ， 其次鈣(CaO)和鎂(MgO)）引起中毒； （4）SO3中毒； （5）飛灰磨損和腐蝕。選擇性催化還原法（SCR）催化劑表面的積灰SCR工藝系統(tǒng)吹灰器選擇性催化還原法（SCR）蒸汽吹灰器耙式吹灰器聲波吹灰器選擇性催化還原法（SCR）稀釋風(fēng)從送風(fēng)機(jī)

7、出口選取 降低造價(jià) 現(xiàn)場布置簡單SCR工藝系統(tǒng)稀釋風(fēng)機(jī)選擇性催化還原法（SCR）選擇性催化還原法（SCR）n 保證氨和煙氣的均勻混合保證氨和煙氣的均勻混合n NHNH3 3/NOx/NOx沿?zé)煹澜孛婢鶆虻姆植佳責(zé)煹澜孛婢鶆虻姆植糔H3噴射格柵一. 控制系統(tǒng)方案n控制系統(tǒng)納入機(jī)組n獨(dú)立的控制系統(tǒng)二. 主要受控系統(tǒng)n吹灰系統(tǒng)n氨的卸載、儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)n煙氣擋板調(diào)節(jié)系統(tǒng)n脫硝主體控制系統(tǒng)設(shè)備包括： DCS、PLC儀表、盤柜等選擇性催化還原法（SCR） SCR系統(tǒng)工藝流程液氨選擇性催化還原法（SCR） SCR系統(tǒng)工藝流程尿素選擇性催化還原法（SCR）采用尿素為還原劑的制氨系統(tǒng)有水解和熱解兩種方式選擇性

8、催化還原法（SCR）SCR脫硝實(shí)例選擇性催化還原法（SCR）選擇性催化還原法（SCR）選擇性催化還原法（SCR）常規(guī)布置方式(有水平和垂直氣流兩種布置方式)a) 高含灰布置方案b) 低含灰/尾部布置方案選擇性催化還原法（SCR）鍋爐鍋爐SCRSCR脫硝系統(tǒng)裝置的基本流程圖脫硝系統(tǒng)裝置的基本流程圖鍋爐NH3 噴注脫硝反應(yīng)器空氣預(yù)熱器NH3 混合器 蒸發(fā)器NHNH3 3 液化罐靜電除塵器引風(fēng)機(jī)煙囪換熱器 增壓風(fēng)機(jī)脫硫系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)SAHSAH蓄壓器選擇性催化還原法（SCR）SCR噴氨脫硝控制現(xiàn)狀 目前噴氨控制系統(tǒng)基本只采用了簡單的單回路控制策略，不少機(jī)組脫硝噴氨控制無法投入自動(dòng)，有些能投入自動(dòng)但NOx

9、的波動(dòng)大且振蕩不容易穩(wěn)定，特別是在變負(fù)荷及啟停磨煤機(jī)時(shí)，Nox的動(dòng)態(tài)偏差很大。為避免考核，只能降低NOx的設(shè)定值，造成氨氣的消耗量明顯增大，增加了運(yùn)行成本。1、手動(dòng)操作，無法投入自動(dòng)；2、NOx最低為34.5mg/NM3，最高為94.4mg/NM3，且長時(shí)間不能恢復(fù)到設(shè)計(jì)值 1、手動(dòng)操作，無法投入自動(dòng)；2、NOx最低為152mg/NM3，最高為259mg/NM3，且長時(shí)間不能恢復(fù)到設(shè)計(jì)值 1、投入自動(dòng)，但NOx反復(fù)波動(dòng)不穩(wěn)定；2、即使在穩(wěn)定負(fù)荷下NOx動(dòng)態(tài)偏差也達(dá)30mg/NM3；3、設(shè)定值低，氨氣耗量大。當(dāng)出現(xiàn)磨煤機(jī)啟停的擾動(dòng)時(shí)，SCR出口NOx出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，經(jīng)常導(dǎo)致實(shí)際值與設(shè)定值偏差過大

10、而跳出自動(dòng)。脫硝過程的流程圖原因分析 1、控制策略不符實(shí)際情況 基本設(shè)計(jì)為固定摩爾比控制方式（Constant Mole Ratio Control）。該控制方式下的設(shè)定值為氨氮摩爾比，控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的煙氣流量、SCR入口NOx濃度和設(shè)定氨氮摩爾比計(jì)算出NH3流量需求，最終通過流量PID改變氨氣閥開度來調(diào)節(jié)NH3實(shí)際流量，這種控制方式脫硝系統(tǒng)的NH3需求量僅根據(jù)靜態(tài)物理特性計(jì)算得出，不符合現(xiàn)場實(shí)際情況；2、控制目標(biāo)不與考核目標(biāo)對(duì)應(yīng) 環(huán)保考核煙囪入口處的NOx濃度，而很多是控制SCR出口的NOx， SCR出口NOx濃度與煙囪入口NOx濃度靜態(tài)和動(dòng)態(tài)關(guān)系均存在著較大的差別。原因分析 3、被控對(duì)象

11、復(fù)雜，控制策略過于簡單 脫硝被控對(duì)象（NH3流量煙囪入口NOx濃度）的響應(yīng)純延遲時(shí)間接近3分鐘，整個(gè)響應(yīng)過程達(dá)十幾分鐘，是典型的大滯后被控對(duì)象；崔化劑消耗過程對(duì)被控對(duì)象特性影響大，是時(shí)變非線性被控對(duì)象，常規(guī)PID控制策略在處理這類對(duì)象時(shí)過于簡單。4、控制系統(tǒng)的運(yùn)行過分依賴于所有測點(diǎn)的完好 NOx、O2測量儀表長期運(yùn)行在灰塵較高的環(huán)境下，容易出現(xiàn)部分失真的情況，且儀表的定期吹掃、標(biāo)定也會(huì)使測量值瞬間突變。目前國內(nèi)應(yīng)用的脫硝控制策略對(duì)上述問題均無對(duì)策，一旦某個(gè)測點(diǎn)失靈，整個(gè)控制系統(tǒng)即處于癱瘓。采用對(duì)策 問問 題題 對(duì)對(duì) 策策1、被控過程的大滯后特性 采用基于大滯后控制理論，如：預(yù)測控制 技術(shù)、相位

12、補(bǔ)償及狀態(tài)變量控制技術(shù)取代傳 統(tǒng)的PID控制。2、被控過程的非線性及時(shí)變性 采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理被控過程的非線性及 時(shí)變性。3、部份測量參數(shù)失真 通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量技術(shù)，在線評(píng)估測量參 數(shù)，并采用變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，確保即使部份 參數(shù)失真及在測點(diǎn)維護(hù)情況下，控制系統(tǒng)仍 能正常投入。4、氨氣消耗量大 以控制參數(shù)和氨氣消耗量為綜合優(yōu)化指標(biāo)， 通過優(yōu)化，確保在NOx 排放及脫硝效率都滿 足環(huán)?？己艘笙掳睔庀牧孔钚　；谙冗M(jìn)技術(shù)的脫硝控制方案NOx濃度設(shè)定值spNOx氨氣流量智能前饋控制器NOx濃度GPC控制器NOx濃度的預(yù)測模型氨氣流量指令前饋3fNH總給煤量FuSCR入口濃度_NOxin+MWD負(fù)

13、荷指令NOx濃度CEMS測量值cemsNOx改進(jìn)的狀態(tài)變量控制補(bǔ)償器氨氣流量指令3_NHdAir總風(fēng)量SCR出口濃度_NOxout+相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)-MWD負(fù)荷指令總給煤量FuAir總風(fēng)量SCR入口濃度_NOxinSCR出口濃度_NOxout基于在線自學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的脫硝系統(tǒng)模型建立及控制參數(shù)的調(diào)整總風(fēng)量SCR入口濃度SCR出口濃度NOx濃度CEMS測量值SCR入口氧量SCR出口氧量氨氣流量儀表故障、標(biāo)定等狀態(tài)信號(hào)基于智能預(yù)測的機(jī)組AGC運(yùn)行模式下的特別節(jié)氨優(yōu)化算法負(fù)荷指令總給煤量控制模型及參數(shù)識(shí)別、調(diào)整各測量信號(hào)的在線評(píng)估、智能選擇模型輸入?yún)?shù)的權(quán)重分配PID與GPC調(diào)節(jié)效果的對(duì)比分析PID

14、在在k時(shí)刻時(shí)刻 調(diào)門不會(huì)開大，有可能調(diào)門不會(huì)開大，有可能仍會(huì)關(guān)?。∪詴?huì)關(guān)?。PC在在k時(shí)刻時(shí)刻 調(diào)門會(huì)開始明顯開大，提前動(dòng)作！調(diào)門會(huì)開始明顯開大，提前動(dòng)作！012( )(1)( )(1)(2)u ku kk e kk e kk e k123( )(1) ( ), (1),., (2) (1), (2),., ()(1),.,()u ku kFe k e ke kF e ke ke knFe ke kmkk-1k-2e(k)e(k-1)e(k-2)k+1k+2k+3k+ne(k+2)e(k+3)e(k+n)以前時(shí)刻未來時(shí)刻N(yùn)Ox定值NOx定值實(shí)測的NOx實(shí)測的NOx氨氣調(diào)門開度氨氣調(diào)門開度曲線

15、1曲線2曲線3曲線4PID與GPC調(diào)節(jié)效果的對(duì)比分析kk-1k-2e(k)e(k-1)e(k-2)以前時(shí)刻未來時(shí)刻N(yùn) NO Ox x定定值值實(shí)實(shí)測測的的N NO Ox x氨氨氣氣調(diào)調(diào)門門開開度度PIDkk-1k-2e(k)e(k-1)e(k-2)以前時(shí)刻未來時(shí)刻N(yùn) NO Ox x定定值值實(shí)實(shí)測測的的N NO Ox x氨氨氣氣調(diào)調(diào)門門開開度度GPC調(diào)節(jié)器脫硝過程大滯后被控對(duì)象相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)慣性、滯后較小的等效動(dòng)態(tài)對(duì)象在保證穩(wěn)定性的前提下，可加快控制器的動(dòng)作速度+-NOx排放量由SCR脫硝過程模型估計(jì)流程中各點(diǎn)NOx參與自動(dòng)控制NOx1NOx2NOx3NOx4監(jiān)測點(diǎn)NOxNOx1 NOx2 NOx3

16、 NOx4煙氣流量SCR入口x氨氣調(diào)門 x= x1 ， x2 ，xn TRn 為輸入向量；()為徑向基函數(shù)RBF，一般取為高斯函數(shù)(x)=exp(x2/2)，為歐幾里德（Euclidean）范數(shù)， cj=c1j，c2j，cnjTRn 為RBF數(shù)據(jù)中心，對(duì)中心點(diǎn)徑向?qū)ΨQ，j為徑向基函數(shù)的寬度，wji為第j個(gè)基函數(shù)輸出與第i個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的連接權(quán)值，h為隱層節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，輸出層有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，i（x）為網(wǎng)絡(luò)的第i個(gè)輸出量。 SCR脫硝過程脫硝過程的網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)模型基于網(wǎng)絡(luò)模型基于網(wǎng)絡(luò)模型的的NOx數(shù)值數(shù)值預(yù)估預(yù)估應(yīng)用應(yīng)用機(jī)組負(fù)荷機(jī)組負(fù)荷煙氣流量煙氣流量脫硝前脫硝前NOx氨氣流量氨氣流量選擇選擇NOx測量值

17、測量值測點(diǎn)維護(hù)判別NOx被控變量被控變量NOx預(yù)估值預(yù)估值基于網(wǎng)絡(luò)模型基于網(wǎng)絡(luò)模型控制系統(tǒng)參數(shù)控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整調(diào)整應(yīng)用應(yīng)用2控制系統(tǒng)的參數(shù)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)的調(diào)整參數(shù)的合理性評(píng)價(jià)合理性評(píng)價(jià)采用采用了以模糊控制理論為基礎(chǔ)的智能前饋控制策略了以模糊控制理論為基礎(chǔ)的智能前饋控制策略 模糊控制是模仿人操作行為的一種有效方法。在實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員往往可以根據(jù)NOx的偏差及其偏差的變化率來快速調(diào)氨氣調(diào)門的開度，而這種快速操作的思想完全可以也只能通過以模糊控制理論為基礎(chǔ)的智能前饋控制器來實(shí)現(xiàn)； 傳統(tǒng)的前饋一旦整定好是固定不變的，智能前饋是根據(jù)SCR的實(shí)際工況及當(dāng)時(shí)NOx的變化情況來決定加多少前饋量； 智能前饋實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組升、降負(fù)荷過程中，快速調(diào)整氨氣調(diào)門開度的控制策略。傳統(tǒng)控制(JNOxdtJ控制目標(biāo)2偏差)使 最小(JNOxdtNOxJ2控制目標(biāo)偏差)氨氣流量）在偏差條件下，使 最小本例控制控制裝置與特點(diǎn)“INFIT”與脫硝DCS的連接關(guān)系脫硝系統(tǒng)的DCS控制指令 INFIT 新型脫硝控制策略通過Modibus通信，傳送所需測點(diǎn)信號(hào)通過Modibus通信，傳送控制指令 SCR入口濃度由134.5mg/NM3快速變化至246.6mg/NM3時(shí)，最終煙囪入口的N