优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统，包括：工况判断系统，用于根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；定时模块，用于根据所确定的当前生产工况确定换向周期；过程模型模块，用于根据所确定的当前生产工况确定过程模型，所述解耦与控制模块用于根据所述换向周期和所述过程模型对脱硝过程进行解耦控制，使得用于脱硝过程的臭氧输出量适配于烟气中氮氧化物浓度变化，保证氮氧化物输出浓度仅受所述臭氧输出量的影响。本发明专利技术还公开了一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的方法。本发明专利技术可以实现对脱硝过程的控制，保证其严格低于环保指标要求，同时最大限度降低臭氧使用量及其运行成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焦化烟气脱硝与优化控制领域，尤其涉及一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统及方法。
技术介绍
我国是世界上最大的炼焦生产国，2015年1月1日起正式实施的新环保法对焦化工业的二氧化硫和氮氧化物的排放指标提出了严格和明确的量化要求。采用湿式氨法强制湍流脱硫和强制氧化尿素脱硝一体化工艺装置是处理焦化工业烟气的一种重要手段。如图1所示，所述一体化工艺装置包括引风机301、余热回收锅炉302、增压风机303、脱硫塔304、脱硝塔305等。其工艺如下：炼焦过程烟气经引风机301送入余热回收锅炉302，烟气温度由300℃降至160℃左右，经过增压风机303，在进入脱硫塔304之前与臭氧道汇合，烟气中的部分NO与臭氧快速反应生成NO2。烟气进入脱硫塔浓缩段306，经过喷淋、洗涤，降温至60℃左右，经气帽进入到脱硫塔的吸收段307，与顶部喷淋的脱硫吸收液逆流接触，烟气中的SO2与吸收剂中的亚硫酸铵反应生成亚硫酸氢铵，SO2得以脱除净化。吸收段底部的液体回流到脱硫塔底部的储液槽308。为了恢复吸收液的吸收能力，需补充氨水。脱硫塔顶部喷淋工艺水以保持储液槽308的液位在合理范围内。储液槽308底部鼓入空气，将储液槽308中的部分(NH4)2SO3氧化为(NH4)2SO4，供浓缩段306中硫酸铵的喷淋-蒸发-浓缩与后续处理。脱硫后的烟气与臭氧混合，烟气中的部分NO与臭氧快速反应生成NO2，随后进入脱硝塔305下部，与脱硝塔305顶部喷淋的尿素溶液逆流接触，NO、NO2与溶液中的尿素发生还原反应生成N2、CO2和H2O，完成脱硝。达到环保排放标准的烟气在脱硝塔305顶部排入大气，完成烟气的全部处理过程。整个装置的强制氧化脱硝过程中，臭氧量是最重要的影响因素，其成本占整个装置总成本的80％以上。而现阶段常规控制方法中，臭氧始终处于最大功率运行状态，虽然出口氮氧化物浓度低于标准要求，但造成了能源的巨大浪费，大大增加了企业成本，不利于装置的最优运行与技术的推广普及。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述问题，提出一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统及方法，可以实现对脱硝过程的控制，保证其严格低于环保指标要求，同时最大限度降低臭氧使用量及其运行成本。一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统，其特征在于，该系统包括：工况判断系统，所述工况判断系统用于根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；定时模块，所述定时模块用于根据所确定的当前生产工况确定换向周期；过程模型模块，所述过程模型模块用于根据所确定的当前生产工况确定过程模型，所述过程模型包括入口烟气扰动模型和臭氧-烟气动态模型和/或尿素-烟气动态模型；解耦与控制模块，所述解耦与控制模块用于根据所述换向周期和所述过程模型对脱硝过程进行解耦控制，使得用于脱硝过程的臭氧输出量适配于烟气中氮氧化物浓度变化，保证氮氧化物输出浓度仅受所述臭氧输出量的影响。进一步地，所述工况判断系统为包括综合数据库、知识库与推理机的专家系统，其中：所述综合数据库用于获取能够反应所述当前生产工况的数据；所述知识库包括基于炼焦生产过程的基本事实和用于生产工况判断的规则；所述推理机用于按照“规则+数据驱动”的模式求解所述当前生产工况。进一步地，所述过程模型是参数模型、非参数模型或智能模型。进一步地，所述臭氧-烟气动态模型和所述尿素-烟气动态模型为一阶惯性滞后传递函数或二阶惯性滞后传递函数，和/或，使用幅值为H，宽度为T’，周期为L的脉冲方波与以下传递函数串联，组成所述入口烟气扰动模型：其中，L等于所确定的当前换向周期，T’等于所述换向周期下的NOX浓度下降时间。进一步地，所述系统还包括臭氧运行情况评定模块，所述臭氧运行情况评定模块用于计算臭氧运行优化效果指标，和/或所述系统还包括臭氧发生机运行监测模块，所述臭氧发生机运行监测模块用于监测臭氧发生机运行数据。进一步地，所述系统还包括信息处理模块，所述信息处理模块负责汇总每种生产工况下的所述臭氧运行优化效果指标及异常情况信息，用于完善所述工况判断系统与所述解耦与控制模块。一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤201：根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；步骤202：判断生产工况是否发生变化，若是，则进入步骤203，否则进入步骤204；步骤203：过程模型模块根据所确定的当前生产工况确定过程模型，所述过程模型包括入口烟气扰动模型和臭氧-烟气动态模型，和/或尿素-烟气动态模型；定时模块根据所确定的当前生产工况确定换向周期；步骤204：解耦与控制模块根据当前的换向周期和当前的过程模型对脱硝过程进行解耦控制，使得用于脱硝过程的臭氧输出量适配于烟气中氮氧化物浓度变化。进一步地，该方法还包括以下步骤：步骤205，确定是否出现换向周期判断错误或其他异常情况，若是，进入步骤207，否则进入步骤206；步骤206：计算臭氧运行优化效果指标；步骤207：所述定时模块、过程模型模块及解耦与控制模块恢复上一次正常运行状态。进一步地，该方法还包括以下步骤：步骤208：在当前生产工况结束或出现异常情况时，对上一生产工况或出现所述异常情况之前的信息进行分析。进一步地，使用如下性能指标计算所述臭氧运行优化效果指标：其中，K为臭氧运行优化效果指标，η为权重，O(t)为t时刻脱硝塔与脱硫塔内臭氧量之和，t(n)为第n个计算周期，T为臭氧运行优化效果指标的计算周期，r为NOX浓度设定值，y(t)为t时刻NOX浓度实际值。本专利技术的优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统及方法，可以实现对脱硝过程的控制，保证其严格低于环保指标要求，同时最大限度降低了臭氧使用量及其运行成本。特别地，本专利技术还具有以下特点：(1)利用根据当前运行数据，通过工况判断系统将生产过程划分为不同工况，每一工况下过程模型模块中均包含所对应的过程模型，将控制优化工作“分而治之”。通过这种并联结构，提高了过程建模与控制的精度。(2)针对焦化工业生产定时换向等特点，设计了定时模块、换向过程入口烟气扰动模型及臭氧-烟气动态模型的双模型，避免了仅依靠扰动前馈或反馈等传统控制模式带来的滞后性或精度不高，完全实现保持氮氧化物输出值的平稳，最大限度节省臭氧发生器电耗。(3)臭氧分时运行性能指标能够反应各工况下不同时段系统运行优劣，既能为工况判断系统中工况的划分合理性提供判定标准，也能为各工况下解耦控制模块的控制策略与方法提供更新依据。附图说明图1是
技术介绍
中所述脱硫脱硝一体化装置结构示意图；；图2是本专利技术提供的焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行优化系统结构示意图；图3是本专利技术提供的焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行优化方法流程图；图4为换向周期L过程中的烟气NOX浓度变化。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。本专利技术的本专利技术的优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统包括：工况判断系统101，所述工况判断系统101用于根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；定时模块102，所述定时模块102用于根据所确定的当前生产工况确定换向周期；过程模型模块10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统，其特征在于，该系统包括：工况判断系统，所述工况判断系统用于根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；定时模块，所述定时模块用于根据所确定的当前生产工况确定换向周期；过程模型模块，所述过程模型模块用于根据所确定的当前生产工况确定过程模型，所述过程模型包括入口烟气扰动模型和臭氧‑烟气动态模型，和/或尿素‑烟气动态模型；解耦与控制模块，所述解耦与控制模块用于根据所述换向周期和所述过程模型对脱硝过程进行解耦控制，使得用于脱硝过程的臭氧输出量适配于烟气中氮氧化物浓度变化，保证氮氧化物输出浓度仅受所述臭氧输出量的影响。

【技术特征摘要】
1.一种优化焦化烟气脱硫脱硝过程中臭氧运行的系统，其特征在于，该系统包括：工况判断系统，所述工况判断系统用于根据脱硫脱硝过程中的实时数据确定当前生产工况；定时模块，所述定时模块用于根据所确定的当前生产工况确定换向周期；过程模型模块，所述过程模型模块用于根据所确定的当前生产工况确定过程模型，所述过程模型包括入口烟气扰动模型和臭氧-烟气动态模型，和/或尿素-烟气动态模型；解耦与控制模块，所述解耦与控制模块用于根据所述换向周期和所述过程模型对脱硝过程进行解耦控制，使得用于脱硝过程的臭氧输出量适配于烟气中氮氧化物浓度变化，保证氮氧化物输出浓度仅受所述臭氧输出量的影响。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工况判断系统为包括综合数据库、知识库与推理机的专家系统，其中：所述综合数据库用于获取能够反应所述当前生产工况的数据；所述知识库包括基于炼焦生产过程的基本事实和用于生产工况判断的规则；所述推理机用于按照“规则+数据驱动”的模式求解所述当前生产工况。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程模型是参数模型、非参数模型或智能模型。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述臭氧-烟气动态模型和所述尿素-烟气动态模型为一阶惯性滞后传递函数或二阶惯性滞后传递函数，和/或，使用幅值为H，宽度为T’，周期为L的脉冲方波与以下传递函数串联，组成所述入口烟气扰动模型：其中，L等于所确定的当前换向周期，T’等于所述换向周期下的NOX浓度下降时间。5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括臭氧运行情况评定模块，所述臭氧运行情况评定模块用于计算臭氧运行优化效果指标，和/或所述系统还包括臭氧发生机运行监测模块，所述臭氧发生机运行监测模块用于监测臭氧发生机运行数据。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学雷，李亚宁，谭杰，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11