焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置，所述方法包括依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值，采取不同的前馈调节策略调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量；所述装置包括第一控制模块和第二控制模块，可以执行上述节能控制方法。与现有技术相比，本发明专利技术提供的焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置，可以依据氮氧化物浓度灵活地调节臭氧发生机的输出量，极大地降低了脱硫脱硝装置的运行成本。

Energy saving control method and device for forced oxidation and denitration of flue gas of coke oven

The invention relates to an energy saving control method and device of coke oven flue gas forced oxidation denitration process, the method includes on the basis of the original flue gas in coke oven in the commutation process of the minimum value and the average concentration of nitrogen oxide desulfurization denitration device for removing nitrogen oxide concentration in flue gas of the set value, the output of ozone recovery feedforward control strategy to regulate the desulfurization the denitration device in the ozone generator; wherein the device comprises a first control module and second control module can perform the energy saving control method. Compared with the existing technology, energy-saving control method and device provided by the invention of coke oven flue gas forced oxidation denitration process, can flexibly adjust the output of the ozone generator based on the concentration of nitrogen oxides, which greatly reduces the operation cost of desulfurization denitration device.

【技术实现步骤摘要】
焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置
本专利技术涉及冶金工业
，具体涉及焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置。
技术介绍
焦炉排放的烟道气的主要有害成分以氮氧化物和硫化物为主，其硫化物来自于燃气中的含硫成分，氮氧化物来自于助燃空气中的氮气高温氧化。目前，可以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对焦炉的烟道气进行脱硫和脱硝。其中，烟道气脱硝过程的控制目标为在保证安全运行的前提下将脱硝塔出口烟气的氮氧化物浓度控制在预设标准的限制以内，如小于150-500mg·m-3，同时还要尽可能降低臭氧和尿素的消耗量。但是，由于尿素溶液浓度不可测，烟道气脱硝过程通常保持尿素的循环量保持不变，并将臭氧发生机的输出功率作为主要操作变量。图1示例性示出了脱硫脱硝一体化装置结构，如图所示，脱硫脱硝一体化装置主要包括余热锅炉11、增压风机12、脱硫塔13、脱硝塔14、臭氧发生机15和凉水塔16。其中，余热锅炉11可以利用炼焦烟气的热量对流体加热。增压风机12可以将烟道烟气引入脱硫塔13。脱硫塔13可以用对炼焦烟气进行脱硫处理，该脱硫塔13包括吸收段131、浓缩段132、储液段133、氧化段134、气体管路135、氨水储罐136、硫酸铵循环槽137、固液分离装置138和干燥脱水装置139。脱硝塔14可以用于对炼焦烟气进行脱硝处理，该脱硝塔14包括尿素溶解槽141。臭氧发生机15可以向脱硫塔13和脱硝塔14输出臭氧。凉水塔16可以用于降低脱硫塔13中工艺水的水温。脱硝塔14中涉及的化学反应主要包括：进一步地，焦炉通常采用换向操作提高热量的利用率，具体为通过换向传动装置对包含煤气/空气的上升气流，以及包含废气的下降气流进行方向变换：例如，换向前下降气流蓄热室可以吸收下降气流的热量，上升气流蓄热室可以为上升气流预热；换向后原下降气流流经的蓄热室开始为原上升气流预热，原上升气流流经的蓄热室开始吸收原下降气流的热量。图2示例性示出了焦炉换向期间气流变化状态，如图所示，焦炉由下降转为上升的换向过程主要包括三个阶段：第一阶段(1～15.8s)烟道气正常流通；第二阶段(15.9～24.9s)关闭烟道气流通并在24.9s时完全关闭，且(21.9～30.8s)打开空气管路并在30.8s时完全打开空气管路；第三阶段(31.6～46.6s)打开煤气管路。焦炉由上升转为下降的换向过程中也主要包括三个阶段：第一阶段(1～15s)开闭煤气管路并在15s时完全关闭煤气管路；第二阶段(15.8～24.9s)打开空气管路并在24.9s时完全打开空气管路，且(21.9～30.8s)打开烟道气管路并在30.8s时完全打开烟道气管路；第三阶段(31.6～46.6s)维持烟道气正常流通。但是，在上述换向过程中烟道气成分会呈现大幅度波动，臭氧发生机的操作人员无法根据烟道气成分的波动情况及时且准确的调节臭氧发生机的输出功率，并且臭氧发生机的耗电成本较大，若在上述换向过程不对臭氧发生量进行调节，令其始终处于非换向时的输出功率运行状态，将会造成能源的巨大浪费并增大运营成本。同时，脱硫脱硝装置的烟道气的入口和出口相距较远，烟道气的浓度检测过程存在较大滞后，若采用常规的反馈控制，可能造成臭氧发生机控制不及时，引起出口处烟道气浓度超标。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决焦炉烟道气的脱硫脱硝设备内臭氧发生机无法在焦炉换向过程中灵活调节臭氧发生量的技术问题，本专利技术提供了一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置。第一方面，本专利技术中一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法的技术方案是：所述方法包括：依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值C'和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值Cset，调节所述脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量：若C'≥Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型，确定第一前馈调节策略并依据所述第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；若C'＜Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型，确定第二前馈调节策略并依据所述第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；其中，所述原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述第一前馈调节策略和第二前馈调节策略均包括如下式所示的前馈控制传递函数：其中，所述Gpc为预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数，所述Gout为预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述第二前馈调节策略还包括：在焦炉换向过程的Δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量，在Δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行，在Δt2时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行；其中，所述Δt1为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻，及脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时开始下降的时刻之间的时间间隔；所述Δt2为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻，及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻之间的时间间隔。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述确定第二前馈调节策略之前，还包括按照下式计算焦炉换向过程的Δt1时段和Δt2时段，具体为：其中，所述Ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度，i＝1,2,...,n，n为预设炼焦工况的总数；所述为在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数，t为时间变量；所述Δt3为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至最小值的时刻，及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻之间的时间间隔；T为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的宽度。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量之前，还包括按照下述步骤确定在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型，具体为：依据预设非参数统计模型，计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α2；其中，所述非参数统计模型为不同炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的关系模型；依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第一时域响应函数和损失幅度α2，构建第一参数辨识方程；优化所述第一参数辨识方程，得到所述氮氧化物浓度扰动模型的模型参数Wout；所述氮氧化物浓度扰动模型为所述S为复变量。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述第一参数辨识方程如下式所示：其中，为预设第一时域响应函数，所述hout为脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值；所述T总out为焦炉换向过程中烟道气的波动时间；所述σout为预设的响应裕度；所述Tout为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间。进一步地，本专利技术提供的一个优选技术方案为：所述氮氧化物浓度的损失幅度α2如下式所示：α2＝D-D′所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法，其特征在于，所述方法包括：依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值C'和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值Cset，调节所述脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量：若C'≥Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型，确定第一前馈调节策略并依据所述第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；若C'＜Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型，确定第二前馈调节策略并依据所述第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；其中，所述原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。

【技术特征摘要】
1.一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法，其特征在于，所述方法包括：依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值C'和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值Cset，调节所述脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量：若C'≥Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型，确定第一前馈调节策略并依据所述第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；若C'＜Cset，则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型，确定第二前馈调节策略并依据所述第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量；其中，所述原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一前馈调节策略和第二前馈调节策略均包括如下式所示的前馈控制传递函数：其中，所述Gpc为预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数，所述Gout为预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二前馈调节策略还包括：在焦炉换向过程的Δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量，在Δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行，在Δt2时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行；其中，所述Δt1为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻，及脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时开始下降的时刻之间的时间间隔；所述Δt2为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻，及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻之间的时间间隔。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定第二前馈调节策略之前，还包括按照下式计算焦炉换向过程的Δt1时段和Δt2时段，具体为：其中，所述Ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度，i＝1,2,...,n，n为预设炼焦工况的总数；所述为在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数，t为时间变量；所述Δt3为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至最小值的时刻，及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值Cset的时刻之间的时间间隔；T为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的宽度。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量之前，还包括按照下述步骤确定在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型，具体为：依据预设非参数统计模型，计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α2；其中，所述非参数统计模型为不同炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的关系模型；依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第一时域响应函数和损失幅度α2，构建第一参数辨识方程；优化所述第一参数辨识方程，得到所述氮氧化物浓度扰动模型的模型参数Wout；所述氮氧化物浓度扰动模型为所述S为复变量。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一参数辨识方程如下式所示：其中，为预设第一时域响应函数，所述hout为脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值；所述T总out为焦炉换向过程中烟道气的波动时间；所述σout为预设的响应裕度；所述Tout为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氮氧化物浓度的损失幅度α2如下式所示：α2＝D-D′其中，所述D＝{D1(Θ，ε)...

【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