一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法。现有的脱硝喷氨自动控制逻辑难以平稳控制SCR反应器出口NOx浓度，增加了运行人员的劳动强度。本发明专利技术包括SCR反应器、电动调节阀和流量计等，SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置。本发明专利技术可以克服脱硝系统大延滞特性所带来的控制问题，减少控制超调，能够实现喷氨量的准确控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法
本专利技术涉及一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法，属于热工自动控制领域。
技术介绍
在目前电力行业新能源大规模并网的背景下，火电机组频繁参与调峰，且调峰深度越来越大。因此，锅炉运行工况在大范围频繁变化，使得炉膛出口烟气参数频繁变化，包括SCR脱硝入口NOx浓度变化剧烈。选择性催化还原烟气脱硝法(SelectiveCatalyticReduction)，简称SCR，是目前火电厂中应用最广泛的一种脱硝方法。SCR脱硝原理是在催化剂的作用下利用NH3将NOx还原为N2，发生的主要化学反应如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O目前电厂中的脱硝喷氨一般通过采用单PID回路加前馈控制，如申请号为201610235007.0的中国专利，PID(ProportionIntegrationDifferentiation)回路调节SCR反应器出口NOx浓度，前馈一般为机组负荷变化率。该控制方式下脱硝喷氨自动调节效果较差，经常需要运行人员干预、手动调节喷氨量，导致喷氨量波动大、脱硝反应器出口NOx浓度波动大。当实际喷氨量小于工况所需氨流量时，易造成NOx排放浓度超标；当实际喷氨量超过工况所需氨流量时，氨逃逸浓度高，加剧NH4HSO4的生成，易造成空气预热器的腐蚀或堵塞。再者，脱硝系统本身具有大延滞、非线性、时变等特点，因此对机组SCR脱硝喷氨自动调节进行优化研究，提高喷氨自动控制品质，有效控制烟囱入口NOx浓度始终作为一个非常重要的研究课题。NOx英文全称：nitrogenoxides，NOx的中文名称是：氮氧化物。氮氧化物即氮和氧的结合物，包括很多种，例如一氧化氮、二氧化氮等。一般电厂中脱硝喷氨自动控制逻辑采用单PID回路加前馈控制，PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，前馈一般为机组负荷变化率。当氨气压力有变化时，单PID回路无法迅速测得氨气流量的变化，不能快速做出响应，滞后严重。另外，随着机组负荷的增加，SCR入口NOx浓度绝大多数会降低，有时亦会随机组负荷的增加而升高，因此仅根据负荷变化率不容易判断喷氨调节阀应当开大还是减小。所以按照一般的控制逻辑容易引起喷氨调节阀的大幅晃动、喷氨量的大幅波动，从而导致SCR出口NOx浓度和烟囱入口NOx浓度忽高忽低，经常超过所要求的超低排放标准50mg/m3，使得运行人员经常人为切手动，进行人为干预。另外，在机组处于AGC-R模式，机组负荷和SCR脱硝入口NOx浓度均变化剧烈时，烟囱入口NOx浓度很容易出现震荡发散情况，难以平稳控制，运行人员亦需解除自动进行人为干预。这不仅降低了辅机的自动化水平，亦增加了运行人员的劳动强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置及其工作方法，来实现喷氨量的快速准确控制。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，包括SCR反应器、电动调节阀和流量计等，所述SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；所述SCR反应器包括SCR反应器入口、一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅、催化剂层和SCR反应器出口；所述SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，所述SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；所述一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，所述一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，所述二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置；所述SCR反应器中的氨气母管道上设置有电动调节阀和流量计，所述调节阀用于调节氨气的流量，所述流量计用于测量氨气的流量。进一步而言，所述催化剂层为平板式结构，所述催化剂层设置有4层，每层催化剂层均相邻布置有一个喷氨格栅。一种如上所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口的NOx浓度，主PID回路的输出经过一个修正函数后对理论喷氨流量进行修正，副PID回路调节氨气供应流量，副PID回路的输出加上四个前馈之和作用到喷氨流量调节阀来调节喷氨量的大小；四个前馈包括SCR反应器出口的NOx测量值减设定值偏差的函数、机组负荷变化率的函数、SCR反应器入口的NOx浓度变化率的函数和脱硫出口NOx浓度的函数；由于烟气流量测量的不准确性，本工作方法创造性地通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：式中：Q为单侧SCR反应器理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；QA和QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计的烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量和NH3摩尔质量计算得到。SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路的过程值，SCR反应器出口的NOx浓度设定值作为主PID回路的设定值，主PID回路采用正作用，比例积分运算。主PID回路的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正系数范围即函数f1(x)输出为：a—b，a<b；修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量；根据机组工况将实际需要喷氨量再乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的设定值；实际测得的氨气流量值同样乘以系数B，即进行标幺化处理后作为副PID回路的过程值；副PID回路采用反作用，比例积分运算。前馈设计如下：前馈一：SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后与SCR反应器出口的NOx浓度设定值相减，然后经过函数f2(x)换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt1，以确保前馈一在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；前馈二：机组负荷经过超前滞后模块Leadlag2后一路作用到加法器∑2上，一路作用到超前滞后模块Leadlag3，Leadlag3的输出作用到加法器∑2上，二者相减即为机组负荷变化率，然后经过函数f3(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt2，以确保前馈二在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；通过与运行人员交流和观察机组历史数据，发现在绝大多数情况下SCR反应器入口的NOx浓度随着机组负荷升高而降低，随着机组负荷降低而升高。因此考虑绝大多数情况，即设置函数f3(x)斜率为负，随着机组负荷升高而减小喷氨调节阀开度，随着机组负荷降低而增大喷氨调节阀开度；前馈三：SCR反应器入口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag4后一路作用到加法器∑3上，一路作用到超前滞后模块Leadlag5，Leadlag5的输出作用到加法器∑3，二者相减即为SCR反应器入口的NOx浓度变化率，然后经过函数f4(x)后换算为喷氨调节阀开度大小，再经过限幅环节Lmt3，以确保前馈三在调节喷氨调节阀开度过程中所起作用适中；前馈四：脱硫出口NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag6后作用到函数f5(x)，经过函数f5(x)后换算为喷氨调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；其特征在于，还包括电动调节阀和流量计；所述SCR反应器包括SCR反应器入口、一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅、催化剂层和SCR反应器出口；所述SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，所述SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；所述一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，所述一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，所述二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置；所述SCR反应器中的氨气母管道上设置有电动调节阀和流量计，所述调节阀用于调节氨气的流量，所述流量计用于测量氨气的流量。

【技术特征摘要】
1.一种基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，包括SCR反应器，所述SCR反应器设置在锅炉省煤器与空气预热器之间；其特征在于，还包括电动调节阀和流量计；所述SCR反应器包括SCR反应器入口、一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅、催化剂层和SCR反应器出口；所述SCR反应器入口与锅炉省煤器相邻布置，所述SCR反应器出口与空气预热器相邻布置；所述一号喷氨格栅、导流板、二号喷氨格栅和催化剂层沿着烟气的流动方向依次布置，所述一号喷氨格栅与SCR反应器入口相邻布置，所述二号喷氨格栅和催化剂层相邻布置；所述SCR反应器中的氨气母管道上设置有电动调节阀和流量计，所述调节阀用于调节氨气的流量，所述流量计用于测量氨气的流量。2.根据权利要求1所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置，其特征在于，所述催化剂层为平板式结构，所述催化剂层设置有4层，每层催化剂层均相邻布置有一个喷氨格栅。3.一种如权利要求1或2所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口的NOx浓度，主PID回路的输出经过一个修正函数后对理论喷氨流量进行修正，副PID回路调节氨气供应流量，副PID回路的输出加上四个前馈之和作用到喷氨流量调节阀来调节喷氨量的大小；四个前馈包括SCR反应器出口的NOx测量值减设定值偏差的函数、机组负荷变化率的函数、SCR反应器入口的NOx浓度变化率的函数和脱硫出口NOx浓度的函数；由于烟气流量测量的不准确性，本工作方法创造性地通过主蒸汽流量计算理论喷氨流量，如公式(1)所示：式中：Q为单侧SCR反应器理论所需氨气流量，kg/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Coutset为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；QA和QB分别为锅炉甲侧主蒸汽流量和乙侧主蒸汽流量，t/h；a为系数，根据机组额定负荷下设计的烟气流量、主蒸汽流量、NO2摩尔质量和NH3摩尔质量计算得到。4.根据权利要求3所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，SCR反应器出口的NOx浓度过程值经过超前滞后模块Leadlag1后作为主PID回路的过程值，SCR反应器出口的NOx浓度设定值作为主PID回路的设定值，主PID回路采用正作用，比例积分运算。5.根据权利要求3所述的基于串级PID加前馈的调节脱硝喷氨流量的装置的工作方法，其特征在于，主PID回路的输出经过修正函数f1(x)后乘以理论喷氨量，即对理论喷氨量进行修正，修正系数范围即函数f1(x)输出为：a—b，a<b；修正后的理论喷氨量作用到加法器∑1上，与运行人员手动偏置量相加，得到实际需要喷氨量；根据机组工况将...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝宝营，李兵，王真，宋瑞福，邱树良，张岩，亓振烨，张子远，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33