一种脱硝系统自动喷氨控制方法和控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种脱硝系统自动喷氨控制方法和控制系统，涉及化工自动化技术领域。所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况定义为外扰；根据每种扰动作出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。本发明专利技术的锅炉脱硝系统自动喷氨控制系统包括气体检测系统和自动控制喷氨量的自抗扰控制器；气体检测系统的检测数据作为自抗扰控制器的扰动因素。

An Automatic Ammonia Spraying Control Method and Control System for Denitrification System

The invention discloses an automatic ammonia spraying control method and control system of a denitrification system, which relates to the technical field of chemical automation. The control method adopts an auto disturbance rejection controller, which divides the disturbance affecting the net flue gas NOX into internal disturbance and external disturbance; defines the non-linear correspondence between the net flue gas NOX and the time lag of NOX at SCR outlet, the opening of ammonia injection flow regulating valve and ammonia injection flow, the catalyst efficiency and SCR reaction efficiency as internal disturbance; defines the boiler evaporation, air volume, oxygen volume, coal volume, furnace temperature, flue gas temperature and boiler. The operating condition of pulverizing system is defined as external disturbance, and the corresponding extended state observer is made according to each disturbance to estimate the disturbance of NOx in the net flue gas in real time, so that the ammonia injection quantity can match the minimum reductant dosage as accurately as possible. The automatic ammonia injection control system of the boiler denitrification system of the present invention includes a gas detection system and an automatic disturbance rejection controller for the automatic ammonia injection quantity, and the detection data of the gas detection system acts as the disturbance factor of the automatic disturbance rejection controller.

【技术实现步骤摘要】
一种脱硝系统自动喷氨控制方法和控制系统
本专利技术涉及化工自动化
，尤其涉及一种脱硝系统自动喷氨控制方法和控制系统。
技术介绍
选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction，SCR)是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如NH3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其化学反应式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O；2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O；6NO2+8NH3→7N2+12H2O。反应温度常在230～450℃。由于锅炉燃烧波动变化频繁，SCR入口NOx波动剧烈。锅炉运行人员难以精准掌握还原剂用量，导致喷入过量氨水，使得氨逃逸率较大，还原剂用量较大、经济效益较差。SCR系统内的喷氨过量会引起副反应发生，易生成硫酸氢氨等有害物质，造成空预器差压异常甚至堵塞；副反应的发生同时引发催化剂中毒，影响催化剂寿命；过量喷氨产生的逃逸氨随烟气进入脱硫系统，溶于浆液中，最终导致外排水氨氮含量超标；产生的硫酸氢氨沉积在空预器、低温省煤器和除尘器上，影响机组的热效率，且降低了脱硝效果及机组的安全经济运行。锅炉运行人员既要保证锅炉烟气NOx不超过国家环保限值，又要根据机组情况，尽量少的使用还原剂，尽量避免上述危害锅炉安全稳定经济运行的情况发生。为达到以上目标，需要对SCR入口、出口位置的烟气成分进行测量。SCR脱硝装置常布置在锅炉烟道出口后，除尘装置入口前，当前SCR脱硝装置的入口、出口位置常常已布置烟气取样装置。目前烟气取样装置往往为单点取样，而脱硝出口烟气存在紊流严重、高温高尘等特点；烟道具有直管径短、变径多或转角多等特点；SCR脱硝装置区域流场复杂多变，且受烟气温度影响大；SCR区域烟气流速快，CEMS分析仪表分析烟气慢，烟气检测存在延迟。上述问题加剧了局部喷氨过量，影响了空预器等烟道后部设备运行，同时也影响了SCR效率。故，现有喷氨控制技术存在以下问题：1.烟气测量不准确，取样点单一，所取烟气无代表性，不能表现出整个SCR烟道内烟气特性，烟气分析结果对精准控制喷氨量帮助不大。2.锅炉环保系统工艺复杂，烟气经过SCR脱硝装置后还要经过除尘、脱硫工序，最终进入烟囱排入大气。按国家环保政策规定，要求烟囱排入大气处NOx不超过限值(该处NOx值一般称“净烟气NOx”，SCR出口NOx值一般称“SCR出口NOx”)。此两处测得的气体含量存在时间的滞后，根据锅炉烟道长短不同，时滞时间大致在3-6分钟，且该时间受燃烧等扰动影响大。控制喷氨量的喷氨流量调节阀安装在SCR区域，上述时滞时间及燃烧扰动的影响使喷氨流量调节阀的开度难以准确跟踪净烟气NOx，进而造成锅炉运行人员难以尽量少的使用还原剂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种脱硝系统自动喷氨控制方法和控制系统，主要目的是解决脱硝系统不能精准控制喷氨量的问题。为达到上述目的，本专利技术主要提供了如下技术方案：一方面，本专利技术实施例提供了一种锅炉脱硝系统自动喷氨控制方法，所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。另一方面，本专利技术实施例提供了一种气体检测系统，所述气体检测系统包括气体取样装置和气体分析设备。作为优选，所述气体分析设备为气体分析仪表，用于检测气体温度、气体湿度、气体含量、气体压力和气体流速。作为优选，所述气体取样装置包括多个气体取样单元和一个多切一气体输送设备；所述多切一气体输送设备的多个入口与多个所述气体取样单元的出口对应连通以形成多条取样气体输送管路，所述多切一气体输送设备用于控制所述多条取样气体输送管路的连通或关闭，并将连通管路中的取样气体输送至其他工序；其中，所述气体取样单元包括用于在待检测区域采集待检测气体的气体取样设备、用于为所述气体取样设备提供抽气动力的抽气设备以及用于存储取样气体的气体存储设备；所述气体取样设备的入口处于所述待检测区域内，所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口连通。作为优选，所述气体取样设备为气体取样管；所述抽气设备为压力可调的气体泵；所述气体存储设备为气体存储罐；所述多切一气体输送设备为多切一流量控制阀；所述气体取样装置安装于SCR脱硝装置的烟道内，用于对烟道的烟气进行取样并输送。作为优选，所述气体取样设备固定设于所述待检测区域内；所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口在所述待检测区域的外部通过管道连通。作为优选，所述多切一气体输送设备从所述多条取样气体输送管路中选择一条气体输送管路进行连通，同时关闭其它气体输送管路；所述多个气体取样单元在所述待检测区域内呈矩阵设置。作为优选，所述气体取样单元包括前馈监测箱，所述前馈监测箱固定设于所述待检测区域内且邻近所述气体取样设备；所述前馈监测箱内设有用于检测气体温度的气体温度传感器和用于检测气体浓度的气体浓度传感器，所述气体温度传感器的探头和所述气体浓度传感器的探头均处于所述待检测区域内。作为优选，所述气体浓度传感器为一氧化氮浓度检测传感器；所述气体温度传感器的输出端和所述气体浓度传感器的输出端均通过线缆与综合线缆接头的入口连接，所述综合线缆接头的出口通过综合线缆管与外界设备连接。又一方面，本专利技术实施例提供了一种锅炉脱硝系统自动喷氨控制系统，所述控制系统包括用于检测气体特性的气体检测系统和用于根据锅炉脱硝系统内扰因素和外扰因素自动控制喷氨量的自抗扰控制器；所述气体检测系统的检测数据作为所述自抗扰控制器的内扰或外扰因素；其中，所述气体检测系统为权利要求2-9任一项所述的一种气体检测系统；所述内扰因素为净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率；所述外扰因素为锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况；所述自抗扰控制器的核心部件包括扩张状态观测器，其用于实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制各种扰动源；所述扩张状态观测器的扰动源为所述内扰因素和所述外扰因素。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锅炉脱硝系统自动喷氨控制方法，其特征在于，所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。

【技术特征摘要】
1.一种锅炉脱硝系统自动喷氨控制方法，其特征在于，所述控制方法采用自抗扰控制器，将影响净烟气NOx的扰动分为内扰和外扰；将净烟气NOx与SCR出口NOx时滞时间、喷氨流量调节阀开度与喷氨流量的非线性对应关系、催化剂效率及SCR反应效率定义为内扰；将锅炉蒸发量、风量、氧量、煤量、炉膛温度、烟气温度及锅炉制粉系统运行工况定义为外扰；根据每种扰动设计出对应的扩张状态观测器，实时估计净烟气NOx的扰动，自动控制所述内扰和所述外扰，使喷氨量尽量精准匹配最小还原剂用量。2.一种气体检测系统，其特征在于，所述气体检测系统包括气体取样装置和气体分析设备。3.如权利要求2所述的一种气体检测系统，其特征在于，所述气体分析设备为气体分析仪表，用于检测气体温度、气体湿度、气体含量、气体压力和气体流速。4.如权利要求2所述的一种气体检测系统，其特征在于，所述气体取样装置包括多个气体取样单元和一个多切一气体输送设备；所述多切一气体输送设备的多个入口与多个所述气体取样单元的出口对应连通以形成多条取样气体输送管路，所述多切一气体输送设备用于控制所述多条取样气体输送管路的连通或关闭，并将连通管路中的取样气体输送至其他工序；其中，所述气体取样单元包括用于在待检测区域采集待检测气体的气体取样设备、用于为所述气体取样设备提供抽气动力的抽气设备以及用于存储取样气体的气体存储设备；所述气体取样设备的入口处于所述待检测区域内，所述气体取样设备的出口与所述抽气设备的入口连通，所述抽气设备的出口与所述气体存储设备的入口连通，所述气体存储设备的出口与所述多切一气体输送设备的入口连通。5.如权利要求4所述的一种气体检测系统，其特征在于，所述气体取样设备为气体取样管；所述抽气设备为压力可调的气体泵；所述气体存储设备为气体存储罐；所述多切一气体输送设备为多切一流量控制阀；所述气体取样装置安装于SCR脱硝装置的烟道内，用于对烟道的烟气进行取样并输送。6.如权利要求4所述的一种气体检测系统，其特征在于，所述气体取样设备固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯源，
申请(专利权)人：汇信盈北京智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11