一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，属于火电厂热工自动控制领域，所述方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，并对所需要脱除的NOx量进行修正，副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路加上前馈作用到每支小喷枪的调节门。本发明专利技术提出的用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，在机组升降负荷、启停磨煤机时能够及时提供前馈控制信号，调整喷氨量；在SCR反应器出口CEMS吹扫过程中及吹扫结束后，SCR出口NOx浓度自动调节可连续投入且出口NOx浓度值达标排放。

SCR denitrification control method for urea pyrolysis furnace

【技术实现步骤摘要】
一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法
本专利技术涉及一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，属于火电厂热工自动控制领域。
技术介绍
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。目前选择性催化还原烟气脱硝法(SelectiveCatalyticReduction)，简称SCR，是火电机组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以往SCR反应中所需要的NH3直接由液氨提供，考虑到厂区的安全性，现在很多电厂已逐渐开始将液氨储罐用尿素热解炉替换，即利用尿素溶液加热分解，生成NH3。尿素热解化学反应式如下：CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2采用液氨进行脱硝控制时，SCR反应器A侧和B侧分别单独控制，即A侧脱硝控制回路和B侧脱硝控制回路相互独立，然而采用尿素热解炉进行脱硝控制时，A侧和B侧共用一个脱硝调节回路，被调量为SCR反应器A侧和B侧NOx浓度的平均值。本专利技术提供了一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，使用该控制方法可使机组在升降负荷、启停磨煤机及稳态工况下脱硝自动连续投入稳定运行，即满足了机组超低达标排放的要求，又降低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，而提供一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，来实现尿素溶液调节的快速准确控制。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，其特征在于，所述方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，并对所需要脱除的NOx量进行修正，副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路加上前馈作用到每支小喷枪的调节门；鉴于一般机组烟气流量测量误差比较大，而主蒸汽流量通过调节级压力计算得出，测量误差小，机组烟气流量利用主蒸汽流量间接得到。理论尿素溶液量根据SCR反应器入口NOx浓度、SCR反应器出口NOx浓度设定值、尿素热解化学反应式、尿素溶液密度、尿素溶液纯度、尿素分子摩尔质量、NH3摩尔质量、主蒸汽流量、机组额定主蒸汽流量和额定烟气流量计算得到，如公式(1)所示：F＝λ×(Cin-Csp)×S(1)式中，F为所需的理论尿素溶液量，m3/h；S为机组的主蒸汽流量，t/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Csp为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；λ为系数，根据尿素热解化学反应式、尿素溶液密度、尿素溶液纯度、尿素分子摩尔质量、NH3摩尔质量、主蒸汽流量、机组额定主蒸汽流量和额定烟气流量计算得到；NH3和NO2的反应摩尔比一般取为0.8—1.0之间。其中，尿素热解化学反应式为：CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2主PID回路过程值为SCR反应器A侧出口NOx浓度和B侧出口NOx浓度的平均值，主PID回路设定值为运行人员根据需要设定的SCR反应器出口NOx浓度值；SCR反应器A/B两侧出口NOx测点需要定期进行吹扫，为了实时地反应出口NOx浓度变化情况，在A侧进行吹扫时，用B侧出口NOx浓度进行调节；同样，在B侧进行吹扫时，用A侧出口NOx浓度进行调节；主PID回路的输出对所需要脱除的NOx量进行修正，得到实际需要脱除的NOx量，再根据公式(1)得到理论尿素溶液量；根据实际投运的小喷枪数量，将总的理论尿素溶液量平均分配到每支小喷枪，即为每支小喷枪的理论尿素溶液量；副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路的设定值为所述的每支小喷枪的理论尿素溶液量，副PID回路的过程值为每支小喷枪的尿素溶液量。所述副PID回路的前馈作用包括：前馈一：SCR反应器入口NOx浓度变化率，即在SCR反应器入口NOx浓度变化率k＞0时，提前增加尿素喷枪开度，在SCR反应器入口NOx浓度变化率k<0时，提前减少尿素喷枪开度；预估所需的尿素溶液量，减少反应器出口NOx浓度的超调量；然后再经过一函数转换为适当的尿素喷枪调门开度大小；前馈二：机组锅炉负荷的变化率，在机组增加负荷时，SCR反应器入口NOx浓度会增加，在机组降低负荷时，SCR反应器入口NOx浓度会减少；引入机组锅炉负荷变化率当做前馈不仅可以预估所需的尿素溶液量，而且避免了因抽汽量发生变化而电负荷不变的情况；然后再经过一函数转换为适当的尿素喷枪调门开度大小；前馈三：SCR反应器出口NOx浓度与设定值偏差的函数，当SCR反应器出口NOx浓度与设定值偏差较大时，通过此前馈，可快速改变喷枪调门开度，改变尿素溶液量，避免SCR反应器出口NOx浓度出现大幅波动或震荡；然后再经过一函数转换为适当的尿素喷枪调门开度大小。前馈四，前馈四设计如下：在启磨煤机时，提前增加每支喷枪的调门开度并维持一段时间后逐渐降为零；逻辑设计为磨煤机合闸信号到达并且磨煤机给煤量大于某一阈值时，延时适当的时间逐渐增加尿素喷枪调门开度并维持数分钟后再使前馈四作用逐渐降为零；此逻辑中磨煤机合闸信号仅在合闸后十分钟之内有效，在停磨煤机时，提前减少每支喷枪的调门开度并维持一段时间后逐渐降为零；逻辑设计为磨煤机合闸信号到达并且磨煤机给煤量低于某一阈值时，延时适当的时间逐渐减少尿素喷枪调门开度并维持数分钟后再使前馈四作用逐渐降为零，为了防止该逻辑在启磨煤机时起作用，设计磨煤机合闸信号在合闸三十分钟后有效。所述副PID回路设有闭锁增和闭锁减功能；闭锁减功能：根据机组实际运行情况和运行人员经验，设置最低尿素溶液流量下限，当每支喷枪尿素溶液流量低于最低下限时，闭锁减副PID回路输出，即让尿素喷枪调门开度不再减小；闭锁增功能：根据机组实际运行情况和运行人员经验，设置最高尿素溶液流量上限，当每支喷枪尿素溶液流量高于最高上限时，闭锁增副PID回路输出，即让尿素喷枪调门开度不再增加。另外，烟囱入口NOx浓度值通常低于SCR反应器出口NOx浓度值，针对这种情况，为了防止烟囱入口处NOx浓度长时间处于极低值，在烟囱入口CEMS处于非吹扫状态且烟囱入口NOx浓度低于某一阈值时，亦闭锁增副PID回路输出。所述副PID回路的输出先经过尿素调门特性曲线，然后作用到尿素喷枪调节门。因尿素喷枪调节门在全量程中是非线性的，即尿素溶液变化量与尿素喷枪调节门开度变化量的比值非固定常数，因此可通过尿素调门流量特性试验进一步得出尿素调门特性曲线。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本专利技术提出的用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，在机组升降负荷、启停磨煤机时能够及时提供前馈控制信号，调整喷氨量；在SCR反应器出口CEMS吹扫过程中及吹扫结束后，SCR出口NOx浓度自动调节可连续投入且出口NOx浓度值达标排放。附图说明图1是本专利技术实施例中采用的脱硝调节控制策略SAMA图。...

【技术保护点】
1.一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，其特征在于，所述方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，并对所需要脱除的NOx量进行修正，副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路加上前馈作用到每支小喷枪的调节门；/n理论尿素溶液量根据SCR反应器入口NOx浓度、SCR反应器出口NO

【技术特征摘要】
1.一种用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，其特征在于，所述方法如下：主PID回路调节SCR反应器出口NOx浓度，并对所需要脱除的NOx量进行修正，副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路加上前馈作用到每支小喷枪的调节门；
理论尿素溶液量根据SCR反应器入口NOx浓度、SCR反应器出口NOx浓度设定值、尿素热解化学反应式、尿素溶液密度、尿素溶液纯度、尿素分子摩尔质量、NH3摩尔质量、主蒸汽流量、机组额定主蒸汽流量和额定烟气流量计算得到，如公式(1)所示：
F＝λ×(Cin-Csp)×S(1)
式中，F为所需的理论尿素溶液量，m3/h；S为机组的主蒸汽流量，t/h；Cin为SCR反应器入口的NOx浓度，mg/m3；Csp为SCR反应器出口的NOx浓度设定值，mg/m3；
λ为系数，根据尿素热解化学反应式、尿素溶液密度、尿素溶液纯度、尿素分子摩尔质量、NH3摩尔质量、主蒸汽流量、机组额定主蒸汽流量和额定烟气流量计算得到；
主PID回路过程值为SCR反应器A侧出口NOx浓度和B侧出口NOx浓度的平均值，主PID回路设定值为运行人员根据需要设定的SCR反应器出口NOx浓度值；
SCR反应器A/B两侧出口NOx测点需要定期进行吹扫，为了实时地反应出口NOx浓度变化情况，在A侧进行吹扫时，用B侧出口NOx浓度进行调节；同样，在B侧进行吹扫时，用A侧出口NOx浓度进行调节；
主PID回路的输出对所需要脱除的NOx量进行修正，得到实际需要脱除的NOx量，再根据公式(1)得到理论尿素溶液量；根据实际投运的小喷枪数量，将总的理论尿素溶液量平均分配到每支小喷枪，即为每支小喷枪的理论尿素溶液量；
副PID回路调节每支小喷枪的尿素溶液量，副PID回路的设定值为所述的每支小喷枪的理论尿素溶液量，副PID回路的过程值为每支小喷枪的尿素溶液量。


2.根据权利要求1所述的用于尿素热解炉的SCR脱硝调节控制方法，其特征在于，所述副PID回路的前馈作用包括：
前馈一：SCR反应器入口NOx浓度变化率，即在SCR反应器入口NOx浓度变化率k＞0时，提前增加尿素喷枪开度，在SCR反应器入口NOx浓度变化率k<0时，提前减少尿素喷枪开度；预估所需的尿素溶液量，减少反应器出口NOx浓度的超调量；然后再经过一函数转换为适当的尿素喷枪调门开度大小；
前馈二：机组锅炉负荷的变化率，在机组增加负荷时，SCR反应器入口NOx浓度会增加，在机组降低负荷时，SCR反应器入口NOx...

【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，杜之正，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