CN110960983B - 网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于火电厂SCR烟气脱硝优化控制系统领域，具体涉及一种网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统。所述网格法优化分区控制方法以主成分分析法作为分区依据，通过计算机组参数的贡献率，将贡献率相近的区域合并为子分区，优化控制所述喷氨子系统的喷氨量。所述喷氨子系统是通过将主成分贡献率在设定范围内的区域连接在一起，按区域增加调节阀门与测点设备，并对应设计了控制方法，形成了SCR脱硝优化控制系统。本发明的SCR脱硝喷氨子系统设置了若干支管联箱，对若干所述喷氨管道进行分区，分区优化从整体上有针对性地对氮氧化物分布高浓度与低浓度的区域分别进行控制，优化方法适用于不同火力发电机组。

Description

网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统

技术领域

本发明属于火电厂SCR烟气脱硝优化控制系统领域，具体涉及一种网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统。

背景技术

在SCR系统运行过程中，喷氨量是影响脱硝效率的重要因素。喷氨量过少会导致催化还原反应不充分，造成烟气排放不达标。喷氨量过多会造成氨逃逸量升高，对环境造成二次污染，对下游设备造成腐蚀，此外还会增加运行成本。常规的喷氨控制是根据一定的氨氮摩尔比、SCR入口NOx浓度以及氨逃逸率计算出氨气流量控制器的给定信号，通过氨气流量自动控制实现烟气SCR出口NOx在一定范围之内。这种控制方案存在以下主要问题：一是当机组负荷大幅变化时，锅炉给煤量、送风量均处于动态调整之中，势必引起烟气中NOx的不断变化。由于SCR是一个内含化学反映的大迟延过程，常规PID控制策略难以满足控制要求，造成SCR出口NOx的大幅波动。二是受现场空间限制和安装因素影响，实际运行中SCR入口截面NOx分布偏差较大，为防止烟气出口NOx总排放超标，一般会采取适度增加喷按量的措施，这样不可避免的引起部分区域喷氨过剩，反应器出口氨逃逸超出限值。

为了实现喷氨量的精确控制，近年来国内外围绕精确测量、高精度建模、分区控制等方面开展了大量理论研究、技术开发与工程应用工作。在烟气NOx精确检测方面，目前市场上烟气成分分析系统主要采用抽取采样分析的方式测量，一般只对烟道截面单点或两点进行测量，用局部单点测量数据代替整体，无法反映气体分布情况。

综上，针对以上缺点，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统。所述喷氨子系统是通过将主成分贡献率在设定范围内的区域连接在一起，按区域增加调节阀门与测点设备，并对应设计了控制方法，形成了SCR脱硝优化控制系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种SCR脱硝喷氨子系统，所述喷氨子系统包括：

若干用于将氨喷入烟道的喷氨管道；

若干用于对若干所述喷氨管道进行分区的的支管联箱；

若干控制所述支管联箱的调节阀门；

若干用于检测所述支管联箱喷氨量的取样探头；

所述支管联箱设置在所述喷氨子系统原有的单侧烟道联箱下游；

若干所述喷氨管道设置在所述支管联箱的下游，且每个所述支管联箱与两个以上的喷氨管道连通，与不同支管联箱连通的喷氨管道的个数相同或不同，以此对若干所述喷氨管道进行分区；

所述调节阀门安装于所述支管联箱和单侧烟道联箱之间的单一管路上；

所述取样探头设置在烟道入口且处于支管联箱对所述喷氨管道分区后的每个区域的几何重心位置。

进一步地，所述取样探头与所述支管联箱个数相同。

进一步地，所述支管联箱个数大于2，所述取样探头、调节阀门与支管联箱的个数均相同，配合使用，所述支管联箱优选个数为50个。

进一步地，所述支管联箱为中空结构的圆柱体、长方体、正方体等。

本发明还提出一种SCR脱硝系统，所述SCR脱硝系统包括：制氨子系统、喷氨子系统和反应器；所述制氨子系统与喷氨子系统连接；所述反应器设置在烟道中；

所述喷氨子系统采用上述的SCR脱硝喷氨子系统。

进一步地，所述SCR脱硝系统还包括在烟道保温层与过滤器间的采样管上加装的伴热电缆。

本发明的主要目的在于提供一种SCR脱硝喷氨子系统的网格法优化分区控制方法，采用所述网格法优化分区控制方法对现有的喷氨子系统进行分区得到上述的喷氨子系统；所述网格法优化分区控制方法以主成分分析法作为分区依据，通过计算机组参数的贡献率，将贡献率相近的区域合并为子分区，优化控制所述喷氨子系统的喷氨量。

进一步地，所述网格法优化分区控制方法具体包括如下步骤：

S1，选取表征氮氧化物浓度分布的表征值；

S2，采用主成分分析计算模型计算得到烟气主成分的贡献率；

S3，根据各主成分的贡献率加权，将位置相邻且贡献率差值小于设计值的子区域合并，得到优化的分区结果；

S4，根据优化的分区结果划分成氮氧化物分布高浓度与低浓度的n个区域；

S5，设置喷氨子系统中支管联箱的个数，以便对n个区域分别进行控制。

进一步地，n的值与所述支管联箱的个数相同。

进一步地，所述表征值包括反应器入口最小划分单位的：中心点氮氧化物浓度、氮氧化物浓度平均值和氮氧化物浓度分布标准差。

进一步地，所述主成分分析计算模型计算过程如下：

S2.1，计算第j个区域的第i个表征值x_ij：

其中，1≤i≤m且i、m均为正整数，1≤j≤n且j为正整数，x_ij表示第j个区域的第i个表征值；表示第j个区域的第i个表征值的标准值；

S2.2，设相关性矩阵R，计算特征值a_ji，设u_j＝(a_j1,a_j2,a_j3……)表示第j个区域的特征向量：

其中：且c、d为正整数；

S2.3，由式(2)计算得到的特征值a_ji与式(1)计算得到的x_ij相乘，得主成分值F_j：

F_j＝a_j1×x_1j+a_j2×x_2j+a_j3×x_3j……+a_jm×x_mj 式(3)。

本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明的SCR脱硝喷氨子系统，每个所述支管联箱与两个以上的喷氨管道连通，取样探头(测点)检测所述支管联箱喷氨量，取样探头(测点)提高了喷氨子系统对于烟道氮氧化物浓度的反应能力；

(2)本发明的SCR脱硝喷氨子系统中的调节阀门增加了子系统对于局部氮氧化物的控制能力。

(3)本发明的SCR脱硝喷氨子系统设置了若干支管联箱，对若干所述喷氨管道进行分区，分区优化从整体上有针对性地对氮氧化物分布高浓度与低浓度的区域分别进行控制，优化方法适用于不同火力发电机组。

附图说明

图1为本发明实施例中喷氨子系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中喷氨子系统的测点位置示意图。

图3为本发明实施例中某厂实际分区样例说明示意图。

附图标记说明：1、2、3、4均为喷氨管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效教学方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

参考图1和图2，本实施例提出一种SCR脱硝喷氨子系统，所述喷氨子系统包括：

若干用于将氨喷入烟道的喷氨管道；

若干用于对若干所述喷氨管道进行分区的的支管联箱；

若干控制所述支管联箱的调节阀门；

若干用于检测所述支管联箱喷氨量的取样探头；

所述支管联箱设置在所述喷氨子系统原有的单侧烟道联箱下游；

若干所述喷氨管道设置在所述支管联箱的下游，且每个所述支管联箱与两个以上的喷氨管道连通，与不同支管联箱连通的喷氨管道的个数相同或不同，以此对若干所述喷氨管道进行分区；

所述调节阀门安装于所述支管联箱和单侧烟道联箱之间的单一管路上；

所述取样探头设置在烟道入口且处于支管联箱对所述喷氨管道分区后的每个区域的几何重心位置。

在本实施例中，所述取样探头与所述支管联箱个数相同。

在本实施例中，所述支管联箱个数大于2，所述取样探头、调节阀门与支管联箱的个数均相同，配合使用，所述支管联箱优选个数为50个。

在其他实施例中，提出一种SCR脱硝系统，所述SCR脱硝系统包括：制氨子系统、喷氨子系统和反应器；所述制氨子系统与喷氨子系统连接；所述反应器设置在烟道中；

所述喷氨子系统采用上述的SCR脱硝喷氨子系统。

在其他实施例中，所述SCR脱硝系统还包括在烟道保温层与过滤器间的采样管上加装的伴热电缆。

在本实施例中，还提出一种SCR脱硝喷氨子系统的网格法优化分区控制方法，采用所述网格法优化分区控制方法对现有的喷氨子系统进行分区得到上述的喷氨子系统；所述网格法优化分区控制方法以主成分分析法作为分区依据，通过计算机组参数的贡献率，将贡献率相近的区域合并为子分区，优化控制所述喷氨子系统的喷氨量。

在本实施例中，所述网格法优化分区控制方法具体包括如下步骤：

S1，选取表征氮氧化物浓度分布的表征值；

S2，采用主成分分析计算模型计算得到烟气主成分的贡献率；

S3，根据各主成分的贡献率加权，将位置相邻且贡献率差值小于设计值的子区域合并，得到优化的分区结果；

S4，根据优化的分区结果划分成氮氧化物分布高浓度与低浓度的n个区域；

S5，设置喷氨子系统中支管联箱的个数，以便对n个区域分别进行控制。

进一步地，n的值与所述支管联箱的个数相同。

在本实施例中，n取值为50。

在本实施例中，所述表征值包括反应器入口最小划分单位的：中心点氮氧化物浓度、氮氧化物浓度平均值和氮氧化物浓度分布标准差。

在本实施例中，所述主成分分析计算模型计算过程如下：

S2.1，计算第j个区域的第i个表征值x_ij：

其中，i＝1,2,3，j＝1,2,……50，x_ij表示第j个区域的第i个表征值；表示第j个区域的第i个表征值的标准值；

S2.2，设相关性矩阵R，计算特征值a_ji，设u_j＝(a_j1,a_j2,a_j3)表示第j个区域的特征向量：

其中：

S2.3，由式(2)计算得到的特征值a_ji与式(1)计算得到的x_ij相乘，得主成分值F_j：

F_j＝a_j1×x_1j+a_j2×x_2j+a_j3×x_3j 式(3)。

在本实施例中，以国内某燃煤火电厂尾部烟道一侧为例进行说明，该厂单侧烟道装设喷氨支管达40支，每根支管通过连接弯管进入烟道，独立对一个矩形区域内的喷头进行供氨，因而可将烟道横截面均匀地划分成40个面积相等的小矩形，所有矩形单位在烟道内部同一平面上。考虑到烟道内部喷氨格栅改动将破坏原有流场平衡，进而需要对烟道内导流板与混合器等静态设备重新计算布置，工作量与成本必然大幅增加，且基于数值模拟仿真的静态改造无法实现全工况最优，内部改造性价比有限，因此对于喷氨支管深入烟道内的部分保持初始设计。在这一前提下，小矩形区域即成为网格法脱硝烟道横截面区域分割的最小单位。

图1、图2中，箭头代表氨的流向。Vs1～Vs4表示原有喷氨管道的手动阀门；V1、V2为增设的调节阀门。调节阀门下方连接对应侧的供氨母管，上方连接新增设的支管联箱。由图不难理解，优化改造未改变单根喷氨支管所供给的区域，改造的本质是将原有管路重新排列融合，通过增设调节阀门和支管联箱实现烟道截面与优化分区的对应，提供了实现针对性喷氨优化的设备基础。按上述相关性计算得优化分区如图3所示(每个虚线框表示支管联箱对应的喷氨管道及个数)。

优化运行后，各分区阀门开度维持持续调节，体现了本发明的网格法优化分区控制方法对脱硝对象系统的控制力度，且各区域调节阀门开度并不统一，也证实了氮氧化物在烟道截面的不均匀性，实验证明了分区喷氨优化的必要性。机组在中高负荷段稳定运行时，在分区优化系统的持续控制下，各区域氮氧化物虽然存在一定程度的波动，但总体上体现出下降趋势；对各区域氮氧化物均值求标准差，其数值约为5，证实了本发明的网格法优化分区控制方法对烟道截面氮氧化物混合的促进作用，表明自身的实用价值。

以上对本发明实施例所提供的一种网格法优化分区控制方法及分区得到的脱硝喷氨子系统进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.一种SCR脱硝喷氨子系统的网格法优化分区控制方法，其特征在于，所述网格法优化分区控制方法以主成分分析法作为分区依据，通过计算机组参数的贡献率，将贡献率相近的区域合并为子分区，优化控制喷氨子系统的喷氨量；

所述网格法优化分区控制方法具体包括如下步骤：

S1，选取表征氮氧化物浓度分布的表征值；

S2，采用主成分分析计算模型计算得到烟气主成分的贡献率；

S3，根据各主成分的贡献率加权，将位置相邻且贡献率差值小于设计值的子区域合并，得到优化的分区结果；

S4，根据优化的分区结果划分成氮氧化物分布高浓度与低浓度的n个区域；

S5，设置喷氨子系统中支管联箱的个数，以便对n个区域分别进行控制；

所述主成分分析计算模型的计算过程如下：

S2.1，计算第j个区域的第i个表征值x_ij：

其中，1≤i≤m且i、m均为正整数，1≤j≤n且j为正整数，x_ij表示第j个区域的第i个表征值，表示第j个区域的第i个表征值的标准值，

S2.2，设相关性矩阵R，计算特征值a_ji，设u_j＝(a_j1,a_j2,a_j3……)表示第j个区域的特征向量：

其中：1≤c≤n,1≤d≤n，且c、d为正整数；

S2.3，由式(2)计算得到的特征值a_ji与式(1)计算得到的x_ij相乘，得主成分值F_j：

F_j＝a_j1×x_1j+a_j2×x_2j+a_j3×x_3j……+a_jm×x_mj 式(3)。

2.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝喷氨子系统的网格法优化分区控制方法，其特征在于，n的值与所述支管联箱的个数相同。

3.一种采用如权利要求1或2所述的网格法优化分区控制方法分区得到的SCR脱硝喷氨子系统，所述喷氨子系统包括：若干喷氨管道、单侧烟道联箱和若干取样探头；其特征在于，所述喷氨子系统包括：

若干用于对若干所述喷氨管道进行分区的支管联箱；

若干控制所述支管联箱的调节阀门；

所述支管联箱设置在所述单侧烟道联箱下游；

若干所述喷氨管道设置在所述支管联箱的下游，且每个所述支管联箱与两个以上的喷氨管道连通，与不同支管联箱连通的喷氨管道的个数相同或不同，以此对若干所述喷氨管道进行分区；

所述调节阀门安装于所述支管联箱和单侧烟道联箱之间的单一管路上；

所述取样探头设置在烟道入口且处于支管联箱对所述喷氨管道分区后的每个区域的几何重心位置。

4.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝喷氨子系统，其特征在于，所述取样探头与所述支管联箱个数相同。

5.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝喷氨子系统，其特征在于，所述支管联箱个数大于2，所述取样探头、调节阀门与支管联箱的个数均相同。

6.一种SCR脱硝系统，所述SCR脱硝系统包括：制氨子系统、喷氨子系统和反应器；所述制氨子系统与喷氨子系统连接；所述反应器设置在烟道中；其特征在于，所述喷氨子系统采用权利要求3～5任一项所述的喷氨子系统。

7.根据权利要求6所述的一种SCR脱硝系统，其特征在于，所述SCR脱硝系统还包括在烟道保温层与过滤器间的采样管上加装的伴热电缆。