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CN111359411B - 火电机组及其基于nh3测量的脱硝控制方法及系统 - Google Patents

火电机组及其基于nh3测量的脱硝控制方法及系统 Download PDF

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CN111359411B CN202010223961.4A CN202010223961A CN111359411B CN 111359411 B CN111359411 B CN 111359411B CN 202010223961 A CN202010223961 A CN 202010223961A CN 111359411 B CN111359411 B CN 111359411B
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Abstract

本发明公开了一种基于NH3测量的脱硝控制方法，包括：获取烟道中若干个测点的NH3测量值；根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；根据预设折线函数计算得出PID前馈值；根据所述PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。本发明还公开了一种基于NH3测量的脱硝控制系统及包括上述基于NH3测量的脱硝控制系统的火电机组。上述基于NH3测量的脱硝控制方法通过多测点NH3参数监测，能给运行人员对喷氨阀开度的调整提供依据，使得每个区域的喷氨量更加合理，有效防止NH3过喷或欠喷问题，又可有效减少空预器堵塞的发生；同时，通过将PID前馈值引入脱硝控制系统中，可以有效提高脱硝控制系统控制的可靠性，提高环保可靠性。

Description

火电机组及其基于NH3测量的脱硝控制方法及系统
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，特别涉及一种基于NH3测量的脱硝控制方法。本发明还涉及一种基于NH3测量的脱硝控制系统及包括该基于NH3测量的脱硝控制系统的火电机组。
背景技术
随着国家对环保要求越来越严格，火电机组减排与安全运行同等重要，火电机组为了控制NOx排放指标，以达到超低排放(超低排放：即对燃煤火力机组记性改造，增加脱硝装置、脱硫装置、除尘装置，是的机组排入大气的烟气含污染物浓度达标，本案NOx排放指标为小于35mg/Nm3)指标的要求，只能通过过量喷氨来降低NOx排放量，这样会带来一个负面作用，即过量的NH3与烟气中的硫酸根离子发生化学反应，产生硫酸氢氨，硫酸氢氨与空预器中的粉尘结合，会导致空预器换热面脏污，以致降低换热效率，如不及时发现和处理，将导致空预器堵塞甚至堵死，从而影响空预器经济、安全运行，严重时可能造成机组被迫非计划停机。因此，如何合理控制脱硝喷入NH3量，既是环保的要求，也是机组安全性、经济性的要求。
现有技术中，脱硝自动控制是指通过对喷入烟道中的NH3量控制，使适合的NH3与烟气中的NOx产生化学反应，生成N2，从而降低烟气中的污染物NOx，即通过控制喷入的NH3量，实现对出口NOx含量的自动控制。然而，目前，对于烟道中NH3的检测一般采用单点监测NH3，安装方式多为对角式安装，其安装方式如图1所示，图1为现有技术中公开的一种NH3检测装置的安装示意图；对于大截面烟道该取样点并不具有参考意义，不能提供一个准确的、真实有效的氨逃逸数值(氨逃逸：对于燃煤火电机组来讲，脱硝系统投入后，经过脱硝反应器后的过量的NH3浓度，脱硝喷氨后的NH3含量即为氨逃逸(要求＜3ppm)，对其进行监测和控制，使其处于合理的变化范围内，即保证锅炉尾部受热面运行安全，防止空预器堵塞，亦可提高脱硝自动控制品质，提高NOx控制精度，保证NOx达标排放)；同时，现有的 NH3检测装置大多采用原位式激光测量方式，由于烟道烟尘浓度大，激光无法穿透烟尘，现场虽然已经采用对角安装，但还是经常无NH3数据输出，并且原有的NH3仪器测量光程短，灵敏度只能达到1ppm左右，已不能满足现场工艺NH3浓度小于3ppm的监控精度要求，同时，原有的NH3装置维护量大，而且维护十分麻烦，经常需要对光(现场振动及机组负荷变化都可能导致仪器光路变偏)；此外，原有的单点测量NH3，无法反映整个烟道中NH3含量，也无法给运行人员提供烟气中NH3流场分布，也无法通过喷氨调平阀门对流场中喷氨量进行调整，造成烟道中一些区域NH3过喷，一些区域NH3欠喷，造成NOx 无法精确控制，出现瞬时超标排放。
因此，如何避免由于无法精确测量烟道中NH3含量而导致无法精确控制NOx的排放量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于NH3测量的脱硝控制方法，该方法可以对NH3浓度进行调整，并可提高NOx控制精度，从而可以有效避免过量NH3留在锅炉尾部烟道烟气中，造成空预器堵塞。本发明的另一目的是提供一种基于NH3测量的脱硝控制系统及包括该基于NH3测量的脱硝控制系统的火电机组。
为实现上述目的，本发明提供一种基于NH3测量的脱硝控制方法，包括：
获取烟道中若干个测点的NH3测量值；
根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；
根据预设折线函数计算得出PID前馈值；
根据所述PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。
可选地，所述获取烟道中若干个测点的NH3测量值，包括：
获取烟道中A、B两侧各四个测点的NH3测量值。
可选地，所述根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量，包括：
计算烟道中A侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值和B侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值；
设定第一阈值；
判断全部所述差值与所述第一阈值的大小，当任一所述差值大于所述第一阈值时，发出警报。
可选地，所述根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量，还包括：
获取烟道中A侧四个测点NH3测量值的第一中位值和B侧四个测点NH3测量值的第二中位值；
计算所述第一中位值和所述第二中位值的中位差值，
设定第二阈值；
判断所述中位差值与所述第二阈值的大小，当所述中位差值大于所述第二阈值时，发出警报。
可选地，所述根据预设折线函数计算得出PID前馈值，包括：
获取所述第一中位值和所述第二中位值的加权平均值；
将所述加权平均值导入预设折线函数并计算得出所述PID前馈值，所述预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
本发明还提供一种基于NH3测量的脱硝控制系统，包括：
获取模块：用以获取烟道中若干个测点的NH3测量值；
第一控制模块：用以根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；
运算模块：用以根据预设折线函数计算得出PID前馈值；
第二控制模块：用以根据所述PID前馈值控制脱硝出口的NOx 浓度。
可选地，所述第一控制模块包括：
差值计算单元：用以计算烟道中A侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值和B侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值；
设定单元：用以设定第一阈值；
判断单元：用以判断全部所述差值与所述第一阈值的大小，当任一所述差值大于所述第一阈值时，发出警报。
可选地，所述运算模块包括：
第一运算单元：用以获取所述第一中位值和所述第二中位值的加权平均值；
第二运算单元：用以将所述加权平均值导入预设折线函数并计算得出所述PID前馈值，所述预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
可选地，所述系统还包括：
用以接收警报信号并能够发出警报的报警模块。
本发明还提供一种火电机组，包括上述基于NH3测量的脱硝控制系统。
相对于上述背景技术，本发明针对锅炉燃烧控制的不同要求，设计了一种基于NH3测量的脱硝控制方法，具体来说，上述基于NH3测量的脱硝控制方法包括：S1：获取烟道中若干个测点的NH3测量值； S2：根据NH3测量值控制烟道各个区域的喷氨量；S3：根据预设折线函数计算得出PID前馈值；S4：根据PID前馈值控制脱硝出口的NOx 浓度。同时，在上述基于NH3测量的脱硝控制方法的基础上，还提供一种基于NH3测量的脱硝控制系统，该系统包括：获取模块、第一控制模块、运算模块和第二控制模块，其中，获取模块用于获取烟道中若干个测点的NH3测量值；第一控制模块用于根据NH3测量值控制烟道各个区域的喷氨量；运算模块用于根据预设折线函数计算得出PID 前馈值；第二控制模块用于根据PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。
这样一来，上述控制方法通过对多个测点测量NH3浓度值，将烟道中的NH3流场分布做多点监测，并能反映烟道中NH3的含量，以提高NH3测量的准确性和代表性，同时，上述方式可以实现对烟气NH3流场分布的监控，并实现多点NH3浓度数据偏差的监测与报警，这样即可为运行人员对喷氨调平工作提供参考；进一步的，通过将PID前馈值引入脱硝控制系统中，作为前馈控制，引入PID前馈值可提高 NOx控制精度和系统的反应速度，从而可以有效避免控制系统过调而导致的过量NH3留在锅炉尾部烟道烟气中，以致造成空预器堵塞。也就是说，上述控制方法通过多测点NH3参数监测，当各个参数发生较大差异时，既能说明流场发生变化，给运行人员对喷氨阀开度的调整提供依据，使得每个区域的喷氨量更加合理，有效防止NH3过喷或欠喷问题，又可有效减少空预器堵塞的发生；同时，通过将PID前馈值引入脱硝控制系统中，可以有效提高脱硝控制系统控制的可靠性，提高环保可靠性，此外，上述脱硝控制方法还能够合理的节约NH3消耗量，提高发电经济性，并能提高空预器运行安全性，对整套发电机组的健康、安全、经济运行均有极大的益处。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中公开的一种NH3检测装置的安装示意图；
图2为本发明实施例公开的一种基于NH3测量的脱硝控制方法的流程图；
图3为本发明实施例公开的一种NH3检测装置的安装示意图；
图4为本发明实施例公开的另一种基于NH3多点测量的脱硝控制系统的流程图；
图5为PID前馈值参与脱销控制的示意图；
图6为预设折线函数示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种基于NH3测量的脱硝控制方法，该方法可以对NH3浓度进行调整，并可提高NOx控制精度，从而可以有效避免过量NH3留在锅炉尾部烟道烟气中，造成空预器堵塞。本发明的另一核心是提供一种基于NH3测量的脱硝控制系统及包括该基于NH3测量的脱硝控制系统的火电机组。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2至图6，图2为本发明实施例公开的一种基于NH3测量的脱硝控制方法的流程图；图3为本发明实施例公开的一种NH3检测装置的安装示意图；图4为本发明实施例公开的另一种基于NH3多点测量的脱硝控制系统的流程图；图5为PID前馈值参与脱销控制的示意图；图6为预设折线函数示意图。
本发明实施例所提供的基于NH3测量的脱硝控制方法，包括：
S1：获取烟道中若干个测点的NH3测量值；
S2：根据NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；
S3：根据预设折线函数计算得出PID前馈值；
S4：根据PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。
在S1中，通过对烟道中多个测点进行NH3浓度值的测量，以获取烟道中多个测点的NH3测量值，作为优选的，获取烟道中若干个测点的NH3测量值的步骤具体包括：获取烟道中A、B两侧各四个测点的NH3测量值。具体地，可以在现场A、B侧的脱硝出口烟道上方取孔，分别各取四个孔，在孔上焊接取样法兰，并在取样法兰上安装NH3分析仪，分析仪安装调试完毕后即可投入运行。
这样一来，上述8个分析仪分别能够输出8个数据NH3测量值，包括：A侧(X1、X2、X3、X4)、B侧(X5、X6、X7、X8)，并将该8个数据送入DCS，DCS的设置为锅炉燃烧的常规设置，具体可以参照现有技术。
在S2中，通过上述8个数据可以反映烟道中各个测点的NH3含量，在此基础上，DCS可以实时接收X1、X2、X3、X4、X5、X6、 X7、X8共8个数据，进一步的，DCS能够对8个实时NH3数据进行数据处理，具体的数据处理包括对A侧4个测点的NH3测量值取中值得到NH3(A)，对B侧4个测点的NH3测量值取中值得到NH3(B)；然后，再将NH3(A)、NH3(B)加权取平均值得到NH3(m)。
这样可以将烟道中的NH3流场分布做多点监测，并能反映烟道中 NH3的含量，以提高NH3测量的准确性和代表性，同时，上述方式可以实现对烟气NH3流场分布的监控，并实现多点NH3浓度数据偏差的监测与报警，即当NH3测量值出现异常时，DCS即可报警，这样即可通过烟气流场的NH3测量值的判断来为运行人员对喷氨调平工作提供参考。
具体地，上述根据NH3测量值控制烟道各个区域的喷氨量，具体可以包括：
第一步：分别计算烟道中A侧四个NH3测量值的两两之差和B 侧四个NH3测量值的两两之差；
第二步：设定第一阈值；
第三步：判断全部差值与第一阈值的大小，当任一差值大于第一阈值时，发出警报。
也就是说，当X1、X2、X3、X4中任意两个测量值的差值大于第一阈值(第一阈值可以设定为10ppm)时，即可报出“A侧数据偏差大的警报”；当X5、X6、X7、X8中任意两个测量值的差值大于10ppm 时，即可报出“B侧数据偏差大的警报”。
此外，为了优化上述实施例，上述根据NH3测量值控制烟道各个区域的喷氨量，还包括：
第一步：获取烟道中A侧四个测点NH3测量值的第一中位值NH3 (A)和B侧四个测点NH3测量值的第二中位值NH3(B)；
第二步：计算第一中位值和第二中位值的中位差值，
第三步：设定第二阈值；
第四步：判断中位差值与第二阈值的大小，当中位差值大于第二阈值时，发出警报。
当然，根据实际需要，上述第二阈值具体可以设置为5ppm，即当NH3(A)和NH3(B)两者之差大于5ppm，即可发出“A、B两侧数据偏差大的警报”。
需要说明的是，当上述任一报警信号发出时，报警信号可被送入脱销控制系统或装置，从而可以将脱销控制系统由自由状态切换至手动状态，并由系统发出“切手动”报警，以使现场运行人员及时发现异常。
进一步的，为了能够提高脱销控制系统中PID响应速度和PID调节精度(所谓PID是指脱销控制系统中一种用于控制脱销出口NOx 浓度的闭环自动控制系统)，还包括将NH3(A)和NH3(B)的加权平均值送入脱销控制系统中进行运算和控制。
上述实施例中的控制过程可以参照图4。
更加具体地说，在S3中，先根据预设折线函数计算得出PID前馈值，具体包括：首先，获取第一中位值NH3(A)和第二中位值NH3 (B)的加权平均值NH3(m)；然后，将加权平均值导入预设折线函数并计算得出PID前馈值，该预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
在S4中，以上述PID前馈值作为前馈参与PID的运算与控制，以实现控制脱硝出口的NOx浓度的目的。
如图5所示，为PID前馈值参与脱销控制的示意图，其中，上述 PID的被控量为脱硝出口(或烟囱入口)的NOx浓度，设定值为运行人员人工设定值，NH3(m)作为前馈参与PID的运算和控制，可大大提高控制响应速度和控制精度，FF是指PID前馈值，AO是指NH3的流量指令。
需要说明的是，图5中的F(X)为预设折线函数，预设折线函数表示输入NH3(m)和输出NH3(FF)之间的函数关系，其F(X) 函数关系如表1所示，表1中的NH3(m)和NH3(FF)的值分别为经验(历史)加权平均值和经验(历史)PID前馈值，F(X)函数折线如图6所示。
表1
序号 NH<sub>3</sub>(m)(ppm) NH<sub>3</sub>(FF)(L/H)
1 0 200
2 1 100
3 2 50
4 2.5 0
5 3 -20
6 5 -50
7 8 -100
8 10 -200
9 15 -250
10 20 -300
综上，上述控制方法通过对多个测点测量NH3浓度值，将烟道中的NH3流场分布做多点监测，并能反映烟道中NH3的含量，以提高 NH3测量的准确性和代表性，同时，上述方式可以实现对烟气NH3流场分布的监控，并实现多点NH3浓度数据偏差的监测与报警，这样即可为运行人员对喷氨调平工作提供参考；进一步的，通过将PID前馈值引入脱硝控制系统中，作为前馈控制，引入PID前馈值可提高NOx 控制精度和系统的反应速度，从而可以有效避免控制系统过调而导致的过量NH3留在锅炉尾部烟道烟气中，以致造成空预器堵塞。
也就是说，上述控制方法通过多测点NH3参数监测，当各个参数发生较大差异时，既能说明流场发生变化，给运行人员对喷氨阀开度的调整提供依据，使得每个区域的喷氨量更加合理，有效防止NH3过喷或欠喷问题，又可有效减少空预器堵塞的发生；同时，通过将PID 前馈值引入脱硝控制系统中，可以有效提高脱硝控制系统控制的可靠性，提高环保可靠性，此外，上述脱硝控制方法还能够合理的节约NH3消耗量，提高发电经济性，并能提高空预器运行安全性，对整套发电机组的健康、安全、经济运行均有极大的益处。
同时，本发明还提供一种基于NH3测量的脱硝控制系统，包括获取模块、第一控制模块、运算模块和第二控制模块，其中，获取模块用于获取烟道中若干个测点的NH3测量值；第一控制模块用于根据 NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；运算模块用于根据预设折线函数计算得出PID前馈值；第二控制模块用于根据PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。
在本发明实施例中，上述第一控制模块可以包括：
差值计算单元：用于计算烟道中A侧四个NH3测量值中任意两个的差值和B侧四个NH3测量值中任意两个的差值；
设定单元：用于设定第一阈值；
判断单元：用于判断全部差值与第一阈值的大小，当任一差值大于第一阈值时，发出警报。
在本发明实施例中，运算模块具体可以包括：
第一运算单元：用于获取第一中位值和第二中位值的加权平均值；
第二运算单元：用于将加权平均值导入预设折线函数并计算得出 PID前馈值，预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
在本发明实施例中，所述系统可以进一步包括：
报警模块：用于接收警报信号并能够发出警报。该报警模块具体可以设置为包括第一发光单元、第二发光单元和扬声装置，其中，当报警模块接收到“A侧数据偏差大的警报”或“B侧数据偏差大的警报”或“A、B两侧数据偏差大的警报”时，第一发光单元亮起；当报警模块未接收到上述任一种警报时，第二发光单元亮起，而当第一发光单元亮起时，扬声装置可以发出警报声来提醒相关工作人员。
根据实际需要，上述第一发光单元具体为红灯，第二发光单元具体为绿灯，换句话说，当运行过程中NH3测量值出现异常时，报警模块即可通过红灯亮起并发出警报声来提醒工作人员，当系统运行正常时，报警模块始终保持绿灯亮起。当然，上述报警模块也可以有其他不同的设置方式，前提是能够在NH3测量值出现异常时发出警报，以提示现场运行人员进行及时处理。
本发明所提供的一种火电机组，包括上述具体实施例所描述的基于NH3测量的脱硝控制系统；火电机组的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的火电机组及其基于NH3测量的脱硝控制方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于NH3测量的脱硝控制方法，其特征在于，包括：
获取烟道中若干个测点的NH3测量值；
根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；
根据预设折线函数计算得出PID前馈值；
根据所述PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度；
所述获取烟道中若干个测点的NH3测量值，包括：
获取烟道中A、B两侧各四个测点的NH3测量值；
所述根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量，还包括：
获取烟道中A侧四个测点NH3测量值的第一中位值和B侧四个测点NH3测量值的第二中位值；
计算所述第一中位值和所述第二中位值的中位差值，
设定第二阈值；
判断所述中位差值与所述第二阈值的大小，当所述中位差值大于所述第二阈值时，发出警报；
所述根据预设折线函数计算得出PID前馈值，包括：
获取所述第一中位值和所述第二中位值的加权平均值；
将所述加权平均值导入预设折线函数并计算得出所述PID前馈值，所述预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
2.根据权利要求1所述的基于NH3测量的脱硝控制方法，其特征在于，所述根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量，包括：
计算烟道中A侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值和B侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值；
设定第一阈值；
判断全部所述差值与所述第一阈值的大小，当任一所述差值大于所述第一阈值时，发出警报。
3.一种基于NH3测量的脱硝控制系统，应用于上述权利要求1-2任一项所述的基于NH3测量的脱硝控制方法，其特征在于，包括：
获取模块：用以获取烟道中若干个测点的NH3测量值；
第一控制模块：用以根据所述NH3测量值控制烟道对应区域的喷氨量；
运算模块：用以根据预设折线函数计算得出PID前馈值；
第二控制模块：用以根据所述PID前馈值控制脱硝出口的NOx浓度。
4.根据权利要求3所述的基于NH3测量的脱硝控制系统，其特征在于，所述第一控制模块包括：
差值计算单元：用以计算烟道中A侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值和B侧四个所述NH3测量值中任意两个的差值；
设定单元：用以设定第一阈值；
判断单元：用以判断全部所述差值与所述第一阈值的大小，当任一所述差值大于所述第一阈值时，发出警报。
5.根据权利要求4所述的基于NH3测量的脱硝控制系统，其特征在于，所述运算模块包括：
第一运算单元：用以获取所述第一中位值和所述第二中位值的加权平均值；
第二运算单元：用以将所述加权平均值导入预设折线函数并计算得出所述PID前馈值，所述预设折线函数为根据经验加权平均值和经验PID前馈值建立的函数。
6.根据权利要求5所述的基于NH3测量的脱硝控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
用以接收警报信号并能够发出警报的报警模块。
7.一种火电机组，其特征在于，包括如权利要求3至6任一项所述的基于NH3测量的脱硝控制系统。
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