一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，所述的噴氨格柵將原有的所有手動調(diào)節(jié)門改為氣(或電)動調(diào)節(jié)閥，所述的控制方法包括如下步驟：1)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，所述的數(shù)據(jù)采集包括對SCR反應(yīng)器入口的NOx和O2以及SCR反應(yīng)器出口的NOx、O2和氨逃逸率的測量；2)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立軟測量模型；3)將多個靜態(tài)軟測量模型結(jié)合擾動量機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合生成動態(tài)控制器，用來控制噴氨格柵中各氣動調(diào)節(jié)閥開度的大小，從而控制各個調(diào)節(jié)門的噴氨量，實(shí)現(xiàn)噴氨格柵分區(qū)的等摩爾比噴氨。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高脫銷效率，減少氨逃逸，降低投資及運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)保設(shè)備制造技術(shù)，尤其是涉及一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制 方法，用于控制火力發(fā)電機(jī)組鍋爐、垃圾焚燒裝置和柴油機(jī)等尾氣的選擇性催化還原（SCR) 煙氣脫硝裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 選擇性催化還原法是脫除鍋爐尾氣中氮氧化物最為常用同時也是最為有效的方 法，被廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)裝置中，其主要原理是采用液氨或氨水作為還原劑，將其與空氣 混合后噴入SCR反應(yīng)器上游的煙道中，在催化劑的作用下與煙氣中的氮氧化物進(jìn)行反應(yīng)生 成無害的氮?dú)夂退懦鱿到y(tǒng)，其中氨與氮氧化物的混合和分布效果是影響煙氣脫硝效率的 關(guān)鍵因素之一，目前普遍采用的是噴氨格柵的方法，即將煙道截面分成20-50個大小不同 的控制區(qū)域，每個區(qū)域有若干個噴射孔，每個分區(qū)的流量單獨(dú)可調(diào)，以匹配煙氣中N0 X的濃 度分布。由于此種噴氨格柵布置方式不能適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷、磨煤機(jī)組合變化，因此會造成噴氨 過量和噴氨不足。煙氣流在煙道內(nèi)很難做到理想均勻分布，而且其分布特性會隨著鍋爐負(fù) 荷、磨煤機(jī)組合等因素發(fā)生變化。如果采用目前常規(guī)的均衡AIG噴氨格柵的方法，就會造成 NOx/MV混合效果下降，會導(dǎo)致氨逃逸率升高和反應(yīng)區(qū)域脫硝效果變差。逃逸的氨與煙氣中 的S03反應(yīng)，形成硫酸氫銨（NH 4HS03)，由于硫酸氫銨的熔點(diǎn)在140°C左右，其凝結(jié)點(diǎn)在高于 通過空預(yù)器后冷卻后的煙氣溫度，冷卻后的硫酸氫銨像浙青一般，非常粘稠，它與煙氣中的 粉塵結(jié)合會造成空預(yù)器堵塞或腐蝕，引起機(jī)組效率降低和/或出力下降，嚴(yán)重的話還會造 成機(jī)組的非計(jì)劃停役。氨逃逸會形成成了二次污染，在美國把其稱之為"Blue Plume (藍(lán)羽 毛）"，造成耕田土壤的板結(jié)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供的一種提高脫銷效 率，減少氨逃逸，降低投資及運(yùn)行費(fèi)用的基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，所述的噴氨格柵設(shè)有多個氣動調(diào)節(jié) 閥，所述的控制方法包括如下步驟：
[0006] 1)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，所述的數(shù)據(jù)采集包括對SCR反應(yīng)器入口的Ν0!^Ρ0 2以及SCR 反應(yīng)器出口的N0X、02和氨逃逸率的測量；
[0007] 2)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立靜態(tài)軟測量模型；
[0008] 3)將多個靜態(tài)軟測量模型結(jié)合擾動量機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合生成動態(tài)控制器，用 來控制噴氨格柵中各氣動調(diào)節(jié)閥開度的大小，從而控制各個調(diào)節(jié)門的噴氨量，實(shí)現(xiàn)噴氨格 柵分區(qū)的等摩爾比噴氨。所述的步驟1)中的預(yù)處理包括不良數(shù)據(jù)的剔除。
[0009] 建立靜態(tài)軟測量模型時采用的數(shù)據(jù)包括可調(diào)節(jié)變量和被控制變量，所述的可調(diào)節(jié) 變量包括各氣動調(diào)節(jié)閥開度，所述的被控制變量包括單點(diǎn)氨逃逸率值、各點(diǎn)氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn) 偏差、各點(diǎn)出口 N0X和各點(diǎn)出口 N0X的平均值。
[0010] 軟測量模型的校正：當(dāng)軟測量模型與實(shí)際對象間的誤差大于設(shè)定的工藝允許范圍 時，需要對軟測量模型進(jìn)行校正，校正方法包括自學(xué)習(xí)方法或根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)重新建模。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0012] (1)本發(fā)明使用軟測量技術(shù)，對管道風(fēng)煙的流速、濃度等依據(jù)負(fù)荷變化、磨煤機(jī)組 合變化的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸建模，實(shí)現(xiàn)元素組分含量的在線檢測不但經(jīng)濟(jì)可靠，且動態(tài)響 應(yīng)迅速、可連續(xù)給出煙氣的元素組分含量，易于達(dá)到對產(chǎn)品質(zhì)量的控制，通過軟測量技術(shù)能 夠高效地、準(zhǔn)確地進(jìn)行噴氨格柵調(diào)整，直至其達(dá)到最高操作性能，；
[0013] (2)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、磨煤機(jī)組合、燃燒工況等的變化對選擇性催化還原法的噴氨格 柵進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，控制噴氨格柵各氣動調(diào)節(jié)閥的開度，進(jìn)而控制噴氨量，避免因工況變化， 噴氨不能及時調(diào)整而產(chǎn)生的噴氨不足和過量噴氨，減少由此帶來的危害；
[0014] (3)通過本發(fā)明方法布置的噴氨格柵，其調(diào)整能夠確保系統(tǒng)發(fā)揮最大性能，減少氨 逃逸，并可有效地延長催化劑的使用壽命，亦可消除局部的高氨逃逸區(qū)，高氨逃逸現(xiàn)象可導(dǎo) 致空氣預(yù)熱器臟污。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明中噴氨格柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施案例以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
[0018] 本實(shí)施案例以上海上電漕涇發(fā)電有限公司"燃煤機(jī)組鍋爐燃燒與脫硝運(yùn)行綜合優(yōu) 化"項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目中，液氨和一投一備的稀釋風(fēng)機(jī)3、4提供的稀釋風(fēng)混合后被吹入脫硝 SCR入口截面和爐膛尾部煙氣混合，由于脫硝SCR入口截面非常寬，在脫硝SCR入口煙道處 布置的所有噴氨手動閥門，各閥門與總管1連接，通過它們將液氨和稀釋風(fēng)的混合物在整 個SCR入口截面進(jìn)行分配。此種噴氨格柵布置方式不能適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合方式的 變化，會造成局部噴氨過量和噴氨不足，為了克服這種情況，本發(fā)明提出了一種基于軟測量 的噴氨格柵布置方案，第一步任務(wù)就是將所有噴氨手動門改造為氣（或電）動調(diào)節(jié)閥2,讓 其接受遠(yuǎn)方的指令，根據(jù)氨逃逸及局部NOx的軟測量結(jié)果自動調(diào)節(jié)各個部位的噴氨量，以 實(shí)現(xiàn)N0x/NH3等摩爾比噴氨。
[0019] 如圖2所示，基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法具體步驟如下：
[0020] A、數(shù)據(jù)采集和處理
[0021] 煙氣流在煙道內(nèi)很難做到理想均勻分布，而且其分布特性會隨著鍋爐負(fù)荷、磨煤 機(jī)組合等因素發(fā)生變化。如果采用目前常規(guī)的均衡AIG噴氨格柵的方法，就會造成N0x/NH3 混合效果下降，會導(dǎo)致氨逃逸率升高和反應(yīng)區(qū)域脫硝效果變差，因此需要對煙氣管道進(jìn)行 分區(qū)，根據(jù)分區(qū)濃度不同噴氨，需要做以下試驗(yàn)確定各影響因素對煙氣流的影響：
[0022] ①鍋爐負(fù)荷對煙氣流分布影響
[0023] ②磨煤機(jī)組合對煙氣流分布影響
[0024] ③鍋爐負(fù)荷與磨煤機(jī)組合共同作用下對煙氣流分布影響
[0025] 對機(jī)組進(jìn)行以上試驗(yàn)，獲得在各種工況下，煙氣在管道內(nèi)的流場分布情況。
[0026] 數(shù)據(jù)的采集包括以網(wǎng)格法對脫硝SCR入口的N0X和02進(jìn)行測量，對脫硝SCR出口 進(jìn)行N0 X、02和氨逃逸率進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括對不良數(shù)據(jù)的剔除。
[0027] B、靜態(tài)軟測量模型的建立
[0028] 軟測量技術(shù)主要由輔助變量的選擇、數(shù)據(jù)的處理、軟測量模型幾部分組成?；舅?想是把自動控制理論與生產(chǎn)過程有機(jī)的結(jié)合起來，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對難以測量或者暫時不 能測量的重要變量，選擇另外一些容易測量的變量，通過相互間構(gòu)成的某種數(shù)學(xué)關(guān)系來推 斷或者估計(jì)，以軟件來替代硬件的功能。應(yīng)用軟測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)元素組分含量的在線檢測不 但經(jīng)濟(jì)可靠且動態(tài)響應(yīng)迅速，可連續(xù)給出煙氣的元素組分含量，易于達(dá)到對各個噴氨調(diào)節(jié) 門的控制。使用軟測量技術(shù)，對管道風(fēng)煙的流速、濃度等依據(jù)負(fù)荷變化、磨煤機(jī)組合變化的 參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸建模，通過大量在線實(shí)時檢測的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由統(tǒng)計(jì)回歸方法建立難以檢 測的過程變量與可檢測的過程變量間的數(shù)學(xué)模型。
[0029] 軟測量模型是軟測量技術(shù)的核心，通過實(shí)測或依據(jù)積累操作數(shù)據(jù)，用數(shù)學(xué)回歸方 法和經(jīng)驗(yàn)建模方法得到模型來進(jìn)行測試，測試中另一個問題是穩(wěn)態(tài)是否真正建立，否則會 帶來較大誤差，還有數(shù)據(jù)采樣與產(chǎn)品質(zhì)量分析必須同步進(jìn)行，最后是模型檢驗(yàn)，檢驗(yàn)分為自 身檢驗(yàn)與交叉檢驗(yàn)。
[0030] 建立靜態(tài)軟測量模型時采用的數(shù)據(jù)包括可調(diào)節(jié)變量（MV，Manipulated Variable) 和被控制變量（CV，Controlled Variable),所述的可調(diào)節(jié)變量包括各氣動調(diào)節(jié)閥開度，所 述的被控制變量包括單點(diǎn)氨逃逸率值、各點(diǎn)氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn)偏差、各點(diǎn)出口 N0X和各點(diǎn)出口 N0X的平均值。根據(jù)軟測量模型，確定管道格柵分區(qū)，根據(jù)負(fù)荷、磨煤機(jī)組合不同時，煙氣濃 度概率進(jìn)行分區(qū)，確定初級噴氨模式。
[0031] 由于過程的隨機(jī)噪聲和不確定性，所建軟測量模型與實(shí)際對象間有誤差，如果誤 差大于工藝允許的范圍時，應(yīng)對軟測量模型進(jìn)行校正。校正方法可以是自學(xué)習(xí)方法，也可根 據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行重新建模，在此過程中，分區(qū)不變，改變分區(qū)在不同過程中的噴氨量，達(dá)到 精確控制。
[0032] C、將多個靜態(tài)軟測量模型結(jié)合擾動量機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合生成動態(tài)控制器，根 據(jù)控制器調(diào)整噴氨格柵分區(qū)，控制各個氣動調(diào)節(jié)閥開度的大小，進(jìn)而影響到噴氨量，做到等 摩爾比噴氨，降低氨逃逸率，節(jié)約噴氨量，所述的擾動變量（DV，Disturbance Variable)包 括機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合方式。噴氨格柵分區(qū)調(diào)整的次數(shù)取決于機(jī)組的具體情況，包括來 自鍋爐的氮氧化物分布及所使用的噴氨格柵/攪拌器系統(tǒng)。一般說來，每年檢查一次噴氨 格柵分布情況，以優(yōu)化選擇性催化還原性能。
[0033] 對采用上述方法優(yōu)化后的"燃煤機(jī)組鍋爐燃燒與脫硝運(yùn)行綜合優(yōu)化"項(xiàng)目進(jìn)行測 試，測試內(nèi)容包括鍋爐效率、脫硝效率、氨逃逸濃度。
[0034] 試驗(yàn)結(jié)果如下：
[0035] >氨逃逸從摸底試驗(yàn)的2. 55 μ L/L06% 02降低至考核試驗(yàn)的0. 5 μ L/L06% 02，降 低了系統(tǒng)氨逃逸濃度。
[0036] >噴氨優(yōu)化使氨耗量降低2. 64 %?2. 68 %左右。
[0037] 根據(jù)摸底試驗(yàn)及考核試驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過綜合優(yōu)化后，降低了系統(tǒng)氨耗量，脫 硝系統(tǒng)氨逃逸濃度都有一定程度的下降，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到和很好的經(jīng)濟(jì)效果。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，所述的噴氨格柵設(shè)有多個氣動調(diào)節(jié)閥， 其特征在于，所述的控制方法包括如下步驟： 1) 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，所述的數(shù)據(jù)采集包括對SCR反應(yīng)器入口的N0X和02以及SCR反 應(yīng)器出口的N0 X、02和氨逃逸率的測量； 2) 根據(jù)采集的數(shù)據(jù)建立靜態(tài)軟測量模型； 3) 將多個靜態(tài)軟測量模型結(jié)合擾動量機(jī)組負(fù)荷和磨煤機(jī)組合生成動態(tài)控制器，用來控 制噴氨格柵中各氣動調(diào)節(jié)閥開度的大小，從而控制各個調(diào)節(jié)門的噴氨量，實(shí)現(xiàn)噴氨格柵分 區(qū)的等摩爾比噴氨。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，其特征在于，所 述的步驟1)中的預(yù)處理包括不良數(shù)據(jù)的剔除。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，其特征在于，所 述的步驟2)中，建立靜態(tài)軟測量模型時采用的數(shù)據(jù)包括可調(diào)節(jié)變量和被控制變量，所述的 可調(diào)節(jié)變量包括各氣動調(diào)節(jié)閥開度，所述的被控制變量包括單點(diǎn)氨逃逸率值、各點(diǎn)氨逃逸 的標(biāo)準(zhǔn)偏差、各點(diǎn)出口 N0X和各點(diǎn)出口 N0X的平均值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟測量的噴氨格柵分區(qū)控制方法，其特征在于，還 包括軟測量模型的校正：當(dāng)軟測量模型與實(shí)際對象間的誤差大于設(shè)定的工藝允許范圍時， 對軟測量模型進(jìn)行校正，校正方法包括自學(xué)習(xí)方法或根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)重新建模。
【文檔編號】G05B17/02GK104102138SQ201410337822
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張勇 申請人:北京中合實(shí)創(chuàng)電力科技有限公司, 上海上電漕涇發(fā)電有限公司, 上海明華電力技術(shù)工程有限公司