本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制裝置及其自動(dòng)控制方法，具體涉及一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置及其自動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高及環(huán)保電價(jià)政策的出臺(tái)，使得電廠對(duì)綠色環(huán)保節(jié)能越來(lái)越重視，該廠采用尿素溶液法脫硝，雙機(jī)雙變頻互為備用，通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥門開度改變尿素溶液流量達(dá)到脫硝的目的。

該廠在未采用NOx排放量自動(dòng)控制之前，主要依靠運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整尿素溶液調(diào)節(jié)閥開度，來(lái)調(diào)整與NOx反應(yīng)的尿素溶液量。由于輸送泵距離爐膛較遠(yuǎn)，且循環(huán)流化床本身具有純遲延、大慣性的燃燒特性，所以手動(dòng)控制滯后，無(wú)法將NOx排放量控制在環(huán)保要求值之內(nèi)，或存在NOx排放量控制穩(wěn)定但尿素溶液嚴(yán)重過(guò)投的現(xiàn)象。面對(duì)環(huán)保方面越來(lái)越大的壓力，該廠通常是通過(guò)過(guò)投尿素溶液來(lái)控制NOx，但由此造成該廠經(jīng)濟(jì)性出現(xiàn)下滑。圖1為未投自動(dòng)時(shí)的趨勢(shì)圖。

從圖1中可以看出，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)或尿素溶液壓力發(fā)生變化時(shí)，NOx排放量發(fā)生波動(dòng)，最高波動(dòng)到190mg/m³，最低則到40mg/m³，這時(shí)運(yùn)行人員既要調(diào)整尿素溶液壓力，使其在給定值；同時(shí)還要操作尿素溶液調(diào)節(jié)閥，控制NOx排放量在允許范圍內(nèi)，操作量較大，但控制效果并不好，響應(yīng)速度相對(duì)較慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置及其自動(dòng)控制方法。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置，其包括NOx排放量控制模塊，所述NOx排放量控制模塊包括PID控制器一、加法器一、三個(gè)函數(shù)運(yùn)算單元、加法器二；采用所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值作為所述PID控制器一的輸入，利用所述PID控制器一對(duì)NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將所述偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內(nèi)，所述PID控制器一的輸出送入所述加法器一；所述三個(gè)函數(shù)運(yùn)算單元分別對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組負(fù)荷、反應(yīng)區(qū)域溫度、含氧量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)函數(shù)運(yùn)算，并通過(guò)所述加法器二累加后作為所述加法器一的前饋；所述加法器一輸出指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調(diào)節(jié)閥的開度。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置還包括尿素溶液壓力控制模塊，所述尿素溶液壓力控制模塊包括PID控制器二；所述PID控制器二接收所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測(cè)量值和尿素溶液壓力設(shè)定值并輸出指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵在輸送過(guò)程中的尿素溶液壓力。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置還包括尿素溶液濃度控制模塊，所述尿素溶液濃度控制模塊包括PID控制器三、加法器三、除法器、乘法器；所述加法器三累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，并輸入所述除法器內(nèi)；所述除法器接收所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子，并輸入所述乘法器內(nèi)，所述乘法器接收所述循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)前的尿素溶液流量作為乘法因子，并輸入所述PID控制器三；所述PID控制器三還接收一個(gè)給定參數(shù)即稀釋水流量測(cè)量值，并輸出指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調(diào)節(jié)閥的開度。

本發(fā)明還提供一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法，其包括以下步驟：

一、NOx排放量控制

對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將相應(yīng)偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內(nèi)；

分別對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組負(fù)荷、反應(yīng)區(qū)域溫度、含氧量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)函數(shù)運(yùn)算作為累加時(shí)的前饋；

在所述偏差值上累加所述前饋形成指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調(diào)節(jié)閥的開度。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法還包括以下步驟：

二、尿素溶液壓力控制

對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測(cè)量值和尿素溶液壓力設(shè)定值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

尿素溶液壓力控制步驟的偏差值形成指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵在輸送過(guò)程中的尿素溶液壓力。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法還包括以下步驟：

三、尿素溶液濃度控制

累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，得到累加值一；

所述累加值一將所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子得到商，

所述商將所述循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)前的尿素溶液流量作為乘法因子得到積；

對(duì)一個(gè)給定參數(shù)即稀釋水流量測(cè)量值和所述積的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

尿素溶液濃度控制步驟的偏差值形成指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調(diào)節(jié)閥的開度。

本發(fā)明已經(jīng)在該廠內(nèi)部試運(yùn)行了一段時(shí)間，并期待能夠走向市場(chǎng)，走出本廠為更多的企業(yè)服務(wù)。本發(fā)明在采用了上述NOx排放量自動(dòng)控制技術(shù)后，從經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、人力資源配置、節(jié)能環(huán)保及推廣性等方面都卓有成效。在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)方面，單臺(tái)機(jī)組尿素用量由平均每日16噸下降至11噸，以每噸2000元計(jì)算，兩臺(tái)機(jī)組每天大概節(jié)省2萬(wàn)元，一年大概節(jié)省約700萬(wàn)元，提高了該廠的經(jīng)濟(jì)性；在人力資源利用方面，減少了運(yùn)行人員操作量，提高了運(yùn)行人員監(jiān)盤效率，節(jié)約該廠人力成本；節(jié)能減排方面，脫硝自動(dòng)有效的控制了該電廠氮氧化物排放，對(duì)建設(shè)綠色環(huán)保電廠起到了極大作用，收到了良好的社會(huì)效應(yīng)，同時(shí)極大的節(jié)約了尿素用量；自對(duì)該控制系統(tǒng)優(yōu)化至今，運(yùn)行效果良好，確保了NOx的達(dá)標(biāo)排放，該自動(dòng)控制技術(shù)極具推廣性，可在其他同類電廠推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1為循環(huán)流化床鍋爐沒有采用本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)的趨勢(shì)圖。

圖2為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置的NOx排放量控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置的尿素溶液壓力控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置的尿素溶液濃度控制模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明尿素溶液壓力控制效果圖。

圖6為本發(fā)明尿素溶液濃度控制效果圖。

圖7為本發(fā)明NOx排放量控制效果圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置包括NOx(氮氧化物)排放量控制模塊。所述NOx排放量控制模塊包括：PID控制器一1；加法器一2；三個(gè)函數(shù)運(yùn)算單元3；加法器二4。

采用所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值作為PID控制器一1的輸入，利用PID控制器一1對(duì)NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將所述偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內(nèi)。PID控制器一1的輸出送入加法器一2；三個(gè)函數(shù)運(yùn)算單元3分別對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組負(fù)荷、反應(yīng)區(qū)域溫度、含氧量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)函數(shù)運(yùn)算，并通過(guò)所述加法器二4累加后作為所述加法器一2的前饋。加法器一2輸出指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調(diào)節(jié)閥100的開度。

相應(yīng)的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法包括以下步驟：

一、NOx排放量控制

對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設(shè)定值與NOx測(cè)量值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將相應(yīng)偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內(nèi)；

分別對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的機(jī)組負(fù)荷、反應(yīng)區(qū)域溫度、含氧量進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)函數(shù)運(yùn)算作為累加時(shí)的前饋；

在所述偏差值上累加所述前饋形成指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調(diào)節(jié)閥100的開度。

實(shí)施例2

請(qǐng)參閱圖3，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置除了包括實(shí)施例1的NOx排放量控制模塊，還包括尿素溶液壓力控制模塊。

尿素溶液壓力控制模塊包括PID控制器二5。PID控制器二5接收所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測(cè)量值和尿素溶液壓力設(shè)定值并輸出指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵101在輸送過(guò)程中的尿素溶液壓力。

同理，相應(yīng)的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法還包括以下步驟：

二、尿素溶液壓力控制

對(duì)所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測(cè)量值和尿素溶液壓力設(shè)定值的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

尿素溶液壓力控制步驟的偏差值形成指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵101在輸送過(guò)程中的尿素溶液壓力。

實(shí)施例3

請(qǐng)參閱圖4，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制裝置除了包括實(shí)施例2的NOx排放量控制模塊和尿素溶液壓力控制模塊，還包括尿素溶液濃度控制模塊。

所述尿素溶液濃度控制模塊包括PID控制器三6、加法器三7、除法器8、乘法器9。加法器三7累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，并輸入所述除法器8內(nèi)。所述除法器8接收所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子，并輸入所述乘法器9內(nèi)，所述乘法器9接收所述循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)前的尿素溶液流量作為乘法因子，并輸入所述PID控制器三6。PID控制器三6還接收一個(gè)給定參數(shù)即稀釋水流量測(cè)量值，并輸出指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調(diào)節(jié)閥102的開度。

同理，相應(yīng)的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動(dòng)控制方法還包括以下步驟：

三、尿素溶液濃度控制

累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，得到累加值一；

所述累加值一將所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子得到商，

所述商將所述循環(huán)流化床鍋爐當(dāng)前的尿素溶液流量作為乘法因子得到積；

對(duì)一個(gè)給定參數(shù)即稀釋水流量測(cè)量值和所述積的偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)；

尿素溶液濃度控制步驟的偏差值形成指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調(diào)節(jié)閥102的開度。

結(jié)合以上三個(gè)實(shí)施例可知，本發(fā)明可以總結(jié)如下。

1、主要設(shè)計(jì)思想

通過(guò)對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行進(jìn)行分析和理論研究，可得到NOx的生成與煤炭燃燒方式、燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、和煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間等因素密切相關(guān)。則影響尿素溶液與NOx反應(yīng)的影響因素主要有尿素溶液量、反應(yīng)區(qū)域溫度、含氧量、投煤量。由于給煤量是根據(jù)機(jī)組AGC指令經(jīng)鍋爐主控運(yùn)算后得出的，在NOx排放的同時(shí)，尿素溶液調(diào)節(jié)閥開度做出調(diào)整，向爐膛輸送對(duì)應(yīng)的尿素溶液量和NOx進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

所以NOx排放量的主體控制思路就是用NOx設(shè)定值與測(cè)量值作為PID輸入，給煤量、含氧量及反應(yīng)區(qū)域溫度作為前饋。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷、含氧量等發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的所總結(jié)經(jīng)驗(yàn)函數(shù)曲線適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)閥開度，而不需要等NOx發(fā)生變化后再進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)NOx測(cè)量值與設(shè)定值有一定偏差時(shí)，利用PID調(diào)節(jié)器再進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種控制方式能夠快捷、高效、動(dòng)態(tài)的控制NOx排放量。

2、控制原理圖

如圖2所示的NOx排放量控制原理圖，如圖3所示的尿素溶液壓力控制原理圖，圖4所示的尿素溶液濃度控制原理圖。

為控制尿素溶液壓力在給定值，所采取控制策略如圖4所示，因影響尿素溶液壓力波動(dòng)因素較少，故采用單回路控制系統(tǒng)來(lái)控制尿素溶液壓力。圖3為尿素溶液濃度控制，通過(guò)設(shè)定所需尿素溶液濃度后，通過(guò)一系列計(jì)算，算出所需稀釋水流量，與稀釋水流量測(cè)量值送入PID控制器，控制稀釋水調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)稀釋水流量，從而達(dá)到控制尿素溶液濃度的目的。圖2為NOx自動(dòng)控制原理圖，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷、含氧量等因素發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)驗(yàn)函數(shù)運(yùn)算直接送到指令輸出，從而快速、高效控制NOx的擾動(dòng)；于此同時(shí)利用PID控制器對(duì)偏差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其控制在允許范圍內(nèi)。

3、改造后效果

在NOx自動(dòng)控制調(diào)試中，完成了對(duì)其邏輯參數(shù)的修改，經(jīng)過(guò)調(diào)試和不斷優(yōu)化取得了很好的控制品質(zhì)。如圖5、圖6、圖7為自動(dòng)控制投用后的趨勢(shì)圖：圖5為尿素溶液壓力控制效果圖；圖6為尿素溶液濃度控制效果圖；圖7為NOx排放量控制效果圖。

從圖5可以看出尿素溶液壓力波動(dòng)不是很大，當(dāng)有輕微擾動(dòng)時(shí)，PID控制器會(huì)立即發(fā)出指令，將壓力控制在設(shè)定值。圖6反應(yīng)了尿素溶液濃度良好的控制效果，當(dāng)操作員根據(jù)運(yùn)行需要對(duì)濃度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，PID會(huì)及時(shí)作出調(diào)整，使稀釋水流量在給定范圍內(nèi)。圖7顯示了本控制策略良好的控制效果，無(wú)論機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行抑或變負(fù)荷運(yùn)行，NOx總能夠控制在設(shè)定值范圍內(nèi)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。