一種火電機組高效低負荷脫硝裝置以及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火電機組高效低負荷脫硝裝置以及控制方法，屬于大型火電機組脫硝控制系統(tǒng)領域。現(xiàn)有技術的省煤器出口煙溫不能滿足脫硝系統(tǒng)最低連續(xù)噴氨煙溫要求。本發(fā)明設置匹配器對高壓加熱器內的壓力進行調節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入口煙汽溫度提高，滿足機組在各種工況下的脫硝要求。同時由于給水溫度提高，可提高機組循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。本發(fā)明的控制方法利用B樣條插補算法，對離散的數(shù)據(jù)進行擬合，進而根據(jù)已知壓力差值能夠得到較為準確噴嘴的張開度，進而使得控制系統(tǒng)控制精度提高?？刂葡到y(tǒng)利用自適應PID算法對噴嘴的張開度進行微調，能夠及時根據(jù)反饋進行調整，使得控制方法更加準確有效。
【專利說明】
一種火電機組高效低負荷脫硝裝置以及控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種火電機組高效低負荷脫硝裝置以及控制方法，屬于大型火電機組 脫硝控制系統(tǒng)領域。
【背景技術】
[0002] 我國火電機組鍋爐脫硝裝置均為選擇性催化還原類(SCR)，根據(jù)我國的環(huán)保要求， 火電機組脫硝裝置應能適應鍋爐50%~100%BMCR工況之間的低負荷，以減少煙汽中氮氧 化物的排放量。由于我國電力裝機容量過剩以及電力需求不旺，當前我國火電機組年平均 負荷率低于60%，大部分機組在50%負荷工況運行時間超過2000h。當鍋爐50%~60%低負 荷運行時，省煤器出口（即SCR脫硝裝置入口）煙汽溫度較低，一方面催化劑活性較低，氨逃 逸率加大，增加空汽預熱器硫酸氫氨堵塞的風險；另一方面還原劑氨與煙汽中的S 0 3反應 生成的硫酸氫氨和硫酸氨會沉積在催化劑上，進一步降低催化劑的活性，甚至造成催化劑 不可逆轉的失活。
[0003] 為解決機組低負荷(50%-60%)運行時，省煤器出口煙溫不能滿足脫硝系統(tǒng)最低 連續(xù)噴氨煙溫要求。美國、歐洲等一些國家的脫硝裝置通常設置了反應器煙汽旁路，而我國 HJ562-2010《火電廠煙汽脫硝工程技術規(guī)范》6.1.2條明確要求"脫硝系統(tǒng)不得設置反應器 旁路"。一般我國火電機組從省煤器煙汽旁路、省煤器給水旁路、省煤器分級布置和提高給 水溫度等方面進行解決。
[0004] 省煤器煙汽旁路，抽取一部分高溫煙汽至SCR入口處，以調節(jié)進入SCR反應器的煙 汽溫度達到催化劑所需要的噴氨溫度，該措施系統(tǒng)簡單，設備較少。但煙汽旁路在低負荷投 運時提高了省煤器的出口煙溫，使空汽預熱器排煙溫度上升，影響鍋爐經(jīng)濟性。并且省煤器 進口煙溫達到500°C以上，煙汽旁路調節(jié)擋板在高溫下極易變形，產(chǎn)生內漏，加劇了排煙溫 度升高，影響鍋爐經(jīng)濟性，同時在高負荷時擋板若內漏大，可能會使省煤器出口煙溫達到 400°C以上，從而使催化劑燒結，導致催化劑活性降低。中國專利（申請?zhí)?01510158404.8) 一種解決火電廠鍋爐脫硝裝置的入口煙溫較低的改造方法，在水平低溫過熱器入口與省煤 器出口之間加裝煙汽旁路，煙汽不進入省煤器直接進入SCR反應器中，顯然不符合要求。
[0005] 省煤器給水旁路，在低負荷時通過調節(jié)閥調節(jié)旁路給水流量，使省煤器進水量減 少來降低省煤器的吸熱，使省煤器出口煙汽溫度提高，達到噴氨的要求。該措施實施簡單、 投資費用少。但水側換熱系數(shù)較煙汽側換熱系數(shù)高兩個數(shù)量級，給水流量變化對省煤器吸 熱減少有限，即便旁路50 %給水量，省煤器出口煙溫也只提高3 °C，而此時省煤器出口的給 水溫度已接近飽和溫度，故該措施實施效果較差。
[0006] 省煤器分級布置，將部分省煤器面積轉移布置在SCR反應器之后的煙道中，從而使 反應器進口煙溫提高到需要的溫度。該措施不改變汽水系統(tǒng)和煙風系統(tǒng)的流程，不影響鍋 爐的運行操作和效率。但該措施改造量大，投資大，并且需SCR反應器下部有足夠的省煤器 安裝空間和鋼結構荷載，一般現(xiàn)役機組無此條件，僅能在新建機組適用。
[0007] 提高給水溫度，可以減少省煤器換熱溫差，減少省煤器的換熱量，從而提高省煤器 的出口煙溫。省煤器出口煙溫提高值可達給水溫度提高值的1/3~1/2。省煤器出口煙溫提 高后，空汽預熱器出口煙溫略有上升，鍋爐效率略有下降，但利用汽輪機抽汽回熱提高鍋爐 給水溫度，提高了汽輪機的循環(huán)效率，整體來看，對機組的效率提高。
[0008] 目前有以下方法通過汽輪機回熱系統(tǒng)改造，提高低負荷的給水溫度：1)利用汽輪 機三級抽汽過熱度，在高壓加熱器之后增設三級抽汽蒸汽冷卻器，由于三級抽汽參數(shù)給定， 提高給水溫度有限。2)利用現(xiàn)有高壓加熱器，直接從主蒸汽管道或者支管或者從高壓缸補 汽口引出蒸汽，經(jīng)過減溫加壓閥或者調壓閥接入高壓加熱器加熱蒸汽管道，在低負荷時采 用更高參數(shù)的蒸汽來替代高壓加熱器加熱蒸汽管道，需要耗用大量高參數(shù)蒸汽來加熱給 水，高壓加熱器換熱溫差大，經(jīng)濟性較差，并且由于機組日負荷頻繁波動，需要運行人員頻 繁跟蹤切換兩路汽源，極易造成機組抽汽閥損壞，對機組產(chǎn)生重大安全隱患。
[0009] 中國專利（申請?zhí)?01610065362.8)火電廠低含塵煙汽SCR脫硝裝置、脫硝方法，其 中煙汽升溫采用高溫熱風爐與煙汽蒸汽加熱器及回轉式煙汽換熱器相結合的方式實現(xiàn)煙 汽的升溫，這種方式需要額外增加加熱設備，一方面需要額外消耗能源，另一方面需要增加 設備投入。
[0010]針對目前現(xiàn)有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研發(fā)，解決現(xiàn)有技術中存在 的缺陷。

【發(fā)明內容】

[0011]針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單可靠，無需手工操作， 自動化程度高，經(jīng)濟環(huán)保，并且能夠克服采用省煤器煙汽旁路影響鍋爐經(jīng)濟性容易導致旁 路擋板內漏，采用省煤器給水旁路給水量變化對省煤器吸熱量影響有限，采用省煤器分級 布置投資大和實施難度大，引入一路高參數(shù)的汽源替代高壓加熱器加熱蒸汽管道來提高給 水溫度帶來的經(jīng)濟性差和抽汽閥頻繁切換運行易造成損壞等缺點。
[0012] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案為：
[0013] -種火電機組高效低負荷脫硝裝置，包括高壓缸、高壓加熱器，高壓缸把一部分蒸 汽通過輸送管輸送給高壓加熱器，高壓缸與高壓加熱器之間串聯(lián)用于調節(jié)高壓加熱器內部 蒸汽溫度、壓力的匹配器，匹配器分別與用于同高溫高壓汽源相連接的第一管道、用于同高 壓缸的抽汽口相連接的第二管道、用于同高壓加熱器相連接的出口管道。
[0014] 本發(fā)明設置匹配器對高壓加熱器內的壓力進行調節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入 口煙汽溫度提高，滿足機組在各種工況下的脫硝要求。同時由于給水溫度提高，可提高機組 循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。
[0015] 進一步地，匹配器包括同第一管道相通的第一腔體、同第二管道相通的第二腔體、 同出口管道相通的第三腔體，第一腔體前端為圓錐狀并伸入第二腔體中兩者相互貫通，第 二腔體前端為圓臺狀并與第三腔體貫通。
[0016] 進一步地，第一腔體前端設置噴嘴，第一腔體后端固設電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器固 設用以同噴嘴相配合的一推桿。
[0017] 推桿包括第一桿部、第二桿部、第三桿部，第一桿部的形狀為圓錐體，第二桿部直 徑大于第三桿部的直徑。第一桿部設計為圓錐體與第一腔體相配合，能夠有效控制高溫高 壓蒸汽的流量，同時避免連接處漏汽。
[0018] 第一腔體伸入第二腔體的一端設置用以封合第一腔體的豎板，豎板設置用以穿設 推桿的圓孔。圓孔的直徑大于第三桿部，小于第二桿部的直徑。
[0019] 第三腔體前端為喇叭狀，后端為混合腔體。
[0020] 進一步地，高溫高壓汽源連接一噴射栗。
[0021] 進一步地，高溫高壓汽源為高壓缸補汽閥的蒸汽或汽輪機主蒸汽。
[0022] 進一步地，高溫高壓汽源與匹配器之間連接用以降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器， 設置減溫器對過高的高溫高壓蒸汽進行降溫，一方面降低到合理的溫度能夠避免損壞匹配 器，另一方面能夠獲得更多的高壓汽體，增加高溫高壓汽源的利用率。
[0023] 進一步地，匹配器的電動執(zhí)行器同一控制系統(tǒng)相連接，控制系統(tǒng)在高壓加熱器的 入口蒸汽管道處設置蒸汽壓力測試點。通過設置蒸汽壓力測試點能夠有效檢測高壓加熱器 的溫度變化，進而為控制系統(tǒng)進行準確控制提供數(shù)據(jù)支持。
[0024] 進一步地，省煤器出口煙溫能夠達到脫硝噴氨要求的工況下，噴嘴被第一桿部的 圓錐體堵住，高溫高壓蒸汽不進入匹配器，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器的第二腔室、第三腔 室從匹配器的出口管道至高壓加熱器，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)根據(jù)相關控制公 式，計算噴嘴的張開度，控制系統(tǒng)控制電動執(zhí)行器的推桿的行程來改變第一桿部的圓錐體 同噴嘴的距離，從而改變噴嘴的張開度，調節(jié)匹配器的第三腔體內的出口蒸汽壓力，進而調 節(jié)高壓加熱器內的蒸汽壓力，從而調節(jié)給水溫度，最終使得SCR反應器的煙汽溫度達到催化 劑所需要的噴氨溫度。
[0025]進一步，對于同一機組，高壓加熱器的實際壓力與預設壓力的差值決定匹配器的 噴嘴的張開度，差值越大，開度越大，兩者存在一定的變化規(guī)律，為準確控制噴嘴開度，提供 一種火電機組高效低負荷脫硝控制方法?？刂品椒òㄈ缦虏襟E：
[0026] S1，搜集高壓加熱器的實際壓力與預設壓力的壓力差值與匹配器的噴嘴的張開度 相關數(shù)據(jù)；
[0027] S2,對壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用三次均勻B樣條擬合，進而根據(jù)樣條插補算 法對離散數(shù)據(jù)進行樣條插補；以壓力差值XTk(u)與張開度y Tk(u)為橫縱坐標，建立一組離散 的通過點(XTk(u)，yTk(u));
[0028] S201，反算控制點
[0029]由于B樣條算法直接用到的是控制點，所以必須知道控制點；由上述公式可知，己 知通過點可以反算出控制點；
[0030]控制點與通過點的反算涉及端點的計算問題，計算時參數(shù)u可以取0或者1來得到 相應的端點關系式;采用三次B樣條算法時:η個控制點可以得到n-2個通過點，這樣反算時， 己知量通過點是n-2個，未知量控制點是η個，這樣己知方程式比未知量少2個，缺少二個己 知條件;可以通過增加邊界條件來解決這個問題，認為首末控制點與首末通過點相重，這樣 作為未知量就減少2個，就可以直接利用關系矩陣反算出控制點，關系矩陣如下所示：
[0032] 其中Pn為包含(Xk，yk)控制點坐標，Τη為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點坐標；
[0033] S202,構造樣條函數(shù)
[0034]三次均勾B樣條插補點計算公式：
[0036] 其中Pk為包含(xk，yk)控制點坐標，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點坐標的一段 樣條曲線，k為第k段樣條曲線；
[0037] S203,己知壓力差值，計算張開度
[0038]將S202中的公式展開，得到兩個關系式一個是關于壓力差值，另一個是關于展開 度;已知壓力差值χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點范圍內，再通過離散通過 點確定對應的離散控制點，最終確定壓力差值所在的控制點區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定 壓力差值與參數(shù)u的關系式，可得到關于參數(shù)u的一元三次方程，如下式所示;涉及到對一元 三次方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達定理進行求解；
[0040] 得到u值，根據(jù)展開度關于參數(shù)u的關系式即可計算出張開度值；
[0041] S3,控制系統(tǒng)根據(jù)計算出的張開度控制電動執(zhí)行器驅動推桿移動，使得噴嘴的張 開度達到上述的計算值。
[0042]利用三次均勻B樣條插補算法，對離散的數(shù)據(jù)進行擬合，進而根據(jù)己知壓力差值能 夠得到較為準確噴嘴的張開度，進而使得控制系統(tǒng)控制精度提高。
[0043] 進一步地，由于壓力差值與張開度變化關系還會受到其他因素的影響，利用樣條 插補算法計算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值的變化速率，利用自適應PID算法進 行微調，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)控制電動執(zhí)行器驅動噴嘴的張開度變大 一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控制系統(tǒng)控制電動執(zhí)行器驅動噴嘴的張開度變小 一定值，最終使得差值為零，并維持一定時間。控制系統(tǒng)利用自適應PID算法對噴嘴的張開 度進行微調，能夠及時根據(jù)反饋進行調整，使得控制方法更加準確有效。
[0044] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0045] 本發(fā)明設置匹配器對高壓加熱器內的壓力進行調節(jié)，滿足給水溫度要求，將SCR入 口煙汽溫度提高，滿足機組在各種工況下的脫硝要求。同時由于給水溫度提高，可提高機組 循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗。
[0046]本發(fā)明利用三次均勻B樣條插補算法，對離散的數(shù)據(jù)進行擬合，進而根據(jù)己知壓力 差值能夠得到較為準確噴嘴的張開度，進而使得控制系統(tǒng)控制精度提高?？刂葡到y(tǒng)利用自 適應PID算法對噴嘴的張開度進行微調，能夠及時根據(jù)反饋進行調整，使得控制方法更加準 確有效。
[0047]本發(fā)明結構簡單可靠，無需手工操作，自動化程度高，經(jīng)濟環(huán)保，并且能夠克服采 用省煤器煙汽旁路影響鍋爐經(jīng)濟性容易導致旁路擋板內漏，采用省煤器給水旁路給水量變 化對省煤器吸熱量影響有限，采用省煤器分級布置投資大和實施難度大，引入一路高參數(shù) 的汽源替代高壓加熱器加熱蒸汽管道來提高給水溫度帶來的經(jīng)濟性差和抽汽閥頻繁切換 運行易造成損壞等缺點。
【附圖說明】
[0048]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；
[0049] 圖2為本發(fā)明的匹配器結構示意圖；
[0050] 圖3為本發(fā)明的推桿結構示意圖。
[0051 ]【附圖說明】：
[0052]圖中：1_高溫高壓汽源，2-高壓缸，3-減溫器，4-出口管道，5-匹配器，7-控制系統(tǒng)， 8_蒸汽壓力測試點，9-高壓加熱器，41-第一壓力測試點，42-第二壓力測試點，51-第一管 道，52-第二管道，53-噴嘴，54-第一腔體，55-第三腔體，56-豎板，57-第二腔體，58-電動執(zhí) 行器，59-推桿，591-第一桿部5,592-第二桿部5,593-第三桿部5,60-混合腔體，11-第一電 動截止閥，12-逆止閥，13-第二電動截止閥，14-第三電動截止閥，16-第四電動截止閥。
【具體實施方式】
[0053]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0054]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細 節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的 描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0055] 如圖1-3所示，一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，包括高壓缸2、高壓加熱器9，高 壓缸2把一部分蒸汽通過輸送管輸送給高壓加熱器9。所述高壓缸2與高壓加熱器9之間串聯(lián) 用于調節(jié)高壓加熱器9內部蒸汽溫度、壓力的匹配器5,所述匹配器5分別與用于同高溫高壓 汽源1相連接的第一管道51、用于同高壓缸2的抽汽口相連接的第二管道52、用于同高壓加 熱器9相連接的出口管道4。所述第二管道52依次設置防止蒸汽回流的逆止閥12、用于控制 管道開閉的第二電動截止閥13。所述出口管道4設置用于控制管道開閉的第四電動截止閥 16。
[0056] 所述高溫高壓汽源1連接一用以驅動蒸汽的噴射栗，其在與高壓缸2連接的管道上 設置一用于控制管道開閉的第一電動截止閥11，確保蒸汽能夠安全輸送，所述高溫高壓汽 源1為高壓缸補汽閥的蒸汽或汽輪機主蒸汽。所述高溫高壓汽源與匹配器5之間串聯(lián)一用以 降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器3,所述減溫器3與匹配器5之間的連接管道設置一用于控制 管道開閉的第三電動截止閥14。
[0057]所述匹配器5的電動執(zhí)行器58同一控制系統(tǒng)7相連接，所述控制系統(tǒng)7分別在在高 壓加熱器9的入口蒸汽管道處設置蒸汽壓力測試點8、在第一管道51設置第一壓力測試點 41、在第二管道52設置第二壓力測試點42。
[0058]所述匹配器5包括同第一管道51相通的第一腔體54、同第二管道52相通的第二腔 體57、同出口管道4相通的第三腔體55,所述第一腔體54前端為圓錐狀并伸入第二腔體57中 兩者相互貫通，所述第二腔體57前端為圓臺狀并與第三腔體55貫通。
[0059]所述第一腔體54前端設置噴嘴53,所述第一腔體54后端固設電動執(zhí)行器58,所述 電動執(zhí)行器58固設用以同噴嘴53相配合的一推桿59。所述推桿59包括第一桿部591、第二桿 部592、第三桿部593，所述第一桿部591的形狀為圓錐體，所述第二桿部592直徑大于第三桿 部593的直徑。
[0060] 所述第一腔體54伸入第二腔體57的一端設置用以封合第一腔體54的豎板56,所述 豎板56設置用以穿設推桿59的圓孔。所述圓孔的直徑大于第三桿部593,小于第二桿部592 的直徑。所述第三腔體55前端為喇叭狀，后端為圓柱腔體。
[0061] 省煤器出口煙溫能夠達到脫硝噴氨要求的工況下，噴嘴53被第一桿部591的圓錐 體堵住，高溫高壓蒸汽不進入匹配器5，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器5的第二腔室、第三腔室 從匹配器5的出口管道4至高壓加熱器9，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)7根據(jù)相關控制 公式，計算噴嘴53的張開度，控制系統(tǒng)7控制電動執(zhí)行器58的推桿59的行程來改變第一桿部 591的圓錐體同噴嘴53的距離，從而改變噴嘴53的張開度，調節(jié)匹配器5的第三腔體55內的 出口蒸汽壓力，進而調節(jié)高壓加熱器9內的蒸汽壓力，從而調節(jié)給水溫度，最終使得SCR反應 器的煙汽溫度達到催化劑所需要的噴氨溫度。
[0062]對于同一機組，高壓加熱器9的實際壓力與預設壓力的差值決定匹配器5的噴嘴53 的張開度，差值越大，開度越大，兩者存在一定的變化規(guī)律，為準確控制噴嘴53開度，提供一 種火電機組高效低負荷脫硝控制方法。所述控制方法包括如下步驟：
[0063] S1，搜集高壓加熱器9的實際壓力與預設壓力的壓力差值與匹配器5的噴嘴53的張 開度相關數(shù)據(jù)。
[0064] S2,對壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用三次均勻B樣條擬合，進而根據(jù)樣條插補算 法對離散數(shù)據(jù)進行樣條插補。以壓力差值XTk(u)與張開度yTk(u)為橫縱坐標，建立一組離散 的通過點(XTk(u)，yTk(u))。
[0065] S201，反算控制點
[0066]由于B樣條算法直接用到的是控制點，所以必須知道控制點。由上述公式可知，已 知通過點可以反算出控制點。
[0067]控制點與通過點的反算涉及端點的計算問題，計算時參數(shù)u可以取0或者1來得到 相應的端點關系式。采用三次B樣條算法時:η個控制點可以得到n-2個通過點，這樣反算時， 己知量通過點是n-2個，未知量控制點是η個，這樣已知方程式比未知量少2個，缺少二個己 知條件?？梢酝ㄟ^增加邊界條件來解決這個問題，認為首末控制點與首末通過點相重，這樣 作為未知量就減少2個，就可以直接利用關系矩陣反算出控制點，關系矩陣如下所示：
[0069] 其中Ρη為包含(Xk，yk)控制點坐標，Τη為包含(x Tk(u)，yTk(u))通過點坐標。
[0070] S202,構造樣條函數(shù)
[0071] =?:詢勻R樣備插補點計筧公式：
[0073] 其中Pk為包含(xk，yk)控制點坐標，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點坐標的一段 樣條曲線，k為第k段樣條曲線。
[0074] S203,己知壓力差值，計算張開度
[0075]將S202中的公式展開，得到兩個關系式一個是關于壓力差值，另一個是關于展開 度。己知壓力差值Χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點范圍內，再通過離散通過 點確定對應的離散控制點，最終確定壓力差值所在的控制點區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定 壓力差值與參數(shù)U的關系式，可得到關于參數(shù)U的一元三次方程，如下式所示。涉及到對一元 三次方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達定理進行求解。
[0077]得到u值，根據(jù)展開度關于參數(shù)u的關系式即可計算出張開度值。
[0078] S3,控制系統(tǒng)7根據(jù)計算出的張開度控制電動執(zhí)行器58驅動推桿59移動，使得噴嘴 53的張開度達到上述的計算值。
[0079] S4,由于壓力差值與張開度變化關系還會受到其他因素的影響，利用樣條插補算 法計算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值的變化速率，利用自適應PID算法進行微 調，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)7控制電動執(zhí)行器58驅動噴嘴53的張開度變大 一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控制系統(tǒng)7控制電動執(zhí)行器58驅動噴嘴53的張開度 變小一定值，最終使得差值為零，并維持一定時間。
[0080] 本發(fā)明的工作原理：
[0081] 汽輪機的高壓缸補汽閥的高壓蒸汽作為匹配器5抽送汽源，先經(jīng)過減溫器3減溫 后，經(jīng)第三電動截止閥14、第一管道51引入噴嘴53,從噴嘴53噴出形成驅動蒸汽，將壓力能 轉換為動能，在噴嘴53出口形成流速較高的射流，由于射流質點的橫向紊動和擴散作用，與 周圍介質進行動量交換并將其帶走;從而使得高壓缸2直接引入的蒸汽從第二管道52被吸 上來，并隨同驅動蒸汽一同進入混合腔體60內；在混合腔體60內兩股蒸汽發(fā)生動量交換，抽 送蒸汽將一部分能量傳遞給被抽送蒸汽，抽送蒸汽速度減慢，被抽送蒸汽速度加快，到達混 合腔體60末端，兩股蒸汽的速度漸趨一致，混合過程基本完成，然后進入第三腔體55;在第 三腔體55內流速漸降低壓力上升，最后從出口管道4排出，通過第四電動截止閥16進入高壓 加熱器9加熱給水。
[0082]本實施例中的匹配器5的噴嘴53張開度，由控制系統(tǒng)7控根據(jù)所述的控制方法控制 電動執(zhí)行器58來調節(jié)，預設的加熱蒸汽壓力可以為定值也可以設置為隨負荷變化的值。 [0083]以超臨界600MW機組為例，50 %THA工況下，汽輪機的高壓缸補汽閥的高壓蒸汽作 為主蒸汽，其壓力為16 · 6MPa，高壓加熱器9設計抽汽壓力為3 · 15MPa，抽汽溫度為338°C，抽 汽流量約45t/h，設計給水溫度為236.5°C。此時SCR入口煙汽溫度約285°C，低于SCR催化劑 投運溫度（約300°C)，為了將SCR入口煙汽溫度提高到投運溫度以上，可以通過提高給水溫 度25~30°C至266.5°C，需將進入到高壓加熱器9蒸汽壓力提高到5.2MPa?？刂葡到y(tǒng)7進行計 算分析，需要將25t/h，566°C主蒸汽先噴5t/h減溫水，形成壓力同主蒸汽基本接近，溫度約 440°C的高壓蒸汽，再進入匹配器5，控制系統(tǒng)7根據(jù)控制方法控制噴嘴53張開度，引射15t/h 汽輪機一級抽汽，將原有高壓加熱器9加熱蒸汽（約3.15MPa)提高至5.2MPa，從而可以將最 終給水溫度提高至266.5 °C，將SCR入口煙汽溫度提到到300 °C以上，滿足機組在50 % THAI 況下脫硝要求。同時由于給水溫度提高25~30°C，可提高機組循環(huán)效率，降低發(fā)電煤耗 0.9g/kff · h〇
[0084]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名 稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發(fā)明所作的舉例說明。凡依據(jù)本 發(fā)明專利構思所述的匹配器構造、匹配器抽送汽源選擇、匹配器調節(jié)方式以及所用的閥門 形式等所做的等效變化或者簡單變化，均包括于本實用發(fā)明的保護范圍內。本發(fā)明所屬技 術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方 式替代，只要不偏離本發(fā)明的系統(tǒng)結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本 發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，包括高壓缸(2)、高壓加熱器(9)，高壓缸(2)把 一部分蒸汽通過輸送管輸送給高壓加熱器(9)，其特征在于，所述高壓缸(2)與高壓加熱器 (9)之間串聯(lián)用于調節(jié)高壓加熱器(9)內部蒸汽溫度、壓力的匹配器(5)，所述匹配器(5)分 別與用于同高溫高壓汽源（1)相連接的第一管道(51)、用于同高壓缸(2)的抽汽口相連接的 第二管道(52)、用于同高壓加熱器(9)相連接的出口管道(4)。2. 如權利要求1所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述匹配器 (5)包括同第一管道(51)相通的第一腔體巧4)、同第二管道(52)相通的第二腔體(57)、同出 口管道(4)相通的第Ξ腔體(55)，所述第一腔體(54)前端為圓錐狀并伸入第二腔體(57)中 兩者相互貫通，所述第二腔體(57)前端為圓臺狀并與第Ξ腔體(55)貫通。3. 如權利要求2所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述第一腔體 (54)前端設置噴嘴（53)，所述第一腔體（54)后端固設電動執(zhí)行器(58)，所述電動執(zhí)行器 (58)固設用W同噴嘴(53)相配合的一推桿(59); 所述推桿（59)包括第一桿部（591)、第二桿部（592)、第Ξ桿部（593)，所述第一桿部 (591)的形狀為圓錐體，所述第二桿部(592)直徑大于第Ξ桿部(593)的直徑； 所述第一腔體(54)伸入第二腔體(57)的一端設置用W封合第一腔體(54)的豎板(56)， 所述豎板(56)設置用W穿設推桿巧9)的圓孔;所述圓孔的直徑大于第Ξ桿部(593)，小于第 二桿部(592)的直徑； 所述第Ξ腔體巧5)前端為卿趴狀，后端為混合腔體(60)。4. 如權利要求1所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高壓 汽源(1)連接一噴射累。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高 壓汽源(1)為高壓缸補汽閥的蒸汽或汽輪機主蒸汽。6. 如權利要求1所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述高溫高壓 汽源與匹配器(5)之間連接用W降低蒸汽的壓力、溫度的減溫器(3)。7. 如權利要求1所述的一種火電機組高效低負荷脫硝裝置，其特征在于，所述匹配器 (5)的電動執(zhí)行器巧8)同一控制系統(tǒng)(7)相連接，所述控制系統(tǒng)(7)在高壓加熱器(9)的入口 蒸汽管道處設置蒸汽壓力測試點(8)。8. 如權利要求1-7任一所述裝置的控制方法，其特征在于，省煤器出口煙溫能夠達到脫 硝噴氨要求的工況下，噴嘴巧3)被第一桿部(591)的圓錐體堵住，高溫高壓蒸汽不進入匹配 器(5)，原加熱蒸汽直接經(jīng)過匹配器(5)的第二腔室、第Ξ腔室從匹配器(5)的出口管道(4) 至高壓加熱器（9)，不提升壓力，其他工況下，控制系統(tǒng)（7)根據(jù)相關控制公式，計算噴嘴 (53)的張開度，控制系統(tǒng)(7)控制電動執(zhí)行器(58)的推桿(59)的行程來改變第一桿部(591) 的圓錐體同噴嘴(53)的距離，從而改變噴嘴(53)的張開度，調節(jié)匹配器(5)的第Ξ腔體巧5) 內的出口蒸汽壓力，進而調節(jié)高壓加熱器(9)內的蒸汽壓力，從而調節(jié)給水溫度，最終使得 SCR反應器的煙汽溫度達到催化劑所需要的噴氨溫度。9. 根據(jù)權利要求8所述的控制方法，其特征在于，對于同一機組，高壓加熱器(9)的實際 壓力與預設壓力的差值決定匹配器(5)的噴嘴(53)的張開度，差值越大，開度越大，兩者存 在一定的變化規(guī)律，為準確控制噴嘴(53)開度，提供一種火電機組高效低負荷脫硝控制方 法;所述控制方法包括如下步驟： si，捜集高壓加熱器(9)的實際壓力與預設壓力的壓力差值與匹配器(5)的噴嘴(53)的 張開度相關數(shù)據(jù)； s2,對壓力差值與張開度離散數(shù)據(jù)利用Ξ次均勻B樣條擬合，進而根據(jù)樣條插補算法對 離散數(shù)據(jù)進行樣條插補；W壓力差值XTk(u)與張開度yTk(u)為橫縱坐標，建立一組離散的通 過點(XTk(u)，yTk(u)); S201，反算控制點 由于B樣條算法直接用到的是控制點，所W必須知道控制點；由上述公式可知，己知通 過點可W反算出控制點； 控制點與通過點的反算設及端點的計算問題，計算時參數(shù)U可W取(0)或者（1)來得到 相應的端點關系式;采用Ξ次B樣條算法時:η個控制點可W得到n-(2)個通過點，運樣反算 時，己知量通過點是n-(2)個，未知量控制點是η個，運樣己知方程式比未知量少(2)個，缺少 二個己知條件;可W通過增加邊界條件來解決運個問題，認為首末控制點與首末通過點相 重，運樣作為未知量就減少(2)個，就可W直接利用關系矩陣反算出控制點，關系矩陣如下 所其中Ρη為包含(Xk，yk)控制點坐標，Τη為包含(XTk(U)，yTk(u))通過點坐標； 5202, 構造樣條函數(shù) Ξ次均勻B樣條插補點計算公式：其中Pk為包含(Xk，yk)控制點坐標，Tk(u)為包含(XTk(u)，yTk(u))通過點坐標的一段樣條 曲線，k為第k段樣條曲線； 5203, 己知壓力差值，計算張開度 將S202中的公式展開，得到兩個關系式一個是關于壓力差值，另一個是關于展開度；己 知壓力差值Χτκ，首先確定此壓力差值在哪一組的離散通過點范圍內，再通過離散通過點確 定對應的離散控制點，最終確定壓力差值所在的控制點區(qū)間，再利用基函數(shù)即可確定壓力 差值與參數(shù)U的關系式，可得到關于參數(shù)U的一元Ξ次方程，如下式所示;設及到對一元Ξ次 方程的求解，可根據(jù)卡爾丹公式和韋達定理進行求解；得到U值，根據(jù)展開度關于參數(shù)U的關系式即可計算出張開度值； S3,控制系統(tǒng)(7)根據(jù)計算出的張開度控制電動執(zhí)行器(58巧Ε動推桿(59)移動，使得噴 嘴(53)的張開度達到上述的計算值。10.根據(jù)權利要求9所述的控制方法，其特征在于，由于壓力差值與張開度變化關系還 會受到其他因素的影響，利用樣條插補算法計算出的張開度存在一定誤差，根據(jù)壓力差值 的變化速率，利用自適應PID算法進行微調，如果反饋的壓力差值變化較慢，控制系統(tǒng)(7)控 制電動執(zhí)行器(58巧Ε動噴嘴(53)的張開度變大一定值，如果反饋的壓力差值變化較快，控 制系統(tǒng)(7)控制電動執(zhí)行器(58)驅動噴嘴(53)的張開度變小一定值，最終使得差值為零，并 維持一定時間。
【文檔編號】B01D53/56GK106076117SQ201610554442
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】羅海華, 謝尉揚, 周仁米, 顧偉飛, 董益華, 吳恒剛, 華敏, 趙佳俊, 朱寶, 趙衛(wèi)正, 陳杰
【申請人】浙江浙能技術研究院有限公司