基于噴氨敏感閥鎖定的scr系統(tǒng)自動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于基于噴氨敏感閥鎖定的SCR系統(tǒng)自動(dòng)控制方法，屬于燃煤鍋 爐大氣污染物控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 選擇性催化還原脫硝（Selective Catalyst Reduction，SCR)技術(shù)基于其技術(shù)成 熟高、脫硝率高、可靠性好以及二次污染小等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外燃煤機(jī)組最廣泛應(yīng)用的 煙氣脫硝技術(shù)。SCR煙氣脫硝反應(yīng)的脫硝效率直接取決于煙氣中N0 X與NH3的混合匹配度(達(dá) 到理想當(dāng)量比），理論上穩(wěn)定狀態(tài)下理想氨氮當(dāng)量比可以得到較好的控制，然而SCR系統(tǒng)在 實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)受到煤質(zhì)、鍋爐負(fù)荷和燃燒條件等因素的影響，系統(tǒng)呈現(xiàn)出非線性、大遲滯等 特點(diǎn)，這直接導(dǎo)致單一固定噴氨方式難以確保煙氣流場(chǎng)中理想的氨氮當(dāng)量比。
[0003] 對(duì)此，國(guó)內(nèi)部分燃煤機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)已開發(fā)了噴氨自動(dòng)控制技術(shù)，但此類自動(dòng)控 制屬于"黑箱"控制，至多加上一些前饋量的預(yù)測(cè)控制，并沒有真正建立起SCR系統(tǒng)運(yùn)行特性 與噴氨控制特性的良好匹配，不能保證SCR系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)維持煙氣中理想的氨氮混合 當(dāng)量比，這直接導(dǎo)致催化脫硝反應(yīng)效率低、噴氨量偏高，氨逃逸增加，ABS大量生產(chǎn)等一系列 問題。
[0004] 已公開中國(guó)發(fā)明專利CN105126616A所提出的一種基于權(quán)重閥調(diào)控的SCR系統(tǒng)噴氨 優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了變負(fù)荷工況下各噴氨支管閥門開度的綜合權(quán)衡，但在實(shí)際運(yùn)行工況下各 噴氨閥門開度是固定不變的，難以保證變負(fù)荷工況下系統(tǒng)運(yùn)行特性與噴氨特性的實(shí)時(shí)精確 匹配;此外該方法提出對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的數(shù)據(jù)采集僅通過現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)試方式，然而因定負(fù) 荷工況測(cè)試時(shí)間需求、人力需求等因素，直接導(dǎo)致所能夠采集得到的定負(fù)荷工況數(shù)據(jù)樣本 較少，不利于摸清系統(tǒng)真正的運(yùn)行特性。
[0005] 對(duì)此，本發(fā)明公開一種基于噴氨敏感閥鎖定的SCR系統(tǒng)自動(dòng)控制方法，綜合采用現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試及CFD數(shù)值模擬技術(shù)全方位解析系統(tǒng)變負(fù)荷工況下的運(yùn)行特性，同時(shí)解析各噴氨支 管閥門開度隨負(fù)荷波動(dòng)的敏感性變化規(guī)律，并按照敏感閥鎖定原則鎖定一定數(shù)量的敏感 閥，各敏感閥位置更換安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，最大限度保證變負(fù)荷工況下系統(tǒng)運(yùn)行特性與噴氨 特性的實(shí)時(shí)匹配。此外，開發(fā)噴氨邏輯控制器及主副控制邏輯回路，實(shí)現(xiàn)單側(cè)總調(diào)節(jié)閥及鎖 定敏感閥的自動(dòng)控制。該套基于噴氨敏感閥鎖定的SCR系統(tǒng)自動(dòng)控制方法，可有效應(yīng)對(duì)SCR 系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的非線性、大遲滯等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷工況下SCR系統(tǒng)運(yùn)行特性與噴氨控 制特性的良好匹配，變"黑箱控制"為"透明控制"，變"粗放控制"為"精確控制"，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) SCR系統(tǒng)噴氨的精確自動(dòng)控制，顯著提升SCR脫硝反應(yīng)效率，節(jié)約氨用量，減少氨逃逸，有效 控制ABS的生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題:為解決當(dāng)前SCR系統(tǒng)噴氨技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于噴氨 敏感閥鎖定的SCR系統(tǒng)自動(dòng)控制方法，基于系統(tǒng)運(yùn)行特性全方位解析、噴氨支管閥門敏感閥 鎖定、噴氨邏輯控制器開發(fā)及系統(tǒng)參數(shù)多級(jí)優(yōu)化整定等技術(shù)手段，真正實(shí)現(xiàn)變負(fù)荷工況下 SCR系統(tǒng)運(yùn)行特性與噴氨控制特性的實(shí)時(shí)匹配，變"黑箱控制"為"透明控制"，變"粗放控制" 為"精確控制"，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR系統(tǒng)噴氨的精確自動(dòng)控制，顯著提升SCR脫硝反應(yīng)效率，節(jié)約 氨用量，減少氨逃逸，有效控制ABS的生成。
[0007] 技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所公開的基于噴氨敏感閥鎖定的SCR系統(tǒng)自動(dòng) 控制方法，共分為基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及CH)數(shù)值模擬技術(shù)的SCR系統(tǒng)變負(fù)荷工況運(yùn)行特性全方位 解析、噴氨支管閥門敏感閥鎖定及安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、噴氨邏輯控制器開發(fā)及系統(tǒng)參數(shù)多級(jí) 優(yōu)化整定三個(gè)步驟。所述方法的具體步驟為：
[0008] 1、基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及CH)數(shù)值模擬技術(shù)的SCR系統(tǒng)變負(fù)荷工況運(yùn)行特性全方位解析， 包括：
[0009] 11)通過測(cè)試儀器現(xiàn)場(chǎng)采集多組定負(fù)荷工況下噴氨格柵前煙道橫向截面內(nèi)離散測(cè) 點(diǎn)處的煙氣"N0 X流"運(yùn)行數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上采用插值方法間接獲得多組定負(fù)荷下的噴氨格 柵前煙氣"N0X流"區(qū)域連續(xù)分布特性；
[0010] 12)基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)，借助SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)，建立系統(tǒng)全尺 寸幾何模型，并開展變負(fù)荷工況下的數(shù)值模擬計(jì)算，直接獲得所需定負(fù)荷工況下噴氨格柵 前煙氣"N0 X流"區(qū)域連續(xù)分布特性；
[0011] 13)結(jié)合AIG自身結(jié)構(gòu)型式，獲得對(duì)應(yīng)定負(fù)荷工況下與AIG型式相匹配的煙氣"N0X 流"分區(qū)域連續(xù)分布特性；
[0012] 2、噴氨支管閥門敏感閥鎖定及安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，包括：
[0013] 21)確定對(duì)應(yīng)定負(fù)荷工況下的噴氨支管閥門權(quán)重，并解析變動(dòng)負(fù)荷下各閥門權(quán)重 隨負(fù)荷波動(dòng)的敏感性變化規(guī)律，同時(shí)根據(jù)閥門權(quán)重與開度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，解析各閥門開 度隨負(fù)荷波動(dòng)的敏感性變化規(guī)律，獲得每個(gè)閥門開度隨負(fù)荷波動(dòng)的具體調(diào)節(jié)特性；
[0014] 22)按照預(yù)設(shè)敏感閥鎖定原則在各噴氨支管閥門中鎖定一定數(shù)量的敏感閥，并在 各敏感閥位置更換安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)閥；非敏感閥采用手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度采用各 變負(fù)荷工況對(duì)應(yīng)開度的平均水平；
[0015] 3、噴氨邏輯控制器開發(fā)及系統(tǒng)參數(shù)多級(jí)優(yōu)化整定，包括：
[0016] 31)開發(fā)噴氨邏輯控制器實(shí)現(xiàn)SCR系統(tǒng)噴氨總調(diào)節(jié)閥及所述敏感閥的自動(dòng)控制，并 開發(fā)主控邏輯回路和副控邏輯回路，主控邏輯回路對(duì)應(yīng)總調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制，副控邏輯回 路對(duì)應(yīng)所述敏感閥的自動(dòng)控制;根據(jù)步驟1所得變負(fù)荷工況下與AIG型式相匹配的煙氣"N0 X 流"分區(qū)域連續(xù)分布特性實(shí)現(xiàn)副控邏輯回路系統(tǒng)參數(shù)整定;根據(jù)SCR系統(tǒng)歷史運(yùn)行特性解析 實(shí)現(xiàn)主控邏輯回路系統(tǒng)參數(shù)整定；
[0017] 32)模擬條件下實(shí)現(xiàn)噴氨邏輯控制器對(duì)SCR系統(tǒng)噴氨的自動(dòng)控制，基于自動(dòng)控制效 果實(shí)現(xiàn)模擬條件下對(duì)主控邏輯回路系統(tǒng)參數(shù)和副控邏輯回路系統(tǒng)參數(shù)的一級(jí)優(yōu)化整定；
[0018] 33)將噴氨邏輯控制器嵌入DCS系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行，完成對(duì)主控邏輯回路系統(tǒng) 參數(shù)和副控邏輯回路系統(tǒng)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)二級(jí)優(yōu)化整定，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件下SCR系統(tǒng)噴 氨的精確自動(dòng)控制。
[0019] 該方法適用于SCR系統(tǒng)AIG自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR系統(tǒng)噴氨的精確自動(dòng)控制，顯著 提升SCR脫硝反應(yīng)效率，節(jié)約氨用量，減少氨逃逸，有效控制ABS的生成。
[0020] 所述變負(fù)荷工況下的CH)數(shù)值模擬計(jì)算，首先開展與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工況相對(duì)應(yīng)的 CFD數(shù)值模擬計(jì)算工況，驗(yàn)證并完善CFD數(shù)學(xué)模型，隨后開展任意所需定負(fù)荷工況下的CH)數(shù) 值模擬計(jì)算，為噴氨敏感閥鎖定提供充足運(yùn)行參考數(shù)據(jù)輸入 [0021 ]所述噴氨支管閥門權(quán)重Φ確定方法具體如下：
[0023]其中：fs胃指單個(gè)噴氨支管閥門所控制煙道分區(qū)域內(nèi)的"肌流"平均值；
[0024] fmean指噴氨格柵(AIG)前整個(gè)煙道截面內(nèi)的"N0X流"平均值；
[0025] 若某閥門權(quán)重Φ為負(fù)，則表示該閥門所控制煙道區(qū)域內(nèi)的"N0X流"平均值低于平 均水平，因此其開度應(yīng)小于平均開度水平，反之亦然。
[0026] 所述各噴氨支管閥門閥門開度隨負(fù)荷波動(dòng)的敏感性變化規(guī)律通過數(shù)值方法獲得。
[0027] 所述閥門權(quán)重與開度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系具體表述為：
[0029] 其中：0化為某負(fù)荷工況下噴氨支管閥門i的開度；麗Γ為各噴氨支管閥門平均開 度；Φ i為某負(fù)荷工況下噴氨支管閥門i的權(quán)重;CP為壓縮系數(shù)。
[0030] 所述壓縮系數(shù)CP的具體定義式為：
[0032] 其中:max{AWl}為所研究所有定負(fù)荷工況下噴氨支管閥門權(quán)重間的最大極差值； 而?為各噴氨支管閥門平均開度；
[0033] 所述預(yù)設(shè)敏感閥鎖定原則具體如下：
[0035]其中:0&為某噴氨支管閥門開度;MW為鍋爐負(fù)荷;ε為閥門敏感性評(píng)判系數(shù)。
[0036]變負(fù)荷工況下，對(duì)于給定的閥門敏感性評(píng)判系數(shù)ε及某各閥門開度0Κ隨負(fù)荷麗波 動(dòng)的敏感性變化規(guī)律，若_飲叫料|抑所/Mirl} a s成立，則認(rèn)為該噴氨支管閥門為敏感 閥，反之則認(rèn)為是非敏感閥。
[0037] 所述噴氨邏輯控制器主控邏輯回路和副控邏輯回路，主控邏輯回路通過建立鍋爐 負(fù)荷-單側(cè)噴氨總量或總調(diào)節(jié)閥開度之間的折線函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，同時(shí)引入鍋爐 負(fù)荷、入口 N0X濃度及出口 N0X濃度前饋信號(hào)進(jìn)行再調(diào)節(jié);副控邏輯回路實(shí)現(xiàn)所述噴氨支管敏 感閥的自動(dòng)控制，并