[实用新型]一种基于前馈预测的脱硝自动控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及火电机组锅炉脱硝过程的自动控制领域，更具体地说，涉及一种基于前馈预测的脱硝自动控制装置。

背景技术

目前，国内火电机组的SCR脱硝控制策略基本采用固定摩尔比控制方式（Constant Mole Ratio Control）进行设计的，这种脱硝控制策略基本沿用国外厂家的原始设计方案。在该控制方式下，脱硝控制系统的设定值为氨氮摩尔比或者是锅炉的脱硝效率，控制系统根据当前的烟气流量、SCR反应器入口的NOx浓度以及控制算法预先设定的氨氮摩尔比计算出脱硝反应所需的氨气耗量，最后通过后方的流量PID控制系统控制氨气阀门的开度调节氨气的实际喷射量。该控制方案为开环控制，脱硝系统的氨气耗量仅根据稳态时的物理特性计算得出，当机组的运行工况改变，比如锅炉燃烧时所用的煤质发生变化，则该控制方案的控制效果将会变差。

部分发电厂发现了采用固定摩尔比控制方式的不足，采取了固定SCR反应器出口NOx浓度的控制方案，这种控制方案为闭环控制。该方案下，锅炉脱硝控制系统的设定值为SCR反应器出口的NOx浓度，并根据其与实际出口的NOx浓度之间的偏差来进行氨氮摩尔比的动态修正，达到闭环控制SCR反应器出口NOx浓度的效果。但锅炉的脱硝过程是一个大迟延、大惯性并且具有一定非线性的过程，由于迟延及惯性的存在，使得喷氨量的改变不能及时地反应到SCR反应器中，使得该方案下脱硝控制的动态过程常常具有较大的超调量及较大的调节时间。

除此以外，在火电机组锅炉脱硝系统长期的运行过程中，还发现以下的问题：

⑴、控制目标与考核指标不对应。国家的环保考核机构对火电厂NOx排放的考核指标是以烟囱入口处（即脱硫出口处）的NOx浓度测量值为准的，而固定摩尔比控制方式仅仅控制氨氮摩尔比，是最简单的开环控制，其控制的目标与考核指标仅有一定程度的关联；而采用PID闭环控制SCR出口NOx浓度的控制方案，其SCR出口的NOx浓度与考核指标间还存在着氧量的折算，即氧量的扰动也能影响考核指标的大小，而该闭环控制方案并不能对氧量的扰动进行修正，因此也无法获得较好的考核结果。

⑵、控制策略设计简单，不适合脱硝对象的特性。根据现场的运行曲线，喷氨量改变到SCR反应器出口改变的响应纯迟延时间，在负荷较高时接近3分钟，在负荷较低时为2分钟左右。因此，脱硝对象是一个具有大迟延、大惯性、非线性的被控对象。而目前采用的PID闭环控制策略，前馈开环控制策略，其均使用于惯性较小的线性对象。因此使用上述方案必然无法获得良好的脱硝控制效果。

⑶、脱硝控制策略较多考虑机组稳态时的情况，缺乏对动态过程的设计。国内火电机组使用的锅炉脱硝控制系统，大部分考虑了机组的当前负荷、SCR反应器入口的NOx含量，但是这些关系仅仅是稳态工况下的静态物理特性。当机组以变负荷的速率升、降负荷，或者是燃料量、总风量变化时，控制器的响应动作往往不及时，在这个过程中常常导致脱硝考核指标超过标准。

⑷、控制系统缺乏一定的自适应性。当机组燃烧所使用的煤质发生变化，或者在运行过程中某一测点处于吹扫状态下，目前的脱硝控制策略均无法对这些状态进行响应，在机组的长期运行中往往会导致锅炉脱硝的控制品质下降，需要进行控制策略参数的重新调试。

⑸、对火电厂NOx排放量的控制，不仅仅关系到环保的考核问题，同时与SCR反应器后方空预器的结晶程度有着很大的关系。较差的NOx排放量控制，容易引起SCR反应器后方空预器的结晶，易造成空预器堵塞，使得空预器的吹扫、清灰次数频繁，降低其使用寿命。空预器堵塞严重时甚至会影响机组的安全稳定运行，导致机组停机，最终影响到整个电网的稳定性。

显然，火电厂的锅炉脱硝过程是一个存在着大迟延、非线性的对象。在这样的一种对象特性下，传统的控制方法已经难以获得良好的控制品质。同时，锅炉的脱硝过程受到很多因素的影响，很难用准确的模型去描述。因此本实用新型将预测控制应用到锅炉脱硝的过程当中,发挥其对模型要求低，鲁棒性好，能有效克服系统的大迟延和易于实现的特点，从而满足锅炉脱硝过程的控制要求。

发明内容

鉴于以上情形，为了解决现有的锅炉脱硝自动控制策略存在以下几个问题：

（1）、在相同的脱销效率但不同的稳定机组负荷状态下，原脱硝控制方案的氨气耗量计算不准确，导致尿素设定值的计算量也不准确，高负荷时尿素设定值计算量大，使得空预器结晶严重，测点堵塞，严重影响设备的正常运行及使用寿命。而低负荷时又出现尿素设定值计算量小，迫使运行人员需要通过增加脱销效率的方式进行手动干预，才能使SCR的NOx排放量满足环保考核要求。