基于净烟气NOX浓度小时均值设定值的SCR智能控制优化

作者:杨震力;冯晓露;张政江;张抗抗 刊名:浙江电力 上传者:李欣芳

【摘要】常规SCR(选择性催化还原法)控制方案中;SCR出口NOX浓度或净烟气NOX浓度设定值一般均为固定值;而目前我国的环保政策中对火电机组SCR出口NOX浓度或净烟气NOX浓度的的考核指标并不是采用其瞬时值的上限;而是采用小时均值;SCR智能控制优化方案中的净烟气NOX浓度设定值采用基于小时均值的动态规划方式给出;这样的控制方案设计更匹配环保考核要求;更有利于在满足环保要求的前提下尽可能地节约SCR装置的喷氨量;从而最大限度地降低氨逃逸率;

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0引言SCR(选择性催化还原法)脱硝控制系统被控对象的动态特性比较复杂,具有较大的时延性和非线性,而且干扰因素多,当机组负荷、运行方式、给煤量、风量、烟气温度、煤的热值等因素发生变化时,都会引起SCR装置的脱硝效率或出口NOX浓度的变化。目前发电厂大多以SCR出口NOX浓度为被控量,控制系统大多是PID(偏差比例-积分-微分)控制方案,控制变量为氨氮摩尔比或者喷氨量,被控变量为脱硝效率或者出口NOX浓度,实际投运效果很不理想,脱硝效率或者出口NOX浓度波动较大,有时SCR控制系统甚至无法在自动状态下连续运行,为了达到环保要求,需要运行人员经常手动进行操作。为了提高SCR自动控制系统的控制品质,使其在机组变负荷工况下能以自动状态连续稳定运行,减少运行操作人员的工作强度,近几年,相关技术人员和专家采用了各种先进控制算法和技术对SCR控制系统进行优化,这些优化方法虽然使SCR控制系统的控制品质得到了一定的提升,但其整体控制方案仍然是原PID控制方案中脱硝效率和出口NOX浓度的设定值控制思路,即被控变量无论是脱硝效率还是出口NOX浓度,被控变量的设定值都是固定值。而对火电机组的环保考核指标是SCR出口NOX浓度或者净烟气NOX浓度的小时均值,因此现有控制方案的被控变量和考核标准还存在着一定的差异,这也是阻碍SCR喷氨量进一步下降的关键。SCR出口烟道处NOX浓度由于在大型的烟道空间中分布很不均匀,此处单点测量值只能取得周边很小范围的局部气样,其烟气取样代表性很差,导致测量结果偏差较大,常与净烟气处的NOX测量值相差较大,并常有倒挂现象,该技术方案无法指导精准喷氨。而目前多点取样还存在诸多技术问题,实际使用效果不理想。总排口处的CEMS(烟气连续监测系统)测量值,由于烟气在通过尾部烟道、电除尘、脱硫塔、湿除等多个设备及长距离向下游流动过程中,各种固定污染物有足够长的时间进行混合,从而达到了均匀分布,故单点测量就能正确测量烟气中固定污染物排放浓度。本文以排口处CEMS净烟气NOX浓度作为被控变量,解决测量的准确性问题。根据当前国家对火电机组SCR脱硝效果考核为净烟气的小时均值这一具体要求,在设计SCR先进控制方案时,被控变量(净烟气NOX浓度)的设定值采用基于小时均值的动态规划方式计算给出,这样的设计方案更符合环保考核要求,更有利于在满足环保要求的前提下尽可能多地节约SCR装置的喷氨量,可以进一步降低SCR装置的运行成本和对下游设备的不良影响。1以净烟气NOX浓度小时均值为目标的动态设定值规划本文提出的SCR先进控制方案与其它SCR控制方案的区别在于:除了采用先进的MPC(多变量模型预测控制算法)取代常规的PID控制算法,最大的区别在于控制方案中被控变量——净烟气NOX浓度的设定值不再是一成不变的固定值或者由运行操作人员根据经验手动给出,而是根据环保考核指标为净烟气NOX浓度的小时均值小于等于50 mg/m3(已换算成标准状况下,以下同),采用动态规划算法,实时计算出当前被控变量净烟气NOX浓度的设定值,其工作原理如图1所示。图1所示的SCR先进控制方案采用串级控制方案(A侧和B侧的喷氨量控制在一套MPC控制系统中进行),方案中的主控制器为MPC控制器。方案中主控制器MPC的CV(被控变量)为净烟气NOX浓度,其中,mo可测输出为实际净烟气出口NOX浓度输出反馈;ref为经过设定值动态规划后的净烟气NOX浓度设定值;md可测扰动来自SCR入口NOX浓度的波动以及机组实发功率的变动对出口NOX浓度的扰动。控制器MPC图1基于净烟气NOX浓度设定值动态规划的SC

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