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万博棋牌下载开放式外挂先进控制系统在火电厂
发布时间:2019.02.25  浏览次数:
 

  【摘要】环境保护日益引起人们的重视,燃煤锅炉作为氮氧化物的主要排放源之一,在我国大型燃煤锅炉已经全面采用炉中低氮燃烧技术和推广炉后脱硝技术,以降低NOx的排放。本文介绍了炉后脱硝系统及其附属设备节能和自动控制技术,重点阐述利用开放式外挂先进控制系统,实现NOx闭环控制。

  火力发电厂机组安全性、经济性、环保性和自动化水平,是现代火力发电机组的主要性能指标。随着电力事业不断发展,电网和电厂之间采用AGC技术实时控制机组负荷成为趋势。目前AGC负荷指令频繁变动带来锅炉燃烧扰动,风煤配比频繁波动,脱硝喷氨控制回路,要求快速跟随锅炉参数进行调节。所以开发和应用高效节能环保控制技术是实现现代火力发电厂的节能降耗工作有效途径。

  脱硝系统采用常规的PID控制方式,运行中无法很好解决脱硝反应大滞后特性,脱硝自动回路无法适应机组参数变化,具有一定的改进空间。脱硝系统运行中,不仅确保NOx合格排放指标,还要兼顾喷氨量的能源消耗问题。当机组负荷波动时,操作人员首要跟踪调整复杂的锅炉燃烧状况;若脱硝自动无法投入,增加运行人员操作量,不及时的调整将导致NOx参数超标。因此研究和改善脱硝自动化控制,实现节能降耗,减少运行人员工作量,具有重要的实际意义。

  燃煤经过锅炉燃烧后,生成的高温烟气中含有一定浓度NOx,万博棋牌下载,主要包含95%的NO,5%的NO2;目前普遍采用选择性催化还原法降低NOx的排放。脱硝系统主要包含氨配备和输送系统,反应装置。脱硝反应装置安装在锅炉尾部烟道中,高温烟道中喷入还原剂NH3,它将选择性地与NO和NO2反应生成 N2 和H2O。脱硝化学反应为

  脱硝系统作为电厂重要辅助系统,正常运行中通过PID对脱硝系统监督和调整,根据机组参数控制喷氨流量,使其适应烟气中NOx的含量变化,确保出口NOx排放在合格范围内。脱硝系统所需氨的消耗量主要根据化学反应公式中的摩尔比来衡量。所需氨气消耗量=反应器入口烟气流量×入口氮氧化物浓度×化学反应摩尔比。对于摩尔比确定,根据NOx设定值和实际值进行比较和修正,并最终确定摩尔比值,一般范围为选择为0.8~0.9。经过计算后的氨气流量信号送入PID控制器与实测的氨气的流量信号比较,由PID控制器经运算后发出调节信号控制SCR入口氨气流量调节阀的开度以调节氨气流量。

  脱硝系统经过多年的经验总结,很多电厂在控制回路中考虑脱硝反应滞后复杂的时间特性并通过控制方式给与相应补偿控制,在控制回路中机组负荷变化提前采取喷氨控制,使喷氨量适应锅炉运行参数并进行调节,控制出口NOx在指定的范围。这种经验控制策略理论上能够很好规避滞后的反应特性。虽然这样的控制策略得到广泛应用,但并不适应所有机组和实时控制回路,特别是锅炉内扰强烈的变工况阶段。目前很多电厂的脱硝自动无法投入,也是目前的实情。脱硝控制系统采用常规的PID控制,在实际使用中具有一定局限性,首先PID参数配置没有基于过程模型,所以仅仅能够适应特定工况。非设计工况下运行,NOx参数将继续凸显反应滞后,参数波动的现象。

  电厂锅炉是一个复杂变工况运行系统,运行参数具有多变量,非线性,过程干扰多的特性;人们经过对锅炉系统反复的研究工作,逐渐熟悉锅炉系统特性及其参数变化规律。在过程控制领域,国内外专家不断研究利用各类先进控制算法,根据大量的试验数据,建立锅炉运行数据实时模型。通过这些有效数据模型,锅炉运行中自动识别和匹配参数模型,自动按需的完成被控参数的控制策略,最终实现人工智能化控制方式。所以采用先进性控制系统,有效解决参数反应的大滞后的运行问题。

  4.1机组负荷改变,锅炉燃烧严重扰动,喷氨量未能跟上锅炉参数变化,使得出口NOx参数波动,被控参数超调和不及现象严重。

  影响脱硝运行参数较多,主要包含燃煤品质、还原剂品质及其配比,反应烟气温度、烟气流速、烟尘浓度,含氧浓度、氨逃逸数值等。所以脱硝系统要适应复杂的锅炉燃烧参数变化,问题的具体原因根据现场综合情况,针对性观察或特定试验给予验证。

  鉴于脱硝系统反应的大滞后问题,要求喷氨控制量要快速响应复杂的燃烧变化。因此引入具备对生产过程模型辨识技术的变参数控制策略,以便满足预测参数变化,消除过程干扰,抗饱和积分、多变量解耦的控制策略。通过引用成熟开放式外挂先进过程控制运行优化系统(APC)对脱硝系统进行在线优化,通过试验建立脱硝系统过程控制模型。锅炉脱硝系统中,负荷波动造成一系列燃烧参数扰动,喷氨调整量跟随锅炉信号参数扰动,准确预测参数变化情况,按需投入喷氨流量,达到先进控制目的。

  自动化控制已经成熟应用到各类工厂实时控制,过程控制性能影响到产品质量,生产效率和运营成本;目前国内火电机组的过程控制策略主要通过各大DCS厂商提供的组态逻辑为基础,采用常规PID反馈控制方式并结合一些过程前馈进行复合调节。然而过程反应是一个复杂的多媒介转化反应,如电力、机械、化学和热能等多种产品之间的转化和传递效应。所以过程具有非线性,迟滞性,时变性和相互耦合等特点。因此分析过程数据,了解控制性能,引入先进控制算法,改善控制品质能够实现发电厂的节能减排作用。

  APC作为先进控制系统,利用内模控制算法开发设计先进功能模块,以直观易用的功能模块融合在APC控制系统中。在脱硝优化控制逻辑替代部分PID的功能,通过参数建模预测影响脱硝运行参数的变化趋势,通过控制回路前馈信号超前调节,解决调节系统延迟大、惯性大的现象。

  内模控制(Internal Model Control——IMC)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。它的主要特点是结构简单,在线调节参数少,且调整方针明确,调整容易,特别是对于鲁棒及抗扰性的改善和大时滞系统的控制效果尤为显著。

  脱硝控制系统具有大延迟、大时滞,反应过程缓慢;AECS-2000系统的内模模块,利用先进模型预测控制算法,可以更好的解决控制回路所存在大滞后的问题。

  b.优化回路和原PID控制回路互相跟踪备用,无扰切换并连接到通讯逻辑保护,通讯状态信号实时反馈给运行人员。

  c脱硝优化控制回路根据机组实际情况选择前馈信号并提供多路前馈信号作为选择切换投入,如机组负荷,NOx,风量,氧量,温度,风压等都可以作为控制前馈信号。

  d.优化运算出口设计有高低限定值,当优化系统与原PID运算结果偏差太大,偏差高时系统自动切换到另外一路前馈回路;偏差高高时直接切换到PID控制模式(此时仍然是在优化系统运行,只是优化系统不对PID输出参数进行任何修改,优化系统相当于中转站的功能)。

  e开环试验:手动改变喷氨调门开度控制参数,观察NOx变化量,收集过程参数,利用AECS-I软件进行模型整定并确定模型特性参数;在优化模式下,初步校验开环模型拟合程度。

  f 闭环试验:一定条件下投入脱硝优化自动,改变NOx设定值参数,采集分析NOx实际变化情况,根据参数变化情况调整模型特征参数,最终确定模型特征参数。

  g 脱硝系统运行中,根据参数模型实时预测锅炉烟道中NOx变化量,通过识别和匹配对应的参数模型,通过喷氨调阀自动按需投入氨量,控制出口NOx含量在合格的范围之内,实现喷氨量按需投入的闭环控制;解决被控参数大滞后反应,提高参数调节品质,节能降耗。

  当在线仪表吹扫自整定时,NOx参数变化出现大幅度波动的假象,此时需要对被控参数保持跟踪的状态,防止喷氨阀门大幅度调整并造成能源浪费。

  脱硝系统运行中,万博棋牌下载,NOx脱除率随着氨逃逸量的增加而增加,现行的喷氨控制方式,喷氨量被大量喷入锅炉系统。氨喷入烟道中反应后在烟气下游剩余的氨称为氨逃逸。当氨逃逸量不断增多,将带来一些恶性影响,如增加烟道阻力、受热面的腐蚀,甚至直接影响引风机的出力和机组的负荷。因此不仅要选择高品质的脱氮原料,还要实时监控氨逃逸。

  实际运行中影响氨逃逸因素较多,包括阀门特性,反应的烟气温度,烟气流速,管道堵塞,空预器阻力, NOx浓度,脱硝剂含量等复杂因素;面对复杂的炉内烟道参数工况,目前投用的在线氨逃逸测试仪表,所测的数值不具有代表性,未能长期连续在线测量氨逃逸量。

  在优化系统中根据氨逃逸测量数值情况参与系统控制,当延时收到氨逃逸信号偏大信号,减少喷氨量的输入或根据运行需要进行其他调整。根据机组实际情况,通过解耦模块解决氨逃逸数值和出口NOx参数控制,结合机组情况找到最优的控制策略。

  经过某发电厂脱硝控制优化改造工作,解决了电厂采用常规PID控制器无法投入自动,特别是NOx出口参数频繁波动的优化目标。先后完成了系统调研、方案设计、逻辑修改、开环试验、闭环试验、模型验证及相关运行测试等工作,成功的实施了以脱硝优化控制改造项目。喷氨消耗量能够快速响应机组的参数变化,确保出口NOx在指定范围内。

  1)开放式外挂先进过程控制系统,利用先进模型预测控制技术大滞后控制过程,建立了基于物质转换和传递的时空滞后和参数修正的预测模型,解决了PID无法投入自动的问题。

  2)当锅炉参数发生变化时,优化系统根据预测到的锅炉参数,自动按需喷入氨量,高效节能。

  3)优化系统始终投入(优化逻辑设置有PID运算出口路径和相关保护功能,不退出优化系统也可达到PID跟踪控制,正常情况下参数建模需要一段时间)。

  在当前广泛应用AGC技术背景下,发电厂要快速响应电网负荷要求。鉴于火力发电厂技术已经成熟,机组设备性能改良空间不大,通过先进性控制策略,能够有效提高机组的响应速度。电厂作为能源消耗大户,节能降耗,降低发电成本已势在必行。本文所述脱硝项目成功实施后,系统运行调节块,稳定性高,经济效益和环境效益均较为明显。先进性控制策略不仅适用于脱硝系统,其他如AGC控制,汽温控制系统,脱硫控制系统和格栅法脱硝系统等都存在大滞后的特性;利用成熟的先进控制策略结合电厂自身的特点进行优化,以减少人为操作提高机组的自动控制水平,提升调节品质,改善系统对外界的响应性能,值得在各集团火电厂推广实施。

  中国大唐集团科技工程有限公司 申镇 《火力发电厂SCR脱硝控制系统配置及模拟量调节方案的探讨》