专利名称：氮氧化物去除控制系统和方法
氮氧化物去除控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种氮氧化物去除的控制系统和方法，特别是涉及采用选择性催化还 原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)或选择性非催化还原与选择性催化还原联合法 (SNCR-SCR)进行氮氧化物去除的控制系统和方法。
背景技术：
我国是以煤炭为主要能源的发展中国家，国家的电力能源主要由烧煤的火电厂 提供，每年直接用于燃烧的煤炭达12亿吨以上，煤炭燃烧后排放出大量的污染物，如S02、 S03(通称S0X，硫化物)；N0、N02(通称Ν0Χ，氮氧化物，工业上俗称“硝”)；氮氧化物对大气 环境的污染除了与其他化合物一起造成酸雨，对土壤和水生态系统带来不可逆的后果外， 还由于它们参与光化学烟雾的生成而受到人们的重视。随着新的环保法规在全球陆续生 效，我国环境保护法规的日趋严格及执法力度的加大，对氮氧化物最高允许排放浓度的限 值标准越来越严格。火电厂的去除排排放氮氧化物的方法(也称为脱硝控制技术)，一般有燃烧控制 脱硝和烟气脱硝等。燃烧控制脱硝是煤炭燃烧后产生的氮氧化物含量本身就很少，因此排 放量很少，这种方法是燃煤电厂氮氧化物减排的首选技术。而烟气脱硝方法是在煤炭燃烧 之后排放的烟气会带有大量的氮氧化物，通过对烟气中的氮氧化物进行处理，使最终排放 出的烟气的氮氧化物的含量得到控制。燃烧控制脱硝的方式是应用低氮燃烧技术的发电锅炉，使得煤炭燃烧后产生的氮 氧化物含量本身就很少。但现有的低氮燃烧技术在燃用烟煤和褐煤时氮氧化物排放浓度较 低。但对于燃用无烟煤或贫煤的机组氮氧化物控制效果有限，不能完全控制氮氧化物的排 放，氮氧化物浓度或总量不能达到排放标准或排放总量要求，仍需要建设烟气脱硝设施。烟气脱硝技术主要包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、 选择性非催化还原与选择性催化还原联合法(SNCR-SCR)、液体吸收法、微生物法、活性炭吸 附法、电子束法等。其中，前三种方法是目前世界上普遍应用的工业化方法，其它方法很少 有工业化应用的实例。选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、选择性非催化还原与选 择性催化还原联合法(SNCR-SCR)这三种方法的脱硝化学原理是相似的。主要是通过让含 有氮氧化物的烟气通过与氨进行反应，最终产生没有污染的氮气和水来达到排放烟气中不 含氮氧化物的效果。对于采用SCR方法进行脱硝的技术，其化学反应为4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 (1)6N0+4NH3 — 5N2+6H20(2)2N02+8NH3+02 — 3N2+6H20 (3)对于采用SNCR方法进行脱硝的技术，其化学反应为4N0+4NH3 — 4N2+6H20(4)
6N02+8NH3 — 7N2+12H20(5)由于温度对采用SNCR方法进行脱硝的还原反应的影响较大。当温度高于1100°C 时，NOx的脱除率由于氨气的热分解而降低；温度低于800°C以下时，NH3的反应速率下降， 还原反应进行得不充分，NOx脱除率下降，同时氨气的逸出量可能也在增加。选择性催化还 原法(SCR)是目前世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。自从1986 年欧洲、日本等国使用SCR技术以来，目前已被欧、美、日等发达国家所广泛应用。该技术脱 硝效率一般可达80 % 90 %，氮氧化物排放浓度可降至100mg/m3左右；在我国已建成或拟 建的烟气脱硝工程中大多采用SCR法。根据前面的公式(1)_(5)可以看出，通过SCR方法和SNCR方法或者两者联合的方 法进行脱硝，都需要还原剂氨(NH3)，氨的用量是上述反应的关键。在脱硝系统中，氨的实用 量是保证系统优化运行、脱硝效率和避免二次污染物(氨逸出或逃逸量)的关键因素。氨 的用量过少将导致脱硝降低；氨的用量过高将导致氨逃逸量增高从而造成二次污染。目前在流动源汽车尾气脱硝控制方面进行的研究比较广泛。例如美国专利 4963332应用SCR反应器上、下游的NOx的测量值，氨氮比(相当于喷氨量)由下游NOx的浓 度来调整。美国专利4751054采用氨传感器应用相似方法来调节喷氨量。美国专利5522218 利用前馈控制逻辑来控制喷氨量，但是其方法是利用表格查找预设的喷氨量。而美国专利 5628186则是应用反馈控制方法，氨的用量由催化剂壁面对还原剂的吸附和脱附率而调整。 这些研究都是针对流动源汽车尾气脱硝进行的控制，比较难在大型的火电厂等固定源脱硝 技术中进行应用。现有的典型的固定源SCR脱硝控制系统的系统框图如图1所示，现有的脱硝控制 系统主要是根据SCR反应器的进口的氮氧化物含量N0x_in和出口的氮氧化物的含量Ν0χ_ out计算系统的脱硝效率、。κ.，计算公式为nSCE = (N0x_out-N0x_in) /N0x_in*100 %然后根据计算得到的系统的脱硝效率nsai.与预先设定的脱硝效率进行比较，当 达到预先设定的脱硝效率时则调整结束，如果脱硝的效率没有达到预先设定的效率，则调 整喷氨量。现有的这种控制系统，是根据脱硝的效率来进行控制，喷氨(NH3)量是由出口的 氮氧化物排放量N0x_out的反馈环路和由SCR进口处的氮氧化物含量N0x_in所在的前反 馈控制器共同决定，尽管这种控制逻辑能够保证SCR系统的脱硝效率，但因为只控制脱硝 的效率，而脱硝的效率不仅与排出的氮氧化物N0X_out有关，还与SCR进口的氮氧化物含量 N0x_in有关，可能出口的氮氧化物N0x_out含量并不合格，但整体效率也能达到预先设定 的效率，因此这种控制逻辑不能保证排放合格的SCR出口的NOx值N0x_out，而且也不能保 证氨逃逸量在某一范围内。并且，系统时间滞后的采用将对控制有效性产生很大影响。因 此有必要改进现有的SCR控制系统。
发明内容本发明的目的在于提供一种去除氮氧化物的控制系统，其能够克服时间滞后影 响，消除反应器出口氮氧化物和喷氨量在反应运行中的波动，而且能够避免氨逸出，保证达 到合格的氮氧化物排放指标。本发明的另一目的在于提供一种去除氮氧化物的控制方法，其能够克服时间滞后
5影响，消除反应器出口氮氧化物和喷氨量在反应运行中的波动，而且能够避免氨逸出，保证 达到合格的氮氧化物排放指标。为达成前述目的，本发明一种去除氮氧化物的控制系统，其包括反应器；用于提供反应场所；反应器进口处的氮氧化物传感器，用于检测进入反应器的氮氧化物含量；反应器出口处的氮氧化物传感器，用于检测从反应器排出的排放物的氮氧化物含 量；反应器出口处的氨传感器，用于检测从反应器排出氨的排放量；计算处理器，根据反应器出口处的氨传感器采集的数据信息计算反应器出口处的 氮氧化物的连续在线测量值，并根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的 氮氧化物含量、反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应 器出口处的氮氧化物的连续在线测量值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依 据传递函数计算喷氨量；喷氨控制器，根据计算处理器计算的喷氨量控制氨的喷放。进一步地，前述传递函数包括根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入 反应器的氮氧化物含量计算的前馈赠以函数和前馈控制函数；由反应器出口处的氮氧化物 传感器测得的出口处的氮氧化物实测值通过内环控制器C_in计算的内环控制器函数；根 据反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值和反应器出口处的氮氧化物的连续在线测 量值预设值组成的外环控制器(_0此函数；以及根据反应器出口处的氨传感器检测的氨的 含量的氨反馈函数。进一步地，前述内环控制器C_in为比例(propotional)-微分(derivative)控制 器，可表示为C_in(s) = KP_in+KD_in*s，KP_in，KD_in为内环比例，微分量的增益值，s为
拉普拉斯变量，由模拟试验得到。进一步地，前述外环控制器C_out是一个比例(propotional) -积分 (integral)-微分(derivative)控制器，可表示为C_out(s) = KP_out+KI_out/s+KD_ out*s，KP_out, KI_out, KD_out为外环比例，积分，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由 模拟试验得到。进一步地，前述传递函数还包括两个时间滞后函数，一个在前述内环控制器C_in 函数之前，一个在前述外环控制器C_out函数之前，其函数形式为e-sT，时间因子T由系统 模型模拟而定，可应用Simulink算得。进一步地，所述传递函数至少部分使用根据特定反应器系统下建立的概率统计模 型经过试验获得。进一步地，所述系统还包括一个报警装置，如果系统不能达到控制范围，报警装置 将发出预警信号。为达成前述目的，本发明一种去除氮氧化物的控制系统的方法，其包括通过设置在反应器入口处的进口氮氧化物传感器实时检测进入反应器的氮氧化 物的含量；由计算处理器根据计算处理器内预设的传递函数计算需要喷氨的数量；计算处理器计算出喷氨量之后通过喷氨控制器控制喷氨的数量；
锅炉排出的烟气与喷氨控制器喷出的氨在反应器内进行催化还原反应；设定一段滞后时间，实测反应器的出口的氮氧化物的含量，将测量到的反应器的 出口的氮氧化物的含量作为反馈信息反馈给计算处理器；根据前述反应器进口处的进口氮氧化物传感器检测到的进入反应器的氮氧化物 的含量和反应器的出口的氮氧化物的含量计算反应器的反应效率；设定一段系统滞后时间，在系统稳定运行一段时间之后计算出口的氮氧化物含量 的连续在线测量值；读取预先设定的欲达到排放要求的氮氧化物连续在线测量预定值，将反应器出口 的氮氧化物浓度含量的连续在线测量值与预先设定的欲达到排放要求的氮氧化物连续在 线测量预定值进行比较，当连续在线测量值小于欲达到排放要求的测量预定值时，则表示 当前的喷氨量符合要求，调整结束；当连续在线测量值大于欲达到排放要求的测量预定值 时，重新计算一个新的反馈值反馈给计算处理器；通过反应器出口的氨传感器检测氨的逃逸量，将氨的逃逸量反馈给计算处理器；计算处理器依据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物 含量、反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应器出口处 的氮氧化物的连续在线测量值的新的反馈值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放 量依据前述传递函数重新计算喷氨量，并由喷氨控制器根据计算处理器计算的喷氨量控制 氨的喷放数量。进一步地，前述计算处理器内预设的传递函数包括根据反应器进口处的氮氧化 物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量计算的前馈赠以函数和前馈控制函数；由反应 器出口处的氮氧化物传感器测得的出口处的氮氧化物实测值通过内环控制器C_in计算的 内环控制器函数；根据反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值和反应器出口处的氮氧 化物的连续在线测量值预设值组成的外环控制器C_out函数以及根据反应器出口处的氨 传感器检测的氨的含量的氨反馈函数。进一步地，前述内环控制器C_in为比例(propotional)-微分(derivative)控制 器，可表示为C_in(s) = KP_in+KD_in*s，KP_in，KD_in为内环比例，微分量的增益值，s为
拉普拉斯变量，由模拟试验得到。进一步地，前述外环控制器C_out是一个比例(propotional) -积分 (integral)-微分(derivative)控制器，可表示为C_out(s) = KP_out+KI_out/s+KD_ out*s，KP_out, KI_out, KD_out为外环比例，积分，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由 模拟试验得到。进一步地，计算处理器内预设的函数还包括两个时间滞后函数，一个在前述内环 控制器C_in函数之前，一个在前述外环控制器C_out函数之前，其函数形式为e-sT，时间因 子T由系统模型模拟而定，可应用Simulink算得。进一步地，所述计算处理器内预设的函数至少部分使用根据特定反应器系统下建 立的概率统计模型经过试验获得。进一步地，所述方法还包括如果系统不能达到控制范围，通过报警装置将发出预
警信号。本发明的去除氮氧化物控制系统及其方法，相比于传统的、常规的控制系统而言，本发明控制系统根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量， 反应器出口处的氮氧化物传感器检测的反应器排出的氮氧化物含量以及反应器出口的氮 氧化物连续在线测量值和反应器出口处氨传感器检测的氨逃逸量根据传递函数计算喷氨 量，本控制系统对前馈环路具有正、负反馈修正功能，而且监测氮氧化物连续在线测量值， 能够保证达到合格的氮氧化物排放指标，本控制系统设置有两个滞后时间函数，能克服时 间滞后影响，消除出口氮氧化物和喷氨量在反应器运行中的波动；同时设置有氨逸出检测 传感器，可以避免氨逸出。
图1是现有的SCR控制系统的模拟框图。图2是本发明采用SCR进行氨-脱硝的优化控制系统的结构示意图。图3是图2所示系统的控制流程图。图4为本发明的SCR控制系统的传递函数示意图。
具体实施方式此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中 的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一 个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。此外，表示一个或多 个实施例的方法、流程图或功能框图中的单元顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构 成对本发明的限制。在本发明的一个实施例中，本发明的脱硝控制系统是应用于燃煤电厂中，该燃煤 电厂的燃烧锅炉排放出的含有氮氧化物的烟气经过本发明的脱硝控制系统处理之后排放 出达到合格氮氧化物排放标准的烟气。请参阅图2所示，本发明的脱硝控制系统包括与电厂的燃烧锅炉201连接的SCR 反应器202、在SCR反应器202的烟气进口处设置的压力、温度传感器203、进口氮氧化物 传感器204(进口 NOx传感器)、在SCR反应器202的烟气出口处设置的压力、温度传感器 205、出口氮氧化物传感器206 (出口 NOx传感器)和氨传感器207 (NH3传感器)、计算处理 器208、以及由计算处理器208控制的喷氨控制器209。下面将逐一讲述各单元的作用。SCR反应器202是提供烟气和氨进行SCR反应的场所，燃煤电厂的锅炉201产生 排放气体，该排放气体为含有氮氧化物的烟气，该排放的烟气输送至SCR反应器202，在SCR 反应器202内与氨进行反应，具体反应公式可以参考前述公式(1)-(5)，可能是其中几个公 式，也可能是全部公式。经过反应之后产生氮气和水，则达到对排放的烟气进行去除氮氧化 物(即工业上俗称的“脱硝”)的目的。在设计SCR反应器202时要考虑两个因素，一个是 反应器的空速，允许空速越高表示催化剂活性愈高，装置处理能力越大。但是，空速不能无 限提高。对于给定的装置，进料量增加时空速增大，空速大意味着单位时间里通过催化剂的 原料多，原料在催化剂上的停留时间短，反应深度浅。相反，空速小意味着反应时间长，降低 空速对于提高反应的转化率是有利的。但是，较低的空速意味着在相同处理量的情况下需 要的催化剂数量较多，反应器体积较大，在经济上是不合理的。所以，工业上空速的选择要 根据装置的投资、催化剂的活性、原料性质、产品要求等各方面综合确定。另外一个，应当尽可能使反应器内气体流场分布均勻。 SCR反应器202入口处设置的压力、温度传感器203用于采集从燃烧锅炉201排放 出的烟气的压力和温度，在SCR反应器202的出口处同样设置有压力、温度传感器205，用于 采集从SCR反应器202出口出来的排放气体的压力和温度。因为气体的压力和温度会影响 SCR反应器202中进行的反应，因此在控制时需要监控该压力和温度以便进行调节。SCR反应器202入口处设置的进口 NOx传感器204用于检测进入SCR反应器的氮 氧化物的含量N0x_in。SCR反应器202出口处设置的出口 NOx传感器206用于检测经过SCR反应器202 反应之后的排出气体中氮氧化物的含量N0x_out。因为在SCR反应器202中进行的反应，可能存在反应不完全的情况，会出现氨的逃 逸的情况，因此，在SCR反应器202的出口处设置有一个氨传感器207，用来检测SCR反应器 202中氨的逃逸量NH3_slip。所述计算处理器208根据前述SCR反应器202出口处设置的出口 NOx传感器206 检测到的排出气体中所含的氮氧化物的含量N0x_out计算排出气体的连续在线测量值 N0x_CEM,并根据SCR反应器202入口处设置的压力、温度传感器203监测的气体压力和温 度、SCR反应器出口处设置的压力、温度传感器检测的气体压力和温度、SCR反应器202入口 处设置的进口 NOx传感器204检测的进气中含的氮氧化物的含量N0x_in、SCR反应器202 出口处设置的出口 NOx传感器206检测到的排出气体中所含的氮氧化物的含量N0x_out、 排出气体的连续在线测量值N0x_CEM以及SCR反应器出口处设置的氨传感器207检测的氨 逃逸量NH3_slip这些参数，通过一个传递函数(下文讲详细讲述)计算，确定SCR反应器 202中需要的氨的量。计算处理器208实时计算出需要喷氨的数量，然后通过喷氨控制器209调节向SCR 反应器中所喷的氨的数量。如果系统经过反复调整仍不能达到控制范围，计算处理器208将输出一个预警信 号，通过报警装置(未图示)进行报警。请参阅图3所示，其显示本发明的系统的控制方法流程图。如图所示本发明的控 制系统的控制方法包括如下步骤Sl 通过设置在SCR反应器入口处的进口 NOx传感器实时检测进入SCR反应器的 氮氧化物的含量N0x_in。S2 由计算处理器根据计算处理器内预设的传递函数计算需要喷氨的数量，因为 在整个系统起始工作时，SCR反应器中的反应还没开始，各种SCR反应器出口处的反馈信息 都是0，例如氨传感器检测的氨逃逸量和出口 NOx传感器检测的排出气体中氮氧化物的含 量N0x_out都为0，计算处理器根据SCR入口处的压力传感器、温度传感器以及进口 NOx传 感器实时检测进入SCR反应器的氮氧化物的含量N0x_in，根据计算处理器内部预存的传递 函数计算一个喷氨量。S3 计算处理器计算出喷氨量之后通过喷氨控制器控制喷氨的数量。S4 锅炉排出的烟气与喷氨控制器喷出的氨在SCR反应器内进行催化还原反应。S5:设定一段滞后时间，设置一段滞后时间是因为下面需要测量SCR反应器的出 口的各个数据的参数作为反馈信息，而SCR反应器需要反应一段时间。
S6 实测SCR反应器的出口的氮氧化物的含量N0x_out。将测量到的SCR反应器 的出口的氮氧化物的含量N0X_out作为反馈信息反馈给计算处理器。S7 根据前述SCR反应器进口处的进口 NOx传感器检测到的进入反应器的氮氧化 物的含量N0x_in和SCR反应器的出口的氮氧化物的含量N0x_out，计算SCR反应器的反应效率。S8:设定一段系统滞后时间，设置这个系统时间滞后函数是因为要在系统稳定运 行一段时间之后进行计算出口的氮氧化物含量的连续在线测量值N0x_CEM。S9 通过SCR出口的出口 NOx传感器在线实测NOx浓度，根据一段时间的在线实 测NOx浓度经过积分计算平均值得到SCR出口的氮氧化物浓度含量的连续在线测量值Ν0χ_ CEM。SlO 读取预先设定的欲达到排放要求的氮氧化物连续在线测量预定值N0x_sp。Sll 将SCR出口的氮氧化物浓度含量的连续在线测量值N0x_CEM与预先设定的欲 达到排放要求的氮氧化物连续在线测量预定值N0x_sp进行比较，当连续在线测量值Ν0χ_ CEM小于欲达到排放要求的测量预定值N0x_sp时，则表示当前的喷氨量符合要求，不需要 调节。S12 当连续在线测量值N0x_CEM大于欲达到排放要求的测量预定值N0x_sp时，表 示排放的气体未达到要求，此时重新计算一个新的反馈值反馈给计算处理器。S13 通过SCR反应器出口的氨传感器检测氨的逃逸量，将氨的逃逸量反馈给计算 处理器。前述反馈参数均反馈给计算处理器，则重新执行步骤S2 计算处理器依据前述反 应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量、反应器出口处的氮氧化 物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值 的新的反馈值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依据前述传递函数重新计算
喷氨量。计算处理器计算出新的喷氨量之后通过喷氨控制器控制氨的喷放数量。(未图 示)然后循环执行步骤S3至步骤S13，直到氮氧化物连续在线测量值N0x_CEM小于欲达到 排放要求的测量预定值N0x_sp时调整结束。如果系统经过反复调整仍不能达到控制范围，计算处理器可以通过一个报警装置 输出一个预警信号(未图示)。如图4所示，前述控制系统和控制方法中计算处理器中预存的传递函数包括进口 NOx前馈函数前馈量由一前馈赠以函数f(x)和前馈控制函数构成；前馈控 制函数为简单微分单元控制C_feed ；SCR时间滞后函数，其函数形式为e-sT，时间因子T由系统模型模拟而定，例如可 应用Simulink算得；反应器的出口的氮氧化物的含量N0X_out反馈函数，氮氧化物的含量N0X_out通 过内环控制器C_in反馈给计算处理器，C_in为比例(propotional)-微分(derivative) (简记为PD)控制器，可表示为C_in(s) = KP_in+KD_in*s，KP_in, KD_in为内环比例，微 分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由模拟试验得到；系统时间滞后函数，其函数形式为e-sT，时间因子T由系统模型模拟而定，例如可应用Simulink算得；连续在线测量值N0x_CEM反馈函数，N0x_CEM反馈和N0x_CEM的预设值Ν0χ_ SP组成外环控制器(_0肚向计算处理器反馈，C_out是一个比例(propotional)-积分 (integral)-微分(derivative)(简记为 PID)控制器，可表示为:C_out(s) = KP_out+KI_ out/s+KD_out*s，KP_out, KI_out, KD_out为外环比例，积分，微分量的增益值，s为拉普拉 斯变量，由模拟试验得到；氨逃逸反馈函数，根据SCR反应器出口的氨传感器检测氨的逃逸量设定一个氨反 馈函数。其中前述传递函数中的“内环”和“外环”是指该功能在本实施例中的相对位置， 并不限定氮氧化物的含量N0X_out反馈函数必须是内环控制，连续在线测量值N0x_CEM反 馈函数必须是外环控制。前述整个控制系统的函数关系至少一部分是使用在特定的SCR系统下建立的概 率统计模型经过试验得出的。本发明控制系统及其方法根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应 器的氮氧化物含量，反应器出口处的氮氧化物传感器检测的反应器排出的氮氧化物含量以 及反应器出口的氮氧化物连续在线测量值和反应器出口处氨传感器检测的氨逃逸量根据 前述传递函数计算喷氨量，本控制系统对前馈环路具有正、负反馈修正功能，而且监测氮氧 化物连续在线测量值，能够保证达到合格的氮氧化物排放指标，本控制系统设置有两个滞 后时间函数，能克服时间滞后影响，消除出口氮氧化物和喷氨量在反应器运行中的波动；同 时设置有氨逸出检测传感器，可以避免氨逸出。本发明涉及的氨-脱硝的优化控制系统和方法，由于SCR、SNCR和SNCR-SCR这三 种方法的脱硝化学原理相似，实施例中仅列举了采用SCR进行氨-脱硝的优化控制的系统 及方法。本发明的控制系统和方法均适用于采用选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化 还原法(SNCR)、选择性非催化还原与选择性催化还原联合法(SNCR-SCR)这三种方法进行 氨-脱硝的优化控制。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式
。需要指出的是，熟悉该领域的 技术人员对本发明的具体实施方式
所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。 相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式
。
1权利要求
1.一种去除氮氧化物的控制系统，其包括 反应器；用于提供反应场所；反应器进口处的氮氧化物传感器，用于检测进入反应器的氮氧化物含量； 反应器出口处的氮氧化物传感器，用于检测从反应器排出的排放物的氮氧化物含量； 反应器出口处的氨传感器，用于检测从反应器排出氨的排放量； 计算处理器，根据反应器出口处的氨传感器采集的数据信息计算反应器出口处的氮氧 化物的连续在线测量值，并根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧 化物含量、反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应器出 口处的氮氧化物的连续在线测量值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依据传 递函数计算喷氨量；喷氨控制器，根据计算处理器计算的喷氨量控制氨的喷放。
2.如权利要求1所述的去除氮氧化物控制系统，其特征在于前述传递函数包括根据 反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量计算的前馈赠以函数 和前馈控制函数；由反应器出口处的氮氧化物传感器测得的出口处的氮氧化物实测值通过 内环控制器C_in计算的内环控制器函数；根据反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量 值和反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值预设值组成的外环控制器C_out函数；以 及根据反应器出口处的氨传感器检测的氨的含量的氨反馈函数。
3.如权利要求2所述的去除氮氧化物控制系统，其特征在于前述内环控制为 比例(propotional)-微分(derivative)控制器，可表示为C_in(s) = KP_in + KD_in*s， KP_in, KD_in为内环比例，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由模拟试验得到；前述外 环控制器(_0肚是一个比例(propotional)-积分(integral)-微分(derivative)控制器， 可表示为:C_out (s) = KP_out + KI_out/s + KD_out*s,KP_out,KI_out,KD_out 为夕卜环 比例，积分，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由模拟试验得到；前述传递函数还包括两 个时间滞后函数，一个在前述内环控制器C_in函数之前，一个在前述外环控制器C_out函 数之前，其函数形式为e-sT，时间因子T由系统模型模拟而定，可应用Simulink算得。
4.如权利要求2所述的去除氮氧化物控制系统，其特征在于所述传递函数至少部分 使用根据特定反应器系统下建立的概率统计模型经过试验获得。
5.如权利要求1所述的去除氮氧化物控制系统，其特征在于所述系统还包括一个报 警装置，如果系统不能达到控制范围，报警装置将发出预警信号。
6.一种去除氮氧化物的控制系统的方法，其包括通过设置在反应器入口处的进口氮氧化物传感器实时检测进入反应器的氮氧化物的含量；由计算处理器根据计算处理器内预设的传递函数计算需要喷氨的数量； 计算处理器计算出喷氨量之后通过喷氨控制器控制喷氨的数量； 锅炉排出的烟气与喷氨控制器喷出的氨在反应器内进行催化还原反应； 设定一段滞后时间，实测反应器的出口的氮氧化物的含量，将测量到的反应器的出口 的氮氧化物的含量作为反馈信息反馈给计算处理器；根据前述反应器进口处的进口氮氧化物传感器检测到的进入反应器的氮氧化物的含 量和反应器的出口的氮氧化物的含量计算反应器的反应效率；设定一段系统滞后时间，在系统稳定运行一段时间之后计算出口的氮氧化物含量的连 续在线测量值；读取预先设定的欲达到排放要求的氮氧化物连续在线测量预定值，将反应器出口的氮 氧化物浓度含量的连续在线测量值与预先设定的欲达到排放要求的氮氧化物连续在线测 量预定值进行比较，当连续在线测量值小于欲达到排放要求的测量预定值时，则表示当前 的喷氨量符合要求，调整结束；当连续在线测量值大于欲达到排放要求的测量预定值时，重 新计算一个新的反馈值反馈给计算处理器；通过反应器出口的氨传感器检测氨的逃逸量，将氨的逃逸量反馈给计算处理器；计算处理器依据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量、 反应器出口处的氮氧化物传感器检测的排放物的氮氧化物含量、前述反应器出口处的氮氧 化物的连续在线测量值的新的反馈值以及反应器出口处的氨传感器检测的氨排放量依据 前述传递函数重新计算喷氨量，并由喷氨控制器根据计算处理器计算的喷氨量控制氨的喷 放数量。
7.如权利要求6所述的去除氮氧化物的控制系统的方法，其特征在于前述计算处理 器内预设的传递函数包括根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧 化物含量计算的前馈赠以函数和前馈控制函数；由反应器出口处的氮氧化物传感器测得的 出口处的氮氧化物实测值通过内环控制器C_in计算的内环控制器函数；根据反应器出口 处的氮氧化物的连续在线测量值和反应器出口处的氮氧化物的连续在线测量值预设值组 成的外环控制器(_0此函数以及根据反应器出口处的氨传感器检测的氨的含量的氨反馈 函数。
8.如权利要求7所述的去除氮氧化物的控制系统的方法，其特征在于前述内环控制 为比例(propotional)-微分(derivative)控制器，可表示为:C_in(s) = KP_in +KD_in*s,KP_in,KD_in为内环比例，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由模拟试验得到； 前述外环控制器(_0肚是一个比例(propotional)-积分(integral)-微分(derivative) 控制器，可表示为:C_out (s) = KP_out + KI_out/s + KD_out*s, KP_out, KI_out, KD_out 为外环比例，积分，微分量的增益值，s为拉普拉斯变量，由模拟试验得到；计算处理器内预 设的函数还包括两个时间滞后函数，一个在前述内环控制器C_in函数之前，一个在前述外 环控制器C_out函数之前，其函数形式为e-sT，时间因子T由系统模型模拟而定，可应用 Simulink 算得。
9.如权利要求7所述的去除氮氧化物的控制系统的方法，其特征在于所述计算处理 器内预设的函数至少部分使用根据特定反应器系统下建立的概率统计模型经过试验获得。
10.如权利要求6所述的去除氮氧化物的控制系统的方法，其特征在于所述方法还包 括如果系统不能达到控制范围，通过报警装置将发出预警信号。
全文摘要
本发明提供一种氨脱硝的优化控制系统和方法，其根据反应器进口处的氮氧化物传感器检测的进入反应器的氮氧化物含量，反应器出口处的氮氧化物传感器检测的反应器排出的氮氧化物含量以及反应器出口的氮氧化物连续在线测量值和反应器出口处氨传感器检测的氨逃逸量根据一个传递函数计算喷氨量，本控制系统对前馈环路具有正、负反馈修正功能，而且监测氮氧化物连续在线测量值，能够保证达到合格的氮氧化物排放指标，本控制系统设置有两个滞后时间函数，能克服时间滞后影响，消除出口氮氧化物和喷氨量在反应器运行中的波动；同时设置有氨逸出检测传感器，可以避免氨逸出。
文档编号B01D53/90GK102000482SQ20101054535
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者张勇, 杨伟莹, 祁成柱, 董建勋, 韩庚欣, 齐共新 申请人:无锡科立泰科技有限公司