焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置与流程

文档序号:11240821阅读:1019来源:国知局
焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置与流程
本发明涉及冶金工业
技术领域
,具体涉及焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置。
背景技术
:焦炉排放的烟道气的主要有害成分以氮氧化物和硫化物为主,其硫化物来自于燃气中的含硫成分,氮氧化物来自于助燃空气中的氮气高温氧化。目前,可以采用湿式氨法强制湍流脱硫和强制氧化尿素脱硝一体化工艺对焦炉的烟道气进行脱硫和脱硝。其中,烟道气脱硝过程的控制目标为在保证安全运行的前提下将脱硝塔出口烟气的氮氧化物浓度控制在预设标准的限制以内,如小于150-500mg·m-3,同时还要尽可能降低臭氧和尿素的消耗量。但是,由于尿素溶液浓度不可测,烟道气脱硝过程通常保持尿素的循环量保持不变,并将臭氧发生机的输出功率作为主要操作变量。图1示例性示出了脱硫脱硝一体化装置结构,如图所示,脱硫脱硝一体化装置主要包括余热锅炉11、增压风机12、脱硫塔13、脱硝塔14、臭氧发生机15和凉水塔16。其中,余热锅炉11可以利用炼焦烟气的热量对流体加热。增压风机12可以将烟道烟气引入脱硫塔13。脱硫塔13可以用对炼焦烟气进行脱硫处理,该脱硫塔13包括吸收段131、浓缩段132、储液段133、氧化段134、气体管路135、氨水储罐136、硫酸铵循环槽137、固液分离装置138和干燥脱水装置139。脱硝塔14可以用于对炼焦烟气进行脱硝处理,该脱硝塔14包括尿素溶解槽141。臭氧发生机15可以向脱硫塔13和脱硝塔14输出臭氧。凉水塔16可以用于降低脱硫塔13中工艺水的水温。脱硝塔14中涉及的化学反应主要包括:进一步地,焦炉通常采用换向操作提高热量的利用率,具体为通过换向传动装置对包含煤气/空气的上升气流,以及包含废气的下降气流进行方向变换:例如,换向前下降气流蓄热室可以吸收下降气流的热量,上升气流蓄热室可以为上升气流预热;换向后原下降气流流经的蓄热室开始为原上升气流预热,原上升气流流经的蓄热室开始吸收原下降气流的热量。图2示例性示出了焦炉换向期间气流变化状态,如图所示,焦炉由下降转为上升的换向过程主要包括三个阶段:第一阶段(1~15.8s)烟道气正常流通;第二阶段(15.9~24.9s)关闭烟道气流通并在24.9s时完全关闭,且(21.9~30.8s)打开空气管路并在30.8s时完全打开空气管路;第三阶段(31.6~46.6s)打开煤气管路。焦炉由上升转为下降的换向过程中也主要包括三个阶段:第一阶段(1~15s)开闭煤气管路并在15s时完全关闭煤气管路;第二阶段(15.8~24.9s)打开空气管路并在24.9s时完全打开空气管路,且(21.9~30.8s)打开烟道气管路并在30.8s时完全打开烟道气管路;第三阶段(31.6~46.6s)维持烟道气正常流通。但是,在上述换向过程中烟道气成分会呈现大幅度波动,臭氧发生机的操作人员无法根据烟道气成分的波动情况及时且准确的调节臭氧发生机的输出功率,并且臭氧发生机的耗电成本较大,若在上述换向过程不对臭氧发生量进行调节,令其始终处于非换向时的输出功率运行状态,将会造成能源的巨大浪费并增大运营成本。同时,脱硫脱硝装置的烟道气的入口和出口相距较远,烟道气的浓度检测过程存在较大滞后,若采用常规的反馈控制,可能造成臭氧发生机控制不及时,引起出口处烟道气浓度超标。技术实现要素:为了解决现有技术中的上述问题,即为了解决焦炉烟道气的脱硫脱硝设备内臭氧发生机无法在焦炉换向过程中灵活调节臭氧发生量的技术问题,本发明提供了一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法及装置。第一方面,本发明中一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法的技术方案是:所述方法包括:依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值c'和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值cset,调节所述脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量:若c'≥cset,则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,确定第一前馈调节策略并依据所述第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量;若c'<cset,则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,确定第二前馈调节策略并依据所述第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量;其中,所述原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第一前馈调节策略和第二前馈调节策略均包括如下式所示的前馈控制传递函数:其中,所述gpc为预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数,所述gout为预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第二前馈调节策略还包括:在焦炉换向过程的δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量,在δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行,在δt2时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行;其中,所述δt1为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时开始下降的时刻之间的时间间隔;所述δt2为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值cset的时刻之间的时间间隔。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述确定第二前馈调节策略之前,还包括按照下式计算焦炉换向过程的δt1时段和δt2时段,具体为:其中,所述ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,i=1,2,...,n,n为预设炼焦工况的总数;所述为在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数,t为时间变量;所述δt3为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至最小值的时刻,及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值cset的时刻之间的时间间隔;t为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的宽度。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量之前,还包括按照下述步骤确定在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,具体为:依据预设非参数统计模型,计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α2;其中,所述非参数统计模型为不同炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的关系模型;依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第一时域响应函数和损失幅度α2,构建第一参数辨识方程;优化所述第一参数辨识方程,得到所述氮氧化物浓度扰动模型的模型参数wout;所述氮氧化物浓度扰动模型为所述s为复变量。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第一参数辨识方程如下式所示:其中,为预设第一时域响应函数,所述hout为脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值;所述t总out为焦炉换向过程中烟道气的波动时间;所述σout为预设的响应裕度;所述tout为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述氮氧化物浓度的损失幅度α2如下式所示:α2=d-d′所述d={d1(θ,ε),d2(θ,ε)...di(θ,ε)...dn(θ,ε)},di(θ,ε)为第i个预设炼焦工况下脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度稳定值,i=1,2,...,n,n为预设炼焦工况的总数;所述θ=θ(cp,v,o3,l)为预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的稳定工作点,所述cp为预设炼焦工况p下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,所述v为脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的流速,所述o3为单位时间内臭氧输入总量,l为尿素循环量;所述ε为预设影响因子。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量之前,还包括按照下述步骤确定在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,具体为:获取不同炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度的损失幅度,依据所述各损失幅度并采用多项式拟合方法,构建损失函数;依据所述损失函数,计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α1;依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数和损失幅度α1,构建第二参数辨识方程;优化所述第二参数辨识方程,得到所述氮氧化物浓度扰动模型的模型参数win;所述氮氧化物浓度扰动模型为所述s为复变量。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第二参数辨识方程如下式所示:其中,为预设第二时域响应函数,所述hin为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值;所述t总in为焦炉换向过程中烟道气的波动时间;所述σin为预设的响应裕度;所述tin为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述氮氧化物浓度的损失幅度α1如下式所示:所述c={c1,c2...ci...cn},ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,i=1,2,...,n,n为预设炼焦工况的总数;所述c'={c′1,c′2...c′i...c′n},c′i为第i个预设炼焦工况下原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值。第二方面,本发明中一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制装置的技术方案是:所述系统包括:第一控制模块,配置为在c'≥cset时依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,确定第一前馈调节策略并依据所述第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量;第二控制模块,配置为在c'<cset时依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,确定第二前馈调节策略并依据所述第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量;其中,所述c'为原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值,所述cset为脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值,所述原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第一前馈调节策略和第二前馈调节策略均包括如下式所示的前馈控制传递函数:其中,所述gpc为预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数,所述gout为预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型。进一步地,本发明提供的一个优选技术方案为:所述第二控制模块包括:第一控制子单元,配置为在焦炉换向过程的δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量;第二控制子单元,配置为在焦炉换向过程的δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行;第三控制子单元,配置为在焦炉换向过程的δt2时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行;其中,所述δt1为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时开始下降的时刻之间的时间间隔;所述δt2为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值cset的时刻之间的时间间隔。与现有技术相比,上述技术方案至少具有以下有益效果:1、本发明提供的一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法,可以根据不同的氮氧化物浓度采取不同的前馈控制策略,调节臭氧发生机的臭氧输出量,极大地降低了臭氧发生机的运行成本。2、本发明提供的一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制装置,其第一控制模块和第二控制模块可以根据不同的氮氧化物浓度分别采取不同的前馈控制策略,调节臭氧发生机的臭氧输出量,极大地降低了臭氧发生机的运行成本。附图说明图1是脱硫脱硝一体化装置结构示意图;图2是焦炉换向期间气流变化状态示意图;图3是本发明实施例中焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法实施流程图;图4是本发明实施例中焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度曲线图;图5是本发明实施例中焦炉换向过程中不同氮氧化物浓度设定值下的浓度曲线图;图6是本发明实施例中焦炉换向过程中原始氮氧化物浓度的损失幅度拟合曲线图;图7是本发明实施例中焦炉换向过程中原始氮氧化物浓度的拟合曲线的建模效果图;图8是本发明实施例中焦炉换向时脱硝过程中氮氧化物浓度的浓度损失与臭氧关系示意图;图9是本发明实施例中焦炉换向时脱硝过程中氮氧化物浓度的拟合曲线的建模效果图;图10是本发明实施例中一种工况下焦炉换向过程中臭氧前馈控制输出曲线示意图;图11是图10所示工况下单次焦炉换向过程中节省的臭氧输出量示意图;图12是本发明实施例中另一种工况下焦炉换向过程中臭氧前馈控制输出曲线示意图;其中,11:余热锅炉;12:增压风机;13:脱硫塔;131:吸收段;132:浓缩段;133:储液段;134:氧化段;135:气体管路;136:氨水储罐;137:硫酸铵循环槽;138:固液分离装置;139:干燥脱水装置;14:脱硝塔;141:尿素溶解槽;15:臭氧发生机;16:凉水塔;211:未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度曲线;212:第二工况下烟道气的氮氧化物浓度曲线;213:第一工况下烟道气的氮氧化物浓度曲线;311:未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度实测数据;312:未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度拟合曲线;411:第一工况下脱硝过程中氮氧化物浓度损失度曲线;412:第二工况下脱硝过程中氮氧化物浓度损失度曲线;413:第一工况下脱硝过程中氮氧化物浓度损失度曲线;511:脱硝过程中烟道气氮氧化物浓度实测数据;512:脱硝过程中烟道气氮氧化物浓度拟合曲线。具体实施方式下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是,这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理,并非旨在限制本发明的保护范围。焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度发生周期性波动,而在脱硫脱硝装置的脱硝过程中臭氧浓度并不能跟随氮氧化物浓度的变化进行调整,同时由于脱硫脱硝装置的入口和出口相距较远,烟道气的氮氧化物浓度检测过程存在较大的之后,也不利于臭氧浓度的调节。基于此,本发明提供了一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法,采用前馈调节策略对臭氧浓度进行动态调节,消除扰动影响。下面结合附图对本发明实施例中焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法进行说明。本实施例中焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法可以依据原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值c'和脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度设定值cset,调节脱硫脱硝装置内臭氧发生机的臭氧输出量。其中,原始烟道气为经焦炉排出的且未进入脱硫脱硝装置的烟道气。图3示例性示出了本实施例中焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法实施流程,如图所示,本实施例中可以按照下述步骤进行调节臭氧发生机的臭氧输出量:步骤s101:若c'≥cset,则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,确定第一前馈调节策略并依据第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量。本实施例中第一前馈调节策略包括如下式(1)所示的前馈控制传递函数,具体为:公式(1)中各参数含义为:gpc为预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数,gout为预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型。本实施例中可以依据预设炼焦工况下臭氧发生机的输出量与脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度,分析得到预设炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数。本实施例中可以按照下述步骤确定预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,具体为:1、依据预设非参数统计模型,计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α2;其中,非参数统计模型为不同炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的关系模型。图8示例性示出了本实施例中三种炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的关系模型,如图所示,曲线411为第一工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的浓度损失度曲线,曲线412为第二工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的浓度损失度曲线,曲线413为第一工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的浓度损失度曲线。2、依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第一时域响应函数和损失幅度α2,构建第一参数辨识方程。其中,预设第一时域响应函数如下式(2)所示:公式(2)中各参数含义为:hout为脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值,tout为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间,wout为氮氧化物浓度扰动模型的模型参数。损失幅度α2如下式(3)所示:α2=d-d(3)公式(3)中各参数含义为:所述d={d1(θ,ε),d2(θ,ε)...di(θ,ε)...dn(θ,ε)},di(θ,ε)为第i个预设炼焦工况下脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度稳定值,i=1,2,...,n,n为预设炼焦工况的总数。θ=θ(cp,v,o3,l)为预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的稳定工作点,cp为预设炼焦工况p下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,v为脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的流速,o3为单位时间内臭氧输入总量,l为尿素循环量;ε为预设影响因子。其中,臭氧输入总量o3为臭氧发生机的臭氧浓度与脱硫脱硝装置内臭氧流量的乘积,脱硫脱硝装置内臭氧流量包括脱硫塔和脱硝塔两部分的臭氧流量。预设影响因子ε可以包括尿素溶液浓度、氮氧化物浓度采集设备的误差、环境影响因素等不可测、不可控的因素。第一参数辨识方程如下式(4)所示:公式(4)中各参数含义为:t总out为焦炉换向过程中烟道气的波动时间,σout为预设的响应裕度。3、优化第一参数辨识方程,得到氮氧化物浓度扰动模型的模型参数wout。本实施例中利用信任域迭代优化算法分别获取不同响应裕度σout下第一参数辨识方程解,并依据所获取的多个第一参数辨识方程解确定最优解,该最优解对应的氮氧化物浓度扰动模型与氮氧化物浓度实测曲线的拟合程度最高,因此可以依据该最优对应的模型参数wout构建氮氧化物浓度扰动模型,具体地可以如下式(5)所示:公式(5)中参数s的含义为复变量。图9示例性示出了本实施例中脱硝过程中氮氧化物浓度扰动模型的建模效果图,如图所示,曲线511为脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度实测数据曲线,曲线512为脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度拟合曲线,经计算可得实测曲线与拟合曲线的均方根误差为20.1178,平均相对误差为4.52%。步骤s102:若c'<cset,则依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,确定第二前馈调节策略并依据第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量。本实施例中第二前馈调节策略包括如公式(1)所示的前馈控制传递函数,具体地,第二前馈调节策略还可以包括下述调节方式:1、在焦炉换向过程的δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量。其中,δt1为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及脱硝过程中烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时开始下降的时刻之间的时间间隔。2、在焦炉换向过程的δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行。其中,δt2为原始烟道气的氮氧化物浓度在焦炉换向时下降至氮氧化物浓度设定值cset的时刻,及由下降再次上升恢复至氮氧化物浓度设定值cset的时刻之间的时间间隔。3、在焦炉换向过程的δt2时段以后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行。图5示例性示出了本实施例中炼焦换向过程中不同氮氧化物浓度设定值下的浓度曲线,如图所示,曲线211为未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度曲线;212为第二工况下烟道气的氮氧化物浓度曲线,即c'≥cset时烟道气的氮氧化物浓度曲线;曲线213为第一工况下烟道气的氮氧化物浓度曲线,即c'<cset时烟道气的氮氧化物浓度曲线。δt1时段为曲线212开始下降时刻,及曲线211下降至cset时之间的时间间隔;δt2时段为曲线211下降至cset的时刻,及曲线211由下降再次恢复至cset的时之间的时间间隔。本实施例中可以按照上述确定预设炼焦工况下脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的方法确定,c'<cset时在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,为了描述方便和简洁,在此不再赘述。进一步地,本实施例中可以按照下述步骤确定在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,具体为:1、获取不同炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度的损失幅度,依据各损失幅度并采用多项式拟合方法,构建损失函数。图6示例性示出了本实施例中炼焦换向期间原始烟道气的氮氧化物浓度损失幅度拟合曲线,即损失函数。2、依据损失函数,计算预设炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α1。图4示例性示出了本实施例中焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度曲线,如图所示,α1为焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度。3、依据氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数和损失幅度α1,构建第二参数辨识方程。其中,预设第二时域响应函数如下式(6)所示:公式(6)中各参数含义为:hin为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的幅值,tin为焦炉换向过程中烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值的时间,win为氮氧化物浓度扰动模型的模型参数。损失幅度α1如下式(7)所示:α1=c-c′(7)公式(7)中各参数含义为:c={c1,c2...ci...cn},ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,i=1,2,...,n,n为预设炼焦工况的总数;c'={c′1,c′2...c′i...c′n},c′i为第i个预设炼焦工况下原始烟道气在焦炉换向过程中氮氧化物浓度平均最低值。第二参数辨识方程如下式(8)所示:公式(8)中各参数含义为:t总in为焦炉换向过程中烟道气的波动时间,σin为预设的响应裕度。4、优化第二参数辨识方程,得到氮氧化物浓度扰动模型的模型参数win。本实施例中利用信任域迭代优化算法分别获取不同响应裕度σin下第二参数辨识方程解,并依据所获取的多个第二参数辨识方程解确定最优解,该最优解对应的氮氧化物浓度扰动模型与氮氧化物浓度实测曲线的拟合程度最高,因此可以依据该最优对应的模型参数σin构建氮氧化物浓度扰动模型,具体地可以如下式(9)所示:公式(9)中参数s的含义为复变量。图7示例性示出了本实施例中原始烟道气氮氧化物浓度扰动模型的建模效果图,如图所示,曲线311为未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度实测数据曲线,曲线312为未经脱硫脱硝的原始烟道气的氮氧化物浓度拟合曲线,经计算可得实测曲线与拟合曲线的均方根误差为13.6039,平均相对误差为3.20%。进一步地,本实施例中可以按照下式(10)计算焦炉换向过程的δt1时段和δt2时段,具体为:公式(10)中各参数含义为:ci为第i个预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度,i=1,2,.n.,.,n为预设炼焦工况的总数;为在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的预设第二时域响应函数,t为时间变量,t为原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的宽度。上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述,但是本领域技术人员可以理解,为了实现本实施例的效果,不同的步骤之间不必按照这样的次序执行,其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行,这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。进一步地,本发明实施例的一个焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制方法的优选技术方案中,焦炉换向间隔为30min,焦炉换向过程中原始烟道气的氮氧化物浓度下降至最低值均为40s,焦炉换向过程中氮氧化物浓度的波动时间为800s。具体地,本实施例中可以按照下述步骤构建在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型:通过上述焦炉换向参数可以确定:原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的脉冲周期为1800s、宽度为40s,焦炉换向过程中烟道气的波动时间t总in为800s。由图6可以得到在焦炉换向过程中原始烟道气的实测数据如表1所示:表1数据序号横坐标纵坐标数据序号横坐标纵坐标140021914500285240222115597356345722916619355445023917612369544723518600351646023719585348747826120573338847526521579350947325822115958110481266231133570115122892411545511250329025116257613500279261083528采用多项式拟合法可以得到系数矩阵如下式(11)所示:p=[-4.6×10-41.193-197.888](11)通过公式(11)可以得到二次回归损失函数为:f1(c)=p1×c2+p2×c+p3(12)本实施例中设定当前炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度c=475mg/m3,进而依据公式(12)可以得到当前炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α1=265。依据公式(8)和损失幅度α1=265构建第二参数辨识方程,并设定响应裕度σin∈(0,10],σin∈r+。本实施例中以σin=0.5为步长,并利用信任域迭代优化算法计算分别获取不同响应裕度σin下第二参数辨识方程解,并依据所获取的多个第二参数辨识方程解确定最优解,经计算可得当σin=5时第二参数辨识方程解为最优解,相应地,可以得到hin=-1330,win=180。最后,依据上述数据可以得到在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型氮氧化物浓度扰动模型为具体地,本实施例中可以按照下述步骤构建在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型:通过上述焦炉换向参数可以确定:脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型的脉冲函数的脉冲周期为1800s、宽度为40s,焦炉换向过程中烟道气的波动时间t总out为800s。本实施例中经测量可以得到如图8所示的三种不同炼焦工况下脱硝过程中氮氧化物浓度的损失幅度与臭氧浓度的非参数统计模型。设定当前炼焦工况下脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度c=475mg/m3,当前炼焦工况下焦炉换向过程中氮氧化物浓度的损失幅度α2。本实施例中设定单位时间内臭氧输入总量o3=50kg·h-1,尿素循环量l=150m3·h-1,脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的流速v=10.8~11.3m·s-1,进而依据公式(4)可以构建第一参数辨识方程,并设定响应裕度σout∈(0,10],σout∈r+。本实施例中以σout=0.5为步长,并利用信任域迭代优化算法计算分别获取不同响应裕度σout下第一参数辨识方程解,并依据所获取的多个第一参数辨识方程解确定最优解,经计算可得当σout=5时第一参数辨识方程解为最优解,相应地,可以得到hout=-530.331,wout=127.299。最后,依据上述数据可以得到在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型为具体地,本实施例中依据当前炼焦工况下臭氧发生机的臭氧输出量与脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度,分析得到当前炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数为进而依据上述数据可以确定在c'≥cset时的第一前馈调节策略的前馈控制传递函数如下式(13)所示:依据公式(13)所示的前馈控制传递函数构建前馈控制器,并利用该前馈控制器对臭氧发生机的臭氧输出量进行调节。图10示例性示出了本实施例中炼焦换向期间臭氧前馈控制输出曲线,图11示例性示出了单次炼焦换向期间节省的臭氧输出量。常规控制策略中臭氧输出量保持最高值,因此图11中所示阴影部分的面积即为单次换向过程节省的臭氧量。本实施例中臭氧发生机采用国林公司变频控制的空气源cf-g-2-50型机组,其运行参数如下表2所示:表2单日节省的成本如下式(14)所示:s=q×p×w电×k(14)公式(14)中各参数含义为:w电为工业电价;p为臭氧发生机的功率;k为单日内焦炉的换向次数;q为节省的臭氧量。本实施例中设定w电=0.8元/kwh;焦炉换间隔为30min,则k=48;通过数值积分法计算图11中阴影部分的面积,得到q=0.930,1进而依据公式(14)可以得到单日节省的成本s=607.17元。具体地,本实施例中依据当前炼焦工况下臭氧发生机的臭氧输出量与脱硫脱硝装置排出烟道气的氮氧化物浓度,分析得到当前炼焦工况下臭氧发生机的控制通道传递函数为进而依据上述数据可以确定在c'<cset时的第二前馈调节策略的前馈控制传递函数如下式(15)所示:依据公式(10)可以计算得到δt1=25.4s、δt2=129.3s、δt3=114.7s。进而可以得到第二前馈调节策略为:在焦炉换向过程的25.4s时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量,在129.3s时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行,在129.3s时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行。图12示例性示出了本实施例中炼焦换向期间臭氧前馈控制输出曲线,采用上述实施例中单日节省的成本的计算方法,可以得到本实施例中单日节省的成本为996.89元。基于与方法实施例相同的技术构思,本发明实施例还提供一种焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制系统。本实施例中焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制系统可以包括第一控制模块和第二控制模块。其中,第一控制模块可以配置为在c'≥cset时依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型,确定第一前馈调节策略并依据第一前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量。第二控制模块可以配置为在c'<cset时依据在预设炼焦工况下脱硫脱硝装置的脱硝过程中的氮氧化物浓度扰动模型和在脱硫脱硝装置入口处原始烟道气的氮氧化物浓度扰动模型,确定第二前馈调节策略并依据第二前馈调节策略调节臭氧发生机的臭氧输出量。进一步地,本实施例中第一前馈调节策略和第二前馈调节策略均包括如公式(1)所示的前馈控制传递函数。进一步地,本实施例中第二控制模块可以包括第一控制子单元、第二控制子单元和第三控制子单元。其中,第一控制子单元可以配置为在焦炉换向过程的δt1时段内依据前馈控制传递函数调节臭氧发生机的臭氧输出量。第二控制子单元可以配置为在焦炉换向过程的δt2时段内关闭臭氧发生机或控制臭氧发生机按照小于预设功率阈值的第一功率运行。第三控制子单元可以配置为在焦炉换向过程的δt2时段后控制臭氧发生机按照预设稳态功率运行。上述节能控制系统实施例可以用于执行上述节能控制方法实施例,其技术原理、所解决的技术问题及产生的技术效果相似,所属
技术领域
的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的节能控制系统的具体工作过程及有关说明,可以参考前述节能控制方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。本领域技术人员可以理解,上述焦炉烟道气强制氧化脱硝过程的节能控制系统还包括一些其他公知结构,例如检测元件、变送器、执行器、控制器、plc和dcs等工业自动化装置。本领域技术人员可以理解,可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在本申请的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现,或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现,或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解,可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本发明实施例的服务器、客户端中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如,pc程序和pc程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在pc可读介质上,或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到,或者在载体信号上提供,或者以任何其他形式提供。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。至此,已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。当前第1页12
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