基于喷氨敏感阀锁定的scr系统自动控制方法

基于喷氨敏感阀锁定的scr系统自动控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于基于喷氨敏感阀锁定的SCR系统自动控制方法，属于燃煤锅 炉大气污染物控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 选择性催化还原脱硝（Selective Catalyst Reduction，SCR)技术基于其技术成 熟高、脱硝率高、可靠性好以及二次污染小等优势，已经成为国内外燃煤机组最广泛应用的 烟气脱硝技术。SCR烟气脱硝反应的脱硝效率直接取决于烟气中N0 X与NH3的混合匹配度(达 到理想当量比），理论上稳定状态下理想氨氮当量比可以得到较好的控制，然而SCR系统在 实际运行时会受到煤质、锅炉负荷和燃烧条件等因素的影响，系统呈现出非线性、大迟滞等 特点，这直接导致单一固定喷氨方式难以确保烟气流场中理想的氨氮当量比。
[0003] 对此，国内部分燃煤机组SCR脱硝系统已开发了喷氨自动控制技术，但此类自动控 制属于"黑箱"控制，至多加上一些前馈量的预测控制，并没有真正建立起SCR系统运行特性 与喷氨控制特性的良好匹配，不能保证SCR系统在实际运行时维持烟气中理想的氨氮混合 当量比，这直接导致催化脱硝反应效率低、喷氨量偏高，氨逃逸增加，ABS大量生产等一系列 问题。
[0004] 已公开中国发明专利CN105126616A所提出的一种基于权重阀调控的SCR系统喷氨 优化方法，实现了变负荷工况下各喷氨支管阀门开度的综合权衡，但在实际运行工况下各 喷氨阀门开度是固定不变的，难以保证变负荷工况下系统运行特性与喷氨特性的实时精确 匹配;此外该方法提出对系统运行特性的数据采集仅通过现场直接测试方式，然而因定负 荷工况测试时间需求、人力需求等因素，直接导致所能够采集得到的定负荷工况数据样本 较少，不利于摸清系统真正的运行特性。
[0005] 对此，本发明公开一种基于喷氨敏感阀锁定的SCR系统自动控制方法，综合采用现 场测试及CFD数值模拟技术全方位解析系统变负荷工况下的运行特性，同时解析各喷氨支 管阀门开度随负荷波动的敏感性变化规律，并按照敏感阀锁定原则锁定一定数量的敏感 阀，各敏感阀位置更换安装自动调节阀，最大限度保证变负荷工况下系统运行特性与喷氨 特性的实时匹配。此外，开发喷氨逻辑控制器及主副控制逻辑回路，实现单侧总调节阀及锁 定敏感阀的自动控制。该套基于喷氨敏感阀锁定的SCR系统自动控制方法，可有效应对SCR 系统所呈现出的非线性、大迟滞等特点，真正实现变负荷工况下SCR系统运行特性与喷氨控 制特性的良好匹配，变"黑箱控制"为"透明控制"，变"粗放控制"为"精确控制"，从而实现对 SCR系统喷氨的精确自动控制，显著提升SCR脱硝反应效率，节约氨用量，减少氨逃逸，有效 控制ABS的生成。

【发明内容】

[0006] 技术问题:为解决当前SCR系统喷氨技术存在的不足，本发明公开了一种基于喷氨 敏感阀锁定的SCR系统自动控制方法，基于系统运行特性全方位解析、喷氨支管阀门敏感阀 锁定、喷氨逻辑控制器开发及系统参数多级优化整定等技术手段，真正实现变负荷工况下 SCR系统运行特性与喷氨控制特性的实时匹配，变"黑箱控制"为"透明控制"，变"粗放控制" 为"精确控制"，从而实现对SCR系统喷氨的精确自动控制，显著提升SCR脱硝反应效率，节约 氨用量，减少氨逃逸，有效控制ABS的生成。
[0007] 技术方案:为实现上述目的，本发明所公开的基于喷氨敏感阀锁定的SCR系统自动 控制方法，共分为基于现场测试及CH)数值模拟技术的SCR系统变负荷工况运行特性全方位 解析、喷氨支管阀门敏感阀锁定及安装自动调节阀、喷氨逻辑控制器开发及系统参数多级 优化整定三个步骤。所述方法的具体步骤为：
[0008] 1、基于现场测试及CH)数值模拟技术的SCR系统变负荷工况运行特性全方位解析， 包括：
[0009] 11)通过测试仪器现场采集多组定负荷工况下喷氨格栅前烟道横向截面内离散测 点处的烟气"N0 X流"运行数据，在此基础上采用插值方法间接获得多组定负荷下的喷氨格 栅前烟气"N0X流"区域连续分布特性；
[0010] 12)基于CFD数值模拟技术，借助SCR系统结构尺寸及现场运行参数，建立系统全尺 寸几何模型，并开展变负荷工况下的数值模拟计算，直接获得所需定负荷工况下喷氨格栅 前烟气"N0 X流"区域连续分布特性；
[0011] 13)结合AIG自身结构型式，获得对应定负荷工况下与AIG型式相匹配的烟气"N0X 流"分区域连续分布特性；
[0012] 2、喷氨支管阀门敏感阀锁定及安装自动调节阀，包括：
[0013] 21)确定对应定负荷工况下的喷氨支管阀门权重，并解析变动负荷下各阀门权重 随负荷波动的敏感性变化规律，同时根据阀门权重与开度之间的对应关系，解析各阀门开 度随负荷波动的敏感性变化规律，获得每个阀门开度随负荷波动的具体调节特性；
[0014] 22)按照预设敏感阀锁定原则在各喷氨支管阀门中锁定一定数量的敏感阀，并在 各敏感阀位置更换安装自动调节阀；非敏感阀采用手动调节阀，手动调节阀的开度采用各 变负荷工况对应开度的平均水平；
[0015] 3、喷氨逻辑控制器开发及系统参数多级优化整定，包括：
[0016] 31)开发喷氨逻辑控制器实现SCR系统喷氨总调节阀及所述敏感阀的自动控制，并 开发主控逻辑回路和副控逻辑回路，主控逻辑回路对应总调节阀的自动控制，副控逻辑回 路对应所述敏感阀的自动控制;根据步骤1所得变负荷工况下与AIG型式相匹配的烟气"N0 X 流"分区域连续分布特性实现副控逻辑回路系统参数整定;根据SCR系统历史运行特性解析 实现主控逻辑回路系统参数整定；
[0017] 32)模拟条件下实现喷氨逻辑控制器对SCR系统喷氨的自动控制，基于自动控制效 果实现模拟条件下对主控逻辑回路系统参数和副控逻辑回路系统参数的一级优化整定；
[0018] 33)将喷氨逻辑控制器嵌入DCS系统进行现场调试运行，完成对主控逻辑回路系统 参数和副控逻辑回路系统参数的现场二级优化整定，最终实现现场运行条件下SCR系统喷 氨的精确自动控制。
[0019] 该方法适用于SCR系统AIG自动控制，可实现对SCR系统喷氨的精确自动控制，显著 提升SCR脱硝反应效率，节约氨用量，减少氨逃逸，有效控制ABS的生成。
[0020] 所述变负荷工况下的CH)数值模拟计算，首先开展与现场数据采集工况相对应的 CFD数值模拟计算工况，验证并完善CFD数学模型，随后开展任意所需定负荷工况下的CH)数 值模拟计算，为喷氨敏感阀锁定提供充足运行参考数据输入 [0021 ]所述喷氨支管阀门权重Φ确定方法具体如下：
[0023]其中：fs胃指单个喷氨支管阀门所控制烟道分区域内的"肌流"平均值；
[0024] fmean指喷氨格栅(AIG)前整个烟道截面内的"N0X流"平均值；
[0025] 若某阀门权重Φ为负，则表示该阀门所控制烟道区域内的"N0X流"平均值低于平 均水平，因此其开度应小于平均开度水平，反之亦然。
[0026] 所述各喷氨支管阀门阀门开度随负荷波动的敏感性变化规律通过数值方法获得。
[0027] 所述阀门权重与开度之间的对应关系具体表述为：
[0029] 其中：0化为某负荷工况下喷氨支管阀门i的开度；丽Γ为各喷氨支管阀门平均开 度；Φ i为某负荷工况下喷氨支管阀门i的权重;CP为压缩系数。
[0030] 所述压缩系数CP的具体定义式为：
[0032] 其中:max{AWl}为所研究所有定负荷工况下喷氨支管阀门权重间的最大极差值； 而?为各喷氨支管阀门平均开度；
[0033] 所述预设敏感阀锁定原则具体如下：
[0035]其中:0&为某喷氨支管阀门开度;MW为锅炉负荷;ε为阀门敏感性评判系数。
[0036]变负荷工况下，对于给定的阀门敏感性评判系数ε及某各阀门开度0Κ随负荷丽波 动的敏感性变化规律，若_饮叫料|抑所/Mirl} a s成立，则认为该喷氨支管阀门为敏感 阀，反之则认为是非敏感阀。
[0037] 所述喷氨逻辑控制器主控逻辑回路和副控逻辑回路，主控逻辑回路通过建立锅炉 负荷-单侧喷氨总量或总调节阀开度之间的折线函数关系式进行初步调节，同时引入锅炉 负荷、入口 N0X浓度及出口 N0X浓度前馈信号进行再调节;副控逻辑回路实现所述喷氨支管敏 感阀的自动控制，并