一种循环流化床锅炉脱硝自动控制装置及其方法与流程

本发明涉及一种自动控制装置及其自动控制方法，具体涉及一种循环流化床锅炉脱硝自动控制装置及其自动控制方法。

背景技术：

随着我国对环保要求越来越高及环保电价政策的出台，使得电厂对绿色环保节能越来越重视，该厂采用尿素溶液法脱硝，双机双变频互为备用，通过调节器调节阀门开度改变尿素溶液流量达到脱硝的目的。

该厂在未采用NOx排放量自动控制之前，主要依靠运行人员手动调整尿素溶液调节阀开度，来调整与NOx反应的尿素溶液量。由于输送泵距离炉膛较远，且循环流化床本身具有纯迟延、大惯性的燃烧特性，所以手动控制滞后，无法将NOx排放量控制在环保要求值之内，或存在NOx排放量控制稳定但尿素溶液严重过投的现象。面对环保方面越来越大的压力，该厂通常是通过过投尿素溶液来控制NOx，但由此造成该厂经济性出现下滑。图1为未投自动时的趋势图。

从图1中可以看出，当负荷发生变动或尿素溶液压力发生变化时，NOx排放量发生波动，最高波动到190mg/m³，最低则到40mg/m³，这时运行人员既要调整尿素溶液压力，使其在给定值；同时还要操作尿素溶液调节阀，控制NOx排放量在允许范围内，操作量较大，但控制效果并不好，响应速度相对较慢。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种循环流化床锅炉脱硝自动控制装置及其自动控制方法。

为了达到上述的目的，本发明采用以下技术方案实现：一种循环流化床锅炉脱硝自动控制装置，其包括NOx排放量控制模块，所述NOx排放量控制模块包括PID控制器一、加法器一、三个函数运算单元、加法器二；采用所述循环流化床锅炉的NOx设定值与NOx测量值作为所述PID控制器一的输入，利用所述PID控制器一对NOx设定值与NOx测量值的偏差值进行调节，将所述偏差值控制在所述循环流化床锅炉的允许范围内，所述PID控制器一的输出送入所述加法器一；所述三个函数运算单元分别对所述循环流化床锅炉的机组负荷、反应区域温度、含氧量进行经验函数运算，并通过所述加法器二累加后作为所述加法器一的前馈；所述加法器一输出指令一以控制所述循环流化床锅炉的NOx调节阀的开度。

作为上述方案的进一步改进，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制装置还包括尿素溶液压力控制模块，所述尿素溶液压力控制模块包括PID控制器二；所述PID控制器二接收所述循环流化床锅炉的尿素溶液压力测量值和尿素溶液压力设定值并输出指令二以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液输送泵在输送过程中的尿素溶液压力。

作为上述方案的进一步改进，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制装置还包括尿素溶液浓度控制模块，所述尿素溶液浓度控制模块包括PID控制器三、加法器三、除法器、乘法器；所述加法器三累加所述循环流化床锅炉的原尿素溶液浓度和需要的尿素溶液浓度，并输入所述除法器内；所述除法器接收所述需要的尿素溶液浓度作为除法因子，并输入所述乘法器内，所述乘法器接收所述循环流化床锅炉当前的尿素溶液流量作为乘法因子，并输入所述PID控制器三；所述PID控制器三还接收一个给定参数即稀释水流量测量值，并输出指令三以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液调节阀的开度。

本发明还提供一种循环流化床锅炉脱硝自动控制方法，其包括以下步骤：

一、NOx排放量控制

对所述循环流化床锅炉的NOx设定值与NOx测量值的偏差值进行调节，将相应偏差值控制在所述循环流化床锅炉的允许范围内；

分别对所述循环流化床锅炉的机组负荷、反应区域温度、含氧量进行经验函数运算作为累加时的前馈；

在所述偏差值上累加所述前馈形成指令一以控制所述循环流化床锅炉的NOx调节阀的开度。

作为上述方案的进一步改进，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制方法还包括以下步骤：

二、尿素溶液压力控制

对所述循环流化床锅炉的尿素溶液压力测量值和尿素溶液压力设定值的偏差值进行调节；

尿素溶液压力控制步骤的偏差值形成指令二以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液输送泵在输送过程中的尿素溶液压力。

作为上述方案的进一步改进，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制方法还包括以下步骤：

三、尿素溶液浓度控制

累加所述循环流化床锅炉的原尿素溶液浓度和需要的尿素溶液浓度，得到累加值一；

所述累加值一将所述需要的尿素溶液浓度作为除法因子得到商，

所述商将所述循环流化床锅炉当前的尿素溶液流量作为乘法因子得到积；

对一个给定参数即稀释水流量测量值和所述积的偏差值进行调节；

尿素溶液浓度控制步骤的偏差值形成指令三以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液调节阀的开度。

本发明已经在该厂内部试运行了一段时间，并期待能够走向市场，走出本厂为更多的企业服务。本发明在采用了上述NOx排放量自动控制技术后，从经济效应、人力资源配置、节能环保及推广性等方面都卓有成效。在经济效应方面，单台机组尿素用量由平均每日16吨下降至11吨，以每吨2000元计算，两台机组每天大概节省2万元，一年大概节省约700万元，提高了该厂的经济性；在人力资源利用方面，减少了运行人员操作量，提高了运行人员监盘效率，节约该厂人力成本；节能减排方面，脱硝自动有效的控制了该电厂氮氧化物排放，对建设绿色环保电厂起到了极大作用，收到了良好的社会效应，同时极大的节约了尿素用量；自对该控制系统优化至今，运行效果良好，确保了NOx的达标排放，该自动控制技术极具推广性，可在其他同类电厂推广使用。

附图说明

图1为循环流化床锅炉没有采用本发明的循环流化床锅炉脱硝自动控制装置时的各项指标的趋势图。

图2为本发明循环流化床锅炉脱硝自动控制装置的NOx排放量控制模块的结构图。

图3为本发明循环流化床锅炉脱硝自动控制装置的尿素溶液压力控制模块的结构图。

图4为本发明循环流化床锅炉脱硝自动控制装置的尿素溶液浓度控制模块的结构图。

图5为本发明尿素溶液压力控制效果图。

图6为本发明尿素溶液浓度控制效果图。

图7为本发明NOx排放量控制效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图2，本发明的循环流化床锅炉脱硝自动控制装置包括NOx(氮氧化物)排放量控制模块。所述NOx排放量控制模块包括：PID控制器一1；加法器一2；三个函数运算单元3；加法器二4。

采用所述循环流化床锅炉的NOx设定值与NOx测量值作为PID控制器一1的输入，利用PID控制器一1对NOx设定值与NOx测量值的偏差值进行调节，将所述偏差值控制在所述循环流化床锅炉的允许范围内。PID控制器一1的输出送入加法器一2；三个函数运算单元3分别对所述循环流化床锅炉的机组负荷、反应区域温度、含氧量进行经验函数运算，并通过所述加法器二4累加后作为所述加法器一2的前馈。加法器一2输出指令一以控制所述循环流化床锅炉的NOx调节阀100的开度。

相应的循环流化床锅炉脱硝自动控制方法包括以下步骤：

一、NOx排放量控制

对所述循环流化床锅炉的NOx设定值与NOx测量值的偏差值进行调节，将相应偏差值控制在所述循环流化床锅炉的允许范围内；

分别对所述循环流化床锅炉的机组负荷、反应区域温度、含氧量进行经验函数运算作为累加时的前馈；

在所述偏差值上累加所述前馈形成指令一以控制所述循环流化床锅炉的NOx调节阀100的开度。

实施例2

请参阅图3，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制装置除了包括实施例1的NOx排放量控制模块，还包括尿素溶液压力控制模块。

尿素溶液压力控制模块包括PID控制器二5。PID控制器二5接收所述循环流化床锅炉的尿素溶液压力测量值和尿素溶液压力设定值并输出指令二以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液输送泵101在输送过程中的尿素溶液压力。

同理，相应的循环流化床锅炉脱硝自动控制方法还包括以下步骤：

二、尿素溶液压力控制

对所述循环流化床锅炉的尿素溶液压力测量值和尿素溶液压力设定值的偏差值进行调节；

尿素溶液压力控制步骤的偏差值形成指令二以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液输送泵101在输送过程中的尿素溶液压力。

实施例3

请参阅图4，所述循环流化床锅炉脱硝自动控制装置除了包括实施例2的NOx排放量控制模块和尿素溶液压力控制模块，还包括尿素溶液浓度控制模块。

所述尿素溶液浓度控制模块包括PID控制器三6、加法器三7、除法器8、乘法器9。加法器三7累加所述循环流化床锅炉的原尿素溶液浓度和需要的尿素溶液浓度，并输入所述除法器8内。所述除法器8接收所述需要的尿素溶液浓度作为除法因子，并输入所述乘法器9内，所述乘法器9接收所述循环流化床锅炉当前的尿素溶液流量作为乘法因子，并输入所述PID控制器三6。PID控制器三6还接收一个给定参数即稀释水流量测量值，并输出指令三以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液调节阀102的开度。

同理，相应的循环流化床锅炉脱硝自动控制方法还包括以下步骤：

三、尿素溶液浓度控制

累加所述循环流化床锅炉的原尿素溶液浓度和需要的尿素溶液浓度，得到累加值一；

所述累加值一将所述需要的尿素溶液浓度作为除法因子得到商，

所述商将所述循环流化床锅炉当前的尿素溶液流量作为乘法因子得到积；

对一个给定参数即稀释水流量测量值和所述积的偏差值进行调节；

尿素溶液浓度控制步骤的偏差值形成指令三以控制所述循环流化床锅炉的尿素溶液调节阀102的开度。

结合以上三个实施例可知，本发明可以总结如下。

1、主要设计思想

通过对机组正常运行进行分析和理论研究，可得到NOx的生成与煤炭燃烧方式、燃烧温度、过量空气系数、和烟气在炉内停留时间等因素密切相关。则影响尿素溶液与NOx反应的影响因素主要有尿素溶液量、反应区域温度、含氧量、投煤量。由于给煤量是根据机组AGC指令经锅炉主控运算后得出的，在NOx排放的同时，尿素溶液调节阀开度做出调整，向炉膛输送对应的尿素溶液量和NOx进行化学反应。

所以NOx排放量的主体控制思路就是用NOx设定值与测量值作为PID输入，给煤量、含氧量及反应区域温度作为前馈。当机组负荷、含氧量等发生变化时，根据对应的所总结经验函数曲线适当调整调节阀开度，而不需要等NOx发生变化后再进行调整，当NOx测量值与设定值有一定偏差时，利用PID调节器再进行调节。这种控制方式能够快捷、高效、动态的控制NOx排放量。

2、控制原理图

如图2所示的NOx排放量控制原理图，如图3所示的尿素溶液压力控制原理图，图4所示的尿素溶液浓度控制原理图。

为控制尿素溶液压力在给定值，所采取控制策略如图4所示，因影响尿素溶液压力波动因素较少，故采用单回路控制系统来控制尿素溶液压力。图3为尿素溶液浓度控制，通过设定所需尿素溶液浓度后，通过一系列计算，算出所需稀释水流量，与稀释水流量测量值送入PID控制器，控制稀释水调节阀来调节稀释水流量，从而达到控制尿素溶液浓度的目的。图2为NOx自动控制原理图，当机组负荷、含氧量等因素发生变化时，经验函数运算直接送到指令输出，从而快速、高效控制NOx的扰动；于此同时利用PID控制器对偏差值进行调节，将其控制在允许范围内。

3、改造后效果

在NOx自动控制调试中，完成了对其逻辑参数的修改，经过调试和不断优化取得了很好的控制品质。如图5、图6、图7为自动控制投用后的趋势图：图5为尿素溶液压力控制效果图；图6为尿素溶液浓度控制效果图；图7为NOx排放量控制效果图。

从图5可以看出尿素溶液压力波动不是很大，当有轻微扰动时，PID控制器会立即发出指令，将压力控制在设定值。图6反应了尿素溶液浓度良好的控制效果，当操作员根据运行需要对浓度进行调整时，PID会及时作出调整，使稀释水流量在给定范围内。图7显示了本控制策略良好的控制效果，无论机组稳定运行抑或变负荷运行，NOx总能够控制在设定值范围内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。