本發(fā)明涉及一種自動控制裝置及其自動控制方法，具體涉及一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置及其自動控制方法。

背景技術：

隨著我國對環(huán)保要求越來越高及環(huán)保電價政策的出臺，使得電廠對綠色環(huán)保節(jié)能越來越重視，該廠采用尿素溶液法脫硝，雙機雙變頻互為備用，通過調節(jié)器調節(jié)閥門開度改變尿素溶液流量達到脫硝的目的。

該廠在未采用NOx排放量自動控制之前，主要依靠運行人員手動調整尿素溶液調節(jié)閥開度，來調整與NOx反應的尿素溶液量。由于輸送泵距離爐膛較遠，且循環(huán)流化床本身具有純遲延、大慣性的燃燒特性，所以手動控制滯后，無法將NOx排放量控制在環(huán)保要求值之內，或存在NOx排放量控制穩(wěn)定但尿素溶液嚴重過投的現象。面對環(huán)保方面越來越大的壓力，該廠通常是通過過投尿素溶液來控制NOx，但由此造成該廠經濟性出現下滑。圖1為未投自動時的趨勢圖。

從圖1中可以看出，當負荷發(fā)生變動或尿素溶液壓力發(fā)生變化時，NOx排放量發(fā)生波動，最高波動到190mg/m³，最低則到40mg/m³，這時運行人員既要調整尿素溶液壓力，使其在給定值；同時還要操作尿素溶液調節(jié)閥，控制NOx排放量在允許范圍內，操作量較大，但控制效果并不好，響應速度相對較慢。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于解決現有技術中存在的不足，提供一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置及其自動控制方法。

為了達到上述的目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現：一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置，其包括NOx排放量控制模塊，所述NOx排放量控制模塊包括PID控制器一、加法器一、三個函數運算單元、加法器二；采用所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設定值與NOx測量值作為所述PID控制器一的輸入，利用所述PID控制器一對NOx設定值與NOx測量值的偏差值進行調節(jié)，將所述偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內，所述PID控制器一的輸出送入所述加法器一；所述三個函數運算單元分別對所述循環(huán)流化床鍋爐的機組負荷、反應區(qū)域溫度、含氧量進行經驗函數運算，并通過所述加法器二累加后作為所述加法器一的前饋；所述加法器一輸出指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調節(jié)閥的開度。

作為上述方案的進一步改進，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置還包括尿素溶液壓力控制模塊，所述尿素溶液壓力控制模塊包括PID控制器二；所述PID控制器二接收所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測量值和尿素溶液壓力設定值并輸出指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵在輸送過程中的尿素溶液壓力。

作為上述方案的進一步改進，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置還包括尿素溶液濃度控制模塊，所述尿素溶液濃度控制模塊包括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環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，并輸入所述除法器內；所述除法器接收所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子，并輸入所述乘法器內，所述乘法器接收所述循環(huán)流化床鍋爐當前的尿素溶液流量作為乘法因子，并輸入所述PID控制器三；所述PID控制器三還接收一個給定參數即稀釋水流量測量值，并輸出指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調節(jié)閥的開度。

本發(fā)明還提供一種循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法，其包括以下步驟：

一、NOx排放量控制

對所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設定值與NOx測量值的偏差值進行調節(jié)，將相應偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內；

分別對所述循環(huán)流化床鍋爐的機組負荷、反應區(qū)域溫度、含氧量進行經驗函數運算作為累加時的前饋；

在所述偏差值上累加所述前饋形成指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調節(jié)閥的開度。

作為上述方案的進一步改進，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法還包括以下步驟：

二、尿素溶液壓力控制

對所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測量值和尿素溶液壓力設定值的偏差值進行調節(jié)；

尿素溶液壓力控制步驟的偏差值形成指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵在輸送過程中的尿素溶液壓力。

作為上述方案的進一步改進，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法還包括以下步驟：

三、尿素溶液濃度控制

累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，得到累加值一；

所述累加值一將所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子得到商，

所述商將所述循環(huán)流化床鍋爐當前的尿素溶液流量作為乘法因子得到積；

對一個給定參數即稀釋水流量測量值和所述積的偏差值進行調節(jié)；

尿素溶液濃度控制步驟的偏差值形成指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調節(jié)閥的開度。

本發(fā)明已經在該廠內部試運行了一段時間，并期待能夠走向市場，走出本廠為更多的企業(yè)服務。本發(fā)明在采用了上述NOx排放量自動控制技術后，從經濟效應、人力資源配置、節(jié)能環(huán)保及推廣性等方面都卓有成效。在經濟效應方面，單臺機組尿素用量由平均每日16噸下降至11噸，以每噸2000元計算，兩臺機組每天大概節(jié)省2萬元，一年大概節(jié)省約700萬元，提高了該廠的經濟性；在人力資源利用方面，減少了運行人員操作量，提高了運行人員監(jiān)盤效率，節(jié)約該廠人力成本；節(jié)能減排方面，脫硝自動有效的控制了該電廠氮氧化物排放，對建設綠色環(huán)保電廠起到了極大作用，收到了良好的社會效應，同時極大的節(jié)約了尿素用量；自對該控制系統(tǒng)優(yōu)化至今，運行效果良好，確保了NOx的達標排放，該自動控制技術極具推廣性，可在其他同類電廠推廣使用。

附圖說明

圖1為循環(huán)流化床鍋爐沒有采用本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置時的各項指標的趨勢圖。

圖2為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置的NOx排放量控制模塊的結構圖。

圖3為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置的尿素溶液壓力控制模塊的結構圖。

圖4為本發(fā)明循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置的尿素溶液濃度控制模塊的結構圖。

圖5為本發(fā)明尿素溶液壓力控制效果圖。

圖6為本發(fā)明尿素溶液濃度控制效果圖。

圖7為本發(fā)明NOx排放量控制效果圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

請參閱圖2，本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置包括NOx(氮氧化物)排放量控制模塊。所述NOx排放量控制模塊包括：PID控制器一1；加法器一2；三個函數運算單元3；加法器二4。

采用所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設定值與NOx測量值作為PID控制器一1的輸入，利用PID控制器一1對NOx設定值與NOx測量值的偏差值進行調節(jié)，將所述偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內。PID控制器一1的輸出送入加法器一2；三個函數運算單元3分別對所述循環(huán)流化床鍋爐的機組負荷、反應區(qū)域溫度、含氧量進行經驗函數運算，并通過所述加法器二4累加后作為所述加法器一2的前饋。加法器一2輸出指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調節(jié)閥100的開度。

相應的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法包括以下步驟：

一、NOx排放量控制

對所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx設定值與NOx測量值的偏差值進行調節(jié)，將相應偏差值控制在所述循環(huán)流化床鍋爐的允許范圍內；

分別對所述循環(huán)流化床鍋爐的機組負荷、反應區(qū)域溫度、含氧量進行經驗函數運算作為累加時的前饋；

在所述偏差值上累加所述前饋形成指令一以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的NOx調節(jié)閥100的開度。

實施例2

請參閱圖3，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置除了包括實施例1的NOx排放量控制模塊，還包括尿素溶液壓力控制模塊。

尿素溶液壓力控制模塊包括PID控制器二5。PID控制器二5接收所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測量值和尿素溶液壓力設定值并輸出指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵101在輸送過程中的尿素溶液壓力。

同理，相應的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法還包括以下步驟：

二、尿素溶液壓力控制

對所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液壓力測量值和尿素溶液壓力設定值的偏差值進行調節(jié)；

尿素溶液壓力控制步驟的偏差值形成指令二以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液輸送泵101在輸送過程中的尿素溶液壓力。

實施例3

請參閱圖4，所述循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制裝置除了包括實施例2的NOx排放量控制模塊和尿素溶液壓力控制模塊，還包括尿素溶液濃度控制模塊。

所述尿素溶液濃度控制模塊包括PID控制器三6、加法器三7、除法器8、乘法器9。加法器三7累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，并輸入所述除法器8內。所述除法器8接收所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子，并輸入所述乘法器9內，所述乘法器9接收所述循環(huán)流化床鍋爐當前的尿素溶液流量作為乘法因子，并輸入所述PID控制器三6。PID控制器三6還接收一個給定參數即稀釋水流量測量值，并輸出指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調節(jié)閥102的開度。

同理，相應的循環(huán)流化床鍋爐脫硝自動控制方法還包括以下步驟：

三、尿素溶液濃度控制

累加所述循環(huán)流化床鍋爐的原尿素溶液濃度和需要的尿素溶液濃度，得到累加值一；

所述累加值一將所述需要的尿素溶液濃度作為除法因子得到商，

所述商將所述循環(huán)流化床鍋爐當前的尿素溶液流量作為乘法因子得到積；

對一個給定參數即稀釋水流量測量值和所述積的偏差值進行調節(jié)；

尿素溶液濃度控制步驟的偏差值形成指令三以控制所述循環(huán)流化床鍋爐的尿素溶液調節(jié)閥102的開度。

結合以上三個實施例可知，本發(fā)明可以總結如下。

1、主要設計思想

通過對機組正常運行進行分析和理論研究，可得到NOx的生成與煤炭燃燒方式、燃燒溫度、過量空氣系數、和煙氣在爐內停留時間等因素密切相關。則影響尿素溶液與NOx反應的影響因素主要有尿素溶液量、反應區(qū)域溫度、含氧量、投煤量。由于給煤量是根據機組AGC指令經鍋爐主控運算后得出的，在NOx排放的同時，尿素溶液調節(jié)閥開度做出調整，向爐膛輸送對應的尿素溶液量和NOx進行化學反應。

所以NOx排放量的主體控制思路就是用NOx設定值與測量值作為PID輸入，給煤量、含氧量及反應區(qū)域溫度作為前饋。當機組負荷、含氧量等發(fā)生變化時，根據對應的所總結經驗函數曲線適當調整調節(jié)閥開度，而不需要等NOx發(fā)生變化后再進行調整，當NOx測量值與設定值有一定偏差時，利用PID調節(jié)器再進行調節(jié)。這種控制方式能夠快捷、高效、動態(tài)的控制NOx排放量。

2、控制原理圖

如圖2所示的NOx排放量控制原理圖，如圖3所示的尿素溶液壓力控制原理圖，圖4所示的尿素溶液濃度控制原理圖。

為控制尿素溶液壓力在給定值，所采取控制策略如圖4所示，因影響尿素溶液壓力波動因素較少，故采用單回路控制系統(tǒng)來控制尿素溶液壓力。圖3為尿素溶液濃度控制，通過設定所需尿素溶液濃度后，通過一系列計算，算出所需稀釋水流量，與稀釋水流量測量值送入PID控制器，控制稀釋水調節(jié)閥來調節(jié)稀釋水流量，從而達到控制尿素溶液濃度的目的。圖2為NOx自動控制原理圖，當機組負荷、含氧量等因素發(fā)生變化時，經驗函數運算直接送到指令輸出，從而快速、高效控制NOx的擾動；于此同時利用PID控制器對偏差值進行調節(jié)，將其控制在允許范圍內。

3、改造后效果

在NOx自動控制調試中，完成了對其邏輯參數的修改，經過調試和不斷優(yōu)化取得了很好的控制品質。如圖5、圖6、圖7為自動控制投用后的趨勢圖：圖5為尿素溶液壓力控制效果圖；圖6為尿素溶液濃度控制效果圖；圖7為NOx排放量控制效果圖。

從圖5可以看出尿素溶液壓力波動不是很大，當有輕微擾動時，PID控制器會立即發(fā)出指令，將壓力控制在設定值。圖6反應了尿素溶液濃度良好的控制效果，當操作員根據運行需要對濃度進行調整時，PID會及時作出調整，使稀釋水流量在給定范圍內。圖7顯示了本控制策略良好的控制效果，無論機組穩(wěn)定運行抑或變負荷運行，NOx總能夠控制在設定值范圍內。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。