一种基于敏感因素分析的SCR脱硝系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于敏感因素分析的SCR脱硝系统的控制方法，包括以下步骤：1)固定时间间隔采集SCR脱硝系统运行的历史参数样本，计算各运行参数不同时刻影响脱硝反应器入口NOx的敏感系数，然后根据得到的敏感系数绘制各运行参数与脱硝反应器入口NOx的敏感性曲线；2)根据步骤1)绘制的脱硝反应器敏感性曲线确定影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因素；3)根据影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因素计算得到脱硝反应器入口NOx的预测值；4)根据步骤3)得到的脱硝反应器入口NOx的预测值采用串级PID控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量，实现对SCR脱硝系统的控制。本发明能够实时、快速、有效的对SCR脱硝系统中喷氨量进行控制。

说明书

技术领域

本发明属于SCR脱硝系统的自动控制技术领域，涉及一种基于敏 感因素分析的SCR脱硝系统的控制方法。

背景技术

SCR脱硝技术通过还原剂氨，在适当的温度并有催化剂存在的条件 下，将NOx转化为氮气和水，由于SCR脱硝技术成熟、对锅炉运行影响较 小、没有副产品、脱硝效率高等优点，在电厂脱硝工程中得到了广泛的 应用。

SCR脱硝系统运行中要求反应器出口NOx长时间稳定达到环保要求， 因此对喷入反应器中的还原剂氨量有较高的要求，喷入量过少，将使得 反应器出口NOx超出环保要求；喷入量过多，不但造成浪费，还将导致SCR 出口氨逃逸超标，严重影响脱硝系统及下游设备的正常运行。从已投运 的SCR脱硝系统的实际运行情况看，喷氨量控制效果多数并不理想，甚至 部分自动控制不能正常投入。

导致SCR脱硝系统控制效果差的原因除了脱硝设备原因外，脱硝系统 大惯性，大延时的特点是重要因素。由于烟气成分测量一般用取样泵通 过伴热管线，将烟道内的烟气抽出至分析仪内，再经分析得出测量结果。 从实际应用来看，其取样泵的取样能力限制，伴热取样管线往往较长， 使得烟气的取样时间很长，从而使得烟气成分参数的测量具有较严重的 滞后性。此外，引起反应器出口NOx波动的直接原因是反应器入口NOx的 大幅变化，尤其是负荷发生变化时尤为严重。针对SCR脱硝系统的特点， 单纯采用传统的PID控制，仅依靠测量获得的反应器出、入口NOx、烟气 量和喷氨量数据等已不能达到满意的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于敏感 因素分析的SCR脱硝系统的控制方法，该方法能够实时、快速、有效的 对SCR脱硝系统中喷氨量进行控制。

为达到上述目的，本发明所述的基于敏感因素分析的SCR脱硝系统 的控制方法包括以下步骤：

1)固定时间间隔采集SCR脱硝系统运行参数的历史样本，再根据所 述SCR脱硝系统运行参数的历史样本得各运行参数在不同时刻影响脱硝 反应器入口NOx的敏感系数，然后根据得到的敏感系数绘制各运行参数与 脱硝反应器入口NOx的敏感性曲线；

2)根据步骤1)绘制的运行参数与脱硝反应器入口NOx的敏感性曲线 确定影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因素；

3)根据步骤2)得到的影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因 素计算得到脱硝反应器入口NOx的预测值；

4)根据步骤3)得到的脱硝反应器入口NOx的预测值采用串级PID 控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量，实现对SCR脱硝系统的控制。

运行参数u影响m时间后脱硝反应器入口NOx的敏感系数E_m的表达 式为：

$E_m=\frac{1}{N}\underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\{\frac{|u\left(t\right)-u_0|}{u_0}-\frac{|NOx(t+m)-{\mathrm{NOx}}_0|}{{\mathrm{NOx}}_0}\}}^2$

其中，u(t)为t时刻影响脱硝反应器入口NOx的参数的数值， NOx(t+m)为t+m时刻脱硝反应器入口NOx的数值，N为历史参数样本 的数量，u₀和NOx₀分别为影响脱硝反应器入口NOx的参数的平均数值 以及脱硝反应器入口NOx的平均数值。

脱硝反应器的敏感性曲线中横坐标为时间m，纵坐标为参数u影响 m时间后脱硝反应器入口NOx的敏感系数E_m。

所述主要敏感因素对应的敏感性曲线中存在敏感时间m_d，在敏感时 间m_d时，敏感系数E_m最小，此后随着时间m的增大，敏感系数E_m逐 渐增大，并最终在预设值范围波动。

步骤2)得到的影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因素与 脱硝反应器入口NOx的历史数据通过最小二乘法计算得到各主要敏感 因素与脱硝反应器入口NOx的数值关系，然后根据各主要敏感因素与脱 硝反应器入口NOx的数值关系通过加权求和得脱硝反应器入口NOx的 预测值。

将脱硝反应器出口NOx的测量值与脱硝反应器出口NOx的设定值 之差作为第一级PID的输入，第一级PID的输出值与氨需求量相加得喷 氨量目标值，将喷氨量目标值与喷氨量测量值之差作为第二级PID的输 入，将第二级PID的输出值为喷氨调节阀的开度，其中，氨需求量Q_NH3-X的表达式为：

Q_NH3-X＝Q_Y×[(αM_NOx-RC+βF(u₁,…,u_n))-M_NOx-CS]×K_NH3

其中，Q_Y为脱硝系统中的烟气量，M_NOx-CS为脱硝反应器出口NOx的设定 值，M_NOx-RC为脱硝反应器入口NOx的测量值，u₁,…,u_n为反应器入口NOx的敏 感性因素；F(u₁,…,u_n)为敏感因素计算出的反应器入口NOx的预测值，α 及β为权系数，K_NH3为待脱除NOx与所需氨的质量比。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于敏感因素分析的SCR脱硝系统的控制方法在具 体操作时，根据SCR脱硝系统运行的历史参数样本得到影响脱硝反应器 入口NOx的主要敏感因素，再根据影响脱硝反应器入口NOx的主要敏 感因素计算脱硫反应器入口NOx的预测值，然后根据脱硫反应器入口 NOx的预测值采用串级PID控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量，提 前对SCR脱硝系统的喷氨量进行干预，克服由于测量脱硝反应器入口 NOx而引起的滞后，从而实时、快速、有效的对SCR脱硝系统中喷氨 量进行控制。同时采用串级PID控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量， 反应速度较快，并系统的稳定性较高。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为敏感因素与脱硝反应器入口NOx的敏感性曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1及图2，本发明所述的基于敏感因素分析的SCR脱硝系统 的控制方法包括以下步骤：

1)固定时间间隔采集SCR脱硝系统运行参数的历史样本，再根据所 述SCR脱硝系统运行参数的历史样本计算各运行参数不同时刻影响脱硝 反应器入口NOx的敏感系数，然后根据得到的敏感系数绘制各运行参数与 脱硝反应器入口NOx的敏感性曲线；

其中，参数u影响m时间后脱硝反应器入口NOx的敏感系数E_m的表达式 为：

$E_m=\frac{1}{N}\underset{t=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\{\frac{|u\left(t\right)-u_0|}{u_0}-\frac{|NOx(t+m)-{\mathrm{NOx}}_0|}{{\mathrm{NOx}}_0}\}}^2$

其中，u(t)为t时刻影响脱硝反应器入口NOx的参数的数值，NOx(t+m) 为t+m时刻脱硝反应器入口NOx的数值，N为历史参数样本的数量，u₀和NOx₀分别为影响脱硝反应器入口NOx的参数的平均数值以及脱硝反应器入口 NOx的平均数值；

脱硝反应器的敏感性曲线中横坐标为时间m，纵坐标为参数u影响m时 间后脱硝反应器入口NOx的敏感系数E_m。

2)根据步骤1)绘制的脱硝反应器敏感性曲线确定影响脱硝反应器 入口NOx的若干个主要敏感因素，其中，主要敏感因素对应的敏感性曲线 中存在敏感时间m_d，在敏感时间m_d时，敏感系数E_m最小，此后随着时间m 的增大，敏感系数E_m逐渐增大，并最终在一较大数值附近波动；

3)根据步骤2)得到的影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感因 素计算得到脱硝反应器入口NOx的预测值；

具体的，步骤2)得到的影响脱硝反应器入口NOx的若干个主要敏感 因素与脱硝反应器入口NOx的历史数据通过最小二乘法计算得到各主要 敏感因素与脱硝反应器入口NOx的数值关系，然后根据各主要敏感因素与 脱硝反应器入口NOx的数值关系通过加权求和得脱硝反应器入口NOx的预 测值。

4)根据步骤3)得到的脱硝反应器入口NOx的预测值采用串级PID 控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量，实现对SCR脱硝系统的控制。

将脱硝反应器出口NOx的测量值与脱硝反应器出口NOx的设定值 之差作为第一级PID的输入，第一级PID的输出值与氨需求量相加得出 喷氨量目标值，将喷氨量目标值与喷氨量测量值之差作为第二级PID的 输入，第二级PID的输出值为喷氨调节阀的开度。其中，氨需求量Q_NH3-X的表达式为：

Q_NH3-X＝Q_Y×[(αM_NOx-RC+βF(u₁,…,u_n))-M_NOx-CS]×K_NH3

其中，Q_Y为脱硝系统中的烟气量，M_NOx-CS为脱硝反应器出口NOx 的设定值，M_NOx-RC为脱硝反应器入口NOx的测量值，u₁,…,u_n为反应器 入口NOx的敏感性因素；F(u₁,…,u_n)为敏感因素计算出的反应器入口 NOx的预测值，α及β为权系数，K_NH3为待脱除NOx与所需氨的质量比。

需要说明的是，串级PID控制系统控制SCR脱硝系统的喷氨量的过 程中分为两级控制，其中第一级控制为通过调节喷氨流量达到控制反应 器出口NOx的目的，第二级控制为通过调节喷氨调门的开度达到控制喷 氨流量的目的。