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智能脫硝控制系統的應用研究

時間:2022-05-14 11:28:52 所屬分類:社會科學 瀏覽量:

目前以選擇性催化還原為主體的煙氣脫硝系統已經在化工行業得到了廣泛的應用,在脫硝的過程中主要是通過控制噴氨量來提高脫硝效率,但由于其控制系統的局限性,在實際應用過程中存在著延遲大、慣性大等不足,特別是當脫硝系統的運行工況出現大范圍波動時,無法精確控制

  目前以選擇性催化還原為主體的煙氣脫硝系統已經在化工行業得到了廣泛的應用,在脫硝的過程中主要是通過控制噴氨量來提高脫硝效率,但由于其控制系統的局限性,在實際應用過程中存在著延遲大、慣性大等不足,特別是當脫硝系統的運行工況出現大范圍波動時,無法精確控制噴氨量,導致了脫硝效率和經濟性均不足,難以滿足精確脫硝的控制需求。本文提出了一種新的智能脫硝控制系統,該控制系統的核心是采用了自適應自適應前饋控制理論對脫硝過程中的噴氨量進行控制,對該自適應前饋控制理論進行了分析,同時采用仿真分析的方式對該智能脫硝控制系統的實際應用情況進行了研究,結果表明,該新控制系統能夠將控制反應時間提高66.7%,對提升脫硝效率和經濟性具有十分重要的意義。

智能脫硝控制系統的應用研究

  1脫硝機理分析

  目前最常用的脫硝系統為選擇性催化還原脫硝系統,俗稱SCR脫銷系統,具有脫硝效率高、經濟性好的優點,其脫硝原理如圖1所示[1]。由圖1可知,選擇性催化還原脫硝系統采用了高灰布置結構,將催化還原裝置設置到了省煤器和去空預熱器之間,在反應過程中通常利用V2O5作為催化還原劑。當反應裝置開始工作時,從入口處通入氨氣(目前主要是通過尿素水解的方式來產生)并和稀釋空氣在混合器內充分混合后進入到煙道,在煙道內和省煤器出口處噴出的煙氣充分混合后再進入反應器,在反應器內和催化劑接觸后發生催化還原反應,實現將氮化物轉換為水和氮氣,滿足對廢氣內脫硝凈化的目的。選擇性催化還原脫硝的化學反應可表示為式(1)、式(2)。4NH2+H2O+O24N2+6H2O(1)4NH3+2NO2+O23N2+6H2O(2)在實際反應過程中,由于受環境和煙氣內其他氣體成分的影響,也會發生一些副產物反應,見式(3)。NH3+SO3+H2ONH4HSO4(3)由于該反應存在一定的惰性,因此其實際上反應順序是發生在式(1)和式(2)順序之后的,其產生的副產物具有較大的腐蝕性,會對管道系統進行腐蝕和堵塞,影響反應安全性。因此需要嚴格控制在反應過程中氨氣的量,氨氣過多會導致副產物過多,影響系統長期運行的安全性,氨氣不足則容易導致氮化物還原不完全,影響脫硝的效率和經濟性[2]。

  2噴氨控制系統優化

  針對現有噴氨控制系統采用非閉環控制所存在的調節速度慢、可靠性差的不足,提出了一種新的智能脫硝控制系統,該控制系統采用了前饋閉環控制理論,通過自適應前饋控制,實現了對調控過程中波動信號的快速屏蔽處理,能夠解決傳統脫硝控制系統在使用過程中負荷變化大、波動大的不足,同時該系統還能夠及時反饋核心輸入量變化的情況,進行數據提前預判分析,實現了對控制系統的快速、精確調整,確保了噴氨控制的精確性。該噴氨控制系統調控結構如圖2所示[3]。由圖2可知,在該控制系統中,輸入的調節量為氮化物的濃度,然后主PID根據系統的誤差水平和要求,來設置系統的噴氨量,然后將其作為副PID的控制值,由副PID對噴氨系統進行控制,根據煙道內的氮化物含量對噴氨量進行精確調整。通過前饋反饋調整方案,有效避免了由于測量失真導致的調節失效情況,提升了調節反應速度的控制精度。

  3智能控制系統仿真分析

  為了對該系統的控制效果進行分析,利用simulink仿真分析軟件建立該控制系統的仿真分析模型[4],對其實際控制效果進行仿真分析,系統設定工作時的反饋系數為0.2,反饋切除時間設置為5min,設置入口位置的氮化物質量濃度為300mg/m3,出口處的氮化物質量濃度要低于50g/m3,煙道內的氣流量為6.5×105m3/h,系統仿真分析時的采樣時間設定為1min,仿真的總時長設置為50min。仿真分析結果如圖3所示。由仿真分析結果可知,在實際控制過程中采用普通串級PID控制的情況下由于系統檢測反應速度滿足,從第3min的時候才開始進行噴氨,而采用前饋控制和自適應前饋控制的情況下,從第1分鐘處就開始控制噴氨,其反應時間比優化前降低了66.7%,顯著提升了在脫硝過程中的反應速度和靈敏性。在出口位置的氮化物濃度隨著噴氨量的調整也不斷發生變化,前3min的氮化物濃度為零,主要是煙氣尚未達到出口位置導致,從第3分鐘起出口處的氮化物濃度急劇上升,主要是由于噴氨量不足以滿足脫硝的需求導致。從仿真分析結果可知,采用串級PID控制的情況下整個調節時間約為20min,而采用新的自適應前饋調節的情況下,調節時間約為16min,而且在調節過程中的時效性和降幅明顯高于傳統PID調節方案,顯著提升了噴氨調節的精度和可靠性。目前該智能脫硝控制系統,在實際應用過程中表現出了極高的反應速度,其對噴氨量的控制精度能保持在1%的誤差范圍內,對提升整個脫硝控制系統的調節精度,降低大氣污染具有十分重要的意義。

  4結論

  為了解決目前選擇性還原脫硝控制系統延遲大、慣性大,調控精確性差的不足,提出了一種新的智能脫硝控制系統,通過前饋控制的方法提升了系統調節時的控制精度,同時利用仿真分析的方式,對該系統的實際應用情況進行了分析,結果表明:氨氣過多會導致副產物過多,影響系統長期運行的安全性,氨氣不足則容易導致氮化物還原不完全,影響脫硝的效率和經濟性。通過自適應前饋控制,能夠實現對調控過程中波動信號的快速屏蔽處理,解決了傳統脫硝控制系統在使用過程中負荷變化大、波動大的不足。該控制系統能夠將控制反應時間提高66.7%,將噴氨量的控制精度保持在1%的誤差范圍內。

  參考文獻

  [1]李昌海,馮慧山,田金海,等.串級前饋方法在SNCR煙氣脫硝系統上的應用[J].自動化與儀表,2016,31(2):47-49,53.

  [2]秦天牧,林道鴻,楊婷婷,等.SCR煙氣脫硝系統動態建模方法比較[J].中國電機工程學報,2017,37(10):2913-2919.

  [3]紀煜,姚翠霞,祁海旺,等.基于煤量預測前饋的協調控制系統[J].熱力發電,2017,46(7):131-136.

  [4]黃宇,張偉婷,金秀章,等.SCR脫硝系統的線性自抗擾串級控制研究[J].中國電機工程學報,2018,38(18):5518-5526.

  《智能脫硝控制系統的應用研究》來源;《山西化工》,作者:郭培祥

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