燃煤电厂脱硝系统入口NO_x浓度测量修正及喷氨量优化控制研究

发布时间：2020-07-09 10:01

【摘要】：我国一次能源以煤炭为主,煤炭燃烧过程中产生氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等多种大气污染物,对大气环境乃至人们的生产生活带来了严重影响。我国政府对环境保护非常重视,积极推动燃煤电厂超低排放改造工作,燃煤烟气污染物排放将达到国际最严标准。脱硝系统的高效稳定运行是实现燃煤电厂烟气NOx排放浓度达标的关键。由于脱硝系统具有非线性、滞后特性等特征,传统PID控制技术难以维持脱硝系统出口NOx浓度稳定,产生过大的出口NOx浓度波动,一方面导致频繁出现出口NOx浓度超标现象,另一方面为保证出口NOx浓度达标率,需要增大喷氨量,脱硝系统喷氨成本随之提高。如何解决脱硝系统非线性、滞后特性带来的控制难题,减小出口NOx浓度波动,降低脱硝系统喷氨成本,是燃煤电厂脱硝系统运行调控的重要研究方向。本文围绕脱硝系统优化运行难题开展了以下研究工作:第一、针对脱硝系统的滞后特性,研究建立了基于循环神经网络的脱硝系统入口NOx浓度测量修正方法。通过实际数据获取脱硝系统入口处烟气在线监测系统(Continues Emission Monitoring System,CEMS)NOx浓度测量滞后时间,对脱硝系统入口处NOx浓度进行测量修正建模,提前预测脱硝系统入口处NOx浓度测量值,减小CEMS测量滞后引入的误差。仿真结果表明,脱硝系统入口NOx浓度测量修正方法显著提高了NOx浓度测量精度,可降低32.6%的CEMS测量滞后误差。第二、针对脱硝系统的非线性特性,研究建立了适用于脱硝系统的多模型预测控制策略(Multiple Model Predictive Control,MMPC)。基于工况条件划分多个负荷子区间,利用多个预测控制器加权获取覆盖全负荷的非线性控制策略,提高在工况大范围变动情况下脱硝系统控制稳定性。同时与NOx浓度测量修正方法相结合,提出了基于入口NOx浓度测量修正的多模型预测控制策略(measurement correction-multiple model predictive control,MCMMPC),进一步提高脱硝系统控制稳定性。仿真结果表明,多模型的模型精度相比于单模型可提高23.5%,MMPC控制策略相比于PID控制策略可降低出口NOx浓度标准差达18.1%,SS-MMPC控制策略相比于PID控制策略可降低出口NOx浓度标准差达34.0%。第三、为实现脱硝系统的高效稳定运行,在某220t/h热电机组上开展了脱硝系统预测控制策略的工程应用研究。基于建立的煤质、脱硝系统设备、脱硝系统运行数据库等,获取适用于脱硝系统的动态矩阵预测控制策略(Dynamic Matrix control,DMC),并对实际运行过程中的各类工况进行控制性能分析。结果表明,DMC控制相比于PID控制,出口NOx浓度标准差降低了11.2%,氨氮比降低了2.7%,进一步对脱硝系统平稳工况及变工况进行比较分析可以得出,在平稳工况下,DMC控制与PID控制效果类似,在变工况下,DMC控制的响应速度优于PID控制。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773;X831
【图文】：

煤炭消费,能源,总量,国家能源

图 1.1 能源及煤炭消费总量[7]革委员会、环境保护部、国家能源局印发的《煤电节能减20)》[8]中，要求至 2020 年，东部地区现役 300 MW 及以放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即在基准氧含量 6高于 50 mg/Nm3，SO2浓度不高于 35 mg/Nm3，粉尘浓度不高

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图 1.2 超低排放示意图炭燃烧产生的大气污染物中，氮氧化物是主要的污染物之一。氮氧化物雨的基础，另一方面会沉降而引起水体富营养化，同时还是形成雾霾的化学烟雾[10]。国家对于燃煤电站氮氧化物排放治理的要求趋于严格，排[11]

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图 1.3 脱硝系统及控制配置示意图[13]典型的时滞及惯性对象，在机组变负荷的情况下具有一定中各调控量的变化也会存在一定的约束。传统的脱硝控制硝系统喷氨量进行调控，即固定摩尔比控制方式以及出口

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