劉學勇

（蘇州大學機電工程學院 江蘇蘇州 215021 華能太倉電廠 江蘇太倉 215424）

先進脫硝控制系統(tǒng)在300MW機組的應用

劉學勇

（蘇州大學機電工程學院 江蘇蘇州 215021 華能太倉電廠 江蘇太倉 215424）

分析了華能太倉電廠300MW機組脫硝控制系統(tǒng)傳統(tǒng)PID控制方案存在的不足，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡技術、預測學習控制、以及自動適應技術等高級算法，徹底解決了脫硝系統(tǒng)不能很好適應負荷、煤種變化等的實際問題。

300MW機組；脫硝優(yōu)化；先進控制

華能太倉電廠一期兩臺300MW機組，機組煙氣脫硝采用SCR法，將液氨蒸發(fā)稀釋后用于還原煙氣中的NOX，脫硝系統(tǒng)具有一定的延遲特性，由于煤種變化、煙氣量變化、燃燒工況變化等因素均會引起NOX含量發(fā)生變化，因此脫硝系統(tǒng)也是個多擾動控制對象。

1 優(yōu)化前的狀況

華能太倉電廠1號機組脫硝控制方案如圖1所示。

圖1 脫硝噴氨自動控制框圖

該方案要求前饋控制回路的煙氣函數(shù)準確、參數(shù)合理，對于燃燒穩(wěn)定且煤種不變的工況，該控制方案能正常發(fā)揮作用，但當機組負荷波動頻繁、經(jīng)常輪換煤種、、氨測量不準確等情況，存在以下問題：

1.1 啟停磨煤機時、煤倉煤種發(fā)生變化時，煙氣中的NOx濃度發(fā)生急劇變化，SCR入口NOX含量大幅變化，容易導致SCR出口NOX濃度超標；

1.2 投入AGC后，機組負荷波動時，噴氨自動會發(fā)生震蕩，難以收斂。

綜上可以看出，常規(guī)的PID控制已經(jīng)很難解決調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性和快速性之間的矛盾，并且常規(guī)方案無法適應機組變工況狀態(tài)，基于以上原因，華能太倉電廠在1號機組實施了脫硝實時優(yōu)化系統(tǒng)“INFIT”，解決了火電機組煙氣脫硝控制中的難題。

2 “INFIT”脫硝控制系統(tǒng)策略和特點

通過對SCR煙氣脫硝系統(tǒng)數(shù)學模擬模型的分析，對電廠脫硝運行環(huán)境、考核要求的準準把握，“INFIT”優(yōu)化系統(tǒng)采用神經(jīng)網(wǎng)絡技術，預測學習控制和自動適應技術，“INFIT”脫硝控制系統(tǒng)控制方案如圖2所示：

圖2 “INFIT”脫硝控制方案

“INFIT”脫硝優(yōu)化控制系統(tǒng)算法先進，特點鮮明。

2.1 控制目標采用煙囪入口數(shù)據(jù)

目前，環(huán)?？己艘詿焽枞肟谔幍腘Ox濃度測量值作為考核目標，“INFIT”系統(tǒng)直接采用煙囪入口處的NOx濃度作為被調(diào)量，控制目標明確，同時也為運行人員的操作調(diào)整帶來便利。由于從SCR煙氣脫硝區(qū)出口NOx濃度發(fā)生變化到煙囪入處NOx濃度發(fā)生變化存在大約1.5～2min的延遲，因此，此控制方案難度比常規(guī)調(diào)節(jié)要大的多。

采用直接以煙囪入口處的NOx濃度測量值作為調(diào)節(jié)目標的控制系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示，最終控制指令氨氣流量指令由“NOx濃度GPC控制器”計算得出，同時SCR進出口的NOx濃度、機組負荷指令、燃料量風量等參數(shù)均作為前饋量對GPC控制器的動態(tài)性能進行補償?！癗Ox濃度GPC控制器”根據(jù)“NOx預測模型”所計算出的未來時刻NOx預測值及NOx設定值進行比較，計算出氨氣流量的閉環(huán)控制值。同時為了盡可能消除煙囪入口NOx濃度測量值的滯后特性對控制性能的影響，增加了“相位補償網(wǎng)絡”和“狀態(tài)變量控制器”對NOx濃度的大慣性進行補償。

2.2 以預測控制技術構建整個控制策略

“INFIT”系統(tǒng)采用預測控制技術解決脫硝控制系統(tǒng)大滯后特性，同時運用改進后的相位補償技術、狀態(tài)變量技術，取代了常規(guī)的PID控制。采用這種方案能預測煙囪入口NOx濃度的變化趨勢，再根據(jù)被調(diào)量的這種變化趨勢進行控制，將調(diào)節(jié)過程大幅提前，從而提高脫硝系統(tǒng)的抗擾動能力和穩(wěn)定能力。

“INFIT”脫硝控制方案與常規(guī)PID方案結(jié)構類似，也是采取“前饋”＋“反饋”的控制方案，不同的是，在反饋回路里，“INFIT”脫硝系統(tǒng)采用廣義預測控制器GPC取代了原有的PID控制器。

2.3 實時動態(tài)補償和校正

“INFIT”脫硝系統(tǒng)采用智能前饋技術對SCR脫硝控制系統(tǒng)各種擾動進行在線動態(tài)補償，運用神經(jīng)網(wǎng)絡學習算法實時校正動態(tài)補償公式里的各項運算參數(shù)，整個控制系統(tǒng)始終處于不斷學習的狀態(tài)，一直向最優(yōu)控制性能目標逼近。

圖3 變工況時“INFIT”優(yōu)化系統(tǒng)控制效果圖

2.4 實時調(diào)整失準儀表的權重

“INFIT”脫硝系統(tǒng)不斷對參與運算的各NOx儀表數(shù)值進行在線監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)失真立刻調(diào)整該參數(shù)在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的影響因子，最大限度的降低儀表失真給控制系統(tǒng)造成的影響，確保脫硝控制系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

3 “INFIT”投用后的效果

負荷波動50MW且入口NOX晃動80Nmg/Nm3時，“INFIT”系統(tǒng)能快速適應工況變化，及時減小并消除擾動，變工況控制效果如圖3所示。

4 結(jié)語

華能太倉電廠1號機組SCR脫硝噴氨控制系統(tǒng)采用實時優(yōu)化控制系統(tǒng)“INFIT”，該控制系統(tǒng)比較先進，適應性強，解決了SCR脫硝反應大慣性、多擾動等難題，提高了脫硝控制品質(zhì)，節(jié)省了噴氨量。經(jīng)過長期運行，該系統(tǒng)較好的完成了各項控制指標，為脫硝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行提供了保障，具有一定的借鑒意義。

[1]楊戈,呂劍虹,劉志遠.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的熱工過程在線自適應建模算法研究[J].中國電機工程學報,2004(01).