基于神经网络模型及预测控制DMC的火电机组脱硝控制策略

燃煤火电机组的NO_x排放值是受国家环保部门实时监督考核的重要环保安全指标。由于NO_x被控对象的纯时延大时滞特性,常规的PID控制很难将烟气NO_x排放指标控制到理想范围内。介绍了一种基于BP神经网络模型和预测控制的动态矩阵控制（DMC）算法相结合的新型火电机组脱硝控制策略,其中BP神经网络可逼近DMC算法中脱硝对象的零输入响应,利用神经网络的泛化能力,逼近实际工业过程在不同负荷下模型参数时变的特性,使预测控制中的模型预测部分可以更精确地逼近实际过程对象,提高整个预测控制算法的控制精度。现场应用表明,这种新型脱硝控制策略可有效提高火电机组NO_x的控制品质。     

W火焰锅炉SNCR脱硝及其对SCR入口流场的影响

由于W火焰锅炉NO_x排放浓度高,一些电厂采用低氮燃烧+SNCR脱硝+SCR脱硝的耦合脱硝方式,但运行中出现了氨逃逸浓度严重超标的问题。以某600 MW超临界W火焰锅炉为对象,采用CFD数值模拟辅以实测验证方法研究了锅炉负荷、尿素喷射层流场、氨氮摩尔比等因素对SNCR脱硝及SCR入口流场分布的影响。研究发现：SOFA风沿前后墙非等间距布置是造成尿素喷射层速度场及温度场不均的主要原因;随锅炉负荷降低,喷枪层截面平均温度趋向于SNCR最佳脱硝温度,脱硝效率逐渐增加;SCR入口截面温度、流速及NO_x浓度分布皆不均匀,随SNCR脱硝效率提高,SCR入口截面NO_x浓度分布偏差增大,不同负荷时SCR入口截面NO_x相对偏差达35%～53%。SNCR脱硝严重影响SCR脱硝反应器入口NO_x浓度均匀性,最终导致SCR氨逃逸浓度严重超标,建议通过优化SOFA风布置及在SCR入口段加装烟气混合器加以解决。     

SCR脱硝系统性能及空气预热器阻力上升分析

NO_x排放浓度、氨逃逸浓度难以控制及空气预热器阻力上升,是SCR脱硝系统超低排放改造中遇到的主要问题。以某SCR脱硝系统超低排放改造后的300 MW 机组为研究对象,通过测试得知：（1）SCR反应器出口NO_x分布不均,氨逃逸浓度超标严重,氨逃逸监测表计示值不具代表性,造成NO_x排放浓度控制困难和空气预热器阻力上升;（2）过度追求NO_x超低排放浓度,造成催化剂活性、主要化学成分明显衰减,硫酸氢铵在其表面沉积严重。对此提出的改进措施为：进行NO_x浓度烟气在线监测系统（CEMS）多点取样改造,定期进行喷氨优化和催化剂性能检测,以改善SCR系统运行效果和提高运行的经济性。     

SCR脱硝超低排放NOx均匀性优化及安全策略分析

为使超低排放改造后NO_x排放浓度及氨逃逸量始终可控平稳,以某600 MW燃煤机组超低排放改造后SCR脱硝系统为研究对象,针对SCR反应器出口与总排放口在线监测（CEMS）数据不一致的问题,进行分析与研究。通过对反应器出入口流场、NO_x、NH₃浓度场的测试,结合系统结构特征,分析问题出现的原因,制定优化调整方案并验证其有效性。研究结果表明,反应器入口氨氮摩尔比的不均匀性是导致反应器出口NO_x浓度分布不均匀的主要原因。通过优化调整,有效改善了反应器出口NO_x浓度分布的均匀性,降低了氨逃逸量,SCR反应器出口与烟囱总排放口NO_x浓度CEMS监测数值基本一致。同时,根据试验得到的反应器出口NH₃与NO_x关系曲线,提出了NO_x的最低安全控制浓度及最佳控制浓度,以便运行控制。     

燃气机组NOx监测系统现状及其改进措施

随着燃气机组NO_x浓度排放要求日趋严格，其监测系统运行工况发生变化，原有监测仪表已不适用。通过分析NO_x监测技术及其适应性和烟气预处理技术及其适应性，对燃气机组NO_x监测系统现状有了明确的认识。结合HJ 75—2017和HJ 76—2017标准，针对现有监测系统中存在量程大、低浓度测量精度差、未监测NO₂等问题，提出了一系列改进措施，如优先采用化学发光法NO_x测量技术，增加NO₂监测装置，采用低量程高精度CEMS仪表及性能优越的预处理装置，落实防雷设施等，同时着重考虑配置氨逃逸、氧量和湿度等分析仪表，以满足控制和监测要求。研究结果也同样适用于普通火电机组。     

前馈修正的循环流化床机组脱硝系统多模型预测控制研究

双碳政策的深入推进对燃煤机组负荷灵活调峰能力提出了更高要求,然而机组负荷大范围变化时会造成烟气NO_x浓度的大幅度波动,提升了NO_x超低排放控制的难度。针对大范围变负荷工况下难以快速、精准调控喷氨量的难题,以某循环流化床机组联合脱硝系统为研究对象,建立关键参数前馈修正与多模型预测控制耦合的控制策略,以炉膛出口烟气温度为依据划分工况子模型,根据阶跃扰动试验及改进粒子群算法对各子模型进行参数辨识,并通过隶属度加权方法建立多模型控制器。工程应用结果表明,前馈修正的多模型预测控制方法在平稳负荷工况时波动范围达到±5.8mg/m³,变负荷工况时为±8.1mg/m³,标准差分别为2.10和2.89mg/m³,应用结果证明了该控制方法的有效性。     

基于多变量广义预测控制算法的两级过热汽温协调联动控制

大型火力发电机组过热汽温被控对象具有大迟延、大惯性、受干扰因素多以及不同负荷下的被控对象模型变化大等特性,同时面临着煤质多变、环境多变等各种复杂恶劣的工况,以传统PID控制和单变量广义预测控制为基础的汽温控制效果有限。利用递推最小二乘法（recursive least square,RLS）建立了过热汽温系统3个典型工况下的模型,并基于多变量广义预测控制构建了两级过热汽温联动控制优化策略,同时将该策略应用于某电厂330 MW亚临界机组。结果表明,无论是稳态工况还是复杂的变负荷工况,优化控制策略都能够很好地控制过热器出口汽温。     

SCR超低排放综合诊断及闭环优化

针对燃煤电厂烟气脱硝系统存在的流场不均、氨逃逸导致空气预热器堵塞以及NO_x排放不能在全负荷段稳定达标等典型问题,提出了SCR超低排放综合诊断及闭环优化策略。结合某630 MW机组实施超低排放改造具体案例,以在线大数据和性能检测为基础,数值模拟和系统诊断为手段,通过模拟评估及试验分析进行预判,提出改进方案并予以优化、修正和实施,最后结合性能试验对超低排放改造实施效果进行验证。研究结果表明,采用多元手段进行SCR系统综合诊断和闭环优化,NO_x浓度场标准偏差从18.6%下降至4.89%,脱硝效率从86.7%提高至89%以上,NO_x排放质量浓度稳定低于50 mg/m³,SCR系统出口氨逃逸质量浓度从16 mg/m³下降至0.75 mg/m³,超低排放改造效果显著。     

基于多变量广义预测控制算法的两级过热汽温协调联动控制

大型火力发电机组过热汽温被控对象具有大迟延、大惯性、受干扰因素多以及不同负荷下的被控对象模型变化大等特性,同时面临着煤质多变、环境多变等各种复杂恶劣的工况,以传统PID控制和单变量广义预测控制为基础的汽温控制效果有限。利用递推最小二乘法（recursive least square,RLS）建立了过热汽温系统3个典型工况下的模型,并基于多变量广义预测控制构建了两级过热汽温联动控制优化策略,同时将该策略应用于某电厂330 MW亚临界机组。结果表明,无论是稳态工况还是复杂的变负荷工况,优化控制策略都能够很好地控制过热器出口汽温。     

燃气电厂NOx控制策略研究及大气环境效益分析

基于中国燃气电厂发展现状、地域分布及其NO_x排放现状和未来气电环保政策趋势,首先阐述了燃气电厂NO_x进一步减排的必要性,其次分析了燃气电厂NO_x燃气轮机本体控制、余热锅炉SCR控制和外部因素控制三种技术的优劣及其减排潜力,并选用气象模型MM5和空气质量模型CALPUFF、以江苏省2020年气电发展规模情景为例进行了大气环境效益模拟。研究表明,燃气发电NO_x排放可以也必须达到更严格地排放标准。实现更严格的排放标准后,将有利于改善区域环境空气质量,有利于更好发挥燃气发电的环保优势。     

600MW燃煤机组烟气污染物控制研究

以某600 MW超临界燃煤机组为例,研究了燃用高硫、中高灰、特低挥发分煤的W火焰锅炉排放效果.机组采用"选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝+配高频电源和旋转电极的双室五...     

超低排放形势下SCR脱硝工程改造现状的调查

为达到“煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）”要求,超低排放改造工作在燃煤电厂全面展开。对49个电厂已完成烟气超低排放改造的132台机组安装的SCR脱硝催化剂现状进行了调查,对脱硝机组的类型、烟气温度、入口粉尘浓度、入口NO_x浓度和超低排放要求下脱硝催化剂的改造方案进行了统计和分析,并对超低排放改造前后SCR脱硝催化剂不同催化剂层间体积的变化进行了比较,同时结合部分改造案例分析了超低排放改造设计过程中值得注意和改进的事项,以进一步保障脱硝系统的达标排放和安全经济运行,给后续开展烟气脱硝超低排放改造机组的设计和建设提供借鉴。     

机炉协调系统的动态矩阵控制仿真研究

针对火电单元机组负荷控制系统多变量强耦合的特点,将多变量DMC(动态矩阵控制)策略应用于负荷预测控制系统,对300MW燃煤直流锅炉再热机组固定参数模型和变参数模型分别进行了仿真研究。结果表明,多变量DMC算法内含的解耦机制和优良的控制品质,使得单元机组负荷预测控制系统在不同的负荷下均获得了满意的控制效果,负荷跟踪性能好,鲁棒性强。     

SCR Control+脱硝控制系统研究及其在660 MW机组的应用

针对SCR脱硝系统大扰动、大惯性、大延迟的特点,以及SCR喷氨控制系统在超低排放改造后运行中普遍存在的问题,结合多个脱硝优化项目的数据积累,提出了带有状态预估控制算法的SCR Control⁺系统模型。其依据主导因素的分析方法,选取影响NO_x浓度的状态变量,通过设计状态变量预估控制模块,可准确、快速预测NO_x浓度的变化。也即采用状态变量预估,克服时滞与输入波动影响;应用串级反馈控制,保证控制系统的稳态指标。该喷氨控制系统在660 MW机组的应用结果表明,机组负荷发生较大变化导致SRC反应器入口NO_x浓度大幅波动时,SCR反应器出口NO_x浓度仍能保持良好的控制状态,与设定值始终偏差很小,且在各种工况下均能实现脱硝控制的快速、有效和稳定,因而可适应超低排放对NO_x排放浓度和氨逃逸的控制要求。