基于電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨的優(yōu)化方案

路亞輝

摘要：鍋爐燃燒時(shí)，由于調(diào)峰會(huì)導(dǎo)致火電機(jī)組工況發(fā)生變化，若是脫硫系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)出現(xiàn)變化，脫硝反應(yīng)會(huì)被干擾，傳統(tǒng)控制方法效果不佳，需要進(jìn)一步完善脫銷系統(tǒng)?；诖?，本文就電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨展開研究，首先闡述了該系統(tǒng)，其次對(duì)噴氨提出了優(yōu)化方案，租后進(jìn)行了方針試驗(yàn)，希望能夠降低氨氣溢出量。

關(guān)鍵詞：電廠鍋爐;煙氣脫硝系統(tǒng);噴氨方案

電廠鍋爐燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，其是大氣污染的主要來(lái)源。近些年，隨著電力生產(chǎn)的的增加，我國(guó)對(duì)氮氧化物排放量要求逐漸提高，當(dāng)前國(guó)內(nèi)普遍選用選擇性催化還原反應(yīng)進(jìn)行煙氣脫硝處理，但是該脫銷系統(tǒng)具有延遲性、非線性特征，脫硝極易受到噴氨量、煙氣流場(chǎng)分布影響。機(jī)組由于電網(wǎng)深度調(diào)整在工況變化時(shí)，要根據(jù)濃度、煙氣流量等參數(shù)變化對(duì)噴氨量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，由于控制方式效果不理想，導(dǎo)致氮氧化物濃度排放無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，影響運(yùn)行。因此，需要對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，建立科學(xué)準(zhǔn)確的脫硝模型，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，構(gòu)建動(dòng)態(tài)模型，通過(guò)遺傳算法優(yōu)化計(jì)算，提高預(yù)測(cè)精確性以及泛化能力。

一、電廠鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)

基于動(dòng)態(tài)矩陣控制法，本文在此基礎(chǔ)上設(shè)置了一種算法，即為SCR脫硫系統(tǒng)算法，并采用差分進(jìn)化算法對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，建立了DE-DMC基礎(chǔ)上的SCR脫硫系統(tǒng)智控策略，同時(shí)優(yōu)化調(diào)整了噴氨量，其對(duì)比傳統(tǒng)控制策略效果更好[1]。

核偏最小二乘法（KPLS）建模是使非線性自變量樣本映射另一高位特征空間內(nèi)，如果已知映射函數(shù)顯示表達(dá)式，在高位線性空間內(nèi)可以通過(guò)線性偏最小二乘法建模分析準(zhǔn)則函數(shù)。另外，采用核函數(shù)以及特征空間點(diǎn)積進(jìn)行計(jì)算能夠提高計(jì)算效率。本文采用的是高斯徑向基核函數(shù)，該函數(shù)表達(dá)式具體如下：

基于KPLS建立了SCR推銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，具體計(jì)算時(shí)，需要先篩選輸入變量集，再進(jìn)行初始化向量、計(jì)算歸一輸入變量得分向量、計(jì)算載荷向量、更新歸一得分向量、迭代計(jì)算直到收斂得分向量、縮減矩陣并提取主成分等一系列計(jì)算，進(jìn)而最終得到結(jié)果。

本研究將660MW超臨界機(jī)組作為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)試歷史數(shù)據(jù)，并以500組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練模板，400組據(jù)作為測(cè)試依據(jù)，測(cè)試時(shí)間選擇為1min。同時(shí)，該模型的輸入量選擇的是氮氧化物濃度SCR反應(yīng)器的入口參數(shù)。另外，因?yàn)闄C(jī)組負(fù)荷能夠?qū)C(jī)組整體情況反映出來(lái)，因此需要在其中納入?yún)?shù)。通過(guò)平方根誤差與平均絕對(duì)值誤差評(píng)價(jià)模型計(jì)算效果[2]。如圖1、2，分別為模型訓(xùn)練圖和預(yù)測(cè)效果圖，可知該模型具有較高的計(jì)算準(zhǔn)確度，結(jié)果與系統(tǒng)實(shí)際輸出之間具有跟蹤功能性，誤差可以將模型泛化能力和機(jī)組功能變化適應(yīng)反應(yīng)能力表現(xiàn)出來(lái)。可以得到該模型計(jì)算準(zhǔn)確性較高，結(jié)果能夠跟蹤系統(tǒng)實(shí)際輸出，誤差計(jì)算結(jié)果能夠反映模型泛化能力，與機(jī)組工況變化適應(yīng)，反映系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行。

二、噴氨優(yōu)化方案

1.動(dòng)態(tài)矩陣控制

該控制算法是當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛的一種算法，其是在系統(tǒng)階躍響應(yīng)增量算法基礎(chǔ)上進(jìn)行的，可以將穩(wěn)態(tài)誤差消除。

若是被控對(duì)象單位階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)是a，可控基礎(chǔ)是系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定，此時(shí)的被控對(duì)象動(dòng)態(tài)情況描述方式可以用有限項(xiàng)實(shí)現(xiàn)。按照線性疊加原理可得系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型。由于模型失配合外界干擾等影響，可以利用預(yù)測(cè)模型對(duì)其數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的校正。

2.噴氨量控制

該系統(tǒng)中，噴氨量可以由DMC進(jìn)行優(yōu)化控制，采用DMC控制器將PID回路主控器替代掉，其能夠?qū)ζ焚|(zhì)產(chǎn)生影響。對(duì)此，采用全局搜索能力可以使計(jì)算能力參數(shù)優(yōu)化，隨著工況變化也能夠讓控制器參數(shù)發(fā)生變化[3]。

基于DMC算法，進(jìn)行噴氨量的智能控制設(shè)計(jì)。首先，在DPLS模型噴氨量中添加階躍輸入，同時(shí)采樣得到預(yù)測(cè)模型、采樣時(shí)間、步長(zhǎng)。其次，在預(yù)測(cè)補(bǔ)償和設(shè)置控制補(bǔ)償時(shí)，需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)以及初始值等，并將參考值設(shè)置出來(lái)。再次，初始化控制增量以及輸出量，并對(duì)模型預(yù)測(cè)的輸出值進(jìn)行計(jì)算。還需要對(duì)預(yù)測(cè)誤差和控制增量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)控制對(duì)象被作用在第一個(gè)控制增量[4]。最后，將系統(tǒng)輸出誤差計(jì)算出來(lái)，按照誤差和DE優(yōu)化算法優(yōu)化計(jì)算控制器的參數(shù)，最終獲得最優(yōu)參數(shù)。

三、仿真試驗(yàn)

基于SCI脫硫系統(tǒng)建立了KPLS這一模型，選擇的控制器為DMC。同時(shí)在MATLAB/Simulink平臺(tái)對(duì)噴氨量進(jìn)行了優(yōu)化控制設(shè)置，仿真驗(yàn)證DE-DMC智能控制器，如圖3為該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

本文以660MW超臨界機(jī)組為對(duì)象進(jìn)行研究，通過(guò)其運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)控制器進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)和PID串聯(lián)控制效果進(jìn)行比較，得到了結(jié)果如圖4，其中，在激素負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)變動(dòng)時(shí)測(cè)PID控制策略不能夠達(dá)到預(yù)期效果。若是SCI的出口濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)則需要適當(dāng)增加調(diào)節(jié)時(shí)間。就PID控制效果來(lái)說(shuō)，DE-DMC智能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。工況出現(xiàn)變化調(diào)整噴氨量，氮氧化物濃度的超調(diào)量會(huì)大量下降，控制也更加穩(wěn)定，調(diào)節(jié)時(shí)間也有所降低，這就說(shuō)明通過(guò)優(yōu)化調(diào)整后，系統(tǒng)的噴氨量有所提升，同時(shí)準(zhǔn)確性也有所上升，整個(gè)系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行更加具有經(jīng)濟(jì)性[5]。

四、結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在KPLS建模理論基礎(chǔ)上建立的SCR系統(tǒng)模型，以660MW機(jī)組為研究對(duì)象展開研究，對(duì)其運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和仿真測(cè)試，最終得到KPLS模型的計(jì)算進(jìn)度較高，泛化能力也比較強(qiáng)。同時(shí)，在DCM算法模型預(yù)測(cè)控制中應(yīng)用KPLS模型，將其作為被控對(duì)象，圍繞DMC主控制器算法對(duì)噴氨量進(jìn)行智能控制，使控制系統(tǒng)負(fù)荷適應(yīng)性更好，可以按照工況變化優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)噴氨量，通過(guò)DE智能算法實(shí)時(shí)修正主控制器參數(shù)。此外，通過(guò)仿真試驗(yàn)得到，智能控制氣筒相對(duì)于PID串聯(lián)控制而言控制效果更佳，工況出現(xiàn)變化時(shí)，需要確保氮氧化合物的排放濃度與標(biāo)準(zhǔn)相符，并在此情況下適當(dāng)減少噴氨量，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖承武，焦力剛，魯志軍，等.基于AMESim的SCR脫硝系統(tǒng)仿真分析研究[J].東北電力技術(shù)，2020，041（004）：1-5，14.

[2]李旭揚(yáng).300MW燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)超低排放優(yōu)化方案研究[D].2019.

[3]張亮，丁啟磊.某廠百萬(wàn)機(jī)組煙氣脫硝精準(zhǔn)噴氨改造及運(yùn)用效果[J].低碳世界，2019，009（008）：117-118.

[4]李云，鄒包產(chǎn)，趙宇.SCR煙氣脫硝噴氨自動(dòng)控制分析及優(yōu)化[J].信息周刊，2019（6）：0121-0121.

[5]孫雪峰，王強(qiáng)，顏世劍，etal.350MW機(jī)組鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)化[J].潔凈煤技術(shù)，2020，v.26;No.125（01）：224-230.

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