一种工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统的制作方法

本实用新型涉及工业炉窑烟气净化领域，尤其是一种工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统。

背景技术：

炉窑烟气脱硝主要的工艺方法为SNCR (非选择性催化还原)和SCR（选择性催化还原）。其中，SCR工艺需要催化剂，具有较高的脱硝效率。随着环保标准的日趋严格，越来越多的工业炉窑烟气处理系统采用SCR脱硝工艺来以降低氮氧化物NOx的排放。

SCR脱硝工艺的主要原理是利用氮氧化物NOx与还原剂在布置有催化剂的反应器中发生还原反应，生成无害的氮气N₂，从而达到净化烟气的目的。其中，SCR反应器中的反应温度是保证脱硝效率、延长催化剂寿命及控制反应生成物的一项关键因素。

目前大多数的工业炉窑烟气不具有合适的SCR反应温度，尤其在湿法脱硫工艺之后，烟气温度已降至更低的水平，故为采用SCR脱硝工艺，需要设置蒸汽加热器，使烟气温度回升到合适的温度，从而满足低温SCR脱硝工艺所需的反应温度。

目前，在低温SCR脱硝工艺中，对于反应温度的控制多采用手动控制或简单的自动控制，难以满足工业炉窑烟气系统工况波动大、非线性和时滞性的要求，亟待进一步改进。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种快速、超调量小和精度高，对变化和干扰适应能力强，并具有较好的稳定性和鲁棒性的，工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统，包括蒸汽加热器和控制器，所述蒸汽加热器分别连接有烟气进口风道、烟气出口风道、蒸汽进口管道和冷凝水出口管道，所述烟气出口风道上布置有出口烟气温度传感器，所述蒸汽进口管道上布置有蒸汽流量电动调节阀和蒸汽流量计，所述控制器包括蒸汽流量前馈控制器、蒸汽加热器出口烟温反馈控制器和蒸汽流量控制器，所述出口烟气温度传感器的输出端与蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输入端连接，所述蒸汽流量计的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接，所述蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输出端以及蒸汽流量前馈控制器的输出端均与蒸汽流量控制器的输入端连接，所述蒸汽流量控制器的输出端与蒸汽流量电动调节阀的输入端连接。

进一步，还包括换热器数据处理器和出口烟温设定值输入模块，所述换热器数据处理器的输入端分别与出口烟温设定值输入模块的输出端、蒸汽流量计的输出端以及出口烟气温度传感器的输出端连接，所述换热器数据处理器的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接，所述出口烟温设定值输入模块的输出端还与蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输入端连接。

进一步，所述烟气进口风道上布置有烟气流量计和进口烟气温度传感器，所述蒸汽进口管道上还布置有蒸汽温度传感器，所述烟气流量计的输出端、进口烟气温度传感器的输出端和蒸汽温度传感器的输出端均与换热器数据处理器的输入端连接。

进一步，所述换热器数据处理器包括出口烟温设定值输入接口、出口烟气温度输入接口、进口烟气流量输入接口、进口烟气温度输入接口、进口蒸汽流量输入接口、进口蒸汽温度输入接口、存储器、可编程逻辑控制器和蒸汽流量计算值输出接口，所述出口烟温设定值输入接口的输出端、出口烟气温度输入接口的输出端、进口烟气流量输入接口的输出端、进口烟气温度输入接口的输出端、进口蒸汽流量输入接口的输出端、进口蒸汽温度输入接口的输出端、存储器和蒸汽流量计算值输出接口的输入端均与可编程逻辑控制器连接，所述出口烟温设定值输入接口的输入端与出口烟温设定值输入模块的输出端连接，所述出口烟气温度输入接口的输入端与出口烟气温度传感器的输出端连接，所述进口烟气温度输入接口的输入端与进口烟气温度传感器的输出端连接，所述进口烟气流量输入接口的输入端与烟气流量计的输出端连接，所述进口蒸汽流量输入接口的输入端与蒸汽流量计的输出端连接，所述进口蒸汽温度输入接口的输入端与蒸汽温度传感器的输出端连接，所述蒸汽流量计算值输出接口的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接。

进一步，所述烟气进口风道上还布置有烟气流量控制阀。

进一步，所述蒸汽进口管道上还布置有安全阀。

进一步，出口烟温设定值输入模块采用键盘。

进一步，所述蒸汽流量前馈控制器和蒸汽加热器出口烟温反馈控制器均采用PID控制器。

进一步，所述蒸汽流量控制器采用Fuzzy-PID 控制器。

本实用新型的有益效果是：包括蒸汽加热器和控制器，蒸汽加热器分别连接有烟气进口风道、烟气出口风道、蒸汽进口管道和冷凝水出口管道，烟气出口风道上布置有出口烟气温度传感器，蒸汽进口管道上布置有蒸汽流量电动调节阀和蒸汽流量计，控制器包括蒸汽流量前馈控制器、蒸汽加热器出口烟温反馈控制器和蒸汽流量控制器，增设了蒸汽流量前馈控制器和蒸汽加热器出口烟温反馈控制器，结合了前馈控制器先检测后控制、调节及时快速的特点和反馈控制器精度高、超调小、自适应的特点，组成控制器来综合调控蒸汽流量电动调节阀的蒸汽流量，具有调节速度快、超调量小和精度高的优点，对变化和干扰适应能力强，并具有较好的稳定性和鲁棒性。

附图说明

图1为本实用新型一种工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型换热器数据处理器的结构框图。

具体实施方式

参照图1，一种工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统，包括蒸汽加热器SGH和控制器，所述蒸汽加热器SGH分别连接有烟气进口风道1、烟气出口风道2、蒸汽进口管道3和冷凝水出口管道4，所述烟气出口风道2上布置有出口烟气温度传感器T2，所述蒸汽进口管道3上布置有蒸汽流量电动调节阀31和蒸汽流量计Q，所述控制器包括蒸汽流量前馈控制器、蒸汽加热器出口烟温反馈控制器和蒸汽流量控制器，所述出口烟气温度传感器T2的输出端与蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输入端连接，所述蒸汽流量计Q的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接，所述蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输出端以及蒸汽流量前馈控制器的输出端均与蒸汽流量控制器的输入端连接，所述蒸汽流量控制器的输出端与蒸汽流量电动调节阀31的输入端连接。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括换热器数据处理器和出口烟温设定值输入模块SP，所述换热器数据处理器的输入端分别与出口烟温设定值输入模块SP的输出端、蒸汽流量计Q的输出端以及出口烟气温度传感器T2的输出端连接，所述换热器数据处理器的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接，所述出口烟温设定值输入模块SP的输出端还与蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输入端连接。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述烟气进口风道1上布置有烟气流量计Q1和进口烟气温度传感器T1，所述蒸汽进口管道3上还布置有蒸汽温度传感器T3，所述烟气流量计Q1的输出端、进口烟气温度传感器T1的输出端和蒸汽温度传感器T3的输出端均与换热器数据处理器的输入端连接。

参照图1和图2，进一步作为优选的实施方式，所述换热器数据处理器包括出口烟温设定值输入接口、出口烟气温度输入接口、进口烟气流量输入接口、进口烟气温度输入接口、进口蒸汽流量输入接口、进口蒸汽温度输入接口、存储器、可编程逻辑控制器和蒸汽流量计算值输出接口，所述出口烟温设定值输入接口的输出端、出口烟气温度输入接口的输出端、进口烟气流量输入接口的输出端、进口烟气温度输入接口的输出端、进口蒸汽流量输入接口的输出端、进口蒸汽温度输入接口的输出端、存储器和蒸汽流量计算值输出接口的输入端均与可编程逻辑控制器连接，所述出口烟温设定值输入接口的输入端与出口烟温设定值输入模块SP的输出端连接，所述出口烟气温度输入接口的输入端与出口烟气温度传感器T2的输出端连接，所述进口烟气温度输入接口的输入端与进口烟气温度传感器T1的输出端连接，所述进口烟气流量输入接口的输入端与烟气流量计Q1的输出端连接，所述进口蒸汽流量输入接口的输入端与蒸汽流量计Q的输出端连接，所述进口蒸汽温度输入接口的输入端与蒸汽温度传感器T3的输出端连接，所述蒸汽流量计算值输出接口的输出端与蒸汽流量前馈控制器的输入端连接。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述烟气进口风道1上还布置有烟气流量控制阀11。

参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述蒸汽进口管道3上还布置有安全阀32。

进一步作为优选的实施方式，出口烟温设定值输入模块采用键盘。

进一步作为优选的实施方式，所述蒸汽流量前馈控制器和蒸汽加热器出口烟温反馈控制器均采用PID控制器。

进一步作为优选的实施方式，所述蒸汽流量控制器采用Fuzzy-PID 控制器。

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。

实施例一

针对现有技术难以满足工业炉窑烟气系统工况波动大、非线性和时滞性要求的问题，本实用新型提出了一种新的工业炉窑烟气低温SCR脱硝的蒸汽加热器控制系统。如图1所示，该系统包括蒸汽加热器SGH、换热器数据处理器和控制器。

如图1所示，蒸汽加热器 SGH分别与烟气进口风道1、烟气出口风道2、蒸汽进口管道3以及冷凝水出口管道4相连接。经过脱硫处理的烟气通过烟气进口风道1进入蒸汽加热器SGH中与通过蒸汽进口管道3而进入蒸汽加热器SGH的工业炉窑发电厂的余热饱和蒸汽进行换热，而吸收热量后，烟气的温度得到提高，通过烟气出口风道2排出。通过烟气出口风道2排出的烟气已满足了下一步低温SCR脱硝工艺的温度要求。同时，余热饱和蒸汽释放汽化潜热，最后以冷凝水的形式通过冷凝水出口管道4排出蒸汽加热器SGH。

本实用新型在蒸汽加热器SGH的烟气进口风道上布置有烟气流量控制阀11、烟气流量计Q1、进口烟气温度传感器T1。在蒸汽加热器SGH的烟气出口风道2上布置有出口烟气温度传感器T2，在蒸汽加热器SGH的蒸汽进口管道3上布置有蒸汽流量电动调节阀31、安全阀32、蒸汽流量计Q和蒸汽温度传感器T3。安全阀32 能够在压力过大时打开释放蒸汽，保证系统的安全。烟气流量控制阀11和蒸汽流量电动调节阀31用于调节流量的大小。烟气流量计Q1和蒸汽流量计Q分别测量烟气进口风道1的实时烟气流量和蒸汽进口管道3的实时蒸汽流量。进口烟气温度传感器T1、出口烟气温度传感器T2和蒸汽温度传感器T3分别测量烟气进口风道1的实时烟气温度、烟气出口风道2的实时烟气温度和蒸汽进口管道3的实时蒸汽温度。如图1所示，本实用新型还设有出口烟温设定值输入模块SP，用于输入用户需要设定的烟气出口风道2的烟气温度。出口烟温设定值输入模块SP可通过现有的键盘来实现。

为了更准确地反映蒸汽加热器的实际运行工况和长期使用中换热面结垢对换热效率的影响，本实用新型还增设了换热器数据处理器。如图2所示，换热器数据处理器可进一步细分为出口烟温设定值输入接口、出口烟气温度输入接口、进口烟气流量输入接口、进口烟气温度输入接口、进口蒸汽流量输入接口、进口蒸汽温度输入接口、存储器、可编程逻辑控制器和蒸汽流量计算值输出接口。出口烟温设定值输入接口、出口烟气温度输入接口、进口烟气流量输入接口、进口烟气温度输入接口、进口蒸汽流量输入接口和进口蒸汽温度输入接口，用于获取输入的出口烟温设定值、流量计和温度传感器实时获取的流量值和温度值等数据。存储器，用于存储获取的数据以及历史数据。可编程逻辑控制器，用于根据获取的数据以及历史数据进行数据处理（包括计算、分析等），以触发相应的控制信号来得出蒸汽流量计算值。其中，可编程逻辑控制器根据获取的数据以及历史数据得出蒸汽流量计算值这一过程可沿用现有的方法，如训练、建模等方法。蒸汽流量计算值输出接口，用于将蒸汽流量计算值输出给控制器。

如图1所示，控制器可进一步细分为蒸汽流量前馈控制器、蒸汽加热器出口烟温反馈控制器和蒸汽流量控制器。其中，蒸汽流量前馈控制器以蒸汽流量计Q实时采集的蒸汽流量为主控参数，蒸汽加热器出口烟温反馈控制器以出口烟气温度传感器T2反馈的副控参数（相对于蒸汽流量主控参数来说的，因为系统最终通过调节蒸汽进口管道3的流量来实现出口烟气温度的控制）。蒸汽流量控制器，用于根据蒸汽流量前馈控制器的输出结果和蒸汽加热器出口烟温反馈控制器的输出结果触发最终的蒸汽流量控制信号，以调节蒸汽加热器中的蒸汽流量，进而达到控制蒸汽加热器出口烟气温度的目的，保证了低温SCR脱硝反应在适当的烟气温度下进行。

本实用新型采用了并级控制的方式，将蒸汽流量前馈控制器和蒸汽加热器出口烟温反馈控制器并联起来，并将二者的输出结果直接作为蒸汽流量控制器的设定值，是自动化控制常用的控制手段。蒸汽流量前馈控制器、蒸汽加热器出口烟温反馈控制器均可采用现有的PID控制器来实现，而蒸汽流量控制器则可采用现有的Fuzzy-PID控制器来实现。Fuzzy-PID控制器为传统PID 控制器与模糊控制器构成的模糊PID控制器，集合了两种控制器的优点，被广泛用于既需要时间响应快又需要稳态精度的工业控制中。

最后需要强调的是，本实用新型只涉及结构上的改进，并没有涉及到软件方法上的改进，本实用新型中的可编程逻辑控制器虽然涉及到数据处理的内容，但是其可采用现有技术手段来实现，并没有在数据处理方法上有任何改进，因此，本实用新型并不涉及数据处理等方法上的改进，即不涉及任何软件上的改进。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。