一种用于火电机组RUNBACK工况的SCR进口烟温控制方法与流程

本发明涉及火电机组的环保领域，尤其包括一种用于火电机组runback工况的scr进口烟温控制方法。

背景技术：

脱硝系统作为当今火电机组环保设备的重要组成部分，其正常投运直接关系到机组的排放指标正常，对于火电机组的环保运行有着重要意义。而作为脱硝系统的核心部件，脱硝催化剂的正常运行需要一定的烟气温度，因此脱硝系统的烟温是保证机组环保设施正常投运的重要参数。

现有的辅机故障减负荷功能，称为runback功能，简称rb，该功能的作用是当机组发生部分主要辅机故障跳闸，且机组的最大理论出力低于当前实际负荷时，机组协调控制系统将机组负荷快速降到所有辅机实际所能达到的最大出力，并控制机组参数在允许范围内保持机组继续运行。脱硝系统采用选择性催化还原技术，简称scr，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，将nox还原成n2和h2o，催化剂的反应需在一定温度下进行；目前主流的scr催化剂v2o5-wo3(moo3)/tio2系列，反应温度一般在300-400℃之间。当机组发生rb后，随着机组负荷迅速降低和炉膛燃烧强度的下降，往往会出现烟温的大幅降低，甚至可能影响脱硝系统的正常投运，威胁机组运行的环保指标。机组在rb发生后，伴随着磨煤机的跳闸和燃料量的减少，炉膛内火焰燃烧强度的快速下降，导致烟气温度也迅速降低，此时运行若不进行任何操作干预，则烟气与蒸汽、给水换热后烟温的下降幅度也将进一步加剧，烟温很有可能达到脱硝系统正常运行的低限，最终可能导致脱硝系统的环保设施撤出运行。

综上所述，为了解决火电机组rb后的烟温下降过快的问题，防止脱硝设施因为烟温过低的原因撤出运行，提出利用烟气挡板在rb触发后对烟气的流向进行重新分配的控制策略，即一种用于火电机组runback工况的scr进口烟温控制方法，就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于火电机组runback工况的scr进口烟温控制方法。

这种用于火电机组runback工况的scr进口烟温控制方法，包括以下步骤：

步骤1、机组正常运行时，烟气挡板接受再热汽温控制的指令；pid控制器a根据烟温偏差ⅰ调整调节烟气挡板控制指令；脱硝系统入口烟气温度控制回路处于跟踪状态，不参与调节；

步骤2、机组发生rb时，由再热汽温控制切换为脱硝系统入口烟温控制；脱硝系统入口烟温控制由脱硝系统入口烟温控制回路进行控制；

所述脱硝系统入口烟温控制回路包括单冲量pid控制回路和前馈控制回路；所述单冲量pid控制回路的设定值为脱硝系统入口烟温限值；所述单冲量pid控制回路的实际值为脱硝系统入口实际烟温；

步骤2.1、在rb动作触发后，比较脱硝系统入口实际烟温与脱硝系统入口烟温限值大小，计算烟温偏差ⅱ；若脱硝系统入口实际烟温低于脱硝系统入口烟温限值，且烟温偏差ⅱ大于正向死区，通过pid控制器b调节烟气挡板的开度；

步骤2.2、在rb动作触发后，当脱硝系统入口实际烟温较低时，前馈控制回路直接给烟气挡板控制指令增加一定的开度，无须经过pid控制器b运算。

作为优选，步骤1所述烟温偏差ⅰ由再热汽温的设定值和再热汽温的实际值反馈相减计算得到；所述烟温偏差ⅰ作为pid控制器a的输入。

作为优选，步骤2.1所述烟温偏差ⅱ由脱硝系统入口烟温限值和脱硝系统入口实际烟温计算得到。

作为优选，步骤2.1所述pid控制器b在pid控制器a的基础上增设了两个函数f1(x)和f2(x)；所述函数为折线函数功能块，由输入的两个端点计算该区间内的线性函数，多个端点则分别计算两个相邻端点区间的线性函数，各个端点区间组成一段完整的折线函数；f1(x)所在模块的输入为烟温偏差ⅱ；f1(x)所在模块的输出值作为pid控制器b所在pid功能块的输入；f2(x)所在模块的输入为脱硝系统入口实际烟温，f2(x)所在模块的输出与pid控制器b所在pid功能块的输出均作为相加模块的输入。

作为优选，步骤2.1所述正向死区通过f1(x)设置。

作为优选，所述前馈控制回路通过f2(x)设置。

本发明的有益效果是：本发明为一种用于火电机组rb工况下脱硝系统进口烟温的控制方法，可应用于各类具有脱硝系统的大型火电机组上。本发明可在机组发生主要辅机runback发生时，快速调节烟气挡板，迅速减少烟气与省煤器的换热量，有效提升进入脱硝系统的烟气温度，保证脱硝系统的正常运行。

附图说明

图1为火电机组尾部烟气流程图；

图2为本发明的烟气挡板控制策略图；

附图标记说明：过热器1、再热器2、省煤器3、烟气挡板4、脱硝反应器5、温度测点6、隔墙7。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明专利提供了一种利用尾部烟气挡板调节烟气流向来提高脱硝系统入口烟温的控制方法，保证脱硝设备在机组发生rb的恶劣工况下能够正常投运。利用机组的尾部烟气挡板4对烟气流向进行控制，减少机组rb发生后温度较高的尾部烟气与低温工质的换热量，使尽量多的热量被烟气携带至脱硝系统入口。由于在烟气换热过程中，与省煤器3换热的工质为中低温的给水，与烟气温差较大，换热量也相对较大，是rb后烟气温度下降的主要原因。因此，如能够通烟气挡板4减少烟气与省煤器3的换热量，则可有效提升进入脱硝系统的烟气温度。

火电机组尾部烟气流程图如图1所示：机组尾部烟道由中隔墙7分为两部分，一侧布置再热器2(rh)，另一侧布置过热器1(sh)；机组烟气经过炉膛燃烧后(图中整个区域均属于炉膛)，进入尾部烟道；烟道分别流经过热器1和再热器2后再与省煤器3进行换热，最后进入脱硝反应器5(scr)中进行脱硝处理；在省煤器3(eco)出口处，则由烟气挡板4对烟道中的烟气量进行分配；过热器1侧和再热器2侧的烟气挡板4互相联动，烟气挡板4安装形式如图1所示，多块挡板固定安装在烟道中，过热器挡板安装在过热器1侧，即图中左侧，而再热器挡板安装在再热器2侧，两者并不是固定连接安装的；多块挡板联动的原因是本发明控制策略的设置，两侧挡板的总开度是固定的，一侧减少开度，则另一侧相应增加开度，来保证烟气流动的顺畅。

由于过热器1侧还安装有省煤器3，即减少过热器1流经的烟气量，使更多的烟气从再热器2侧流出，达到保证脱硝系统正常运行的目的。控制策略设计如下：

(1)将烟气挡板4控制指令分为两部分，在机组正常运行时烟气挡板4接受再热汽温控制的指令，由再热汽温的设定值和实际值计算偏差送入pid控制器进行调节。此时，脱硝系统入口烟气温度控制回路不起作用，处于跟踪状态。

(2)机组发生rb时，控制回路切换至脱硝系统入口烟温控制回路，在该回路中，脱硝系统入口实际烟温与烟温限值作比较，经过一正向死区环节后进入pid控制器进行调节，减少与省煤器3的换热量。正向死区环节是指当脱硝实际烟温接近或低于限值时才输出相应偏差进行烟气挡板4的调节，否则不进行调节。

(3)为了加快挡板的响应速度，另设计有前馈控制回路对实际烟温的快速下降和变化进行响应，以达到迅速调节挡板开度、提升烟温的目的，前馈控制回路的作用量需根据各机组运行特性设定。

本发明的方法步骤如图2所示，在原本烟气挡板4控制再热汽温的基础上，增加了脱硝系统入口烟温控制回路，机组正常运行时，烟气挡板控制为再热汽温控制，脱硝烟温控制回路处于跟踪状态，当rb动作触发，烟气挡板控制由再热汽温控制切换为脱硝系统入口烟温控制。脱硝系统入口烟温控制回路主要由两部分组成，脱硝系统入口烟温单冲量pid控制回路和脱硝系统入口烟温的前馈控制回路。pid控制回路的设定值(sp)和实际值(pv)分别为脱硝系统入口烟温限值和脱硝系统入口实际烟温，如果在rb动作触发后，脱硝系统入口实际烟温低于烟温限值且烟温偏差大于正向死区，则通过pid控制器调节烟气挡板4开度。以图1中布置的机组为例，部分省煤器3安装于过热器1侧，rb工况下脱硝系统入口烟温偏低，调节再热器2烟气挡板4开度增大，相应的过热器1的烟气挡板4开度减小，更多的尾部烟气流经再热器2，减少与省煤器3的换热量，提高脱硝系统入口烟温。前馈控制回路能够进一步加快烟气挡板4的调节，根据脱硝系统入口实际烟温的值估算前馈作用量，实际烟温越低则前馈作用量越大。

图2中，当rb动作信号触发时，烟气挡板4由控制再热汽温转为控制脱硝入口烟温；当rb动作信号触发时，功能块选择yes端输入作为输出，当rb动作信号未触发时，功能块选择no端输入作为输出；再热汽温的pid控制模块，“+－”代表相减计算，有“△、k、∫、d/dt”符号的功能块即为pid功能块，再热汽温的设定值与实际值反馈相减得出pid控制器的输入偏差，根据偏差值pid控制器调整输出来调节烟气挡板4的指令；脱硝入口烟温的pid控制，在红框中内容的基础上增加了两个函数f1(x)、f2(x)，为折线函数功能块，由输入的两个端点计算该区间内的线性函数，多个端点则分别计算两个相邻端点区间的线性函数，各个端点区间组成一段完成的折线函数，各大dcs控制系统均能实现该功能；两个函数f1(x)、f2(x)功能块的作用不同，相减功能块下方的f1(x)是为了设置正向死区，此处进行举例说明，如果端点(x，y)在(0,0)～(100,100)范围内，则函数为y＝x，如果设置死区，死区设置为a，当输入小于或等于a时，对应输出为0，下行pid偏差输入为0，不进行pid运算，在端点设置为(a,0)～(100,100)，函数表达式为y＝100*(x-a)/(100-a)；相减功能块右边的f2(x)是为了设置前馈控制，前馈控制指的是通过掌握规律和预测趋势，正确预计未来可能出现的问题，提前采取措施；该处前馈控制的应用方式为当脱硝入口实际烟温较低时，直接给烟气挡板4指令增加一定的开度数值，无须经过pid运算；“++”块功能为输出等于两输入相加。

实施例：

目前火力发电机组而言，过热器1、再热器2、省煤器3和烟气挡板4均是已有设备，由于增加控制逻辑需要机组停机，先将本发明采用模拟试验的形式在艾默生ovationdcs控制系统组态软件上搭建控制逻辑进一步说明实施方式。

首先设定控制策略内部功能块的参数，参考1000mw机组运行参数，再热汽温设置为600℃，脱硝入口烟温限值设置为315℃，正向死区设置为2℃，即脱硝入口实际烟温在小于等于310℃时，pid才会有偏差输入进行调节，脱硝入口实际烟温高于限值不进行调节，f(x)函数中(x，y)参数为(x1＝100，y1＝100；x2＝5，y2＝0)，函数表达式为y＝(x-5)/95，前馈控制函数(x，y)参数为(x1＝315，y1＝0；x2＝310，y2＝10；x3＝305，y3＝15；x4＝300，y4＝25)，即脱硝入口实际烟温在315℃时，不增加前馈，实际烟温在310℃时，前馈增加10％开度，以此类推当温度为300℃时，前馈增加25％，点1至点2之间的线性函数方程为y＝-2x+630，点2和点3之间的线性函数方程为y＝-x+320，点3和点4之间的线性函数方程为y＝-2x+625。

模拟试验开始，

步骤1：先设置再热烟气挡板控制方式为手动控制，挡板指令手动输入为50％，rb动作信号不触发，烟气挡板指令选择再热汽温控制输出，pid功能块输出自动反向跟踪下行指令(目前ovation控制系统自带的功能)，模拟输入再热汽温595℃，并将再热烟气挡板控制方式切换为自动，此时偏差输入为5℃，pid开始运算，并自动增加再热烟气挡板开度指令，再模拟输入再热汽温为600℃，pid停止计算并将输出保持在当前值，此时该开度指令为60％。

步骤2：模拟输入脱硝入口实际烟温为320℃，此时由于rb动作信号未触发，该侧回路未使用，pid输出自动反向跟踪下行的开度指令，此时将rb动作信号置1，切换块输出选择脱硝入口烟温pid调节侧，此时设置的烟温320℃不需要开烟气挡板4，pid不进行调节，手动改变脱硝入口实际烟温至308℃，前馈函数中该温度属于点2和点3之间，经过函数y＝-x+320计算，前馈量输出为12，直接增加至再热烟气挡板开度指令，指令输出为60+12＝72，经过死区环节后pid输入偏差为5℃，pid开始计算并逐步增大开度指令，当开度指令增加至80％，改变脱硝入口实际烟温值为315℃，pid输入偏差为0，前馈函数输出为0，pid指令输出保持在当前值68％，无前馈量后再热烟气挡板开度输出指令降为68％。如果是在机组实际运行时，再热烟气挡板4开度增大以后，再热器2侧烟气流量增加，再热器2出口温度和脱硝入口烟温都会慢慢提高，前馈量也会逐渐回收，不会出现前馈量阶跃式变化。