[发明专利]一种火电机组高效低负荷脱硝装置以及控制方法

摘要

本发明公开了一种火电机组高效低负荷脱硝装置以及控制方法，属于大型火电机组脱硝控制系统领域。现有技术的省煤器出口烟温不能满足脱硝系统最低连续喷氨烟温要求。本发明设置匹配器对高压加热器内的压力进行调节，满足给水温度要求，将SCR入口烟汽温度提高，满足机组在各种工况下的脱硝要求。同时由于给水温度提高，可提高机组循环效率，降低发电煤耗。本发明的控制方法利用B样条插补算法，对离散的数据进行拟合，进而根据已知压力差值能够得到较为准确喷嘴的张开度，进而使得控制系统控制精度提高。控制系统利用自适应PID算法对喷嘴的张开度进行微调，能够及时根据反馈进行调整，使得控制方法更加准确有效。

主权项

1.一种火电机组高效低负荷脱硝装置控制方法，脱硝装置包括高压缸(2)、高压加热器(9)，高压缸(2)把一部分蒸汽通过输送管输送给高压加热器(9)，所述高压缸(2)与高压加热器(9)之间串联用于调节高压加热器(9)内部蒸汽温度、压力的匹配器(5)，所述匹配器(5)分别与用于同高温高压汽源(1)相连接的第一管道(51)、用于同高压缸(2)的抽汽口相连接的第二管道(52)、用于同高压加热器(9)相连接的出口管道(4)相连接；所述匹配器(5)包括同第一管道(51)相通的第一腔体(54)、同第二管道(52)相通的第二腔体(57)、同出口管道(4)相通的第三腔体(55)，所述第一腔体(54)前端为圆锥状并伸入第二腔体(57)中两者相互贯通，所述第二腔体(57)前端为圆台状并与第三腔体(55)贯通；所述第一腔体(54)前端设置喷嘴(53)，所述第一腔体(54)后端固设电动执行器(58)，所述电动执行器(58)固设用以同喷嘴(53)相配合的一推杆(59)；所述推杆(59)包括第一杆部(591)、第二杆部(592)、第三杆部(593)，所述第一杆部(591)的形状为圆锥体，所述第二杆部(592)直径大于第三杆部(593)的直径；所述第一腔体(54)伸入第二腔体(57)的一端设置用以封合第一腔体(54)的竖板(56)，所述竖板(56)设置用以穿设推杆(59)的圆孔；所述圆孔的直径大于第三杆部(593)，小于第二杆部(592)的直径；所述第三腔体(55)前端为喇叭状，后端为混合腔体(60)；所述高温高压汽源(1)连接一喷射泵；所述高温高压汽源(1)为高压缸补汽阀的蒸汽或汽轮机主蒸汽；所述高温高压汽源与匹配器(5)之间连接用以降低蒸汽的压力、温度的减温器(3)；所述匹配器(5)的电动执行器(58)同一控制系统(7)相连接，所述控制系统(7)在高压加热器(9)的入口蒸汽管道处设置蒸汽压力测试点(8)；其特征在于，省煤器出口烟温能够达到脱硝喷氨要求的工况下，喷嘴(53)被第一杆部(591)的圆锥体堵住，高温高压蒸汽不进入匹配器(5)，原加热蒸汽直接经过匹配器(5)的第二腔室、第三腔室从匹配器(5)的出口管道(4)至高压加热器(9)，不提升压力，其他工况下，控制系统(7)根据相关控制公式，计算喷嘴(53)的张开度，控制系统(7)控制电动执行器(58)的推杆(59)的行程来改变第一杆部(591)的圆锥体同喷嘴(53)的距离，从而改变喷嘴(53)的张开度，调节匹配器(5)的第三腔体(55)内的出口蒸汽压力，进而调节高压加热器(9)内的蒸汽压力，从而调节给水温度，最终使得SCR反应器的烟汽温度达到催化剂所需要的喷氨温度；对于同一机组，高压加热器(9)的实际压力与预设压力的差值决定匹配器(5)的喷嘴(53)的张开度，差值越大，张开度越大，两者存在一定的变化规律，为准确控制喷嘴(53)张开度，提供一种火电机组高效低负荷脱硝装置控制方法；所述控制方法包括如下步骤：S1，搜集高压加热器(9)的实际压力与预设压力的压力差值与匹配器(5)的喷嘴(53)的张开度相关数据；S2，对压力差值与张开度离散数据利用三次均匀B样条拟合，进而根据样条插补算法对离散数据进行样条插补；以压力差值xTk(u)与张开度yTk(u)为横纵坐标，建立一组离散的通过点(xTk(u)，yTk(u))；S201，反算控制点由于B样条算法直接用到的是控制点，所以必须知道控制点；已知通过点可以反算出控制点；控制点与通过点的反算涉及端点的计算问题，计算时参数u可以取0或者1来得到相应的端点关系式；采用三次B样条算法时：n个控制点可以得到n‑2个通过点，这样反算时，已知量通过点是n‑2个，未知量控制点是n个，这样已知方程式比未知量少2个，缺少二个已知条件；可以通过增加边界条件来解决这个问题，认为首末控制点与首末通过点相重，这样作为未知量就减少2个，就可以直接利用关系矩阵反算出控制点，关系矩阵如下所示：其中Pn为包含(xk，yk)控制点坐标，Tn‑2为包含(xTk(u)，yTk(u))通过点坐标；S202，构造样条函数三次均匀B样条插补点计算公式：其中Pk为包含(xk，yk)控制点坐标，Tk(u)为包含(xTk(u)，yTk(u))通过点坐标的一段样条曲线，k为第k段样条曲线；S203，已知压力差值，计算张开度将S202中的公式展开，得到两个关系式一个是关于压力差值，另一个是关于张开度；已知压力差值xTK，首先确定此压力差值在哪一组的离散通过点范围内，再通过离散通过点确定对应的离散控制点，最终确定压力差值所在的控制点区间，再利用基函数即可确定压力差值与参数u的关系式，可得到关于参数u的一元三次方程，如下式所示；涉及到对一元三次方程的求解，可根据卡尔丹公式和韦达定理进行求解；得到u值，根据张开度关于参数u的关系式即可计算出张开度值；S3，控制系统(7)根据计算出的张开度控制电动执行器(58)驱动推杆(59)移动，使得喷嘴(53)的张开度达到上述的计算值。