一种基于实时动态补偿的SCR氨量优化方法与流程

本发明涉及优化scr烟气脱硝系统氨用量，具体涉及一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法。

背景技术：

1、scr脱硝技术是当前全球火电厂及其他大型燃烧设施中最为常用和成熟的nox减排技术。此技术利用催化剂的作用，让废气中的氮氧化物(nox)与氨气(nh3)在特定温度窗口下反应，生成无害的氮气(n2)和水蒸气(h2o)，整个过程无副产物生成，不会对环境造成二次污染。scr脱硝系统通常包括氨储存与供应系统、氨与烟气混合系统、催化剂模块以及相关的烟气控制系统。随着中国乃至全球对环境保护日益重视，电力行业的排放标准也在不断提高。比如，国家对燃煤机组的nox排放限值作出严格规定，要求不得超过50mg/nm3，这就要求各大火电厂必须采用高效的脱硝技术，如scr技术进行升级改造，以确保符合环保法规要求。

2、由于火电厂在负荷升降前，锅炉给煤量、风量、燃烧条件都会提前发生变化，在燃烧平衡重新建立起来之前，nox含量都会大斜率上升，而此时cems出口测量仪表滞后，无法及时响应并加大氨量；等入口nox含量降下来后，又无法及时减小氨量，因此在锅炉负荷升降前甚至整个锅炉运行过程中，运行人员通常会采取过量喷氨的方法来保证脱硝系统的达标排放，过量喷氨的方法不仅会造成氨耗量增加，还会由于漏氨生成硫酸铵盐，导致催化剂积灰严重脱硝效率下降；同时，空预器堵塞频繁使引风机出口阻力增大造成机组运行能耗偏高。

技术实现思路

1、本发明涉及到一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，在出口nox满足国家要求(出口nox浓度在不超过50mg/nm3)前提下，可以稳定控制喷氨阀门，并尽可能减少喷氨阀门开度，降低喷氨量，实现火电厂节约氨量且保护设备的目的，本发明能够根据进水水质与实际运行状况动态优化溶解氧的设定值，通过控制鼓风机启停、频率及曝气阀门开度实现智能曝气，解决上述问题的具体实施方式如下：

2、一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，包括以下步骤：

3、s100、获取scr烟气脱硝系统原始数据，包括用作前馈的入口nox浓度、实时给煤量、炉膛氧量和主蒸汽流量，用作反馈的出口nox设定值和出口nox浓度，以及用作阀门提前动作的炉膛烟温和煤氧比；

4、s200、对原始数据进行预处理，对数据进行异常值和空值的剔除，处理完获得干净的数据集；

5、s300、进行数据的特征选择，对数据进行相关性分析和时滞分析，建立每个预测模型之前需分析特征与特征之间的相关性，特征与标签的相关性，秉承最大相关最小冗余原则进行特征选择；

6、s400、根据模拟状态下工厂原始阀门开度初始化阀门开度指令值，使本系统在模拟状态下实时跟随工厂原系统阀门开度指令，当切换优化状态时在原工厂阀门指令的基础上进行计算调节，以保证无扰切换；

7、s500、切换优化系统，根据实时给煤量、炉膛氧量、主蒸汽流量数据计算前馈补偿值和预测入口nox浓度，并根据入口nox浓度变化斜率实时调节阀门开度，根据原始入口nox浓度、实时给煤量、炉膛氧量、主蒸汽流量计算前馈补偿值，并辅助调节更新前馈值；

8、s600、计算动态反馈补偿值，根据出口nox实际值和设定值定期更新一次的动态补偿，确定动态补偿步长后根据出口nox斜率变化和与设定值之间距离进行分段式补偿，并根据出口nox变化斜率实时调节阀门指令，并辅助调节更新动态补偿值；

9、s700、计算阀门的提前量，根据煤氧比、炉膛烟温对阀门进行提前动作；

10、s800、设置阀门调节死区，将工况分为设定值死区以上和设定值死区以下和设定值死区以内；

11、s900、基于步骤s800，当出口nox在设定值死区以内时，阀门以反馈为主且不进行实时调节，并对外输出阀门开度指令值；

12、s1000、基于步骤s800，当出口nox在设定值死区以上或以下时，根据前馈和反馈等补偿值计算阀门开度，并对外输出阀门开度指令值；

13、s1100、根据上一时刻阀门开度和当前时刻特征变量重复s500至s1000步骤，循环计算阀门开度。

14、优选的，对于步骤s300进行相关性分析时，使用皮尔森系数作为相关系数，其具体公式为：

15、

16、其中，x为scr烟气脱硝系统数据中每一变量，y为反应器出口cems烟气nox折算值，μx为x的平均数，μy为y的平均数，e为期望,相关系数越接近于1或-1时相关性越强，相关系数越接近于0时相关性越弱。

17、优选的，相关系数0.8-1.0认定为极强相关；0.6-0.8认定为强相关；0.4-0.6认定为中等程度相关；0.2-0.4认定为弱相关；0.0-0.2认定为极弱相关或无相关；选择与反应器出口cems烟气nox折算值相关系数大于等于0.4的特征数据，最终得到七原始特征变量和一个非原始特征变量，具体为反应器入口nox浓度、实时给煤量、炉膛氧量、主蒸汽流量、出口nox设定值、出口nox浓度、炉膛烟温和煤氧比(非原始特征变量)。

18、优选的，步骤s200中对原始数据进行预处理的方法包括绘制箱线图、识别异常值、标注处理异常值和重新绘制箱线图四个步骤。

19、优选的，步骤s300中时滞分析包括煤氧比与入口nox浓度的时滞、入口nox到出口nox的时滞、阀门给出指令到出口nox变化的时滞；通过数据可视化，分析观察当煤氧比、入口nox、阀门指令变化后经过多长时间入口nox、出口nox发生变化，结合入口出口信号根据不同工况进行不同的控制策略。

20、优选的，步骤s500中切换优化系统时根据主蒸汽流量对阀门进行初始化，初始化公式为：

21、

22、其中，l1和n根据历史数据拟合获得。

23、优选的，切换优化系统时根据入口nox浓度变化斜率实时调节阀门开度，通过给煤量、炉膛氧量和主蒸汽流量对入口nox浓度进行预测。

24、优选的，步骤s700中计算阀门提前量时，煤氧比与阀门指令呈反比关系，炉膛烟温与阀门指令呈正比关系，根据煤氧比、炉膛烟温特征计算阀门的提前动作量。

25、综上，本申请包括以下有益技术效果：

26、1、本发明通过对数据的分析处理，可以较好地稳定控制氨气供应，使出口nox在达到国家排放标准的前提下有较为稳定的排放，并很大程度上减少不必要的氨气供应；

27、2、本发明通过前馈、反馈和提前量等不同补偿方法，可在多种工况下计算合适的阀门开度指令，从而可以稳定控制喷氨阀门，并尽可能减少喷氨阀门开度，降低喷氨量，实现火电厂节约氨量且保护设备的目的。

技术特征：

1.一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，对于步骤s300进行相关性分析时，使用皮尔森系数作为相关系数，其具体公式为：

3.根据权利要求2所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，相关系数0.8-1.0认定为极强相关；0.6-0.8认定为强相关；0.4-0.6认定为中等程度相关；0.2-0.4认定为弱相关；0.0-0.2认定为极弱相关或无相关；

4.根据权利要求1所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，步骤s200中对原始数据进行预处理的方法包括绘制箱线图、识别异常值、标注处理异常值和重新绘制箱线图四个步骤。

5.根据权利要求1所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，步骤s300中时滞分析包括煤氧比与入口nox浓度的时滞、入口nox到出口nox的时滞、阀门给出指令到出口nox变化的时滞；

6.根据权利要求1所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，步骤s500中切换优化系统时根据主蒸汽流量对阀门进行初始化，初始化公式为：

7.根据权利要求6所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，切换优化系统时根据入口nox浓度变化斜率实时调节阀门开度，通过给煤量、炉膛氧量和主蒸汽流量对入口nox浓度进行预测。

8.根据权利要求1所述的一种基于实时动态补偿的scr氨量优化方法，其特征在于，步骤s700中计算阀门提前量时，煤氧比与阀门指令呈反比关系，炉膛烟温与阀门指令呈正比关系，根据煤氧比、炉膛烟温特征计算阀门的提前动作量。

技术总结本发明公开了一种基于实时动态补偿的SCR氨量优化方法，涉及SCR脱硝系统氨量的优化预测技术领域，步骤包括获取SCR烟气脱硝系统原始数据、对原始数据进行预处理、进行数据的特征选择、根据模拟状态下工厂原始阀门开度初始化阀门开度指令值、切换优化系统、计算动态反馈补偿值、计算阀门的提前量、设置阀门调节死区，将工况分为设定值死区以上和设定值死区以下和设定值死区以内和根据上一时刻阀门开度和当前时刻特征变量循环计算阀门开度，本发明优势在于：通过对数据的分析处理，使出口NOx在达到国家排放标准的前提下有较为稳定的排放，并很大程度上减少不必要的氨气供应；通过前馈、反馈和提前量等不同补偿方法，实现火电厂节约氨量且保护设备的目的。技术研发人员：姜轻舟,孙延贞,解宏超,王文睿,张冰,于忠清受保护的技术使用者：青岛洪锦智慧能源技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23